Dalam konteks pengejaran industri pengiriman global tentang pengembangan hijau dan efisien, lithium laut - baterai ion, dengan keunggulan uniknya, secara bertahap menjadi transformasi industri yang mendorong kekuatan utama. Melakukan analisis teknis yang dalam dari baterai lithium laut membantu untuk secara komprehensif memahami status pengembangan dan potensi sumber daya yang muncul ini.

I. Komponen teknis inti dari lithium laut - baterai ion

(I) Teknologi Bahan Elektroda

Bahan katoda

Bahan terner (lithium nikel kobalt mangan oksida li (nicomn) o₂ atau lithium nikel kobalt aluminium oksida li (nicoal) o₂): Bahan terner memiliki kepadatan energi tinggi, memungkinkan mereka untuk memberikan output daya yang lebih kuat dan jarak jelajah yang lebih lama untuk kapal. Di beberapa lautan - Kapal penelitian yang akan pergi dan kapal pesiar tinggi dengan persyaratan ketat untuk jangkauan jelajah, baterai lithium terner - baterai ion dapat memenuhi tuntutan daya kapal selama perjalanan jangka panjang dan jarak jauh karena keunggulan kepadatan energi yang tinggi. Namun, bahan terner memiliki stabilitas termal yang buruk di lingkungan suhu tinggi dan keamanan yang relatif rendah. Di lingkungan laut, sistem manajemen baterai (BMS) yang tepat dan kompleks diperlukan untuk memastikan operasi yang aman dan stabil, yang meningkatkan biaya dan kesulitan teknis sampai batas tertentu.

Lithium Iron Phosphate (LIFEPO₄): Bahan lithium besi fosfat memiliki tingkat kematangan teknis yang tinggi dan banyak digunakan di bidang pembuatan kapal. Ini memiliki suhu pelarian termal yang tinggi dan kinerja keamanan yang baik. Bahkan dalam kondisi lingkungan yang keras, ia dapat secara efektif menghindari kecelakaan keselamatan yang serius seperti kebakaran dan ledakan, membuatnya sangat cocok untuk digunakan pada personel - kapal intensif seperti kapal pesiar pedalaman dan feri penumpang jarak pendek. Pada saat yang sama, baterai lithium - besi - fosfat memiliki kehidupan siklus yang panjang. Selama proses pengisian dan pelepasan, struktur baterai stabil, dan pembusukan kapasitasnya lambat. Selain itu, bahan baku berlimpah, dan biayanya relatif rendah, menunjukkan keunggulan yang signifikan dalam efektivitas biaya.

Bahan anoda

Bahan anoda berbasis grafit: Bahan anoda grafit tradisional memiliki kapasitas spesifik teoritis yang relatif tinggi (sekitar 372 mAh/g), dan biaya yang relatif rendah dan matang dalam teknologi, biasa digunakan dalam baterai lithium laut. Ini dapat menyediakan sejumlah besar lokasi penyisipan untuk ion lithium, memastikan transfer ion lithium yang cepat dan stabil selama proses pengisian dan pelepasan baterai. Namun, dengan peningkatan persyaratan yang berkelanjutan untuk kinerja baterai, peningkatan kepadatan energi bahan anoda grafit telah mengalami kemacetan.

Eksplorasi Bahan Anoda Baru: Untuk menembus keterbatasan anoda grafit, para peneliti secara aktif mengeksplorasi bahan anoda baru, seperti bahan anoda berbasis silikon. Kapasitas spesifik teoretis silikon setinggi 4200 mAh/g, lebih dari sepuluh kali lipat dari grafit. Namun, bahan berbasis silikon akan mengalami ekspansi volume yang signifikan selama proses pengisian dan pelepasan, yang mengarah pada penghancuran struktur elektroda dan penurunan kinerja siklus. Saat ini, meningkatkan kinerja bahan anoda berbasis silikon melalui cara -cara seperti nanoteknologi dan teknologi komposit telah menjadi hotspot penelitian dan diharapkan diterapkan pada baterai lithium laut di masa depan, sangat meningkatkan kepadatan energi baterai.

