Natriy-ionli akkumulyator qanday ishlaydi

Qanday qilib Natriy-ionli Akku Ish?

Natriy-ionli element energiyani ikkita elektrod o'rtasida natriy ionlarining boshqariladigan harakati orqali saqlaydi va chiqaradi. Mexanizm oq qo'g'ozda litий-ionli elementga o'xshaydi, lekin materiallar, ion hajmi va bir nechta amaliy oqibatlar boshqacha. Avtomobilning ishga tushirish-to'xtatish dasturlari uchun natriy-ionli akkumulyatorlarni baholayotgan har qanday kishi uchun elementning batareyada ichki qismida qanday ishlashini tushunish keyingi barcha texnik xususiyatlar, solishtirishlar va sotib olish qarorlarining boshlang'ich nuqtasidir.

_______________________________________________________________________

Natriy-ionli element ichidagi asosiy tuzilma

Natriy-ionli element boshqa ko'pchilik qayta zaryadlanadigan kimyoviy tarkiblardagidek asosiy qismlardan tashkil topgan: musbat elektrod (katod), manfiy elektrod (anod), ularni jismoniy ajratib turuvchi separator, ikkala elektrod o'rtasida ionlarni o'tkazuvchi elektrolit va har bir elektrodnikni tashqi terminalarga ulovchi tok yig'uvchilar.

Bu komponentlarda ishlatiladigan materiallar natriy-ionli elementni litiy-ionli elementdan ajratib turadi. Natriy-ionli elementlarda odatda quyidagilar ishlatiladi:

• Natriy tutuvchi katod , masalan qatlamli o'tish metalli oksidlari (masalan, NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2 va shunga o'xshash tarkiblar), Prussiya ko'k analoglari yoki polyanion turdagi birikmalar. Aniq kimyoviy tarkib ishlab chiqaruvchiga va mo'ljallangan qo'llanilishga qarab o'zgaradi.

• Qattiq uglerod anod , bu natriy-ionli kimyoviy tarkib uchun eng keng tarqalgan anod materiali. Zaryadlanish paytida natriy ionlari tartibsiz uglerod tuzilishiga singdiriladi.

• Natriy tuzi tutuvchi suyuq elektrolit — eng ko'p uchraydiganlari NaPF6 yoki NaClO4 —karbonat asosidagi erituvchilarda eritilgan. Ba'zi dizaynlarda gel yoki qattiq holatdagi elektrolitlardan foydalaniladi, lekin ular hozirgi kunda savdo avtomobil batareyalarida kam uchraydi.

• Aluminiy tok yig'uvchilari ikkala tomonda. Bu — anod tomonida misdan foydalanish kerak bo'lgan, chunki aluminий past kuchlanishda litij bilan reaksiyaga kirishadi, litij-ion elementlardan muhim farqdir. Natriy odatdagi element potensiallarida aluminij bilan qotishma hosil qilmaydi, shu sababli ikkala tomon ham aluminij folg'adan foydalana oladi; bu element ishlab chiqarishni soddalashtiradi va material xarajatlarini kamaytiradi.

Porali ajratgich — odatda polimer membranasi — katod va anodni jismoniy ravishda ajratib turadi, lekin natriy ionlarining o'tishiga imkon beradi. Ajratgich elektrolitga sog'ib olinadi va ikkita elektrod o'rtasidagi orqa qism vazifasini bajaradi. Keyin element qattiq qopqoq (silindrik, prizmatik yoki poshak shaklida) ichiga sig'diriladi va batareyka paketining tashqi qismiga ulanadigan terminal bilan sig'illantiriladi.

Zaryaddan chiqish paytida nima sodir bo'ladi

Batareyka quvvat yetkazganda — masalan, starter dvigateli dvigatelni buraganda —natriy ionlari elektrolit orqali anoddan katodga harakatlanadi. Shu vaqtning o'zida elektronlar anodda chiqariladi, tashqi zanjir orqali harakatlanadi va katodga qaytib kiradi.

Natriy ionlari harakati va elektron oqimi

Anod tomonida natriy qattiq uglerod tuzilmasini tark etadi va Na ionlari sifatida elektrolitga kiradi.

Katod tomonida bu Na ionlari katod materialiga kiritiladi, shu bilan birga tashqi zanjir orqali kelgan elektronlar katod hosil qiluvchisini qaytaradi. Bu ikkita oqim —ionlar elektrolit orqali va elektronlar sim orqali —tezlik jihatidan mos kelishi kerak; shuning uchun batareyaning yetkazib berishi mumkin bo'lgan tashqi tok asosan hujayra ichida ionlar qanchalik tez harakatlanishi bilan cheklangan.

