Батареи чугунные вес одной секции: Сколько весит одна секция чугунной батареи старого и нового образца

GF Casting Solutions — Georg Fischer Ltd

Продукты и решения

Легкие конструкции экономят энергию

Высокосложные легкие компоненты изготавливаются по четырем производственным технологиям – от разработки до готового к монтажу решения.

Основным направлением деятельности является разработка и производство легких компонентов для литья под давлением, чугунного литья, точного литья, а также аддитивного производства. В течение многих лет исследования и разработки были направлены на снижение выбросов CO2 и уменьшение веса автомобиля.

 

Используя процесс литья под давлением из магния, вес компонентов, таких как эта поперечная балка, может быть значительно снижен.

GF Casting Solutions отвечает на эту растущую потребность, предлагая все больше таких компонентов, как элементы рамы порога.

Аккумуляторный отсек для электромобилей: легкий компонент обеспечивает высокую функциональную интеграцию в одной большой части.

Корпус аккумуляторной батареи с алюминиевым литьем под высоким давлением для BMW

Корпус аккумуляторной батареи с алюминиевым литьем под высоким давлением для Volkswagen

1. Используя процесс литья под давлением из магния, вес компонентов, таких как эта поперечная балка, может быть значительно снижен.
2. Крышка масляного поддона
3. GF Casting Solutions отвечает на эту растущую потребность, предлагая все больше таких компонентов, как элементы рамы порога.
4. Аккумуляторный отсек для электромобилей: легкий компонент обеспечивает высокую функциональную интеграцию в одной большой детали.
5. Корпус аккумуляторной батареи из литого алюминия под высоким давлением для BMW
6. Корпус аккумуляторной батареи с алюминиевым литьем под высоким давлением для Volkswagen

Сферы деятельности

Первый выбор для отливок и компонентов с добавками

GF Casting Solutions — один из ведущих поставщиков легких компонентов для транспортных средств и энергетики. Как компания, ориентированная на будущее, GF Casting Solutions выступает в качестве движущей силы инноваций в мире литейного и аддитивного производства и хочет взять на себя инициативу в формировании устойчивой мобильности.

Глобальное присутствие

GF Casting Solutions производит продукцию на 13 производственных площадках в Германии, Австрии, Румынии, Швейцарии, Китае и США. Центры исследований и разработок с признанным во всем мире опытом в области легких и бионических конструкций расположены в Шаффхаузене (Швейцария) и Сучжоу (Китай).

GF Casting Solutions — лучший выбор для легковых автомобилей , грузовиков , аэрокосмической, энергетической, внедорожной и промышленной техники. Компания GF Casting Solutions известна своей компетенцией в области разработки и производства алюминия и магния, железа и жаропрочных сплавов.

С приобретением специалиста по точному литью GF Precicast в апреле 2018 года подразделение не только расширило свои производственные компетенции, но и диверсифицировало свою рыночную сегментацию. Благодаря этому фундаментальному стратегическому шагу подразделение также получило новое название GF Casting Solutions.

После приобретения двух заводов по литью под давлением в Румынии в декабре 2017 года компания GF Casting Solutions добавила в свой портфель новые решения в сегменте промышленного применения, такие как корпуса осветительных приборов, и расширила ассортимент компонентов для легковых автомобилей. В центре внимания находится не только процесс литья под высоким давлением, но и сложная механическая обработка.

Новый инструментальный цех в Сучжоу, Китай, а также наше партнерство с ведущим производителем пресс-форм GF meco eckel повышает конкурентоспособность нашего предложения легких металлов. Партнерство с GF meco eckel позволит раньше приступить к проектированию компонентов, ускорить процессы от проектирования до производства и обеспечить бесперебойное обслуживание наших клиентов.

 

Технологии

Опыт, инновации и качество

Подразделение сравнивает материалы и процессы, определяет ключевые данные о материалах и тестирует компоненты в своей аккредитованной лаборатории.

Благодаря обширным ноу-хау в области разработки и производства время разработки между прототипом и серийным продуктом значительно сокращается.

