30 Bin Üyemize Katılın
E-Bülten yayınlarımız için abone olun.


Lityum İyon Pillerde Maliyet ve Performans Görünümü

Lityum iyon (Li-on) pillerin maliyetleri, 1990’larda piyasaya girişlerinden bu yana önemli oranda geriledi. Tüketici elektroniği için pillerin erken gelişimi, Li-ion hücrelerinin üretiminde çok büyük bir tecrübe sağladı ve 2010 yılına kadar 100 gigawatt-saatlik (GWh) kümülatif üretim kapasitesinin elde edilmesini destekleyerek, çok önemli maliyet azaltımları ve performans iyileştirmelerinin gerçekleştirilmesini sağladı.

Aynı gelişmeler, EV’ler için giderek daha uygulanabilir olan Li-ion pil paketlerinin geliştirilmesini sağladı. Son beş yılda EV pil paketleri için maliyet ve performans iyileştirmeleri, tüketici elektroniği alanındaki sürekli teknolojik gelişmeleri, sabit uygulamalar için Li-ion depolama sistemlerinin rekabetçiliğinde büyük bir itici güç haline getirdi.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından yayımlanan Küresel EV Görünümü 2018 Raporunda Li-on pilleri için “kimya”, “kapasite”, “boyut” ve “şarj etme hızları” olmak üzere dört temel maliyet ve performans faktörü tanımlanmıştır.

Pil kimyası

Pil hücreleri bir katot (pozitif kutup) ve bir anoddan (negatif kutup) oluşur ve hücrenin performansı seçilen kimya tarafından etkilenir. Katot için bunlar lityum nikel manganez kobalt (NMC), lityum nikel kobalt alüminyum oksit (NCA), lityum manganez oksit (LMO) ve lityum demir fosfat (LFP) içerir. Mevcut tasarımların çoğunda anot malzemesi grafit olmakla birlikte, özellikle ağır iş uygulamalarında, çevrim ömrünü uzatma kapasitesinden dolayı lityum-titanat (LTO) da kullanılmaktadır.

NMC ve NCA teknolojilerinin ana faydası, LDV’lerde hayati öneme sahip olan ve böylece hafif hizmet tipi akü piyasasına hakim olan diğer kimyasallarla karşılaştırıldığında daha yüksek enerji yoğunluğudur. LFP, daha yüksek çevrim ömrü ve güvenlik performanslarından yararlandığı için, NMC ve NCA’dan daha düşük enerji yoğunluğuna rağmen, ağır hizmet EV’leri (yani otobüsler) için benimsenen ana kimyadır.

NMC bazlı katotların enerji yoğunluğu nikel içeriğiyle orantılıdır. Daha yüksek bir enerji yoğunluğu, belirli bir miktarda aktif malzeme için depolanan enerji miktarını arttırır. Diğer her şey eşittir, bu da depolanan enerji birimi başına ölçüldüğünde üretim maliyetini azaltır. Örneğin, NMC 111’in tekdüze bir içeriğine sahip bir katottan, nikel atomlarının katodun% 60’ını oluşturduğu bir yere taşınması, yüzde 7’lik bir maliyet düşüşü getirebilir. Nikel içeriğinde bir artış, pil hücrelerinin termal stabilitesindeki azalmayı da belirlemektedir: Bu yeni kimyasalların maliyet avantajlarından yararlanılmadan önce aşılması gereken bir zorluk.

Nikel içeriği, aktif malzemede bulunan malzemeleri belirledikçe maliyetleri de etkiler. Örneğin, kobalt gibi kritik ve pahalı malzemelere daha az dayanan batarya kimyaları, maliyet düşüşlerini mümkün kılabilir ve kobalt fiyatlarına olan duyarlılığı azaltabilir.

Bir kobalt fiyat artışı 80 ABD Doları / kg’dan 120 ABD $ / kg’a yükselirken, NMC 111 için akü paketi maliyetinde% 9’luk bir artış belirlenirken, NMC 811’de sadece% 2.5’lik bir artış görülüyor.

İmalat kapasitesi

Endüstriyel tesislerin pil üretimi için ölçeklendirilmesinin maliyetler üzerinde olumlu bir etkisi vardır, çünkü yatırım maliyetleri daha büyük bir pil üretimine yayılabilir ve bu da ölçek ekonomilerine olanak sağlar. Analizimiz, mevcut tipik fabrika kapasitesinin yaklaşık 0,5 GWh / yıl ile 8 GWh / yıl arasında değiştiğini, ancak en büyük fabrikaların çoğunun 3 GWh civarında kapasiteye sahip olduğunu göstermektedir. Tipik bir batarya kapasite aralığı 20-75 kWh olan bu fabrika kapasiteleri, yıllık üretim hacmine 6 bin ila 400 bin paket arasında değişmektedir.

Pil boyutu

• Bugünün EV’lerinde bulunan pil boyutları önemli ölçüde değişmektedir. Hafif hizmet tipi BEV’ler için aralık yaklaşık 20-100 kWh’dir. En çok satan üç Çinli EV, 18.3-23 kWh arasında değişen batarya boyutlarına sahiptir, çünkü bunlar küçük araçlardır ve tasarımları satın alınabilirliğe odaklanır. Avrupa ve Kuzey Amerika’daki orta ölçekli otomobillerin 23-60 kWh arasında değişen pil kapasiteleri vardır. Daha büyük otomobiller ve SUV’ler 75-100 kWh arasında akü kapasitesine sahiptir.

• Büyük piller, daha düşük özel maliyetlere sahip olma eğilimindedir. 70 kWh’lik bir akünün, 30 kWh’lık bir aküye kıyasla birim enerji başına% 25 daha düşük bir maliyete sahip olması beklenir, diğer her şey eşittir. Bunun nedeni büyük pillerin daha yüksek bir hücre oranına sahip olmasıdır. Batarya yönetimi ve soğutma sistemlerinin maliyeti de, depolanan enerji birimi başına önemlerini azaltarak daha büyük bir enerji kapasitesine yayılır. Bununla birlikte, daha yüksek bir spesifik maliyete sahip özel hücrelerin kullanıldığı durumlarda böyle bir etki azaltılacaktır.

Şarj hızı

Mevcut şarj hızı, hızlı şarj cihazında yaklaşık bir saatte yüzde 80 şarj olmasını sağlar. Bu şarj hızı mevcut pil tasarımı için bir sorun teşkil etmez. Şarj uygulamaları dünya çapında farklılık gösterirken, ultra hızlı şarj için maksimum hızın artırılması (300-400 kW), EV’lerin ICE araçlarına kıyasla performans boşluğunu azaltabilecek bir özelliktir.

Ultra hızlı şarj için pil tasarlanması, tasarımlarının karmaşıklığını artırır ve ömürlerini kısaltır. Hızlı şarj işleminin gerçekleştirilmesi, elektrotların kalınlığının azaltılması gibi belirli pil tasarımıyla ilgili hususları gerektirir. Bu ek tasarım kısıtlaması, pilin maliyetini artırma ve enerji yoğunluğunu azaltma eğilimindedir.

Uygun bir tasarım ve uygun boyutta bir termal yönetim sistemi ile, hızlı şarjda artışların pilin ömrünü etkilemesi beklenmez. Öte yandan, ABD Enerji Bakanlığı için yapılan bir analiz, akü tasarımında 400 kW’lık şarjı sağlamak için yapılan değişikliklerin hücre maliyetlerini neredeyse iki katına çıkaracağını gösteriyor.

İlgili haber:

Lityum İyon Pil Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.