(Ii) Teknologi elektrolit

Elektrolit cair

Elektrolit Organik: Saat ini, sebagian besar lithium laut - baterai ion menggunakan elektrolit organik, dan komponen utamanya termasuk pelarut organik dan garam lithium. Pelarut organik yang umum termasuk karbonat, seperti etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC), dll. Mereka memiliki kelarutan yang baik untuk garam lithium dan konduktivitas ionik tinggi, memastikan migrasi cepat ion lithium antara elektroda positif dan negatif baterai. Lithium hexafluorophosphate (LIPF₆) umumnya dipilih sebagai garam lithium, yang secara efektif dapat memisahkan ion lithium dalam pelarut organik dan menyediakan pembawa pengisian daya untuk pengisian dan pemakaian baterai. Namun, elektrolit organik memiliki bahaya keamanan seperti kemampuan mudah terbakar dan volatilitas. Di lingkungan laut, begitu baterai bocor, ia dapat memicu kecelakaan serius seperti kebakaran.

Elektrolit padat

Elektrolit padat polimer: Elektrolit padat polimer menggunakan polimer polimer sebagai matriks, seperti polietilen oksida (PEO), dll., Dan membentuk sistem elektrolit dengan konduktivitas ionik melalui gabungan dengan garam lithium. Ini memiliki fleksibilitas yang baik dan dapat melekat erat pada bahan elektroda, meningkatkan stabilitas antarmuka baterai. Pada saat yang sama, elektrolit padat polimer tidak mudah terbakar dan tidak memiliki risiko bocor, yang secara signifikan dapat meningkatkan keamanan baterai. Namun, konduktivitas ioniknya relatif rendah, terutama di lingkungan suhu rendah, laju transportasi ion terbatas, mempengaruhi kinerja baterai.

Elektrolit padat anorganik: elektrolit padat anorganik seperti garnet - tipe dan nasicon - tipe memiliki konduktivitas ionik tinggi dan stabilitas kimia yang baik. Di antara mereka, elektrolit garnet - tipe padat memiliki kompatibilitas yang baik dengan logam lithium dan diharapkan diterapkan pada baterai logam lithium - kepadatan energi. Namun, proses persiapan elektrolit padat anorganik kompleks, biayanya tinggi, dan resistensi kontak antarmuka dengan bahan elektroda besar. Masalah -masalah ini membatasi aplikasi skala besar mereka. Saat ini, para peneliti berkomitmen untuk mempromosikan proses aplikasi elektrolit padat anorganik dalam baterai lithium laut dengan mengoptimalkan proses persiapan dan meningkatkan kinerja antarmuka.

(Iii) Teknologi Sistem Manajemen Baterai (BMS)

Pemantauan status baterai

Pemantauan tegangan: BMS menggunakan sensor tegangan presisi tinggi untuk memantau tegangan setiap sel baterai secara nyata. Karena lithium laut - baterai ion biasanya terdiri dari sejumlah besar sel baterai yang terhubung secara seri dan paralel, konsistensi tegangan di antara sel memiliki dampak signifikan pada kinerja paket baterai. Setelah tegangan sel ditemukan terlalu tinggi atau terlalu rendah, BMS akan mengambil tindakan tepat waktu, seperti menyamakan pengisian dan pelepasan, untuk menghindari pengisian daya yang berlebihan atau lebih - mengeluarkan sel dan memastikan pengoperasian baterai yang aman dan stabil. Misalnya, selama perjalanan kapal, jika sel baterai mengalami penurunan tegangan abnormal karena sirkuit mikro -pendek atau alasan lain, BMS dapat dengan cepat mendeteksi dan menyesuaikan strategi pengisian dan pelepasan untuk mencegah kerusakan sel lebih lanjut dan mempengaruhi kinerja seluruh paket baterai.

