Vanadiiniakut
Hiltunen, Riku (2015)
Kandidaatintyö
Hiltunen, Riku
2015
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2015090911486
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2015090911486
Tiivistelmä
Nykyään monet käyttökohteet vaativat akuilta aiempaa parempaa suorituskykyä, joten on syntynyt kasvavaa tarvetta uusien akkujen kehittämiselle erilaisista uusista materiaaleista ja uusiin valmistusmenetelmiin pohjautuen. Työn tavoitteena on selvittää kirjallisuustutkimuksena litium-vanadiini-fosfaattiakun ja vanadiini-redoksi-virtausakun ominaisuuksia, saatavuutta, sovelluskohteita ja vertailla niitä muutamaan eri litiumakkutekniikkaan.
Tutkimuksen perusteella litium-vanadiini-fosfaattiakkuja ei ole vielä saatavilla kaupallisesti, joten työssä tutkittiin niitä teknisten raporttien pohjalta. Raporttien pohjalta arvioituna, parhaita ominaisuuksia litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on erinomainen kuormituksen kesto ja korkea nimellisjännite. Sähköisissä ajoneuvoissa litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on suurimmat mahdollisuudet erilaisissa hybridiajoneuvoissa, mutta todennäköisesti ne soveltuvat täyssähköisiin ajoneuvoihin vähintään yhtä hyvin kuin esimerkiksi litium-rauta-fosfaattiakut, jos valmistuskustannukset olisivat samalla tasolla.
Vanadiini-redoksi-virtausakkua on jo markkinoilla usean valmistajan toimesta. Niiden ominaisuudet poikkeavat paljon muista akkutyypeistä ja erikoisuutena on mahdollisuus akun pikalataukseen elektrolyyttinesteet vaihtamalla. Syklien kestossa päästään myös erinomaisiin arvoihin, mutta suurimmat ongelmat ovat lyijyakkuakin matalampi energiatiheys ja tehotiheys. Vanadiini-redoksi-virtausakut soveltuvat parhaiten suuren kokoluokan sähköverkkoratkaisuihin ja sähköisissä ajoneuvoissa niiden mahdollisuudet rajoittunevat täyssähköisiin linja-autoihin ja isoihin työkoneisiin. Today many applications need better battery performance than nowadays is available, hence there is demand for developing new batteries by different kind of new materials and manufacturing methods. The objective of this Bachelor’s Thesis is to research by literature study technical properties, availability and applications of lithium vanadium phosphate batteries and vanadium redox flow batteries, and compare these to a few different lithium battery technologies.
According to the study lithium vanadium phosphate batteries are not yet commercially available. Therefore the research was made as a literature study based on technical reports. Based on these technical reports, the best properties of lithium vanadium phosphate batteries seem to be good discharge capabilities and high nominal voltage. The widest possibilities of lithium vanadium phosphate batteries are on different kind of hybrid vehicles, but likely they are suitable to fully electric vehicles at least as well as for example lithium iron phosphate batteries, if production costs would be at the same level.
Vanadium redox flow batteries are already being sold by several companies. Redox flow batteries specifications are quite different than other batteries; the speciality is fast charging possibility by changing electrolyte fluids. Cycle life is also excellent, but the biggest problems are even lower specific energy and power than with lead-acid battery. Vanadium redox flow batteries are best suited for large-scale solutions of electric networks. With electric vehicles their applicability is most likely limited to fully electric buses and large mobile working machines.
Tutkimuksen perusteella litium-vanadiini-fosfaattiakkuja ei ole vielä saatavilla kaupallisesti, joten työssä tutkittiin niitä teknisten raporttien pohjalta. Raporttien pohjalta arvioituna, parhaita ominaisuuksia litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on erinomainen kuormituksen kesto ja korkea nimellisjännite. Sähköisissä ajoneuvoissa litium-vanadiini-fosfaattiakuilla on suurimmat mahdollisuudet erilaisissa hybridiajoneuvoissa, mutta todennäköisesti ne soveltuvat täyssähköisiin ajoneuvoihin vähintään yhtä hyvin kuin esimerkiksi litium-rauta-fosfaattiakut, jos valmistuskustannukset olisivat samalla tasolla.
Vanadiini-redoksi-virtausakkua on jo markkinoilla usean valmistajan toimesta. Niiden ominaisuudet poikkeavat paljon muista akkutyypeistä ja erikoisuutena on mahdollisuus akun pikalataukseen elektrolyyttinesteet vaihtamalla. Syklien kestossa päästään myös erinomaisiin arvoihin, mutta suurimmat ongelmat ovat lyijyakkuakin matalampi energiatiheys ja tehotiheys. Vanadiini-redoksi-virtausakut soveltuvat parhaiten suuren kokoluokan sähköverkkoratkaisuihin ja sähköisissä ajoneuvoissa niiden mahdollisuudet rajoittunevat täyssähköisiin linja-autoihin ja isoihin työkoneisiin.
According to the study lithium vanadium phosphate batteries are not yet commercially available. Therefore the research was made as a literature study based on technical reports. Based on these technical reports, the best properties of lithium vanadium phosphate batteries seem to be good discharge capabilities and high nominal voltage. The widest possibilities of lithium vanadium phosphate batteries are on different kind of hybrid vehicles, but likely they are suitable to fully electric vehicles at least as well as for example lithium iron phosphate batteries, if production costs would be at the same level.
Vanadium redox flow batteries are already being sold by several companies. Redox flow batteries specifications are quite different than other batteries; the speciality is fast charging possibility by changing electrolyte fluids. Cycle life is also excellent, but the biggest problems are even lower specific energy and power than with lead-acid battery. Vanadium redox flow batteries are best suited for large-scale solutions of electric networks. With electric vehicles their applicability is most likely limited to fully electric buses and large mobile working machines.