lovesouthernsocial.com

Lityum piller, Brezilya'da genişleme için büyük alana sahip bir pazar olan elektrikli araçlarda enerji depolamak için kullanılıyor

Brezilya yakında Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve Güney Kore tarafından yönetilen bir segment olan elektrikli mobilite için pil üreten ülkeler grubuna katılabilir. bu amaç. Çoğunda, pil teknolojisi uluslararası ortak tarafından geliştirilmiş veya geliştirilmektedir.

Projelerden biri, bölgedeki ilk endüstriyel ölçekli lityum-kükürt (Li-S) pil hücresi fabrikasını kurmak için İngiliz şirketi Oxis Energy ile 2018 yılında bir anlaşma imzalayan Minas Gerais Development Company (Codemge) tarafından yönetiliyor. . dünya. Oxis'e göre teknoloji, elektrikli araç pazarını besleyen ana çözüm olan lityum iyon pillerden daha üstün bir performans ve güvenliğe sahip.

Geleneksel pil üreticisi Moura, yakıt hücresi sistemleri geliştiricisi Electrocell ve Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração'dan (CBMM) madencileri ve Toshiba'dan Japonları bir araya getiren bir konsorsiyum da kendilerini bu segmentte kurmayı planlıyor.

Codemge ve Oxis Energy arasındaki ortaklıktan doğan bir taahhüt olan Oxis Brasil'in ilk başta hedefi, drone, uydu ve dikey uygulamalarla otobüs ve kamyon gibi ağır vasıtalar ile savunma ve havacılık endüstrileri segmenti olacak. Kalkış ve iniş yapan elektrikli araçlar (eVTOL'ler).

Belo Horizonte Metropolitan Bölgesi'ndeki Nova Lima'da 56 milyon ABD doları yatırımla yapılması planlanan fabrika, yıllık 300 bin pil hücresi üretimi ile 2022 yılında faaliyete geçecek. İkinci yılda ise beklenen toplam kapasitenin yarısı olan 1,2 milyon adede ulaşılması bekleniyor. Yapı şimdiden yıllık 4,8 milyon hücre üretimine izin verecek gelecekteki bir genişlemeyi öngörmektedir.

Bir araç aküsü aslında, entegre edilmiş, bir paket oluşturan ve BMS (Akü Yönetim Sistemi veya akü yönetim sistemi) adı verilen bir yazılım tarafından yönetilen bir dizi küçük aküdür (hücreler). Her uygulama için seri ve paralel bağlantılı özel bir hücre paketi tasarlanmıştır.

Örneğin otobüsler için bir pil, yaklaşık 10.000 hücre gerektirir. Codemge'nin Yeni İş biriminin yöneticisi Rodrigo Mesquita, fabrikanın pilleri üretmeye adanmayacağını bildirdi. Bu işlev, hücreler ve BMS sistemlerini entegre eden şirketler tarafından gerçekleştirilecektir.

Bu yılki Nobel Kimya Ödülü, lityum pillerle ilgili araştırma yapan üç araştırmacıya verildi.

“Bu entegrasyonu gerçekleştirecek ortakları belirleme sürecindeyiz. Bazılarını Brezilya'ya çekmeyi umuyoruz” diyor. Entegratörler, gelecekteki akü müşterileri tarafından aday gösterilmelidir. Ekipmana ilgi gösteren şirketler arasında Brezilyalı Embraer, Kuzey Amerika Boeing ve Lockheed Martin, Avrupa konsorsiyumu Airbus ve Alman Mercedes-Benz ve Porsche yer alıyor.

Lityum-kükürt pil hücresi teknolojisi, Oxis Energy tarafından geliştirilmiştir. Codemge, oluşturduğu Aerotec yatırım fonu aracılığıyla geçen yıl Oxis Energy'nin %12 hissesi için 18.6 milyon R$ yatırım yaptı ve Minas Gerais'teki lityumun üretim zincirini kalınlaştırmak için endüstriyel projeyi Brezilya'ya getirdi. Eyaletin kuzeydoğusundaki Vale do Jequitinhonha bölgesi, kendisini önemli bir cevher üreticisi olarak konumlandırma potansiyeli ile ortaya çıkıyor.

