Litium ion batareyaları nədir

1 Litium ion batareyaları nədir?

Batareya bir və ya bir neçə elektrokimyəvi elementdən ibarət olan elektrik enerjisi mənbəyidir, elektrik cihazlarını gücləndirmək üçün xarici əlaqələri vardır. Litium-ion və ya Li-ion batareya, enerji saxlamaq üçün litium ionlarının geri qaytarılmasından istifadə edən və yüksək enerji sıxlığı ilə məşhur olan təkrar doldurulan batareya növüdür.

2 Litium ion batareyalarının quruluşu

Ümumiyyətlə, əksər kommersiya Li-ion batareyaları aktiv material kimi interkalasiya birləşmələrindən istifadə edir. Onlar adətən batareyaya enerji saxlamağa və buraxmağa imkan verən elektrokimyəvi prosesi asanlaşdırmaq üçün müəyyən bir qaydada düzülmüş bir neçə material təbəqəsindən ibarətdir - anod, katod, elektrolit, ayırıcı və cərəyan kollektoru.

Anod nədir?

Akkumulyatorun tərkib hissəsi kimi anod batareyanın tutumunda, performansında və davamlılığında mühüm rol oynayır. Şarj edərkən, qrafit anod litium ionlarını qəbul etmək və saxlamaq üçün məsuliyyət daşıyır. Batareya boşaldıqda, litium ionları anoddan katoda keçir ki, elektrik cərəyanı yaranır. Ümumiyyətlə, kommersiya məqsədləri üçün ən çox istifadə edilən anod qrafitdir ki, bu anod özünün tam lititiləşdirilmiş LiC6 vəziyyətində 1339 C/g (372 mAh/g) maksimum tutuma uyğun gəlir. Lakin texnologiyaların inkişafı ilə litium-ion batareyaları üçün enerji sıxlığını yaxşılaşdırmaq üçün silikon kimi yeni materiallar tədqiq edilmişdir.

Katod nədir?

Katod cari dövrlərdə müsbət yüklü litium ionlarını qəbul etmək və buraxmaq üçün işləyir. O, adətən laylı oksidin (məsələn, litium-kobalt oksidi), bir polianionun (litium dəmir fosfat kimi) və ya yük kollektoru (adətən alüminiumdan hazırlanır) ilə örtülmüş şpinelin (məsələn, litium manqan oksidi) laylı strukturundan ibarətdir. 

Elektrolit nədir?

Üzvi həlledicidə litium duzu olaraq, elektrolit doldurulma və boşalma zamanı litium ionlarının anod və katod arasında hərəkət etməsi üçün bir vasitə rolunu oynayır.

Ayırıcı nədir?

İncə bir membran və ya keçirici olmayan material təbəqəsi olaraq, ayırıcı anodun (mənfi elektrod) və katodun (müsbət elektrod) qısaldılmasının qarşısını almaq üçün işləyir, çünki bu təbəqə elektronlara deyil, litium ionlarına keçir. O, həmçinin doldurulma və boşalma zamanı elektrodlar arasında ionların sabit axını təmin edə bilər. Buna görə batareya sabit bir gərginliyi saxlaya bilər və həddindən artıq istiləşmə, yanma və ya partlayış riskini azalda bilər.

Cari kollektor nədir?

Cari kollektor batareyanın elektrodları tərəfindən istehsal olunan cərəyanı toplamaq və onu xarici dövrəyə nəql etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur ki, bu da batareyanın optimal işləməsini və uzunömürlülüyünü təmin etmək üçün vacibdir. Və adətən o, adətən nazik alüminium və ya mis təbəqədən hazırlanır.

3 Litium ion batareyalarının inkişaf tarixi

Yenidən doldurula bilən Li-ion batareyaları ilə bağlı araşdırmalar 1960-cı illərə aiddir, ən erkən nümunələrdən biri NASA tərəfindən 2009-cu ildə hazırlanmış CuF2/Li batareyadır. 1965 1970-ci illərdə dünyanı neft böhranı vurdu, tədqiqatçılar diqqətlərini alternativ enerji mənbələrinə çevirdilər, buna görə də müasir Li-ion batareyasının ən erkən formasını istehsal edən sıçrayış litium-ion batareyalarının yüngül çəkisi və yüksək enerji sıxlığı sayəsində əldə edildi. Eyni zamanda, Exxon-dan Stanley Whittingham, təkrar doldurulan batareya yaratmaq üçün litium ionlarının TiS2 kimi materiallara daxil edilə biləcəyini kəşf etdi. 

Beləliklə, o, bu batareyanı kommersiyalaşdırmağa çalışdı, lakin yüksək qiymətə və hüceyrələrdə metal litiumun mövcudluğuna görə uğursuz oldu. 1980-ci ildə yeni materialın daha yüksək gərginlik təklif etdiyi və havada daha dayanıqlı olduğu aşkar edildi, daha sonra ilk kommersiya Li-ion batareyasında istifadə ediləcək, baxmayaraq ki, o, tək başına davamlı alışma problemini həll etmədi. həmin il Rachid Yazami litium qrafit elektrodu (anod) icad etdi. Və sonra 1991-ci ildə dünyanın ilk təkrar doldurulan litium-ion batareyaları bazara çıxmağa başladı. 2000-ci illərdə litium-ion batareyalara tələbat portativ elektron cihazlar populyarlaşdıqca artdı, bu da litium-ion batareyaları daha təhlükəsiz və davamlı olmağa məcbur edir. Elektrikli avtomobillər 2010-cu illərdə təqdim edildi və bu, litium-ion batareyalar üçün yeni bir bazar yaratdı. 

