Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu tổng quan về pin Liion 1 1.1. Khái niệm về pin 1 1.2. Khái niệm về pin Liion và ứng dụng 2 1.2.1. Khái niệm 2 1.2.2. Phân loại 2 1.2.3. Cấu tạo của pin liion 2 1.2.4. Ưu điểm 4 1.2.5. Ứng dụng 4 1.3. Pin Liion LiMn2O4 5 Chương 2: Đánh giá tác động mội trường của pin Liion trong xe điện 9 2.1. Mục đích việc nghiên cứu 9 2.2. Đối tượng nghiên cứu 9 2.3. Phương pháp nghiên cứu 9 2.4. Kết quả nghiên cứu 11 2.5. Kết luận 15 Chương 3: Hiện trạng sử dụng pin Liion tại VIệt Nam 16 3.1. Xe điện chạy bằng pin liion 16 3.2. Các cơ sở sản xuất pin Liion ở Việt Nam 17 3.3. Xử lý pin đã qua sử dụng 18 Phụ lục 21 Danh mục từ viết tắt Danh mục hình
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG TOPIC 6: ẢNH HƯỞNG TỪ PIN LI-ION CỦA XE ĐIỆN VÀO MƠI TRƯỜNG GVHD: TS TƠ THỊ HIỀN NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN HỮU DANH – 1022043 LÊ HỒ TỐ LINH – 1022154 VŨ THỊ PHƯỢNG – 1022231 Tp.HCM, tháng 10 năm 2013 MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu tổng quan pin Li-ion 1.1 Khái niệm pin 1.2 Khái niệm pin Li-ion ứng dụng 1.2.1 Khái niệm .2 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Cấu tạo pin li-ion 1.2.4 Ưu điểm .4 1.2.5 Ứng dụng .4 1.3 Pin Li-ion LiMn2O4 .5 Chương 2: Đánh giá tác động mội trường pin Li-ion xe điện 2.1 Mục đích việc nghiên cứu 2.2 Đối tượng nghiên cứu 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.4 Kết nghiên cứu 11 2.5 Kết luận 15 Chương 3: Hiện trạng sử dụng pin Li-ion VIệt Nam 16 3.1 Xe điện chạy pin li-ion .16 3.2 Các sở sản xuất pin Li-ion Việt Nam 17 3.3 Xử lý pin qua sử dụng 18 Phụ lục 21 Danh mục từ viết tắt Danh mục hình DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Battery electric vehicles (BEVs): Xe điện chạy pin Internal combustion engine vehicles (ICEVs): Xe chạy động đốt Life cycle assessment (LCA): Đánh giá vòng đời sản phẩm Life cycle inventory (LCI): Kiểm kê vòng đời sản phẩm A breakeven analysis: Phân tích hòa vốn Environment burdent: Gánh nặng môi trường Ecoindicator 99 using the hierarchic perspective and an average weighting (EI99 H/A): Chỉ thị sinh thái 99 sử dụng quan điểm thứ bậc trọng số trung bình Cumulated energy demand (CED): Nhu cầu tích lũy lượng Global warming potential (GWP): Sự ấm lên toàn cầu tiềm ẩn Abiotic degradation potential (ADP): Sự suy giảm yếu tố vơ tiềm ẩn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo pin Zinc-cacbon Hình 1.2 Pin li-ion dạng hình trụ lăng trụ Hình 1.3 Mặt cắt lõi pin Hình 1.4 Điện thoại di động máy tính xách tay Hình 1.5 Mơ hình cấu trúc xe điện Nghiên cứu xem xét tất trình có liên quan, tập trung vào vật liệu thành phần việc sản suất pin (màu xám) Hình 2.1 Tương quan theo % gánh nặng môi trường thành phần ICEV BEV BEV mặc định 100% ICEV tính phần trăm dựa theo BEV .8 Hình 2.2 Gánh nặng mơi trường từ thành phần pin Li-ion điện cực.9 Hình 3.1 Xe đạp điện HKBike GIANYA 12 Hình 3.2 Porsche Panamera S E-hyrbrid .13 Hình 3.3 Hoạt động thu gom chất thải nguy hại 14 Chương 1: Giới