Avtomobil akkumulyatorida bu elektron oqimi startyor dvigatelini, ignitsiyani, yoritilishni, avtomobilning barcha ichki elektron tizimlarini va avtomobilning barcha borda elektronikasini quvvatlantiradi. Start-Stop avtomobillarida bir xil zaryadlanish jarayoni har bir sayohatda ko'p marta takrorlanadi: har safar dvigatel trafik chirog'ida to'xtaganda akkumulyator elektr tizimlarini qo'llab-quvvatlab turadi va har safar dvigatel qaytadan ishga tushganda akkumulyator startyor uchun yuqori tok impulsi beradi. Element shu yuqori tezlikdagi, tez-tez takrorlanuvchi sikllarga chidashga majbur, faqat bitta chuqur zaryadlanishga emas.

_______________________________________________________________________

Zaryadlanish paytida nima bo'ladi

Zaryadlanish zaryadlanish reaksiyasini aks ettiradi. Biror tashqi kuchlanish elementga qo'llanilganda —ishlayotgan avtomobilda alternator tomonidan yoki zavodda tashqi zaryad qilgich tomonidan — natriy ionlari katoddan chiqadi, elektrolit orqali qaytadi va qattiq uglerod anodga qaytib kiradi. Bir vaqtda elektronlar katoddan tortiladi, tashqi zanjir orqali o'tadi va anodda hujayraga qaytib kiradi. Energiya natriy ionlari anod tuzilmasiga qaytib itarilganda saqlanadi va keyingi razryad paytida qaytadan bo'shatilishga tayyor bo'ladi.

Start-Stop avtomobillarida alternator asosan dvigatel ishlayotganda akkumulyatorni qayta zaryadlaydi. Bunday ish sharoitida akkumulyator deyarli hech qachon to'liq 100% zaryad holatiga yetmaydi — u odatda taxminan 60% dan 90% gacha bo'lgan qisman zaryad holatida ishlaydi va tez-tez qisqa muddatli razryad va zaryadlanishlarga uchrab turadi. Shu sababli Start-Stop tizimlarida eng yuqori to'liq zaryad sig'imi bilan ta'minlovchi akkumulyatorga qaraganda, bu ish sharoitini yaxshi boshqaradigan va qisman zaryad holatida samarali zaryad qabul qiladigan akkumulyator kimyoviy tarkibi muhimroqdir.

_______________________________________________________________________

Harorat reaksiyaga qanday ta'sir qiladi

Harorat o'zgarishi element ichida ikkita narsani o'zgartiradi:

• Ion harakatchanlik . Past haroratlarda elektrolit qo'yingichroq bo'lib, ion harakati sekinlashadi. Bu elementning yuqori tokni yetkazish yoki qabul qilish qobiliyatini pasaytiradi va bu akkumulyatorlarning qishda boshqotirma quvvatini yo'qotishining asosiy sabablaridan biridir.

• Реакция kinetika yuqori haroratlarda elektrod reaksiyalari tezroq sodir bo'ladi, lekin ortiqcha issiqlik elektrolitning parchalanishiga, katoddan o'tish metallarining erishiga va anodda qattiq elektrolit chegaraviy qatlamining (SEI) o'sishiga keltirib chiqaradigan tomon reaksiyalarni tezlashtiradi. Vaqt o'tishi bilan bu tomon reaksiyalari quvvatni kamaytiradi va sikl hayotini qisqartiradi.

Natriy-ion kimyoviy tarkibi ko'pincha natriyning kichikroq desolvatatsiya energiyasi va zaifroq solvatatsiya qobig'i tufayli ba'zi litiy kimyoviy tarkiblariga qaraganda past haroratlarda ionlarning o'tishini yaxshiroq ta'minlaydi, chunki bu ionlarga elektrod chegarasida erituvchi molekulalarini yo'qotishni osonlashtiradi. Amaliyotda esa avtomobil mahsulotining sovuqda ishga tushirish samaradorligi faqat kimyoviy tarkibga emas, balki hujayra dizayniga, elektrolit formulatsiyasiga, BMS cheklovlari va paket muhandisligiga ham bog'liq. Umumiy da'volarga qaraganda sinov sertifikati yoki ishlab chiqaruvchi ma'lumotnomasi ishonchliroq.