Исследования и разработки

Легкая конструкция — признак качества

Легкие компоненты активно способствуют сокращению выбросов CO2. GF Casting Solutions разрабатывает процессы литья компонентов, которые благодаря облегченной конструкции и уменьшению размеров снижают вес автомобиля и, следовательно, расход топлива. Оптимизируя структуры, GF Casting Solutions создает полые тонкостенные отливки с неизменной или даже лучшей стабильностью.

Компания GF Casting Solutions уделяет большое внимание своему центральному отделу исследований и разработок. Примерно три процента годового дохода тратится на исследования и разработки.

Ссылки

Форвардная история GFCS

Годовой отчет за 2021 год — история успеха ГРОКО

Отчет об устойчивом развитии за 2021 год — история успеха ГРОКО

Сколько лития содержится в литий-ионном аккумуляторе автомобиля?

Очень простой вопрос! Вы могли бы подумать, что найти точный ответ на этот вопрос будет очень просто, имея пять свободных минут и Google… и на самом деле вы бы ошиблись в этом предположении!

Какое мне дело? Почему вас это должно волновать? Потому что мы постоянно видим мусорные статьи с такими заголовками, как «Литий — новый бензин» и т. д. Люди, некоторые из которых заинтересованы (инвесторы в акции лития или люди, занимающиеся короткими продажами акций Tesla и т. д.), очевидно, сильно обеспокоены количествами материалов, необходимых для изготовления аккумуляторов для аккумуляторных электромобилей (BEV), подключаемых гибридов (PHEV) и электромобилей на водородных топливных элементах (FCEV). Мы также видим, что литий-ионные батареи начинают использоваться в приложениях для хранения/балансировки сети (я не думаю, что это приложение хорошо сочетается с литий-ионными батареями, но это будет предметом следующей статьи). Кажется, что сам факт того, что термин «ионно-литиевая батарея» содержит слово «литий», является достаточным основанием для многих, чтобы сделать вывод, что основной проблемой в отношении стоимости, доступности материалов для батареи или воздействия на окружающую среду будет литий. Если мы хотим определить, есть ли проблемы с литием, первый вопрос, на который мы должны ответить, — сколько лития нам понадобится для создания парка аккумуляторов для электромобилей.

Первая ссылка, которая появляется при поиске в Google по запросу «сколько лития содержится в литий-ионном аккумуляторе», — это неизменно статья на www.batteryuniversity.com — отличном сайте, спонсируемом канадской фирмой (Cadex Electronics), но не всегда лучше с предоставлением базовых ссылок на то, что там размещено. Также лучше игнорировать все комментарии к статьям там, так как они не проходят модерацию и, следовательно, имеют тенденцию быть полным мусором:

http://batteryuniversity.com/learn/article/availability_of_lithium

Этот источник действительно дает некоторые данные: утверждается, что в батарее Nissan Leaf содержится около 4 кг лития. Если предположить, что автор говорит (или говорил) о батарее Leaf номинальной емкостью 24 кВтч, это примерно 167 г лития (в батарее) на кВтч номинальной емкости, что, как оказалось, недалеко от номинального значения для Литий-ионные аккумуляторы, если углубиться в литературу.

Немного поискав, вы найдете множество других значений. Вы, как и я, найдете другие данные в литературе и в онлайн-статьях, которые приводят к расчетам и оценкам довольно сильно различающихся значений.

Моя первая попытка ответить на этот вопрос была простой и прямой: я сначала просмотрел веб-сайты, а затем напрямую связался с Tesla, General Motors и Nissan Canada и задал им вопрос. Вот ответ, который я получил:

Очевидно, производители электромобилей не хотят отвечать на этот вопрос! Почему нет? Считают ли они информацию «конфиденциальной»? Или пытаются что-то скрыть? Я чувствую, что они просто перегружены запросами информации и не имеют ресурсов или персонала, чтобы ответить на них. Независимо от причин, тот факт, что они не дают никаких ответов, на мой взгляд, является позором, поскольку дезинформация подталкивает людей к неверным выводам о будущем их технологии.

