Hoje, quase todo mundo tem um telefone no bolso (smartphone, celular com câmera, tablet) que pode superar a área de trabalho em termos de desempenho, que você não atualiza há vários anos. Cada dispositivo possui uma bateria de polímero de lítio. Agora, a pergunta é: qual dos leitores se lembrará exatamente quando ocorreu a transição irreversível de "discadores" para dispositivos multifuncionais?
É difícil ... É necessário sobrecarregar a memória, lembre-se do ano de compra do primeiro telefone "inteligente". Para mim, é sobre 2008-2010. Naquela época, a capacidade de uma bateria de lítio para um telefone comum era de cerca de 700 mAh, agora a capacidade da bateria dos telefones chega a 4 mil mAh.
Um aumento de capacidade em 6 vezes, apesar do fato de que, grosso modo, o tamanho da bateria aumentou apenas 2 vezes.
Como
já dissemos em nosso artigo , as soluções de UPS de íon de lítio estão conquistando rapidamente o mercado, têm uma série de vantagens inegáveis e são
bastante seguras de usar (especialmente em condições de servidor).
Amigos, hoje tentaremos entender e comparar soluções em baterias de ferro-lítio-fosfato (LFP) e lítio-manganês (LMO), para estudar suas vantagens e desvantagens, para comparar entre si de acordo com vários indicadores específicos. Deixe-me lembrá-lo de que ambos os tipos de baterias pertencem a baterias de íon-lítio e polímero de lítio, mas diferem na composição química. Se você estiver interessado em continuar, peço um gato.
Perspectivas para as tecnologias de lítio no armazenamento de energia
A situação atual na Federação Russa para 2017 foi a seguinte.
clicávelUsando uma fonte: “Conceito para o desenvolvimento de sistemas de armazenamento elétrico na Federação Russa”, Ministério de Energia da Federação Russa, 21 de agosto de 2017.Como você pode ver, a tecnologia de íons de lítio naquela época estava na liderança da abordagem da tecnologia de produção industrial (a tecnologia LFP era basicamente a intenção).
A seguir, analisamos as tendências nos Estados Unidos, mais precisamente, consideramos a versão mais recente do documento:
Referência: ABBM - matrizes de energia para fontes de alimentação ininterruptas usadas no setor de energia elétrica para:
- Reserva de eletricidade para consumidores especialmente importantes em caso de interrupção no fornecimento de energia de necessidades auxiliares (MT) de 0,4 kV em uma subestação (PS).
- Como um drive "buffer" para fontes alternativas.
- Compensação da falta de energia no modo de pico de consumo para descarregar instalações de geração e transmissão.
- O acúmulo de energia durante o dia durante seu baixo custo (noturno).
clicávelComo você pode ver, a partir de 2016, as tecnologias de íons de lítio mantiveram uma posição de liderança e mostraram um rápido crescimento múltiplo em potência (MW) e energia (MW * h).
No mesmo documento, podemos ler o seguinte:
“As tecnologias de íons de lítio representam mais de 80% da capacidade e energia adicionais dos sistemas ABBM desenvolvidos nos EUA no final de 2016. As baterias de íon de lítio têm um ciclo altamente eficiente (carga, nota do autor) e devolvem a energia acumulada mais rapidamente. Além disso, eles têm alta densidade de energia (potência específica, nota do autor) e altas correntes de recuo, o que levou à sua escolha como baterias para eletrônicos portáteis e veículos elétricos. ”
Vamos tentar comparar duas tecnologias de baterias de íon de lítio para UPS
Vamos comparar células prismáticas construídas sobre a química do LMO e LFP. São essas duas tecnologias (com variações do tipo LMO-NMC) que agora são os principais desenhos industriais para vários veículos elétricos e veículos elétricos.
A digressão lírica sobre baterias em veículos elétricos pode ser encontrada aqui.Pergunte, o que o transporte elétrico tem a ver com isso? Deixe-me explicar: a propagação ativa de veículos elétricos nas tecnologias de íons de lítio há muito tempo atravessa o estágio dos protótipos. E, como sabemos, todas as tecnologias mais recentes nos chegam de áreas caras e mais recentes da vida. Por exemplo, muitas tecnologias automotivas chegaram da Fórmula 1, muitas das mais recentes surgiram da esfera espacial e assim por diante ... Portanto, em nossa opinião, as tecnologias de íons de lítio agora estão penetrando em soluções industriais.
Vamos considerar uma tabela de comparação dos principais fabricantes, química de baterias e empresas automobilísticas, que produzem ativamente carros elétricos (híbridos).
Selecionamos células exclusivamente prismáticas que se encaixam no fator de forma de uso no UPS. Como você pode ver, o titanato de lítio (LTO-NMC) é um outsider no armazenamento de energia específico. Restam três fabricantes de células prismáticas adequadas para uso em soluções industriais, em particular em baterias UPS.
Citarei e traduzirei do documento “Avaliação do ciclo de vida do eletrodo de lítio de longa duração para células de baterias de veículos elétricos para ônibus LEAF, Tesla e LEAF, Tesla e VOLVO” (Original “Avaliação do ciclo de vida do eletrodo de lítio de longa vida para células de baterias de veículos elétricos para células LEAF, Tesla e Volvo bus ”de Mats Zackrisson, datado de 11 de dezembro de 2017. Ele examina principalmente os processos químicos em baterias de veículos, os efeitos das vibrações e condições climáticas de operação, danos ambientais. No entanto, há uma frase curiosa sobre a comparação de duas tecnologias de baterias de íon de lítio tarey.