_______________________________________________________________________

BMS batareya qanday ishlashining bir qismi bo'lishining sababi

Natriy-ion avtomobil batareyasi faqatgina elementlardan iborat emas. Batareya boshqaruv tizimi (BMS) — bu elementlarning oddiy ishlash paytida qanday qilib foydalanilishini va qanday qilib himoyalanganligini boshqaruvchi tizim. Start-Stop batareyasida BMS odatda quyidagilarni bajaradi:

• Zaryadlash paytida elementlarni muvozanatlash, ya'ni batareya blokidagi alohida elementlar bir xil zaryad holatida qoladi. • Har bir element yoki elementlar guruhining kuchlanishi, tok va haroratini nazorat qilish.

• Zaryadlash, zaryadsizlik, qisqa tutashuv va ortiqcha tokdan himoya qilish. • Harorat, tok va kuchlanishni kuzatish har bir element yoki elementlar guruhida amalga oshiriladi.

• Zaryadlash, zaryadsizlik, qisqa tutashuv va ortiqcha tokdan himoya qilish. • Zaryad holati (SOC) va sog'lomlik holati (SOH) ni aniqlash; avtomobil bu ma'lumotlarga tayanib Start-Stop funksiyasini o'chirish, qo'shimcha qurilmalarni zaiflashtirish yoki haydovchiga ogohlantirish qarorini qabul qiladi.

• Avtomobil elektr tizimi bilan aloqa o'rnatish, bu yerda standart protokollar — CAN, LIN yoki SENT dan foydalaniladi. • Avtomobil elektr tizimi bilan aloqa o'rnatish, bu yerda standart protokollar — CAN, LIN yoki SENT dan foydalaniladi.

• Avtomobil elektr tizimi bilan aloqa o'rnatish, bu yerda standart protokollar — CAN, LIN yoki SENT dan foydalaniladi. dasturlash protokollari, masalan, LIN yoki CAN, qo'llanilishiga qarab.

Kimyoviy tarkibi litiydan farqli bo'lishi mumkin, lekin BMSning vazifasi asosan bir xil. B2B sotuvchilar uchun bu shuni anglatadiki, avtomobillar uchun natriy-ion batareyasini baholash faqatgina element kimyoviy tarkibida tugamaydi. BMS dasturiy ta'minoti, apparat sifati, sensorlar aniqligi va avtomobilning elektr protokoli bilan moslik haqiqiy ishlash samaradorligiga, kafolat xarajatlariga va mijoz qoniqishiga bevosita ta'sir qiladi.

_______________________________________________________________________

Bu litiy-ion elementdan qanday farq qiladi

Natriy-ion elementining ishlash prinsipi litiy-ion elementiga o'xshaydi: ionlar ikkita elektrod o'rtasida harakatlanadi, elektronlar tashqi zanjirdan o'tadi va sikllash jarayonida reaksiyalar teskari o'tadi. Farqlar aksariyat hollarda materiallarga va ularning amaliy oqibatlariga to'g'ri keladi.

Asosiy farqlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

•Ion hajmi. Natriy ionlari litiy ionlaridan kattaroq. Bu ularning elektrod tuzilishiga qanchalik osongina kirib borishiga va chiqib ketishiga ta'sir qiladi va bu natriy-ionli elementlarning odatda asosiy litiy-ionli kimyoviy tarkiblardan pastroq energiya zichligiga ega bo'lishining bir sababidir.

• Hozirgi to'plagichlar. Natriy-ionli elementlarda ikkala tomonda ham alyuminiydan foydalanish mumkin, litiy-ionli elementlarda esa anodda misdan foydalanish talab etiladi. Alyuminiy misga qaraganda arzonroq va yengilroq bo'lib, bu element dizaynini soddalashtiradi.

• Resurs mavjudligi. Natriy litiyga qaraganda ancha ko'proq va geografik jihatdan keng tarqoq. Bu uzun muddatli narxlar yo'nalishi va ta'minot xavfsizligiga ta'sir qiladi, ayniqsa yuqori hajmli qo'llanmalarda.

•Energiya zichligi. Hozirgi kommersial natriy-ionli elementlar odatda asosiy litiy-ionli kimyoviy tarkiblardan pastroq massaviy va hajmiy energiya zichligiga ega, garchi bu farq kimyoviy tarkib va avlodga qarab o'zgarib turadi.

Sotib olish jamoalari uchun amaliy savol «qaysi kimyoviy tarkib nazariy jihatdan yaxshiroq» emas, balki «qaysi kimyoviy tarkib aniq avtomobil, iqlim va ish rejimi talablarini to‘g‘ri narxda qondiradi»dir. Natriy va litий bir xil usulda ishlashi ularni qisman solishtirishga imkon beradi, lekin ular almashtirilishi mumkin bo‘lgan elementlar emas. Litий-ion elementining qanday ishlashini batafsil ko‘rish uchun litий batareyasi klasteridagi «litий batareyasi qanday ishlaydi» bo‘limiga qarang.