Итак, мы снова должны засучить рукава и выполнить кое-какую работу, в которой не должно быть необходимости.

Теоретическое минимальное содержание лития

Легко вычислить минимальное количество лития, необходимое для получения определенного количества энергии. Литий имеет атомный вес 6,94 г/моль, так что мы уже знаем, что немного (массы) лития имеет большое значение. Вы получаете один электрон на атом лития, а на моль электронов приходится 96485 кулонов. Один ампер – это один кулон в секунду. Измените линейный расчет, и вы получите 3,87 Ач на г лития, что является теоретическим максимумом. Это дает вам от 70 г лития на кВтч для батареи Li-NMC или Li-NCA с номинальным напряжением 3,7 В или 80 г/кВтч для батареи LiFePO4 с номинальным напряжением 3,2 В. Это, очевидно, совершенно неточные значения, поскольку использование лития в любой реальной батарее никогда не может быть 100%. Однако вы заметите, что эти цифры используются в расчетах IATA, необходимых для оценки количества лития в батареях для авиаперевозок.

http://batteryuniversity.com/learn/article/bu_704a_shipping_lithium_based_batteries_by_air

Базовая оценка составляет 0,3 г Li на Ач, что для одного элемента при номинальном напряжении 3,7 В составляет около 81 г Li/кВтч. Очевидно, что расчеты IATA занижены, так как Li едва удовлетворяет теоретическому минимуму.

Части ионно-литиевой батареи

Я позволю читателю найти одну из миллиона карикатур, показывающих части ионно-литиевой батареи, но вот краткое содержание. Каждая батарея состоит из:

Катоды:  каждая ячейка имеет множество катодов, каждый из которых состоит из токосъемника из алюминиевой фольги, покрытого с обеих сторон тонким слоем порошкового катодного материала, склеенного вместе с небольшим количеством связующего PVDF. Катодный материал представляет собой мелкий порошок оксида лития-переходного металла, такого как LMO (Li2Mn2O4), Li-NCM (Li (Nix Coy Mnz)O2, где x+y+z = 1) или Li-NCA (Li (NiO. 8 Co 0,15 Al0,05)O2) и может иметь покрытия, наполнители, улучшающие проводимость, и т. д. Обратите внимание, что коэффициенты для смешанных оксидов равны 9.0095 молярных соотношений, а не массовых соотношений, но поскольку атомные веса Ni, Co и Mn настолько близки, это не имеет большого значения для расчетов на уровне обзора, таких как те, что в этой статье. Катодный активный материал может составлять 25-33% от массы элемента, исходя из лучших ссылок, которые я смог найти. Фольги токоприемника составляют еще 13-16% массы ячейки.

Аноды:  равное количество анодов, состоящих из токосъемника из медной фольги, покрытого с обеих сторон порошковым графитом или другим графитовым углеродным материалом с добавлением кремния или без него, также скрепленных связующим. Анодный активный материал составляет 10-16% от массы ячейки, а токосъемники добавляют еще 18-27%, т.е. меди в этих ячейках больше, чем активного материала анода.

Электролит:  раствор литиевой соли, такой как LiPF6, в органическом растворителе, обычно это смесь этиленкарбоната (ЭК), диметилкарбоната (ДМК), этилметилкарбоната (ЭМС), виниленкарбоната и других специальных добавок, являющихся собственностью батареи. производитель. Электролит имеет тенденцию составлять порядка 10% массы элемента

Сепаратор: тонкая пластиковая мембрана из полиэтилена и/или полипропилена, которая отделяет анод от катода, образует поры, занятые электролитом, и предназначен для предотвращения роста дендритов металлического лития и образования короткого замыкания анод/катод

Корпус:  множество слоев анода, сепаратора и катода укладываются друг на друга, каждая фольга анодного и катодного токосъемников приваривается к клемме, а затем сборка помещается в коробку или пакет или скручивается в «рулон с желе». и сложить в цилиндрическую банку. Кожух закрывает компоненты, сохраняет их сухими, поддерживает клеммы и обеспечивает средства сброса давления в случае короткого замыкания или перезарядки элемента. Корпус и терминали снова составляют около 10% массы клетки.

