लिथियम आयन बैटरी

लिथियम आयन बैटरी या सीसा एसिड बैटरी?

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लीड एसिड बैटरी रसायन विज्ञान के फायदे

Batteries are strange devices. Nobody wants them, but everybody needs them. They are only bought when required. How many people plan a trip to the local mall to window shop for batteries? They are a grudge purchase and only bought when absolutely necessary. A good salesman can sell you two pair of shoes, two cars and maybe two houses if you have the money, but he cannot sell you two SLI automobile batteries. When you do buy a battery whether a solar battery for a solar panel, an electric bike or a UPS and inverter battery backup system or a traction battery for forklifts don’t you wish you knew more about it?

How do lead acid batteries work, what is the differences between types and models, and how about the different chemistries? They can be expensive. In a commercial or domestic application what is the payback, what is the life and the cost of replacement of a lead acid battery? The size you need, the space available, the energy efficiency of lead acid battery and recharge time? And then, there is the hidden costs of safety, disposal and the carbon footprint. This article compares lead acid batteries with lithium ion battery and addresses many of the misconceptions associated with both of these chemistries.

लिथियम आयन बैटरी पर

पब्लिक डोमेन में धारणा यह है कि लेड एसिड बैटरी पुरानी तकनीक है। लिथियम आयन बैटरी एक अलग धारणा है, यह आधुनिक, क्लीनर है, यह 3 या 4 बार ऊर्जा घनत्व और एक लंबा चक्र जीवन है । इस सब के साथ, क्या संभव लाभ १५० साल पुराने नेतृत्व एसिड प्रौद्योगिकी मेज पर ला सकता है? खैर वास्तव में, सब के रूप में ऐसा लगता है नहीं है, विपणन दावों में इस्तेमाल डेटा पर सुर्खियों के पीछे देखो, तो सामांय ज्ञान, बुनियादी अनुसंधान और कुछ प्रारंभिक विज्ञान का एक सा लागू होते हैं । आप पाएंगे कि असली कहानी बल्कि अलग है ।

The first misconception concerns the volumetric and specific energy densities. The headline values of 4 to 5 times relate only to the specific energy density and to a limited number of lithium ion battery chemistries, some of which are still not in commercial use. Fig. 2 compares several cathodes for lithium ion battery cells these range from around 100Wh/kg for the safest Li-FePO4 chemistry to over 200Wh/kg for the nickel-cobalt-aluminum oxide variant. Lead acid battery diagram is given below:

लिथियम आयन बैटरी का ऊर्जा घनत्व
सेल स्तर पर विभिन्न बैटरी रसायनों की आंकड़ा 2 ऊर्जा घनत्व
सेल स्तर पर लिथियम आयन बैटरी की तुलना
चित्रा 3 सेल और सिस्टम स्तर पर लिथियम आयन बैटरी और सीसा एसिड बैटरी की तुलना

These values only apply to the single-cell level, not the pack or in-service condition. Fig. 3 shows the energy densities of different battery chemistries at cell and system level. The energy densities of lithium ion battery cells are practically halved when fully installed with all the connections, cooling, safety and battery management equipment.

3 से 5 गुना का सेल लेवल फायदा स्पेसिफिक एनर्जी डेंसिटी को 2 से 3 गुना तक कम कर दिया जाता है। लिथियम कैथोड रसायन विज्ञान पर निर्भर हम लगभग कुछ अनुप्रयोगों में एक पूरी तरह से स्थापित बैटरी प्रणाली के लिए लिथियम आयन बैटरी और सीसा एसिड बैटरी ऊर्जा घनत्व के बीच समानता को देख सकते हैं ।
चक्र जीवन का दूसरा कारक भी भ्रम का स्रोत है। कितने चक्र एक लिथियम आयन बैटरी अपनी नेमप्लेट रेटिंग के ८०% से नीचे गिरता से पहले प्रदर्शन कर सकते हैं? दो, तीन हजार? तालिका 1 प्रदर्शन और चक्र जीवन के लिए विभिन्न ली-आयन कैथोड सामग्रियों का सारांश देता है।

