Hiểu về biểu đồ Ragone

Biểu đồ Ragone là một biểu đồ logarit được sử dụng để so sánh mật độ năng lượng (Wh / kg) so với mật độ công suất (W / kg) của các thiết bị lưu trữ năng lượng khác nhau, đặc biệt là pin và tụ điện. Bằng cách vẽ các thông số này, nó cung cấp một phương pháp đơn giản để đánh giá và trực quan hóa hiệu suất của các tế bào thương mại khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho các quyết định sáng suốt trong việc lựa chọn thiết bị cho các ứng dụng cụ thể.

• Trục X: Năng lượng riêng (Wh / kg) — bao nhiêu năng lượng mà một thiết bị có thể lưu trữ trên một đơn vị khối lượng.

• Trục Y: Công suất riêng (W / kg) — thiết bị có thể giải phóng năng lượng đó trên một đơn vị khối lượng nhanh như thế nào.

• Cả hai trục thường được hiển thị trên thang logarit để so sánh các công nghệ khác nhau một cách thuận tiện.

Các đường thời gian hoạt động không đổi xuất hiện dưới dạng đường chéo, cho phép hình dung thời gian một tế bào có thể cung cấp năng lượng ở một định mức công suất nhất định.

So sánh các pin thương mại với các biểu đồ Ragone

Giải thích một biểu đồ Ragone

• Mật độ năng lượng cao hơn: Cho biết cung cấp năng lượng nhanh hơn (có lợi cho các ứng dụng yêu cầu bùng nổ công suất, như dụng cụ điện hoặc tăng tốc EV).

• Mật độ năng lượng cao hơn: Cho biết sử dụng lâu hơn với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn (lý tưởng cho các thiết bị như điện thoại di động hoặc máy tính xách tay).

• Ví dụ về pin thương mại:

  • Supercapacitor: Công suất riêng cao, năng lượng riêng thấp.

  • Pin Lithium-ion: Cân bằng năng lượng và mật độ năng lượng, được sử dụng rộng rãi trong điện tử và xe điện.

  • Pin nhiên liệu: Năng lượng riêng cao hơn, công suất riêng thấp hơn so với pin.

Ví dụ: So sánh các pin lithium-ion thương mại

Một biểu đồ Ragone thường được trích dẫn cho các pin thương mại lithium-ion dạng 18650 cho thấy sự khác biệt về hiệu suất giữa các hóa chất:

Các quan sát chính:

• Các tế bào LFP (ví dụ: A123 18650) vượt trội về công suất cực đại nhưng có mật độ năng lượng thấp hơn.

• Các tế bào NMC (ví dụ: Sanyo F) cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhiều nhưng công suất cực đại tương đối thấp hơn.

Ví dụ điểm chuẩn (từ biểu đồ Ragone):

• Ở thời gian xả 3.3 phút: A123 (LFP) cung cấp ~ 40 W, Sanyo F (NMC) khoảng 36 W.

• Để xả lâu hơn (33 phút): A123 giảm xuống 5.8 W, trong khi Sanyo F có thể cung cấp ~ 17 W — tốt hơn cho các ứng dụng bền vững.

Sử dụng thực tế

• Các biểu đồ Ragone giúp bạn dễ dàng xem tế bào thương mại nào phù hợp với các ứng dụng yêu cầu năng lượng, năng lượng bền vững hoặc sự cân bằng của cả hai.

• Được sử dụng bởi các kỹ sư và nhà nghiên cứu để đánh giá các tế bào từ các nhà sản xuất khác nhau hoặc với các hóa chất khác nhau, trong các điều kiện thử nghiệm xác định.

Cân nhắc và hạn chế

• Lão hóa và nhiệt độ: Các ô Ragone thường được tạo ra cho các tế bào mới ở điều kiện lý tưởng. Việc sử dụng trong thế giới thực (đạp xe, nhiệt độ cao, điều kiện lạnh) sẽ làm giảm cả năng lượng và khả năng năng lượng.

• Số liệu thể tích: Các biểu đồ Ragone tiêu chuẩn sử dụng các chỉ số trọng lực. Đối với các bộ pin dày đặc, mật độ thể tích (Wh / L, W / L) cũng có thể có liên quan.

• Bao bì thiết bị: Các thành phần không phải tế bào (bao bì, mạch) góp phần vào khối lượng hệ thống và có thể làm giảm mật độ hiệu quả.

Kết luận

Các biểu đồ Ragone là một công cụ trực quan mạnh mẽ để đánh giá các tế bào pin và tụ điện thương mại bằng cách vẽ biểu đồ năng lượng so với mật độ công suất. Chúng được sử dụng rộng rãi để so sánh các tùy chọn thương mại, tối ưu hóa lựa chọn pin cho các yêu cầu cụ thể và hiểu sự đánh đổi chức năng giữa các công nghệ hiện có.