Pemantauan Saat Ini: Memantau secara akurat pengisian dan pelepasan arus baterai sangat penting untuk mengevaluasi status pengisian daya (SOC) dan keadaan kesehatan (SOH) baterai. BMS menggunakan sensor saat ini untuk mengumpulkan data pengisian daya dan pembuangan saat ini dari baterai secara nyata dan menghitung kapasitas muatan dan pelepasan baterai sesuai dengan besarnya dan arah arus. Pada saat yang sama, berdasarkan parameter seperti laju perubahan saat ini, BMS dapat menentukan apakah baterai dalam keadaan berlebihan. Setelah lebih - arus terdeteksi, segera memicu mekanisme perlindungan dan memotong sirkuit untuk mencegah baterai rusak oleh dampak besar saat ini.

Pemantauan Suhu: Lingkungan laut kompleks dan dapat diubah, dan suhu baterai dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti suhu sekitar dan laju pengisian dan pelepasan. Suhu yang berlebihan atau terlalu rendah akan secara serius mempengaruhi kinerja dan umur baterai, dan bahkan dapat memicu kecelakaan keselamatan. BMS menggunakan beberapa sensor suhu yang didistribusikan pada posisi yang berbeda dari paket baterai untuk memantau suhu baterai secara nyata. Ketika suhunya terlalu tinggi, mulai perangkat pendingin seperti kipas pendingin dan sistem pendingin cairan; Ketika suhu terlalu rendah, menyalakan elemen pemanas untuk mempertahankan suhu baterai dalam kisaran kerja yang sesuai. Misalnya, di musim panas, ketika sebuah kapal berlayar di perairan tropis, suhu baterai kemungkinan akan naik. BMS dapat secara otomatis mengontrol sistem pendingin cair untuk meningkatkan laju aliran pendingin untuk mengurangi suhu baterai dan memastikan kinerja baterai yang stabil.

Manajemen Kesetaraan Baterai

Kesetaraan aktif: Teknologi pemerataan aktif menggunakan komponen energi - penyimpanan seperti induktor dan kapasitor untuk mentransfer energi dari sel -sel baterai dengan muatan tinggi ke mereka yang memiliki muatan rendah, mencapai pemerataan muatan di antara sel -sel baterai. Metode penyamaan ini dapat dengan cepat dan efektif mengurangi perbedaan muatan di antara sel -sel, meningkatkan kinerja keseluruhan dan masa pakai paket baterai. Misalnya, selama proses pengisian paket baterai, sistem pemerataan aktif dapat memantau muatan setiap sel secara nyata. Ketika ditemukan bahwa sel tertentu mendekati muatan penuh sementara muatan sel lain rendah, itu secara aktif mentransfer sebagian energi sel ini ke sel lain, memungkinkan semua sel untuk diisi sepenuhnya secara sinkron dan menghindari pengisian berlebih beberapa sel.

Kesetaraan pasif: Kesamaan pasif adalah untuk menghubungkan resistor secara paralel dengan setiap sel baterai. Ketika tegangan sel tertentu lebih tinggi dari ambang batas yang ditetapkan, kelebihan muatan sel ini dikonsumsi dalam bentuk panas melalui resistor, dengan demikian mencapai pemerataan tegangan. Teknologi pemerataan pasif sederhana dan rendah biaya, tetapi menghabiskan sejumlah besar energi dan memiliki kecepatan pemerataan yang relatif lambat, cocok untuk sistem baterai lithium laut dengan biaya - sensitivitas dan skala paket baterai kecil.

Fungsi Perlindungan Keselamatan

Perlindungan Overcharge: Ketika tegangan baterai mencapai ambang perlindungan berlebih, BMS segera memotong sirkuit pengisian daya untuk mencegah baterai mengalami kecelakaan serius seperti pembengkakan, kebakaran, dan bahkan ledakan karena kelebihan biaya. Misalnya, selama proses pengisian pantai - sisi kapal, jika peralatan pengisian gagal, yang mengakibatkan peningkatan tegangan pengisian daya yang terus menerus, fungsi perlindungan biaya berlebih dari BMS akan dengan cepat diaktifkan untuk memastikan keamanan baterai dan kapal.