Kushnir et al., указанный ниже, является источником массовых % различных компонентов.

Куда уходит лишний литий?

Мы знаем, что нам потребуется больше, чем теоретический минимум 70-80 г Li/кВтч, но насколько больше?

Читая эту публикацию Уильяма Тахила из Meridian Research (2010), вы можете сильно задуматься о том, сколько лития вам действительно может понадобиться. Более короткая сводная версия этой более длинной статьи доступна здесь:

http://evworld.com/article.cfm?storyid=1826

По оценкам Тахила, содержание лития в ионно-литиевой аккумуляторной батарее реального автомобиля должно составлять порядка 2-3 кг технического карбоната лития. на кВт·ч батареи PHEV, что составляет от 375 до 563 г металлического лития/кВт·ч, т. е. в 5–8 раз превышает теоретически необходимый минимум. Тахил излагает причины этого ожидания, но они состоят из нескольких факторов:

1. Зависимость емкости катода от скорости тока: более высокое потребление тока приводит к более низкой эффективной емкости реальной батареи, как показано на графиках Рагона для катодных полуэлементов. В то время как емкость конкретного катодного материала может составлять X при скорости разряда 1/10C, ​​она может составлять только 1/4X при скорости разряда 2C — аналогично для зарядки. Он предполагает, что только это может представлять потребность в 4-кратном теоретическом литии, необходимом в катодном материале для батареи PHEV 9.0024
2. Необратимая емкость в аноде, т. е. литий, связанный в материале анода, который не может быть высвобожден во время обратимой зарядки/разрядки. Он утверждает, что анод может иметь 50-200 мАч/г, связанную с необратимой емкостью, которую он преобразует в 1/6-1/2 лития в аноде, но не приводит этих цифр. Он предполагает, что большая часть этого связана с количеством лития, связанного с созданием межфазного слоя твердого электролита (SEI), слоя электролита, который был восстановлен в результате контакта с металлическим литием в аноде. Этот слой проницаем для ионов Li+, но защищает Li анода от дальнейшего воздействия электролита.
3. Омические, поляризационные и массопереносные потери энергии в ячейке, которые приводят к потере химической потенциальной энергии в виде тепла в батарее потери плюс практическая необходимость обеспечения избыточной емкости, чтобы гарантировать, что батарея имеет достаточную емкость. По его оценкам, практические батареи электромобилей должны быть на 25% больше и, следовательно, содержать на 25% больше лития, чем можно было бы предсказать, исходя из номинальной емкости.
4. Потери при очистке катодного материала и стадии производства, которые, по его оценке, могут составлять до 30% лития-сырца из рудника.

Когда все эти факторы эффективности сопоставляются вместе, Тахил приходит к своей оценке 5-8-кратного теоретического содержания лития, или 375-560 г Li/кВтч для батареи PHEV.

Проблемы с оценками Таила

Хотя я буду рад исправиться, если кто-то действительно выступит с разборкой, кислотным расщеплением и анализом ICP коммерческой батареи для электромобилей, демонстрирующим обратное, вот где я думаю, что оценка Таила ошибается:

