Liitiumakude energiatiheduse analüüs, kuidas liitiumakude energiatihedust parandada?
Kokkuvõte
Energiatihedus (Energy density) tähistab teatud ruumi või aine massi ühikus talletatud energia hulka. Aku energiatihedus on elektrienergia, mida eraldab aku keskmine ruumala või mass. Aku energiatihedus jaguneb üldiselt kaheks mõõtmeks: kaalu energiatihedus ja mahuenergia tihedus.
Mis on energiatihedus?
Energiatihedus (Energy density) tähistab teatud ruumi või aine massi ühikus talletatud energia hulka. Aku energiatihedus on elektrienergia, mida eraldab aku keskmine ruumala või mass. Aku energiatihedus jaguneb üldiselt kaheks mõõtmeks: kaalu energiatihedus ja mahuenergia tihedus.
Aku massi energiatihedus=aku võimsus × tühjendusplatvorm/kaal, põhiühik on Wh/kg (vatt-tund/kg)
Aku mahu energiatihedus=aku võimsus × tühjendusplatvorm/maht, põhiühik on Wh/L (vatt-tund/liiter)
Mida suurem on aku energiatihedus, seda rohkem salvestatakse elektrit mahu- või kaaluühiku kohta.
Mis on monomeeri energiatihedus?
Aku energiatihedus viitab sageli kahele erinevale mõistele, millest üks on ühe elemendi energiatihedus ja teine akusüsteemi energiatihedus.
Akuelement on akusüsteemi väikseim üksus. M akut moodustavad mooduli ja N moodulit akuploki. See on sõiduki aku põhistruktuur.
Üksiku raku energiatihedus, nagu nimigi ütleb, on ühe raku taseme energiatihedus.
Vastavalt"Made in China 2025", jõuakude arengukava on määratletud: 2020. aastal jõuab akude energiatihedus 300Wh/kg; 2025. aastal jõuab aku energiatihedus 400Wh/kg-ni; aastal 2030 jõuab aku energiatihedus 500Wh/kg-ni. See viitab ühe rakutasandi energiatihedusele.
Mis on süsteemi energiatihedus?
Süsteemi energiatihedus viitab kogu akusüsteemi kaalule või mahule võrreldes kogu akusüsteemi massi või mahuga pärast monomeeride kombinatsiooni lõppu. Kuna akusüsteem sisaldab akuhaldussüsteemi, soojusjuhtimissüsteemi, kõrge- ja madalpingeahelaid jne, mis hõivavad osa akusüsteemi kaalust ja siseruumist, on akusüsteemi energiatihedus madalam kui monomeeri energiatihedus .
Süsteemi energiatihedus=akusüsteemi võimsus / akusüsteemi kaal VÕI akusüsteemi maht
Mis piirab liitiumakude energiatihedust?
Peamine põhjus on aku taga olev keemiline süsteem.
Üldiselt on liitiumaku neli osa väga kriitilised: positiivne elektrood, negatiivne elektrood, elektrolüüt ja diafragma. Positiivsed ja negatiivsed poolused on kohad, kus toimuvad keemilised reaktsioonid, mis on samaväärsed Ren Du ja Du kahe veeniga ning nende oluline staatus on näha. Me kõik teame, et akusüsteemi energiatihedus, mille positiivne elektrood on kolmekomponentne liitium, on kõrgem kui liitiumraudfosfaati positiivse elektroodiga akusüsteemil. Miks on see?
Enamik praegustest liitiumioonakude anoodimaterjalidest on grafiit ja grafiidi teoreetiline grammmaht on 372 mAh/g. Positiivse elektroodi materjali liitiumraudfosfaadi teoreetiline mahutavus grammides on vaid 160 mAh/g, samas kui kolmekomponentse materjali nikkel-koobaltmangaani (NCM) on umbes 200 mAh/g.
Tünnide teooria kohaselt määrab veetaseme tünni lühim osa ning liitiumioonakude energiatiheduse alumine piir sõltub katoodi materjalist.
Liitiumraudfosfaadi pingeplatvorm on 3,2 V ja kolmekomponentne indeks on 3,7 V. Võrreldes kahte faasi, on energiatihedus kõrge ja erinevus on 16%.
Loomulikult mõjutab energiatihedust lisaks keemilisele süsteemile ka tootmisprotsessi tase, nagu tihendustihedus, fooliumi paksus jne. Üldiselt võib öelda, et mida suurem on tihendustihedus, seda suurem on aku mahutavus piiratud ruumis, seega peetakse põhimaterjali tihendustihedust ka üheks aku energiatiheduse võrdlusnäitajaks.
Sarja&neljandas osas võttis CATL kasutusele 6-mikronise vaskfooliumi ja kasutas energiatiheduse suurendamiseks täiustatud tehnoloogiat.
Kui suudate igast reast kinni pidada, lugege see alla ja jätkake lugemist kuni siiamaani. Õnnitleme, teie arusaam akudest on jõudnud tasemele.
Kuidas suurendada energiatihedust?