thiệu tổng quan pin Li-ion 1.1 Khái niệm pin Pin hay gọi pin điện hóa có khả biến đổi lượng hóa học thành lượng điện Được sáng chế lần vào năm 1800 Alessandro Volta (pin Volta) tiếp tục phát triển ngày Hiện nay, pin trở thành nguồn lượng thông dụng cho nhiều đồ vật gia đình cho ứng dụng cơng nghiệp Cấu tạo pin: Tùy vào loại pin mà cấu tạo bên chúng khác Tuy nhiên, thành phần pin bao gồm cực dương, cực âm, chất điện phân cho phép electron di chuyển điện cực Hình 1.1 Cấu tạo pin Zinc-cacbon Có hai loại pin: pin sơ cấp (pin dùng lần), thiết kế để sử dụng lần sau vứt đi, pin thứ cấp (pin sạc lại được), thiết kế để nạp nhiều lần Các pin cỡ nhỏ sản xuất cho thiết bị tiêu thụ lượng đồng hồ đeo tay; pin lớn cung cấp lượng cho thiết bị di động máy tính xách tay 1.2 Khái niệm pin Li-ion ứng dụng 1.2.1 Khái niệm Pin Lithium ion (Li-ion) loại pin thứ cấp Pin li-ion bao gồm pin sử dụng hợp chất Lithium vật liệu làm điện cực âm dương Trong chu trình, ion Li+ trao đổi điện cực âm dương Pin li-ion có tốc độ tự phóng điện thấp (2% đến 8% tháng) có dải nhiệt độ hoạt động rộng (nạp điện nhiệt độ từ -20C đến 60C, phóng điện nhiệt độ từ -40C đến 65C) cho phép chúng ứng dụng cách đa dạng rộng rãi 1.2.2 Phân loại Pin Li-ion chia thành bốn nhóm: Small cylindrical: Hình trụ nhỏ (dạng khối rắn khơng bao gồm thiết bị đầu cuối, pin máy tính xách tay) Large cylindrical Hình trụ lớn (dạng khối rắn với điện cực bu lông lớn) Pouch: Túi nhỏ (mềm, khối phẳng, loại pin điện thoại di động) Prismatic: Hình lăng trụ (vỏ nhựa bán cứng với điện cực bu lông lớn, chẳng hạn gói pin phương tiện dùng điện) 1.2.3 Cấu tạo pin li-ion Tùy theo loại pin mà cấu tạo khác Hình 1.2 Pin li-ion dạng hình trụ lăng trụ Các thành phần bao gồm: - Vỏ kim loại nhựa - Lớp cách nhiệt: bảo vệ lớp vỏ khỏi bị biến dạng - Van an toàn: pin nóng hoạt động nhiệt độ môi trường ảnh hưởng làm tăng áp suất bên pin, khiến pin có nguy bị nổ Van có tác dụng xả hết áp suất dư đó, nhiên pin khơng dùng - Positive temperature coefficient (PTC): loại vật liệu có hệ số nhiệt dương, nóng điện trở tăng lên Để tránh việc van an toàn mở làm hư pin, vật liệu có tác dụng làm giảm độ dẫn điện, qua khiến thiết bị điện ngưng hoạt động, pin không sử dụng giảm nhiệt độ nhanh chóng - Phần lõi pin (phần giữ điện): gồm mỏng ép sát vào nhau: điện cực âm, lớp ngăn cách điện cực dương Có thể xếp nhiều lớp gồm mỏng (loại Prismatic) cuộn xoắn ốc (loại Cylindrical) Hình 1.3 Mặt cắt lõi pin 1.2.4 Ưu điểm Tuổi thọ pin lớn (Số lần nạp xả thời hạn sử dụng) Dải nhiệt độ hoạt động rộng Thời gian hoạt động lâu Khả nạp nhanh Tốc độ tự phóng điện chậm Hiệu ứng nhớ thấp 1.2.5 Ứng dụng Hiện nay, Pin li-ion sử dụng phổ biến, từ thiết bị di động, máy tính xách tay phương tiện vận chuyển chạy điện Pin li-ion có hiệu cao giúp kéo dài thời gian sử dụng thiết bị tăng khả vận hành phương tiện Hình 1.4 Điện thoại di động máy tính xách tay 1.3 Pin Li-ion LiMn2O4 Các xe điện sử dụng nguồn cung cấp lượng từ pin chì-acid (ắc quy), pin nickel – hydrua kim loại… loại pin có lượng