1. Его статья была написана в 2010 году и не обновлялась. Многое изменилось за десятилетие, прошедшее с момента написания его ссылок до современного состояния ионно-литиевых батарей
2. Современные катодные материалы в современных конфигурациях ячеек имеют гораздо более благоприятные графики Рагона, чем те, которые он использовал в своей статье. Емкость гораздо менее чувствительна к скорости разряда при использовании современных материалов
3. Аккумулятор PHEV является наихудшим вариантом для потребляемого тока (скорость C) при разряде, учитывая, что его емкость намного меньше в кВтч, чем должна быть батарея BEV при ее мощности. спрос такой же, т. е. он по-прежнему должен обеспечивать инвертор, приводящий в движение двигатель, столько же кВт, сколько и BEV. Аккумулятор BEV большего размера по своей природе работает с более низким коэффициентом C во время разрядки со значительным запасом, в результате чего
4. Постоянные потери емкости анода в слое SEI значительно преувеличены в его статье по моей оценке, основанной на простом балансе массы и другой литературе, учитывая, что весь электролит составляет только 10% массы элемента.
5. Мне кажется, что Тахил дважды считает некоторые потери Ли. Некоторые из них заложены в измеренной емкости самих материалов анода и катода, а другие учитываются в рекламируемой номинальной емкости аккумулятора в самом транспортном средстве

Соответственно, оценки Тахиля кажутся, по крайней мере мне, значительно превышающими реальные требования к литию для реальных батарей BEV. Но у Тахиля есть хорошая мысль: вам нужно извлечь из земли больше лития, чем попадает в саму батарею. На сколько больше? К сожалению, ни у него, ни у меня нет надежной ссылки на эту цифру, хотя его показатель эффективности 70%, вероятно, не так уж и далек.

Данн и др., Аргоннская национальная лаборатория (2012)

Этот документ ANL, авторов модели GREET, часто используемой для анализа жизненного цикла в энергетической отрасли, отображается в виде ссылки на странице ResearchGate по этому вопросу, снова довольно высоко в результатах поиска Google: 

https://greet. es.anl.gov/publication-lib-lca

В документе Dunn et al. приведены некоторые оценки, связанные с батареей ЖИО для BEV: 28 кВтч, 463 фунта (210 кг), 33% его масса представляет собой катодный материал ЖИО, что подозрительно похоже на батарею Nissan Leaf 1-го поколения. Исходя из этого, мы можем рассчитать содержание Li около 95 г Li/кВтч. Однако, если это действительно батарея Nissan Leaf 1-го поколения, фактическая номинальная емкость ближе к 21,3 кВтч при паспортной емкости 24 кВтч.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nissan_Leaf

Используя 21,3 кВтч и добавляя еще 10% Li в SEI и электролит в виде LiPF6, мы получаем около 137 г Li в батарее на 1 кВтч эффективной емкости.

Kushnir et al (2015)

Дункан Кушнир из Университета Чалмерса в Швеции приводит некоторые оценки в этой презентации 2015 года, ссылка на которую приведена здесь:

http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/230991/local _230991 .pdf.0005

В частности, Кушнир предоставляет этот график, который ссылается на ранее опубликованную его статью от 2012 года, которая находится за платным доступом Elsevier, поэтому я не собираюсь платить за ее загрузку:

Эта оценка составляет около 160 г литиевого металла. в батарее/кВтч или примерно в 2 раза больше теоретического минимального содержания лития. Как вы увидите, это, похоже, совпадает с приблизительными оценками из других источников.

Интересно отметить, что в приложении к презентации Кушнира приведены составы аккумуляторов для рекуперации ресурсов путем переработки. Конечная емкость элементов указана в Втч/кг для батарей NMC333, LFP и LMO, а также масса катода на единицу массы готовых элементов (что составляет примерно 25-27% для представляющих интерес элементов). Из цифр в его Приложении А можно рассчитать диапазон от 106 г Li/кВтч для NMC333 до 137 г/кВтч для ЖМО, плюс около 10% для Li в соли в электролите. Если еще раз подсчитать цифры в Приложении B, содержание лития, доступного для переработки, составит 80-9.4 г Li в аккумуляторе/кВтч, включая катод и электролит, явно ниже реального, учитывая, насколько они близки к теоретическому минимуму.

Оценка Goldman-Sachs

В наши дни люди ленивы и любят получать информацию быстро, даже если это жертвует точностью. .. и, к сожалению, есть люди, готовые удовлетворить эту очевидную потребность. Visual Capitalist подготовил ряд довольно привлекательных инфографик на тему материалов для аккумуляторов, и они занимают довольно высокие позиции в поиске Google по этой теме. К сожалению, эти инфографики даже не согласуются друг с другом, не говоря уже о других оценках, и при этом они не связывают свои источники, чтобы их можно было проверить.