Uute materjalisüsteemide kasutuselevõtt, liitiumaku struktuuri peenhäälestus ja tootmisvõimsuste parandamine on kolm etappi, mille kaudu saavad R&D insenerid" pikkade varrukatega head tantsu". Allpool selgitame monomeeri ja süsteemi kahte mõõdet.
——Monomeeri energiatihedus sõltub peamiselt keemilise süsteemi läbimurdest
1. Suurendage aku mahtu
Akutootjad saavad võimsuse suurendamise efekti saavutada, suurendades algset aku suurust. Tuntuim näide on see, et Panasonicu' 18650 akut esimesena kasutanud tuntud elektriautode ettevõte Tesla asendab selle uue 21700 akuga.
Patareide “rasvumine” või “kasv” on aga vaid ajutine, mitte püsiv ravi. Veekeetja põhjast palkade väljavõtmise meetod on leida võtmetehnoloogia energiatiheduse suurendamiseks positiivsetest ja negatiivsetest materjalidest, mis moodustavad akuelemendid ja elektrolüüdi koostise.
2. Muutused keemilises süsteemis
Nagu varem mainitud, piiravad aku energiatihedust aku positiivsed ja negatiivsed elektroodid. Kuna praeguse negatiivse elektroodi materjali energiatihedus on palju suurem kui positiivse elektroodi oma, nõuab energiatiheduse suurendamine positiivse elektroodi materjali pidevat täiustamist.
Kõrge niklisisaldusega katood
Kolmekomponentsed materjalid viitavad üldiselt nikkel-koobalt-mangaanoksiidi liitiumoksiidide suurele perekonnale. Aku jõudlust saame muuta, muutes kolme elemendi – nikli, koobalti ja mangaani – suhet.
Pildil räni süsinikanood
Ränipõhise negatiivse elektroodi materjali erivõimsus võib ulatuda 4200 mAh / g, mis on palju suurem kui grafiit negatiivse elektroodi teoreetiline erivõimsus 372 mAh / g, seega on sellest saanud grafiit negatiivse elektroodi võimas asendaja.
Praegu on räni-süsinik komposiitmaterjalide kasutamine aku energiatiheduse suurendamiseks muutunud üheks tööstusharu' liitium-ioonaku anoodimaterjalide tunnustatud arendussuunaks. Tesla välja antud Model 3 kasutab ränisüsinikanoodi.
Kui soovite tulevikus astuda sammu võrra kaugemale 350Wh/kg üheelemendilise barjääri murdmisest, võivad tööstusharu kolleegid keskenduda liitiummetallnegatiivsele akusüsteemile, kuid see tähendab ka kogu aku tootmisprotsessi muutumist ja hoolsust. Mitmest tüüpilisest kolmekomponentsest materjalist on näha, et nikli osakaal on järjest suurem ja koobalti osakaal järjest väiksem. Mida suurem on nikli sisaldus, seda suurem on raku erivõimsus. Lisaks vähendab nikli osakaalu suurendamine koobaltivarude nappuse tõttu kasutatava koobalti kogust.
3. Süsteemi energiatihedus: akukomplektide tõhususe parandamine
Akukomplektide test rühmades on aku võime"piiramislõvid" üksikute lahtrite ja moodulite paigutamiseks. Eelduseks tuleb võtta ohutus ja kasutada ära iga tolli ruumi.
Peamiselt on"slim down" akukomplekti.
Optimeerige paigutuse struktuur
Mõõtmete aspektist saab süsteemi sisemist paigutust optimeerida, et muuta akupaki sisemised komponendid kompaktsemaks ja tõhusamaks.
Topoloogia optimeerimine
Me realiseerime kaalu vähendamise disaini eeldusel, et simulatsiooniarvutuste abil tagame jäikuse ja konstruktsiooni töökindluse. Selle tehnoloogia abil on võimalik saavutada topoloogia optimeerimine ja topograafia optimeerimine ning see aitab lõpuks saavutada kergeid akukappe.
Materjali valik
Saame valida madala tihedusega materjale. Näiteks akupaki kate on järk-järgult muutunud traditsioonilisest plekkkattest komposiitmaterjalist katteks, mis võib kaalu vähendada umbes 35%. Mis puutub akupaki alumisse kasti, siis on see järk-järgult üle läinud traditsiooniliselt lehtmetalli lahenduselt alumiiniumprofiili lahendusele, vähendades kaalu umbes 40% ja kerge mõju on ilmne.
Integreeritud sõiduki disain
Kogu sõiduki integreeritud disaini ja kogu sõiduki konstruktsiooni on igakülgselt arvesse võetud ning konstruktsiooniosi jagatakse ja jagatakse nii palju kui võimalik (nt kokkupõrkevastane disain), et saavutada ülim kerge kaal.
Aku on väga terviklik toode. Kui soovite parandada üht jõudluse aspekti, võite ohverdada ka teised jõudluse aspektid. See on akude disaini ja arendamise mõistmise aluseks. Toiteakud on mõeldud sõidukitele, seega pole energiatihedus ainus aku kvaliteedi mõõt.