Over - Discharge Protection: Setelah tegangan baterai turun ke ambang batas pelindung over - debit, BMS memotong sirkuit pelepasan untuk menghindari over - mengeluarkan baterai. Karena lebih - pemakaian akan menyebabkan pembusukan kapasitas baterai yang tidak dapat diubah dan mempersingkat masa pakai baterai. Selama perjalanan kapal, ketika daya baterai dekat dengan penipisan, BMS akan mengeluarkan alarm dan membatasi daya peralatan listrik kapal, memberikan prioritas untuk memastikan pengoperasian peralatan utama. Pada saat yang sama, itu akan segera memotong beban yang tidak penting untuk mencegah baterai selesai - habis.

Over - Perlindungan saat ini: Seperti yang disebutkan di atas, ketika arus pengisian dan pelepasan baterai terdeteksi melebihi ambang batas pengaman, BMS dengan cepat memotong sirkuit untuk mencegah baterai rusak oleh pelarian termal yang disebabkan oleh arus besar. Selain itu, BMS juga memiliki fungsi perlindungan sirkuit pendek. Ketika sirkuit pendek internal atau eksternal terjadi di baterai, ia dapat memotong sirkuit dalam waktu yang sangat singkat untuk menghindari kecelakaan keamanan yang disebabkan oleh arus sirkuit pendek.

Ii. Tantangan dan Penanggulangan dalam Teknologi Baterai Lithium - Ion

(I) Hambatan dalam peningkatan kepadatan energi

Meskipun kepadatan energi dari baterai lithium laut saat ini telah membuat kemajuan yang signifikan, dibandingkan dengan meningkatnya permintaan untuk jelajah jarak jauh di industri pengiriman, masih ada ruang untuk perbaikan. Untuk menembus kemacetan ini, di satu sisi, penelitian berkelanjutan dan pengembangan bahan elektroda baru, seperti bahan anoda berbasis silikon dan bahan katoda terner nikel tinggi yang disebutkan di atas, diperlukan. Dengan mengoptimalkan struktur dan kinerja material, kapasitas spesifik elektroda dapat ditingkatkan. Di sisi lain, inovasi dalam desain struktur baterai harus dilakukan. Skema desain baterai yang lebih kompak dan efisien harus diadopsi untuk mengurangi proporsi bahan non -aktif di dalam paket baterai dan meningkatkan pemanfaatan ruang, sehingga mencapai penyimpanan energi yang lebih tinggi di ruang terbatas kapal.

(Ii) Bahaya Keselamatan

Lingkungan laut kompleks dan keras, dan faktor -faktor seperti suhu tinggi, kelembaban tinggi, getaran, dan dampak semuanya dapat menimbulkan ancaman terhadap keamanan baterai lithium. Untuk meningkatkan keamanan, selain memilih bahan elektroda yang lebih aman (seperti lithium besi fosfat) dan elektrolit (seperti elektrolit padat), juga perlu untuk lebih meningkatkan fungsi perlindungan keamanan BMS, meningkatkan akurasi dan kecepatan responsnya dalam memantau keadaan baterai. Pada saat yang sama, kontrol yang ketat harus diberikan dalam proses pembuatan baterai untuk memastikan struktur internal yang stabil dan koneksi baterai yang andal, mengurangi bahaya keselamatan yang disebabkan oleh cacat manufaktur. Selain itu, dengan menetapkan keselamatan baterai awal - model peringatan dan menggunakan teknologi seperti data besar dan kecerdasan buatan, masalah keamanan potensial baterai dapat diprediksi sebelumnya, dan tindakan pencegahan dapat diambil untuk memastikan navigasi yang aman dari kapal.

(Iii) Biaya tinggi

Baterai lithium laut yang tinggi - baterai ion membatasi promosi dan aplikasi skala besar mereka. Pengurangan biaya dapat dicapai dari berbagai aspek. Dalam hal bahan baku, biaya bahan baku dapat dikurangi dengan mengembangkan bahan baku baru atau mengoptimalkan rantai pasokan pengadaan bahan baku. Dalam proses produksi dan manufaktur, meningkatkan tingkat otomatisasi produksi dan memperluas skala produksi dapat mengurangi biaya produksi per unit produk. Pada saat yang sama, meningkatkan umur siklus dan keandalan baterai, mengurangi frekuensi penggantian baterai, dan mengurangi investasi keseluruhan pemilik kapal dari perspektif biaya penggunaan jangka panjang. Selain itu, dengan kemajuan teknologi, pengembangan industri daur ulang baterai juga akan membantu mengurangi biaya siklus baterai penuh kehidupan. Dengan mendaur ulang logam berharga dalam baterai bekas, daur ulang sumber daya dapat direalisasikan, mengurangi biaya pengadaan bahan mentah.