Возьмем два примера:

Этот номер 2016 года разбросан по всему Интернету.

The Critical Ingredients Needed to Fuel the Battery Boom

Он содержит утверждение, что «Goldman Sachs оценивает, что Tesla Model S с батареей на 70 кВтч использует 63 кг эквивалента карбоната лития. (LCE)», который, по-видимому, взят из следующего отчета 2015 года (стр. 17) с привлекательным (и совершенно вводящим в заблуждение) заголовком «Что, если я скажу вам… Литий был новым бензином»:

http://www.goldmansachs.com/our-thinking/pages/macroeconomic-insights-folder/what-if-i-told-you/report. pdf

Источник этой оценки Goldman Sachs можно только гадать. они могут сказать вам, если вы заплатили им. Но в обратном порядке это составляет около 209 г металлического лития в аккумуляторе/кВтч.

А вот этот от февраля 2017 года:

Lithium: The Fuel of the Green Revolution

В этой инфографике есть предположение, что Tesla Model S содержит «… до 51 кг литий». Поскольку самая большая батарея Model S — это P100D с номинальной емкостью 100 кВтч, это означает использование около 510 г Li/кВтч, что соответствует верхнему пределу оценок Тахила. Ясно, что авторы здесь, вероятно, перепутали МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ литий (Li) с КАРБОНАТОМ лития (Li2CO3), который наряду с гидроксидом лития является основным коммерческим материалом в литиевой промышленности и в котором содержится всего 18% лития. Принимая это во внимание, оценка будет 510 * 0,18 = 92 г Li в аккумуляторе/кВтч, что, вероятно, мало. Возможно, это 51 кг лития для батареи на 70 кВтч? Кто знает — ссылки не даются.

Популярность красивой, легко распространяемой и часто

неточной информации, подобной этой, меня очень беспокоит. Меня ничуть не удивит, если государственная политика и инвестиционные решения ежедневно принимаются на основе подобного мусора — на слухах и спекуляциях, подкрепленных предвзятостью подтверждения, а не на основе надежных измерений или данных, предоставленных знающими людьми. это лучше всего: OEM-производители фактически производят аккумуляторы для электромобилей.

Итак… Сколько лития содержится в ионно-литиевой батарее электромобиля?

Наилучшая оценка составляет около 160 г металлического лития в аккумуляторе на кВтч аккумулятора , или, если хотите, около 850 г эквивалента карбоната лития (ЭЛЭ) в аккумуляторе на кВтч. Опять же, я рад исправиться, если кто-то действительно выступит с разборкой, кислотным расщеплением и анализом ICP коммерческой батареи EV, демонстрирующей обратное.

До сих пор документы, которые я видел, в которых проводился такой анализ, не предоставили данных, необходимых для сравнения массы лития с исходной емкостью аккумуляторов. Если хотите, вы можете разделить это на оценку Тахила о 70% извлечении при переработке и превратить это в 230 г лития, извлекаемого из земли на киловатт-час произведенной батареи, хотя, опять же, это очень схематичная цифра.

По этому показателю в аккумуляторе E-Fire мощностью 18,5 кВтч LiFePO4 содержится около 3 кг лития в виде лития. Этот литий, как отмечалось в моих предыдущих статьях, устраняет необходимость добычи и переработки многих тысяч кг сырой нефти в бензин, а также все выбросы, связанные с этой деятельностью, плюс сжигание этого бензина. И в конце срока службы батареи, если литий станет достаточно дефицитным, чтобы сделать его достаточно ценным, чтобы это того стоило, весь литий все еще находится в батарее, доступный для переработки.

В моей следующей статье я рассмотрю доступность компонентов металлов в батареях электромобилей, в том числе тот, который больше всего пугает всех, кто, как и я, надеется на быстрое и широкое распространение аккумуляторных электромобилей в будущее.