Oxis Brasil, gezegendeki lityum-kükürt piller için ticari ölçekte ilk fabrika olacak. Teknoloji, dünyadaki çeşitli araştırma merkezlerinde geliştirilme aşamasındadır. Japonya'da Sony, malzemelerden akıllı telefon pilleri üretmeye çalışırken, Amerika Birleşik Devletleri'nde Sion Power Corporation, lityum-kükürt araç pilleri geliştiriyor. Bu aynı zamanda Oxis Energy'nin bir parçası olduğu 16 şirketten oluşan bir Avrupa konsorsiyumu olan Projeto Alise'nin de hedefidir ve odak noktası yeni malzemelerin geliştirilmesi ve kükürt ve lityum teknolojisinde yer alan elektrokimyasal süreçlerin anlaşılmasıdır.

2018'de Brezilya, küresel pazarın yaklaşık %0,7'sine eşdeğer bir hacim olan yalnızca 600 ton (t) lityum üretti. Brezilya üretimi, Codemge'nin özsermaye payına sahip olduğu Companhia Brasileira de Litio (CBL) tarafından gerçekleştirildi. Brezilya Jeolojik Araştırması, Jequitinhonha Vadisi'nde yoğunlaşan ulusal rezervlerin, 14 milyon ton civarında dünya cevherinin %8'ini oluşturduğunu tahmin ediyor. Avustralya ve Şili, sırasıyla 51.000 t ve 16.000 t ile en büyük küresel lityum üreticileridir.

Lityum, yüksek enerji yoğunluğuna sahip hafif bir metaldir, yani ilk cep telefonlarında ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılan nikel-kadmiyum pillere veya kullanılan geleneksel kurşun asitli arabalara kıyasla daha küçük bir alanda daha fazla enerjiyi yoğunlaştırma yeteneğine sahiptir. yanmalı araç motorunu çalıştırın (bkz. Pesquisa FAPESP nº 258).

Çoğu lityum iyon pil, anotun (negatif kutup) grafit karbondan, katodun (pozitif kutup) ise lityum oksit ve nikel, manganez ve kobalt içeren bir metal karışımından yapıldığı bir kombinasyonla yapılır. Elektrolit (iyon atomlarının kutuplar arasında hareket ettiği ortam), organik çözücüler ve lityum tuzlarının bir karışımıdır.

Codemge'de araştırma, geliştirme ve yenilik (RD&I) projeleri koordinatörü Valdirene Peressinotto, kullanılan malzemeler ve üretim süreci nedeniyle bu malzeme kombinasyonunun 45 oC'nin üzerinde ısınma gibi stresli durumlara maruz kaldığında güvenlik sorunları ortaya çıkardığını açıklıyor. kısa devre ve delinme, bir araç çarpışması durumunda var olan bir risk.

Oxis Energy tarafından oluşturulan pil çözümü, anotta grafit karbonun yerini alan metalik lityumun ve katotta kükürt ve karbonun bir kombinasyonunun kullanılmasını öngörüyor. Şirket katot ve elektrolit için kendi teknolojisini geliştirmiştir. Yapılan testler, bu yeni pillerin güvenli olduğunu, eksi 60oC ile eksi 80oC arasındaki sıcaklıklarda normal şekilde çalıştığını ve delindiğinde veya kısa devre durumunda patlamadığını gösteriyor.

Çalışma güvenliğine ek olarak, lityum-kükürt pillerin bir başka avantajı da enerji yoğunluğudur. Lityum iyon piller kilo başına maksimum 240 watt-saat (Wh/kg) konsantre ederken, lityum-sülfür piller 450 Wh/kg depolar. Pratikte bu, araçlara daha fazla özerklik sağlayan daha küçük, daha hafif piller üretmeyi mümkün kılar.

Peressinotto'ya göre önemli bir gerçek, lityum-iyon olanların teorik verimlilik sınırlarına zaten yakınken, lityum-kükürt olanların enerji yoğunluğu ile ilgili olarak hala evrim potansiyeline sahip olmalarıdır. Codemge'nin RD&I koordinatörü, “Oxis, 2020 yılına kadar 550 Wh/kg yoğunluğa ulaşmayı bekliyor” diyor.

Merkezi Araxá'da (MG) bulunan CBMM, niyobyumun en büyük küresel üreticisidir (bkz. Pesquisa FAPESP no. 277). 2018'de yeni bir lityum pil oluşturmak için Toshiba Corporation ile ortaklık kurdu. Toshiba'nın Ar-Ge departmanının önerisi, karbon anotu karışık niyobyum ve titanyum oksitlerle (NTO) değiştirmek ve katottaki bir lityum metal alaşımının geleneksel konfigürasyonunu korumaktır.