thấp nên quãng đường ngắn Nhu cầu lại người ngày tăng dần khiến người ta phải tìm nguồn cung cấp lượng khác nhiều hơn, mạnh hơn, pin li-ion Việc sử dụng loại pin điều đáng quan tâm Các thiết bị điện thoại di động, máy tính xách tay… nhu cầu lượng cao nên pin li-ion chúng loại lithium cobalt oxide (LiCoO2) – mật độ lượng cao dễ gặp rủi ro – có giá mắc tuổi thọ chúng lại thấp loại pin li-ion khác lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese oxide (LMO) lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) – có mật độ lượng thấp Với khối lượng pin lên tới 300 kg việc sử dụng pin LiCoO2 không mang lại hiệu kinh tế Vì nghiên cứu sử dụng pin LMO làm nguồn cấp điện cho xe LMO có cơng thức hóa học LiMn2O4, dùng làm cực dương pin li-ion Nguyên nhân lựa chọn tương lai, mangan dùng nhiều thay Niken, Coban giá thấp dễ kiếm Hình 1.5 Mơ hình cấu trúc xe điện Nghiên cứu xem xét tất trình có liên quan, tập trung vào vật liệu thành phần việc sản suất pin (màu xám) Phía quy trình sản xuất kg pin Li-ion Khối lượng sử dụng để tính tốn dựa pin Kokam (một sở sản xuất pin Hàn Quốc) vật liệu cực âm giả sử LiMn2O4 Chi tiết đầu vào đầu nằm nhựng ô tối màu, lượng tiêu tốn cho trình liệt kê Nước biển chứa lithium cô đặc lượng mặt trời sa mạc Atacama Dầu diesel dùng để chạy máy bơm nước muối lưu vực khác Nước mặn lithium cô đặc xử lý để loại bỏ boron, bước lọc Cuối cùng, thêm soda vào Kết trình cacbonat hóa kết tủa lithium carbonate (Li2CO3) Muối lọc, rửa, phơi khô đạt độ tinh khiết 99% Mangan oxit (Mn2O3) sản phẩm trình nung hai giai đoạn: mangan cacbonat nung khơng khí có oxy, sau nung khơng khí có nhiều oxy Ngay sau đó, lithium mangan oxit (LiMn2O4) tạo từ Mn2O3 Li2CO3 nhiều giai đoạn nung lò quay Trong giai đoạn khác nhau, khơng khí lò quay thay đổi từ trạng thái trơ (bổ sung N2) đến trạng thái oxy hóa (bổ sung O2) Bột lơ lửng nước sau sấy phun (sự bốc nước) Vật liệu cho chất điện phân dung môi hữu cơ, thường ethylene carbonate (C3H4O3), muối điện phân, thường lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) Để sản xuất LiPF6, lithium fluoride (LiF) sản xuất phản ứng Li 2CO3 hydrogen fluoride (HF) nhiệt độ phòng Dịch lọc chuẩn độ amoniac (pH 7.5), rửa với nước sấy khô Phosphorus pentachloride (PCl 5) LiF sau kết hợp nồi hấp làm lạnh xuống -78°C Sau đó, hydrogen fluoride thêm dư để việc trao đổi hoàn toàn clo-flo PCl5 Phản ứng nồi hấp xảy với môi trường nitơ trơ Sản xuất cathode anode cần phải có pha trộn vài thành phần (chất kết dính dung mơi, muội than, LiMn2O4 than chì tương ứng) máy trộn tròn thành dạng vật chất gọi bùn than, phủ lên thu điện (nhôm đồng tương ứng) với bùn than Các chất kết dính (styren butadien ecopolymer biến thể) hòa tan nước có lợi không cần dung môi hữu Để sản xuất vách ngăn, màng nhựa (polyethylene) xốp phủ lớp bùn than bao gồm copolymer, dibutyl phthalate silica hòa tan acetone Năng lượng nhiệt cho cực dương, cực âm vách ngăn sử dụng để làm nóng bùn đến 130°C, làm bay dung mơi hút ẩm hồn tồn thành phần điện cực rãnh làm khô (lượng H2O