Pin lithium ion

Pin lithium ion hoặc pin chì axit?

This post is also available in: English हिन्दी Español Français Português 日本語 Русский العربية 简体中文

Ưu điểm của hóa học pin chì axit

Pin là các thiết bị lạ. Không ai muốn họ, nhưng mọi người đều cần chúng. Họ chỉ được mua khi cần thiết. Có bao nhiêu người kế hoạch một chuyến đi đến các trung tâm mua sắm địa phương để cửa sổ cửa hàng cho pin? Họ là một mua ác cảm và chỉ mua khi hoàn toàn cần thiết. Một nhân viên bán hàng tốt có thể bán cho bạn hai đôi giày, hai chiếc xe và có thể hai ngôi nhà nếu bạn có tiền, nhưng ông không thể bán cho bạn hai pin xe SLI. Khi bạn mua một pin cho dù một pin năng lượng mặt trời cho một bảng điều khiển năng lượng mặt trời, một chiếc xe đạp điện hoặc một UPS và biến tần pin hệ thống dự trữ hoặc một pin lực kéo để nâng không bạn muốn bạn biết thêm về nó?

Làm thế nào để chì pin acid hoạt động, sự khác biệt giữa các loại và các mô hình, và làm thế nào về các chemistries khác nhau? Họ có thể tốn kém. Trong một ứng dụng thương mại hoặc trong nước những gì là hoàn vốn, cuộc sống và chi phí thay thế của một pin axit chì là gì? Kích thước bạn cần, không gian có sẵn, hiệu quả năng lượng của pin axit chì và thời gian nạp tiền? Và sau đó, có những chi phí ẩn của an toàn, xử lý và khí thải carbon. Bài viết này so sánh các pin axit chì với pin lithium ion và địa chỉ nhiều quan niệm sai lầm liên kết với cả hai của các chemistries.

pin lithium ion

Nhận thức trong lĩnh vực công cộng là pin axit chì là công nghệ cũ. Lithium ion pin có một nhận thức khác nhau, nó là hiện đại, sạch hơn, nó có 3 hoặc 4 lần mật độ năng lượng và một cuộc sống chu kỳ dài hơn. Với tất cả những điều này, những gì có thể lợi thế có thể là 150-năm cũ axit chì công nghệ mang đến cho bảng? Cũng thực sự, tất cả không phải là như nó có vẻ, nhìn phía sau các tiêu đề tại các dữ liệu được sử dụng trong các yêu cầu tiếp thị, sau đó áp dụng một chút ý thức chung, nghiên cứu cơ bản và khoa học một số thô sơ. Bạn sẽ thấy rằng câu chuyện thực sự là khá khác nhau.

Các quan niệm sai lầm đầu tiên liên quan đến mật độ năng lượng thể tích và cụ thể. Các giá trị tiêu đề của 4 đến 5 lần chỉ liên quan đến mật độ năng lượng cụ thể và một số hạn chế của pin lithium ion chemistries, một số trong đó vẫn không sử dụng thương mại. Hình. 2 so sánh một số cathodes cho các tế bào pin lithium ion từ khoảng 100Wh/kg cho hóa học li-FePO4 an toàn nhất đến hơn 200Wh/kg cho biến thể niken-coban-nhôm oxit. Biểu đồ pin chì axit được đưa ra dưới đây:

Mật độ năng lượng của pin lithium ion
Hình 2 mật độ năng lượng của các hóa chất pin khác nhau ở cấp tế bào
So sánh pin lithium ion ở mức tế bào
Hình 3 so sánh pin ion lithium và pin axit chì ở cấp độ tế bào và hệ thống

Các giá trị này chỉ áp dụng cho cấp độ ô đơn, không phải là gói hoặc điều kiện trong dịch vụ. Hình. 3 cho thấy các mật độ năng lượng của chemistries pin khác nhau tại tế bào và hệ thống cấp. Các mật độ năng lượng của các tế bào pin lithium ion là thực tế giảm một nửa khi cài đặt đầy đủ với tất cả các kết nối, làm mát, an toàn và thiết bị quản lý pin.

Mức độ tế bào lợi thế từ 3 đến 5 lần mật độ năng lượng cụ thể được giảm xuống còn 2 đến 3 lần. Phụ thuộc vào hóa học cathode lithium, chúng tôi gần như có thể được nhìn vào tính chẵn lẻ giữa pin lithium ion và chì pin acid mật độ năng lượng cho một hệ thống pin được cài đặt đầy đủ trong một số ứng dụng.
Các yếu tố khác, đó là chu kỳ cuộc sống, cũng là một nguồn gốc của sự nhầm lẫn. Làm thế nào nhiều chu kỳ có thể một pin lithium ion thực hiện trước khi công suất giảm xuống dưới 80% của bảng xếp hạng của mình? Hai, 3000? Bảng 1 cho một bản tóm tắt các vật liệu cathode Li-ion khác nhau cho hiệu suất và chu kỳ cuộc sống.