Cathode material Short name Nominal voltage Specific energy Wh/kg (cell) Cycle life Comments
Lithium Cobalt Oxide
(LiCoO2)
LCO 3.6 150-200 500-1000 Portable devices - thermal runaway on overcharge
Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) LMO 3.7 100-150 300-700 Power tools, medical devices - safer than LCO
Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCO2) NMC 3.6/3.7 150-220 1000-2000 E-bikes, EV, industrial - high cycle life
Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) LFP 3.2 90-120 1000-2000 EV, SLI, Leisure - safest of all lithium ion battery chemistries
Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2) NCA 3.6 200-260 500 Industrial, EV powertrain (Tesla) TR at 150C, CL 500
Lithium Titanate (Li4Ti5O12) LTO 2.4 50-80 UPS, Solar, EV powertrain (Honda, Mitsubishi). CL 3000-7000 - very safe

As can be seen, all fall within the 800 to 2000 cycle range. In comparison, a well-designed lead acid battery can easily achieve more than 1600 cycles to 80% DOD. So how does this all add up when considering cost of ownership? This brings us to the next point which is the lead acid battery price. How much does a lithium ion battery cost compared to a lead acid battery? Lithium ion battery manufacturing plant cost? Naturally, lithium ion battery are more expensive but how much more. Again, this depends upon the level being considered. The press releases will tell us that Li-ion prices are falling and now are in the range of 2-3 times that of lead acid.

वाक़ई? हाल ही में ब्रिटेन के एक इंटरनेट खोज पर मतलब कीमतों में दोनों लिथियम आयन बैटरी और सीसा एसिड बैटरी के लिए 12V और १०० आह के व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अवकाश बैटरी पर कीमतें प्राप्त करने के लिए:
लिथियम आयन बैटरी $ 960 या $ 800/
लीड एसिड बैटरी $ 215 या $ 180/kwh
जाहिर है, लिथियम आयन बैटरी की लाइफ को एक ही वैल्यू पाने के लिए लेड एसिड बैटरी के बराबर 4 गुना होना पड़ता है । जैसा कि हमने देखा है, यह मामला नहीं है ।

गेट उत्सर्जन लिथियम आयन बैटरी के लिए पालना
चित्रा 6 विभिन्न बैटरी रसायन विज्ञान के लिए गेट CO2 उत्सर्जन के लिए पालना
ग्रा को पालने की योजनाबद्ध
चित्रा 5 बैटरी निर्माण के लिए गेट सिद्धांत को पालने की योजनाबद्ध

सभी मामलों में सीसा एसिड बैटरी निर्माण सबसे अधिक लागत प्रभावी था, यहां तक कि जब एक बड़ा सीसा एसिड बैटरी बेहतर चार्ज स्वीकृति और लंबे चक्र जीवन देने के लिए फिट किया गया था । इस उदाहरण में, आवेदन भारत में एक telecoms टॉवर था। एक ही सिद्धांत ज्यादातर अनुप्रयोगों और भौगोलिक क्षेत्रों में सच रखती है, और अधिक ठंडा जलवायु में । दूसरी गलतफहमी यह है कि ली-आयन एक स्वच्छ तकनीक है और लेड एसिड की तुलना में कम प्रदूषणकारी है । अंजीर में विभिन्न बैटरी रसायनों के लिए पालना से गेट उत्सर्जन दिया जाता है। 5 और 6।

यह आंकड़ा बैटरी निर्माण के लिए संचालन की सीमा को दर्शाता है। निकासी और कच्चे माल के परिवहन से सही बिंदु जहां बैटरी जहाज के लिए तैयार कर रहे है सभी प्रसंस्करण कदम के माध्यम से ।

तालिका 2 एक वास्तविक जीवन की स्थिति है जो लिथियम आयन बैटरी का उपयोग करने और विभिन्न जीवन अवधियों में काम करने वाली एसिड बैटरी का नेतृत्व करने के अर्थशास्त्र की तुलना कर रही है।

Cost item Daily running costs USD Daily running costs USD
3 Years Lead Acid Battery Lithium ion battery
Amortisation 8.30 16.90
Diesel (delivered) 15.50 15.50
Maintenance 2.46 2.46
Electricity 1.47 1.47
Battery Charging 0.65 0.50
Total day/month 28.38/851 36.83/1105
6 Year
Amortisation 5.86 8.46
Diesel 15.50 15.50
Maintenance 2.46 2.46
Electricity 1.47 1.47
Battery Charging 0.54 0.50
Total day/month 25.83/775 28.39/852

This data from Argonne National Laboratories, show that the total manufacturing process including the extraction and transport of raw materials for lithium ion batteries are more than 4 times the lead acid value. Regarding the extraction of materials, the supply of basic cathode materials such as cobalt and manganese and lithium are not completely certain. The extraction and recovery processes exist but the number of mines and manufacturing sites may limit supply if demands significantly increases. The geo-political map also predicts uncertainty for some sources of these materials.