_______________________________________________________________________

Bu avtomobil start-stop foydalanish uchun nima anglatadi

Natriy-ion batareyasi start-stop avtomobilda yaxshi ishlashi uchun bir nechta shartlar bir vaqtda bajarilishi kerak:

• Zaryadlanish qabul qilish. Element kimyoviy tarkibi yuqori zaryad qabul qilishini ta'minlashi kerak, shunda alternator batareyani qayta ishga tushirishlar orasida va chuqur aksessuar yuklari dan keyin tezda to‘ldirishi mumkin.

• Sovuqda ishga tushirish amperlari (CCA) cCA darajasi avtomobilning dvigatel hajmi va u harakatlanadigan iqlim sharoitiga mos kelishi kerak. 25 °C da kuchli ishga tushirish beradigan natriy-ion elementi −20 °C. Oʻrtacha

• Zaryad holati qismi ostidagi sikl hayoti. batareya shahodagi harakatda kutilayotgan dvigatelni ko‘p marta qayta ishga tushirish soniga mos kelishi kerak — shahodagi harakatda Start-Stop batareyasi haftasiga yuzlab dvigatelni qayta ishga tushirishni bajarishi mumkin.

bMS integratsiyasi. BMS avtomobil bilan to‘g‘ri aloqa qilishi va minglab qisman sikllar davomida batareya blokini himoya qilishi kerak. To‘g‘ri BMS integratsiyasi yo‘qligida hatto kuchli element ham noto‘g‘ri zaryadlash yoki ortiqcha zaryadni chiqarish tufayli shikastlanishi mumkin.

Natriy-ionli akkumulyator faqatgina uning kimyoviy tarkibi mavjudligi sababli avtomatik ravishda barcha start-stop avtomobillarga mos kelmaydi. Avtomobilning texnik xususiyatlari, iqlim sharoiti, zaryadlash rezhimi hamda ishlab chiqaruvchining o'zini amalga oshirgan tasdiqlash ishlari hammasi ahamiyatli. Sotib olish jamoalari doimiy ravishda mahsulotning texnik ma'lumotnomasini tekshirib, akkumulyator qo'llanilishi kerak bo'lgan aniq avtomobil tizimlari bilan mosligi haqida etiborli dalillarni yetkazuvchidan so'rashlari kerak; bu esa umumiy kimyoviy tarkib haqidagi bayonotlarga tayanishdan afzal. Litий akkumulyatorlarining avtomobillar va boshqa sohalarda qanday qo'llanilishini kengroq ko'rish uchun litий akkumulyatorlari bo'yicha asosiy qo'llanmani ko'ring.

_______________________________________________________________________

Tez-tez so'raladigan savollar

Natriy-ionli akkumulyator litий-ionli yoqilgan akkumulyator?

Yo'q. Umumiy ishlash prinsipi —ikkita elektrod o'rtasidagi teskari ion harakati —bir xil. Lekin materiallar farq qiladi. Natriy-ionli elementlarda natriy asosidagi katodlar, qattiq uglerod anodlar va natriy tuzli elektrolitlar ishlatiladi, litий-ionli elementlarda esa litий asosidagi katodlar va grafит anodlar ishlatiladi.

Natriy-ionli batareyalar kerakmi B MS?

Ha. Avtomobil natriy-ion batareyalari hujayra kuchlanishini nazorat qilish, hujayralarni muvozanatlash, zaryadlash va razryadlashni boshqarish hamda batareya blokini xavfli sharoitlardan himoya qilish uchun batareya boshqaruv tizimiga ega bo'lishi kerak.

Natriy-ion akku batareyani odatdagi yetakchi -kislotali zaryadlovchi bilan zaryadlash mumkinmi?

Umuman olganda, yo'q. Natriy-ion hujayralarning kuchlanish doirasi va zaryadlanish profilining qo'rg'oshin-kislotali batareyalarga nisbatan boshqacha bo'lishi sababli, mos kelmaydigan zaryadlovchidan foydalanish batareya blokiga zarar yetkazishi mumkin. Har doim batareya ishlab chiqaruvchisining zaryadlash bo'yicha ko'rsatmalariga amal qiling va aniq natriy-ion mahsuloti uchun tasdiqlangan zaryadlovchidan foydalaning.