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

Như có thể nhìn thấy, tất cả rơi trong phạm vi 800 chu kỳ 2000. So sánh, một pin chì axit được thiết kế tốt có thể dễ dàng đạt được hơn 1600 chu kỳ đến 80% DOD. Vậy làm thế nào để tất cả các thêm lên khi xem xét chi phí sở hữu? Điều này mang lại cho chúng tôi đến điểm tiếp theo đó là giá pin axit chì. Bao nhiêu một pin lithium ion chi phí so với một pin chì axit? Lithium ion sản xuất pin chi phí nhà máy? Đương nhiên, pin lithium ion đắt hơn nhưng làm thế nào nhiều hơn nữa. Một lần nữa, điều này phụ thuộc vào mức độ được xem xét. Các thông cáo báo chí sẽ cho chúng tôi biết rằng Li-ion giá đang rơi xuống và bây giờ đang ở trong khoảng 2-3 lần rằng axit chì.

Thực sự? Các mức giá có nghĩa là trên một tìm kiếm Internet gần đây của Vương Quốc Anh để có được giá trên pin thương mại giải trí có sẵn của 12V và 100 ah cho cả hai pin lithium ion và chì axit pin:
pin lithium ion $960 hoặc $800/kWh
Pin chì axit $215 hoặc $180/kWh
Rõ ràng, cuộc sống của pin lithium ion đã được 4 lần của pin axit chì tương đương để có được cùng một giá trị. Như chúng ta đã thấy, đây không phải là trường hợp.

Cradle để cổng phát thải lithium ion pin
Hình 6 Cradle đến cổng phát thải CO2 cho các hóa chất pin khác nhau
Schematic của cái nôi để Gra
Hình 5 schematic của cái nôi để cổng nguyên tắc cho sản xuất pin

Trong tất cả các trường hợp xây dựng pin axit chì là chi phí hiệu quả nhất, ngay cả khi một pin chì axit lớn hơn được trang bị để cung cấp cho chấp nhận tốt hơn và chu kỳ cuộc sống lâu hơn. Trong ví dụ này, ứng dụng là một tháp viễn thông ở Ấn Độ. Nguyên tắc tương tự giữ đúng trong hầu hết các ứng dụng và địa lý, nhiều hơn như vậy trong khí hậu lạnh hơn. Quan niệm sai lầm khác là Li-ion là một công nghệ sạch hơn và ít gây ô nhiễm hơn axít chì. Cái nôi để cổng phát thải cho các chemistries pin khác nhau được đưa ra trong figs. 5 và 6.

Con số này cho thấy ranh giới của các hoạt động để sản xuất pin. Từ khai thác và vận chuyển nguyên liệu phải qua tất cả các bước xử lý đến điểm mà pin đã sẵn sàng để tàu.

Bảng 2 là một tình huống thực tế so sánh các cuộc đời sử dụng pin lithium ion và pin axít chì làm việc trong các thời kỳ cuộc sống khác nhau.

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

Dữ liệu này từ Argonne phòng thí nghiệm quốc gia, cho thấy rằng tổng số quá trình sản xuất bao gồm cả việc khai thác và vận chuyển nguyên liệu cho pin lithium ion là hơn 4 lần giá trị axit chì. Về việc khai thác vật liệu, việc cung cấp các vật liệu cathode cơ bản như coban và mangan và lithium không hoàn toàn chắc chắn. Các quá trình khai thác và phục hồi tồn tại nhưng số lượng các mỏ và các trang web sản xuất có thể hạn chế cung cấp nếu nhu cầu tăng đáng kể. Bản đồ địa lý chính trị cũng dự đoán sự không chắc chắn đối với một số nguồn của các tài liệu này.

Các tái sử dụng và an toàn của các chemistries là yếu tố quan trọng. Nó được biết rằng hầu như tất cả các thành phần trong pin axit chì là 100% tái chế trong khi không có quá trình thương mại để tái chế pin lithium ion. Tình trạng này là dễ hiểu khi bạn xem xét rằng các thành phần đắt tiền hơn của Li, co, MN vv chỉ là một phân số nhỏ của tổng pin lithium ion. Ví dụ, lithium là khoảng 4% tổng trọng lượng tế bào. Thêm vào này thực tế rõ ràng rằng lithium là rất phản ứng (cơ sở của mật độ năng lượng cao của nó), mà dễ hiểu làm cho nó tốn kém để trích xuất từ chất thải.

Yếu tố phức tạp bổ sung với nhiều vật liệu khác nhau trong xây dựng của nó làm cho tái chế khó khăn, cả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Kết quả? Chỉ đơn giản là không có khuyến khích thương mại để tái chế các pin. Vì lý do này, cơ sở tái chế vẫn còn ở giai đoạn thí điểm và chủ yếu là chính phủ tài trợ.
Hiện nay, phần lớn các loại pin lithium ion bị tháo dỡ được tích trữ chờ đợi hoặc là một bước đột phá về công nghệ hoặc pháp luật để buộc tái chế của họ. Nếu sau này đã được thực hiện sau đó sẽ có một chi phí, cuối cùng để tiêu thụ. Điều này tiếp tục tăng giá của các tế bào Li-ion so với các loại pin chì axit.