CBMM'deki pillerin üst düzey yöneticisi Rogério Marques Ribas'a göre, karbon anot lityuma tepki verirken ve şarj sırasında %13'lük bir hacim artışı gibi yapısal stres oluştururken, NTO farklı davranıyor. "Bu fark, daha fazla güç ve daha hızlı şarj sağlar", diye vurguluyor.

Aynı enerji şarjına sahip iki pil karşılaştırıldığında, lityum iyon versiyonun şarj olması dört saat sürerken, NTO versiyonu sadece 10 dakikaya ihtiyaç duyar. NTO pil ayrıca 15 yıldan fazla araçlarda kullanım için dayanıklılığa sahipken, lityum iyon pilde zaten elde edilen sınır beş ila 10 yıldır. Diğer bir avantaj, NTO anotunun, ısıtma veya delme nedeniyle stres durumlarında daha fazla güvenlik sağlamasıdır.

CBMM ve Toshiba arasındaki ortaklık, şirketlerin her birinin Yokohama, Japonya'da inşa edilen ve iki yıl içinde test edilecek ilk üniteleri üretecek bir pilot tesise 7,2 milyon ABD Doları yatırım yapması için çağrıda bulunuyor. Ribas, “Beklentimiz, 2021 yılında, endüstriyel ölçekte bir üretim hattının inşasının garantisi olacak teknolojinin müşteriler tarafından onaylanmasıdır” diyor.

Ona göre, pillerde niyobyum kullanımı için başka bir proje, San Diego, California'daki North American Wildcat Discovery Technologies tarafından yürütülüyor. CBMM, amacı katotta niyobyum kullanmak olan projede de ortaktır. Proje geliştirmenin ilk aşamasındadır.

Elektrikli araçlar için şarj edilebilir pillerde daha iyi performans arayışı, birkaç on yıl önce başlayan dünya çapında bir çabayı yansıtıyor. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından Ekim ayında açıklanan 2019 Nobel Kimya Ödülü, 1970 ve 1980 yıllarını kapsayan çalışmaları nedeniyle Amerikalı matematikçi ve fizikçi John Bannister Goodenough, İngiliz kimyager M. Stanley Whittingham ve Japon kimyager Akira Yoshino'ya verildi. modern lityum iyon pillerin geliştirilmesine ve ticari üretimine yol açtı.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından yayınlanan Global EV Outlook 2019 raporuna göre, bugün devam eden ana çalışma, lityum oksit ile oluşturulan katotlar ve %80 nikelden oluşan metalik bir bileşim gibi pillerin kimyasal özelliklerindeki değişiklikleri içeriyor. , %10 manganez ve %10 kobalt, mevcut olanlardan farklı olarak, üç metalden eşit paya sahiptir.

Diğer bir geliştirme hattı, yalnızca küçük pillerde kullanılan bir çözüm olan nikel, kobalt ve alüminyum oksit içeren lityum katotlardır. Anotlarda uygulama için en çok çalışılan malzeme silikon-grafit kompozitidir. Otomobil endüstrisi, 2025 yılına kadar enerji yoğunluğunu artırma ve maliyetleri düşürme konusunda önemli ilerlemeler bekliyor.

IEA'ya göre, küresel elektrikli otomobil filosu (saf ve hibrit) 2018'de 5,1 milyon aracı aştı ve otobüs filosu 460.000 adede ulaştı. 2030 beklentisi, araç filosunun 130 milyon ile 250 milyon arasında değişeceği senaryoları içeriyor. Ulusal Otomotiv Araç Üreticileri Birliği (Anfavea) verilerine göre Brezilya'da elektrikli ve hibrit araç sayısı 2018'de 10,6 bin adede ulaştı. Brezilya pazarı için herhangi bir projeksiyon yok, ancak ulusal filonun genişlemesi beklentisi şirketleri yerel olarak lityum iyon piller üretmeye motive ediyor.

Geleneksel bir kurşun araç aküleri üreticisi olan Grupo Moura, Belo Jardim'deki (PE) genel merkezinde bir lityum pil Ar-Ge birimi kurdu. Hala 2019'da, forkliftler için ilk versiyon piyasaya çıkıyor. Şirket ayrıca, öncelikle otobüs pazarına hizmet etmek amacıyla, ağır vasıtalar için akü teknolojisinin sahibi olan American Xalt Energy ile ortaklığa girmiştir. São Paulo üreticisi Eletra ile bir sözleşme imzalandı (bkz. Pesquisa FAPESP nº 283).