Na minha tradução gratuita, fica assim:
A tecnologia NMC mostra menos impacto ambiental por quilômetro de transporte do que a tecnologia LFP com um ânodo metálico da célula da bateria, mas é difícil reduzir ou eliminar erros. O significado básico é: uma maior densidade de energia NMC fornece menos peso e, portanto, menos consumo de energia.
1) A tecnologia LMO de célula prismática, fabricante
CPEC, EUA , custa US $ 400.
A aparência da célula LMO 2) A tecnologia prismática de células LFP, fabricante
AA Portable Power Corp , custa US $ 160.
3) Para comparação, adicionamos uma bateria de reserva de aeronave construída com a tecnologia LFP e a que participou do sensacional escândalo de
incêndio da Boeing em 2013 , o fabricante True Blue Power.
A aparência da bateria TB44 4) Por objetividade, adicionamos a bateria UPS padrão de
chumbo-ácido / Portalac / PXL12090, 12V.A aparência de uma bateria UPS clássica Vamos trazer os dados iniciais para uma tabela.
clicávelComo você pode ver, as células LMO têm a maior eficiência energética; o chumbo clássico perde pelo menos o dobro em energia específica.
Está claro para todos que o sistema BMS para o conjunto de baterias de íon de lítio adicionará massa a esta solução, ou seja, reduzirá a energia específica em cerca de 20% (a diferença entre o peso líquido das baterias e a solução completa, levando em consideração os sistemas BMS, o invólucro do módulo e o controlador do gabinete da bateria). Presume-se que a massa dos jumpers, o interruptor da bateria e o compartimento da bateria sejam condicionalmente iguais para as baterias de íon-lítio e o conjunto de baterias de baterias de chumbo-ácido.
Agora vamos tentar comparar os parâmetros calculados. Nesse caso, usamos a profundidade de descarga para chumbo - 70% e para Li-Ion - 90%.
clicávelObserve que a baixa energia específica para uma bateria de aeronave se deve ao fato de que a própria bateria (que pode ser considerada como um módulo) é encerrada em um gabinete metálico à prova de fogo, possui conectores e um sistema de aquecimento para operação em baixas temperaturas. Para comparação, é dado o cálculo de uma célula na bateria TB44, a partir da qual podemos concluir que as características são semelhantes às de uma célula LFP convencional. Além disso, a bateria de aviação é projetada para altas correntes de carga / descarga, o que está associado à necessidade de preparação rápida da aeronave para um novo voo em terra e uma grande corrente de descarga em caso de emergência a bordo, por exemplo, falha na fonte de alimentação
A propósito, é assim que o fabricante compara diferentes tipos de baterias de aeronaves
Como você pode ver nas tabelas:1) A potência do gabinete da bateria no caso da tecnologia LMO é maior.
2) O número de ciclos de bateria para LFP mais.
3) A gravidade específica do LFP é menor, respectivamente, com a mesma capacidade, o gabinete da bateria com tecnologia de ferro-lítio-fosfato é maior.
4) A tendência à aceleração térmica da tecnologia LFP é menor, devido à sua estrutura química. Como resultado, é considerado relativamente seguro.
Para aqueles que desejam entender claramente como as baterias de íon de lítio podem ser conectadas ao conjunto de baterias para funcionar com o no-break, recomendo que você procure aqui.Por exemplo, esse esquema. Nesse caso, o peso líquido das baterias será de 340 kg, a capacidade será de 100 ampere-hora.
clicávelOu um circuito para o LFP 160S2P, onde a massa líquida das baterias será de 512 kg e a capacidade é de 200 amp-horas.
clicável CONCLUSÃO: Apesar de as baterias com a química do fosfato de ferro-lítio (LiFeO4, LFP) serem usadas principalmente em veículos elétricos, suas características têm várias vantagens sobre a fórmula química do LMO, permitem o carregamento com alta corrente e são menos expostas ao risco de aceleração térmica. O tipo de bateria a escolher permanece a critério do fornecedor de uma solução integrada pronta para uso que determina isso de acordo com vários critérios e, pelo menos, o custo do conjunto de baterias no no-break. No momento, qualquer tipo de bateria de íon-lítio ainda perde em custo para as soluções clássicas, mas a grande potência específica das baterias de lítio por unidade de massa e dimensões menores determinará cada vez mais a escolha na direção de novos dispositivos de armazenamento de energia. Em alguns casos, a menor massa total do no-break determina a escolha na direção de novas tecnologias. Esse processo ocorrerá completamente despercebido e atualmente é limitado pelo alto custo no segmento de baixo preço (soluções domésticas) e pela inércia de pensar em segurança contra incêndio de lítio entre clientes que procuram as melhores opções de no-break no segmento industrial de no-break com capacidade de mais de 100 kVA. É possível implementar o nível do segmento médio de capacidades de no-break de 3 kVA a 100 kVA em tecnologias de íons de lítio, mas devido à produção em pequena escala, é bastante caro e perde para amostras seriais concluídas de no-breaks com baterias VRLA.
Você pode descobrir detalhes e discutir uma solução específica usando baterias de íon de lítio para seu servidor ou data center enviando uma solicitação para info@ot.ru ou fazendo uma solicitação no site da empresa www.ot.ru.
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Autor: Oleg Kulikov
Engenheiro de Design Líder
Departamento de Soluções de Integração
Empresa de tecnologia aberta