Cuối cùng, chúng tôi có an toàn. Không có ứng dụng pin chì axit để kiến thức của chúng tôi đã từng có một thu hồi an toàn như chúng ta biết là trường hợp với pin Li-ion trong các thiết bị điện tử cầm tay và thậm chí cả xe điện. Hình. 7 cho thấy những gì đã xảy ra với một Volvo lai mới tại Vương Quốc Anh chỉ là một vài tuần trước, tại thời gian viết bài này. Trong trường hợp này pin lithium ion của nó bốc cháy khi phụ trách.

Hình 7 lửa gây ra bởi một pin Li-ion trong một chiếc xe điện Volvo Hybrid: tháng 4 2018-UK Residence

pin lithium ion nguyên nhân của một đám cháy trong một chiếc xe Volvo EV mới
Lửa xe Volvo cháy do pin lithium
Hỏa hoạn do pin lithium ion gây ra
Firemen dousing lửa gây ra bởi một pin lithium

Ngay cả khi được lưu trữ hoặc vận chuyển pin lithium ion đã là nguyên nhân gây ra đám cháy nguy hiểm nghiêm trọng. Trong khi những dịp này rất hiếm, họ phải được công nhận, và thiết bị an toàn phù hợp và phần mềm quản lý pin phải được cài đặt. Ví dụ, sở cứu hỏa New York vẫn đang trong quá trình quyết định cách giải quyết các vụ cháy pin lithium ion. Điều này mạnh mẽ gợi ý rằng các biện pháp an toàn hiện tại cho pin lithium ion trên toàn thế giới cần phải được xét lại.

Sau đây là quan cảnh từ New York Fire Department:

Tin tức báo giá: AWS Tiện ích ổ đĩa tháng mười một 15, 2016 “cháy không phải là vấn đề lớn nhất”, ông Rogers. Firefighters được đào tạo để đối phó với đám cháy, nhưng họ cần phải biết những gì họ đang đối phó với. Pin Li-ion có thể phát hành các axit độc hại và hơi dễ cháy. Một số trong những hơi được tiêu thụ bởi ngọn lửa, nhưng nếu họ không, họ có thể bốc cháy hoặc là một vấn đề cho nhân viên cứu hỏa. Vấn đề lớn nhất là những gì xảy ra “post-op,” đó là sau khi cháy được dập tắt. Thậm chí nếu một pin là tắt nó có thể cận cho lên đến 72 giờ, Rogers nói. LT. Sở cứu hỏa Paul Rogers của bộ phận hoạt động vật liệu độc hại của New York “

Tóm tắt pin lithium ion

Pin lithium ion chắc chắn nhất có đặc tính hiệu suất tốt hơn so với axít chì. Tuy nhiên, những lợi thế này được giảm nghiêm trọng bởi phần cứng bổ sung liên quan đến các yêu cầu an toàn và quản lý. Kết quả ròng là các pin axit chì có ưu điểm riêng biệt rất lớn khi xem xét các ứng dụng không bị giới hạn bởi trọng lượng hoặc tính phí chấp nhận. Chi phí ban đầu thấp hơn của sản xuất pin axit chì chi phí nhà máy; giá mua thấp và chi phí khấu hao thấp của axít chì kết hợp với tác động môi trường thấp và an toàn vốn có, cung cấp những ưu điểm sau:

  • Giá mua thấp hơn. Giá là khoảng một phần tư của một Li-ion tương đương. Chi phí vận hành thấp hơn để cung cấp cho tổng chi phí sở hữu thấp hơn trong phần lớn các ứng dụng.
  • Tái. Hầu hết 100% của tất cả các vật liệu pin axit chì được tái chế. Giá trị phế liệu có thể cung cấp thêm doanh thu lên đến 20% chi phí vật liệu pin. Pin lithium không có cơ sở hạ tầng hoặc quá trình thương mại để tái chế
  • An toàn. Hóa học của axít chì vốn là an toàn hơn so với pin lithium ion
  • Bền vững. Có rất nhiều nguồn cung cấp tốt cho axit chì, đặc biệt là từ các thiết bị tái chế. Liti và các vật liệu cathode khác có thể được cung cấp từ các khu vực nhạy cảm chính trị. Cả khả năng khai thác và sản xuất vật liệu toàn cầu hiện nay đều không hỗ trợ sự tăng nhanh chóng trong việc sản xuất pin lithium ion.
  • Carbon dấu chân. Sản xuất pin axit chì có một cái nôi để cửa carbon footprint một phần ba của pin lithium ion.

Ở đó chúng tôi có tất cả. Một hình ảnh khác nhau để vẽ một trong các công ty pin lithium ion. Trong khi nó không thể lập luận rằng axít chì có một bất lợi trong mật độ năng lượng, điểm có thể được thực hiện rằng nó vẫn là một công nghệ cạnh tranh cao và vẫn là sự lựa chọn tốt nhất trong nhiều ứng dụng.

Đừng để lại ý kiến của bạn dưới đây. Chúng tôi đánh giá cao suy nghĩ của bạn.

Scroll to Top