इन रसायनों की पुनर्चक्रणीयता और सुरक्षा महत्वपूर्ण कारक हैं। यह ज्ञात है कि सीसा एसिड बैटरी में लगभग सभी घटकों को 100% पुनर्नवीनीकरण किया जाता है जबकि लिथियम आयन बैटरी को रीसाइक्लिंग करने के लिए कोई वाणिज्यिक प्रक्रिया नहीं है। यह स्थिति तब समझ में आती है जब आप मानते हैं कि ली, कंपनी, एमएन आदि के अधिक महंगे घटक कुल लिथियम आयन बैटरी का केवल एक छोटा सा अंश हैं। उदाहरण के लिए, लिथियम कुल सेल वजन का लगभग 4% है। इस स्पष्ट तथ्य यह है कि लिथियम अत्यधिक प्रतिक्रियाशील (अपने उच्च ऊर्जा घनत्व का आधार) है, जो जाहिर है यह बेकार से निकालने के लिए महंगा बनाता है जोड़ें ।

इसके निर्माण में कई अलग-अलग सामग्रियों के साथ जटिलता का अतिरिक्त कारक तकनीकी और आर्थिक रूप से रीसाइक्लिंग करना मुश्किल बना देता है। परिणाम? इन बैटरियों को रीसायकल करने के लिए कोई वाणिज्यिक प्रोत्साहन नहीं है। इस कारण से, रीसाइक्लिंग सुविधाएं अभी भी पायलट स्तर पर हैं और ज्यादातर सरकार द्वारा वित्त पोषित हैं ।
वर्तमान में, खत्म लिथियम आयन बैटरी के विशाल बहुमत या तो एक तकनीकी सफलता या कानून के लिए अपने रीसाइक्लिंग बल के लिए इंतज़ार कर रहे है भंडार हैं । यदि बाद को लागू किया जाना था तो वहां एक लागत होगी, अंततः उपभोग के लिए । इससे लेड एसिड बैटरी प्रकारों की तुलना में ली-आयन सेल की कीमत और बढ़ेगी ।

अंत में, हमारे पास सुरक्षा है । हमारे ज्ञान के लिए कोई सीसा एसिड बैटरी अनुप्रयोगों कभी एक सुरक्षा याद किया गया है के रूप में हम जानते है कि पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और यहां तक कि इलेक्ट्रिक वाहनों में ली आयन बैटरी के साथ मामला है । अंजीर. 7 से पता चलता है कि ब्रिटेन में एक नया संकर वोल्वो के लिए क्या हुआ बस कुछ हफ़्ते पहले, इस लेख लिखने के समय । इस मामले में इसकी लिथियम आयन बैटरी ने चार्ज होने पर आग पकड़ ली ।

चित्रा 7 एक वोल्वो हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन में ली-आयन बैटरी के कारण आग: अप्रैल 2018-यूके निवास

लिथियम आयन बैटरी एक नई वोल्वो ईवी कार में आग का कारण
लिथियम बैटरी की वजह से जली वोल्वो कार आग
लिथियम आयन बैटरी की वजह से आग
फायरब्रिगेड एक लिथियम बैटरी की वजह से आग dousing

यहां तक कि जब संग्रहीत या लिथियम आयन बैटरी ले जाया गया है गंभीर रूप से खतरनाक आग का कारण रहा है । जबकि इन अवसरों दुर्लभ हैं, वे स्वीकार किया जाना है, और उपयुक्त सुरक्षा उपकरण और बैटरी प्रबंधन सॉफ्टवेयर स्थापित किया जाना है । उदाहरण के लिए न्यूयॉर्क अग्निशमन विभाग अभी भी यह तय करने की प्रक्रिया में है कि लिथियम आयन बैटरी आग से कैसे निपटें । यह दृढ़ता से सुझाव है कि दुनिया भर में लिथियम आयन बैटरी के लिए मौजूदा सुरक्षा उपायों की समीक्षा की जरूरत है ।