AKU AKU AKU. Tren Pengembangan Lithium Lithium - Teknologi Baterai Ion

(I) Munculnya teknologi baterai yang padat

Baterai padat - Negara, dengan keunggulan kepadatan energi tinggi dan keamanan yang tinggi, telah menjadi arah penting untuk pengembangan teknologi baterai lithium laut. Dengan terobosan terus -menerus dalam teknologi elektrolit negara padat, seperti meningkatkan konduktivitas ionik elektrolit padat polimer dan mengurangi biaya persiapan dan resistansi antarmuka elektrolit padat anorganik, baterai padat diperkirakan akan dikomersialkan secara bertahap dan diterapkan di bidang kapal kapal dalam 5 - 10 tahun berikutnya. Setelah direalisasikan, ini akan sangat meningkatkan jangkauan jelajah dan keamanan kapal dan mempromosikan industri pengiriman untuk berkembang dalam arah yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

(Ii) Pendalaman aplikasi sistem manajemen baterai cerdas

Dengan perkembangan teknologi yang cepat seperti Internet of Things, Big Data, dan Kecerdasan Buatan, BMS dari Baterai Lithium Marinir akan berevolusi secara mendalam ke arah yang cerdas. BMS masa depan tidak hanya akan dapat mencapai pemantauan status baterai yang akurat, manajemen pemerataan, dan perlindungan keselamatan tetapi juga, melalui interkoneksi dan komunikasi dengan sistem kapal lainnya, mewujudkan manajemen optimal energi keseluruhan kapal. Misalnya, sesuai dengan status navigasi kapal, permintaan beban, dan informasi lainnya, strategi pengisian dan pelepasan baterai dapat disesuaikan secara cerdas untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi. Pada saat yang sama, menggunakan analisis data besar dan algoritma intelijen buatan, status kesehatan baterai dapat diprediksi secara akurat, dan rencana pemeliharaan dapat diatur terlebih dahulu untuk mengurangi risiko operasi kapal.

(Iii) Pengembangan terintegrasi dengan energi lain - teknologi penyimpanan

Untuk memenuhi tuntutan energi yang kompleks dari kapal dalam kondisi kerja yang berbeda, baterai lithium laut akan terintegrasi dengan teknologi penyimpanan energi lainnya, seperti superkapasitor dan penyimpanan energi roda gila. Superkapasitor memiliki karakteristik seperti kepadatan daya tinggi dan pengisian dan pelepasan cepat. Mereka dapat bekerja dalam koordinasi dengan baterai lithium dalam skenario dengan tuntutan daya instan tinggi seperti start dan akselerasi kapal, mengurangi tekanan pelepasan besar saat ini pada baterai ion lithium dan memperpanjang masa pakai baterai lithium - ion. Penyimpanan Energi Flywheel dapat digunakan untuk menyimpan energi yang dihasilkan selama proses pengereman dan perlambatan kapal, mewujudkan pemulihan energi dan penggunaan kembali. Melalui integrasi organik dari berbagai teknologi penyimpanan energi, sistem penyimpanan yang terintegrasi - sistem penyimpanan kapal yang lebih efisien, stabil, dan andal dapat dibangun, meningkatkan kinerja keseluruhan dan efisiensi pemanfaatan energi kapal.

Teknologi Baterai Lithium Lithium Kelautan berada dalam tahap perkembangan dan transformasi yang cepat. Meskipun menghadapi banyak tantangan, dengan kemajuan inovasi teknologi yang berkelanjutan, prospek aplikasinya dalam industri pengiriman akan menjadi semakin luas, dan diharapkan menjadi teknologi kekuatan inti yang mendorong transformasi hijau industri pengiriman global.