Analisis Prospek Baterai Lithium Mengganti Timbal-asam di Bidang Baterai Otomotif

Baterai timbal-asam saat ini merupakan sumber daya utama untuk SLI di kendaraan bermotor, dan juga telah diberikan banyak aplikasi lain. Keuntungan baterai lithium sebagai baterai SLI daripada baterai timbal-asam terutama terletak pada umurnya yang lebih lama dan kepadatan energi yang lebih tinggi. Dalam hal keamanan, peraturan baterai Eropa yang baru tentang penggunaan bahan pembatas dalam kendaraan dipertimbangkan, serta spesifikasi biaya, desain, dan pengujian. Siklus hidup dan daur ulang kedua baterai juga dipertimbangkan.

1. Penggantian baterai

Selama bertahun-tahun, standar kimia dan manufaktur baterai timbal-asam telah disesuaikan dengan kebutuhan daya baru dan tantangan yang relatif cepat dengan menyesuaikan aditif dan meningkatkan proses manufaktur yang ada, daripada mencoba mendesain ulang sistem baterai yang sama sekali baru. Pada tahun 1960-an, masa pakai baterai SLI timbal-asam adalah sekitar 3 tahun, dan pada tahun 2015, seiring dengan meningkatnya kebutuhan daya dan aplikasi, baterai dapat bertahan selama lima tahun atau lebih.

Baterai timbal-asam telah mempertahankan pangsa pasar, terutama karena mereka dapat memenuhi arus tinggi yang diperlukan untuk startup ICE dingin, daya tahan siklus suhu tinggi, keamanan yang relatif tinggi, dan biaya yang relatif rendah. Jika Anda berencana untuk berpartisipasi di pasar ini, maka inilah tantangan yang harus dihadapi oleh setiap teknologi baterai baru. Dalam beberapa tahun terakhir, stabilitas baterai lithium dalam hal kimia dan manufaktur telah meningkat secara signifikan, biaya terus berkurang, dan kinerja terus ditingkatkan. Dalam arti yang lebih luas, dibandingkan dengan baterai timbal-asam, keunggulan utama baterai SLI lithium-ion saat ini adalah kepadatan energinya yang tinggi dan umurnya yang panjang.

Baterai SLI lithium-ion memiliki kinerja yang serupa dengan baterai SLI timbal-asam yang ada, dan pengujian tambahan telah dilakukan untuk mengevaluasi stabilitas baterai SLI lithium-ion. Termasuk langkah-langkah keamanan yang ketat, seperti perlindungan overcharge, uji penghancuran tipe penghancuran atau tusukan, pelepasan dan pengisian suhu rendah terus menerus, dan evaluasi dampak deposisi litium.

2. Desain keamanan baterai lithium-ion

Tantangan utama dalam pengembangan baterai lithium-ion SLI adalah seberapa aman baterai dalam kondisi penyalahgunaan atau penuaan, dan apakah pelarian termal akan terjadi. Banyak tes telah dilakukan untuk mencegah situasi ini, tetapi tidak semua situasi dapat diprediksi. Karena kecelakaan tersebut menyebabkan kerusakan berlebihan pada bagian dalam kendaraan, yang dapat menyebabkan baterai terbakar karena kebakaran eksternal atau internal, tindakan pencegahan yang diambil akan memastikan bahwa baterai yang rusak tidak akan menyebabkan percikan api lebih lanjut, sehingga mengurangi penyebaran api setelah kecelakaan. kecelakaan. Selain itu, faktor unik baterai adalah korsleting internal (ISC) yang mungkin terjadi karena usianya. Beberapa kondisi umum, seperti pembentukan dendrit lithium, menembus diafragma menyebabkan korsleting, yang menyebabkan diafragma menyusut karena panas dan menyebabkan korsleting area yang luas. Tantangan lain untuk pengujian baterai standar adalah bahwa struktur eksternal baterai lithium-ion dapat berbentuk silinder, kantong (soft pack) atau persegi. Oleh karena itu, setiap jenis baterai memerlukan prosedur pengujian mekanis yang berbeda. Teknik-teknik ini dapat digunakan untuk memandu pemahaman tentang korelasi antara pengujian keselamatan dan baterai SLI lithium-ion.

3. Desain baterai SLI

Dalam desain baterai SLI, ada berbagai bahan elektroda dan kombinasi baterai yang dapat dipilih. Namun, ketika tegangan baterai keseluruhan dibatasi pada 12V tipikal, baterai timbal-asam yang ada dapat diganti dalam kasus ini. Saat ini, hanya beberapa baterai yang dihubungkan secara seri yang dapat mencapai tegangan baterai yang benar.

Selain persyaratan untuk mendapatkan tegangan baterai yang mendekati 12V, faktor lain seperti ketersediaan yang mudah di pasar konsumen perlu dipertimbangkan. Dibandingkan dengan baterai timbal-asam standar, bahan-bahan ini dapat membuat baterai SLI yang hemat biaya. Bahan katoda baterai lithium-ion dapat dibagi menjadi jenis berlapis, spinel dan olivin. Bahan anoda terutama karbon. Selain mempertimbangkan kompatibilitas bahan katoda dan anoda untuk memberikan tegangan dan kapasitas daya baterai yang benar, yang pertama baterai lithium-ion Tiga komponen penting adalah elektrolitnya. Untuk sebagian besar baterai komersial, elektrolit cair organik digunakan bersama dengan garam litium larut, yang dapat memberikan konduktivitas ion litium yang diperlukan. Garam yang paling umum digunakan saat ini adalah LiPF6.