निम्नलिखित न्यूयॉर्क अग्निशमन विभाग से दृश्य है:

समाचार लेख उद्धरण: AWS उपयोगिता ड्राइव नवंबर 15, २०१६ “आग सबसे बड़ी समस्या नहीं है,” रोजर्स ने कहा । संकटमोचनों आग से निपटने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है, लेकिन वे जानते है कि वे क्या साथ काम कर रहे है की जरूरत है । ली-आयन बैटरी विषाक्त एसिड और ज्वलनशील वाष्प जारी कर सकती है। उन वाष्प के कुछ आग से भस्म हो रहे हैं, लेकिन अगर वे नहीं कर रहे हैं, वे प्रज्वलित या संकटमोचनों के लिए एक समस्या हो सकती है । सबसे बड़ी समस्या यह है कि क्या होता है “के बाद सेशन,” कि आग बुझ जाने के बाद है । रोजर्स ने कहा, यहां तक कि अगर एक बैटरी बंद है यह ७२ घंटे तक के लिए प्रज्वलित कर सकता है । – लेफ्टिनेंट। न्यूयॉर्क के खतरनाक सामग्री संचालन प्रभाग के पॉल रोजर्स अग्निशमन विभाग “

लिथियम आयन बैटरी सारांश

लिथियम आयन बैटरी सबसे निश्चित रूप से सीसा एसिड की तुलना में बेहतर प्रदर्शन विशेषताओं है । हालांकि, सुरक्षा और प्रबंधन आवश्यकताओं से जुड़े अतिरिक्त हार्डवेयर द्वारा ये फायदे गंभीर रूप से कम हो जाते हैं। शुद्ध परिणाम यह है कि सीसा एसिड बैटरी विशेष रूप से जब अनुप्रयोगों जो वजन या चार्ज स्वीकृति द्वारा प्रतिबंधित नहीं कर रहे है पर विचार करते समय अलग फायदे हैं । सीसा एसिड बैटरी विनिर्माण संयंत्र लागत की कम प्रारंभिक लागत; कम खरीद मूल्य और सीसा एसिड की कम परिशोधन लागत इसके कम पर्यावरणीय प्रभाव और अंतर्निहित सुरक्षा के साथ संयुक्त, निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं:

  • कम खरीद मूल्य। कीमत एक ली आयन समकक्ष के एक चौथाई के आसपास है । आवेदनों के बहुमत में स्वामित्व की एक कम कुल लागत देने के लिए कम परिचालन लागत।
  • पुनर्चक्रणीयता। सभी सीसा एसिड बैटरी सामग्री के लगभग 100% पुनर्नवीनीकरण कर रहे हैं। स्क्रैप मूल्य बैटरी सामग्री लागत का 20% तक अतिरिक्त राजस्व प्रदान कर सकता है। लिथियम बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए कोई बुनियादी ढांचा या वाणिज्यिक प्रक्रिया है
  • सुरक्षा. सीसा एसिड के रसायन लिथियम आयन बैटरी की तुलना में स्वाभाविक रूप से सुरक्षित है
  • स्थिरता. विशेष रूप से रीसाइक्लिंग सुविधाओं से लीड एसिड के लिए आपूर्ति के कई सुस्थापित स्रोत हैं। लिथियम और अन्य कैथोड सामग्री राजनीतिक रूप से संवेदनशील क्षेत्रों से आपूर्ति की जा सकती है। दोनों वर्तमान वैश्विक सामग्री निष्कर्षण और विनिर्माण क्षमता लिथियम आयन बैटरी के उत्पादन में तेजी से वृद्धि का समर्थन नहीं करेगा ।
  • कार्बन पदचिह्न। लीड एसिड बैटरी निर्माण लिथियम आयन बैटरी के एक तिहाई गेट कार्बन पदचिह्न के लिए एक पालना है ।

वहां हम यह सब किया है । लिथियम आयन बैटरी कंपनियों द्वारा चित्रित एक के लिए एक अलग तस्वीर । जबकि यह तर्क नहीं दिया जा सकता है कि सीसा एसिड ऊर्जा घनत्व में एक नुकसान है, बात यह किया जा सकता है कि यह अभी भी एक अत्यधिक प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकी है और कई अनुप्रयोगों में सबसे अच्छा विकल्प बना हुआ है ।

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