Moura'daki Lityum Bölümü müdürü Fernando Castelão, şirketin Xalt pilleri Brezilya'daki kullanım koşullarına uyarlayacağını bildirdi. 2018'de açılan yeni bir Moura fabrikası, ürünü üretmek için tasarlandı. Castelão'ya göre, lityum iyon piller, yeterli sızdırmazlık ve su ile temasa karşı koruma sağlamak için özel güvenlik önlemleri gerektirir. Ayrıca doğru sıcaklığı korumak için bir soğutma sistemine ihtiyaçları vardır. Yönetici, “Brezilya'daki araçlar, Kuzey ülkelerindekilerden farklı iklim koşullarına tabidir” diye vurguluyor.

São Paulo'da, São Paulo Üniversitesi'nin (USP) Yenilik, Girişimcilik ve Teknoloji Merkezi'nde (Cietec) bulunan bir şirket olan Electrocell, 2007'den beri araç lityum iyon pillerinin geliştirilmesi üzerinde çalışıyor. FAPESP'in Pipe programı tarafından desteklenen yakıt pilleriyle ilgili proje. Şirket, Cajamar'daki (SP) Anhanguera Business Park'ta kurulu süper kompakt şasili ulusal bir araç montajcısı olan Brasil VE Superleves ile ortaklığa girdi ve Aralık ayında endüstriyel faaliyetine başlaması bekleniyor. Hedef, iki ve dört koltuklu binek araçlar, mini kamyonlar ve 12 ve 24 koltuklu otobüsler dahil olmak üzere ayda 40 ila 200 adet arasında üretim yapmaktır.

Almanya'da lityum pil üretiminde uzmanlaşmış bir kimya mühendisi olan Electrocell'in direktörü Gerhard Ett, şirketin ilk etapta hücreleri ithal edeceğini ve ülkeye lityum pilleri entegre edeceğini belirtiyor. İlk parti Almanya'dan gelecek ancak şirketin Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Güney Kore'de de ticari bağlantıları var: “Hedefimiz tüm üretimi yerel olarak gerçekleştirmek. Biz zaten gerekli teknik bilgiye sahibiz ve üretim sürecine hakimiz. São Bernardo do Campo'daki (SP) FEI Üniversite Merkezi'nde profesör olan Ett, sadece üretime başlamak için ölçeğe ihtiyacımız var," diyor.

Federal ABC Üniversitesi (Cecs-UFABC) Mühendislik, Modelleme ve Uygulamalı Sosyal Bilimler Merkezi'nden makine mühendisi Paulo Henrique de Mello Sant'Ana için, elektrikli mobilitenin geleceğinde pil üretiminde uzmanlaşmak stratejik olacak. Ona göre, Brezilya'nın kendisini yalnızca bitmiş ürünlerin alıcısı olarak değil, bir teknoloji geliştiricisi olarak konumlandırması çok önemli. "CBMM ve Toshiba ya da Codemge with Oxis gibi girişimlerin ekonomik sürdürülebilirliğe ve mevcut lityum pillerin performansını artırma yeteneğine sahip olup olmayacağını hala bilmiyoruz, ancak Brezilyalıların geliştirme sürecine dahil olması mükemmel", diye açıklıyor.

Projeler

1. Kimyasal işlemlerde uygulanan enjekte edilmiş grafit kompozitlerin geliştirilmesi (nº 04/09113-3); Küçük İşletmelerde Modalite Yenilikçi Araştırma (Pipe); Sorumlu araştırmacı Volkmar Ett (Elektrosel); Yatırım 601.848.93 R$.
2. Yarı otomatik yakıt hücresi montaj hattının geliştirilmesi ve inşası (nº 04/13975-0); Küçük İşletmelerde Modalite Yenilikçi Araştırma (Pipe); Finep Pipe-Pappe Anlaşması; Sorumlu araştırmacı Gerhard Ett (Elektrosel); Yatırım 433.815,72 R$.
3. İzleme, teşhis, kontrol ve çevre birimleri için yazılım ve donanım ile entegre yakıt hücrelerinin geliştirilmesi (nº 00/13120-4); Küçük İşletmelerde Modalite Yenilikçi Araştırma (Pipe); Sorumlu araştırmacı Gerhard Ett (Elektrosel); Yatırım 352.705,02 R$.

---