Di BEV, baterai lithium-ion SLI 12 V dapat digunakan untuk memelihara sistem elektronik on-board kendaraan's saat kendaraan tidak mengemudi. Penggunaan baterai SLI timbal-asam dalam aplikasi ini tidak ideal karena biasanya dirancang untuk daya tinggi dan belum tentu cocok untuk skenario aplikasi debit arus rendah yang dalam. Dalam hal ini, baterai SLI lithium-ion hanya menutupi kekurangan baterai SLI timbal-asam.

4. Desain keseimbangan baterai dan sistem manajemen baterai (BMS)

Tidak seperti baterai SLI timbal-asam, tantangan untuk teknologi baterai lithium-ion adalah bahwa baterai tersebut memiliki efisiensi pengisian ulang yang tinggi mendekati 95% dan harus bekerja secara ketat dalam jendela tegangan baterai. Ketika baterai lithium-ion dirakit secara seri dan diisi, mereka dapat dengan mudah melayang di luar jendela tegangan baterai, bahan aktif mungkin mulai mengalami perubahan fase yang tidak dapat diubah, dan elektrolit dapat mulai terurai. Hal ini pada gilirannya meningkatkan resistansi internal baterai, sehingga meningkatkan efek ketidakseimbangan baterai. Oleh karena itu, manajemen baterai dan pemantauan masing-masing paket baterai telah menjadi praktik standar untuk modul lithium-ion, dan biasanya dipasang di rumah kotak baterai. Ada sejumlah besar sistem BMS di pasaran, banyak di antaranya dibuat khusus untuk bahan kimia baterai lithium-ion tertentu. Metode pengisian daya yang paling sederhana dan paling hemat biaya adalah dengan membatasi pengisian baterai seri. Metode yang lebih baik adalah membiarkan redistribusi energi antara baterai setelah baterai mencapai batas tegangan atas, mencegah satu baterai dari pengisian yang berlebihan dan menyebabkan masalah keamanan.

5. Biaya baterai

Dibandingkan dengan teknologi yang ada, salah satu tantangan utama baterai lithium-ion SLI adalah memberikan harga yang kompetitif kepada konsumen. Para peneliti sedang bekerja keras untuk mempelajari masalah rantai nilai dalam pembuatan baterai lithium-ion. Saat ini, hampir 60% dari biaya baterai dianggap terdiri dari bahan tidak aktif seperti pengumpul arus, pemisah, dan selubung baterai. Biaya tambahan berasal dari interfase elektrolit padat (SEI). ) Waktu dan tenaga yang dihabiskan dalam proses pembentukan.

6. Kebijakan dan perundang-undangan

Penggerak utama teknologi biasanya disertai dengan kebijakan nasional dan internasional tertentu yang terkait dengan kesehatan dan keselamatan, diikuti oleh undang-undang. Ini biasanya melibatkan penggunaan bahan kimia tertentu atau aksesori kimia yang dianggap berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Terutama ketika zat berbahaya ini digunakan dalam kendaraan, konsep desainnya harus dapat mencapai" daur ulang hijau", yaitu dapat dibongkar sehingga berbagai bahan dapat digunakan kembali, didaur ulang atau dibuang dengan aman dari tanpa menyebabkan pencemaran terhadap lingkungan.

7.Standar dan spesifikasi

Selama beberapa dekade, spesifikasi dan standar telah muncul dan dikembangkan secara bertahap untuk beradaptasi dengan kinerja dan keamanan hampir semua aplikasi baterai, termasuk baterai SLI untuk kendaraan. Di sisi lain, undang-undang negara atau wilayah tertentu dapat mengacu pada standar ketika berhadapan dengan persyaratan tertentu yang biasanya berdampak langsung pada keselamatan dan kesehatan masyarakat dan lingkungan. Aliansi Baterai Lanjutan Amerika Serikat (USABC) telah menyusun manual pengujian baterai (Revisi 2) untuk Departemen Energi AS (DoE).

8. Daur ulang baterai

Saat ini sebuah perusahaan dengan kekuatan tertentu dalam mendaur ulang baterai lithium-ion.

Di atas merangkum bahwa beberapa perusahaan besar secara aktif berpartisipasi dalam proses daur ulang baterai lithium-ion skala industri yang mapan. Kapasitas daur ulang dari industri daur ulang yang muncul akan meningkat setidaknya lima kali lipat dalam 7 hingga 10 tahun ke depan.

9. Kesimpulan dan prospek

Artikel ini merangkum beberapa faktor penggantian baterai SLI timbal-asam dengan baterai SLI lithium-ion, yang akan menjadi proses bertahap dalam beberapa tahun ke depan. Dengan penggunaan besar-besaran penyimpanan sistem energi terbarukan, penggunaan baterai timbal-asam akan terus tumbuh, dan fokus baterai SLI lithium-ion akan digunakan pada kendaraan ICE kelas menengah hingga atas yang berlokasi di Eropa, beberapa di antaranya yang berada di Asia dan Amerika Serikat. Untuk banyak kendaraan ICE kecil dan murah, baterai SLI timbal-asam akan terus digunakan, karena biaya penggantian baterai akan selalu menjadi faktor penentu. Selain itu, pasar konsumen global akan meningkatkan penggunaan"circular economy" produk, yang akan fokus pada pengurangan limbah lingkungan sekaligus meningkatkan daur ulang bahan baku. Meskipun daur ulang baterai lithium-ion masih dalam tahap awal, China, Jepang, dan negara-negara lain telah melakukan inisiatif besar. Amerika Serikat, Australia, dan negara-negara Eropa semuanya telah mendemonstrasikan fungsi baru dari bahan daur ulang dalam baterai lithium-ion. Proses daur ulang ini akan berlangsung dalam lima hingga lima tahun ke depan. Sempurna dalam sepuluh tahun.