Silikon anodlar və bərk elektrolitlər kimi yeni istehsal prosesləri və materiallarının inkişafı litium-ion batareyalarının işini və təhlükəsizliyini yaxşılaşdırmaq üçün davam etdi. Hal-hazırda, litium-ion batareyalar gündəlik həyatımızda vacib hala gəldi, buna görə də bu batareyaların performansını, səmərəliliyini və təhlükəsizliyini artırmaq üçün yeni materialların və texnologiyaların tədqiqi və inkişafı davam edir.

4. Litium ion batareyalarının növləri

Litium-ion batareyalar müxtəlif forma və ölçülərdə olur və onların hamısı eyni deyil. Normalda beş növ litium-ion batareyaları var.

l Litium Kobalt Oksidi

Litium kobalt oksid batareyaları litium karbonat və kobaltdan hazırlanır və litium kobaltat və ya litium-ion kobalt batareyaları kimi də tanınır. Onların bir kobalt oksidi katodu və bir qrafit karbon anodu var və litium ionları boşalma zamanı anoddan katoda miqrasiya edir, batareya doldurulduqda axın tərsinə çevrilir. Tətbiqinə gəlincə, onlar yüksək spesifik enerjiyə, aşağı öz-özünə boşalma sürətinə, yüksək işləmə gərginliyinə və geniş temperatur diapazonuna görə daşınan elektron cihazlarda, elektrik nəqliyyat vasitələrində və bərpa olunan enerji saxlama sistemlərində istifadə olunur. yüksək temperaturda termal qaçaqlıq və qeyri-sabitlik potensialına.

l Litium Manqan Oksidi

Litium Manqan Oksidi (LiMn2O4) litium-ion batareyalarda geniş istifadə olunan katod materialıdır. Bu cür batareyalar üçün texnologiya ilk dəfə 1980-ci illərdə, Materials Research Bulletin-də 1983-cü ildə dərc edilmiş ilk nəşrlə kəşf edilmişdir. LiMn2O4-ün üstünlüklərindən biri onun yaxşı istilik sabitliyinə malik olmasıdır, yəni digər litium-ion batareya növləri ilə müqayisədə daha təhlükəsiz olan termal qaçışa məruz qalma ehtimalı azdır. Bundan əlavə, manqan bol və geniş şəkildə mövcuddur ki, bu da onu kobalt kimi məhdud resursları olan katod materialları ilə müqayisədə daha davamlı seçim edir. Nəticədə, onlar tez-tez tibbi avadanlıq və cihazlarda, elektrik alətlərində, elektrik motosikletlərində və digər tətbiqlərdə tapılır. Üstünlüklərinə baxmayaraq, LiMn2O4 LiCoO2 ilə müqayisədə daha zəif velosiped dayanıqlığıdır, yəni daha tez-tez dəyişdirilməsi tələb oluna bilər, buna görə də uzunmüddətli enerji saxlama sistemləri üçün uyğun olmaya bilər.

l Litium Dəmir Fosfat (LFP)

Fosfat, tez-tez li-fosfat batareyaları kimi tanınan litium dəmir fosfat batareyalarında katod kimi istifadə olunur. Onların aşağı müqaviməti istilik dayanıqlığını və təhlükəsizliyini artırır Onlar həmçinin davamlılığı və uzun ömür dövrü ilə məşhurdurlar ki, bu da onları digər litium-ion batareyaları üçün ən sərfəli seçim edir. Nəticə etibarilə, bu batareyalar tez-tez elektrikli velosipedlərdə və uzun ömür dövrü və yüksək təhlükəsizlik tələb edən digər tətbiqlərdə istifadə olunur. Lakin onun mənfi cəhətləri onu sürətlə inkişaf etdirməyi çətinləşdirir. Birincisi, digər növ litium-ion batareyaları ilə müqayisədə, onlar nadir və bahalı xammaldan istifadə etdikləri üçün daha baha başa gəlir. Bundan əlavə, litium dəmir fosfat batareyaları daha aşağı işləmə gərginliyinə malikdir, yəni daha yüksək gərginlik tələb edən bəzi tətbiqlər üçün uyğun olmaya bilər. Onun daha uzun doldurulma müddəti onu tez doldurulma tələb edən tətbiqlərdə dezavantaj edir.

l Litium Nikel Manqan Kobalt Oksidi (NMC)

Tez-tez NMC batareyaları kimi tanınan Litium Nikel manqan Kobalt Oksid batareyaları litium-ion batareyalarda universal olan müxtəlif materiallardan hazırlanır. Nikel, manqan və kobalt qarışığından hazırlanmış katod daxildir Yüksək enerji sıxlığı, yaxşı velosiped performansı və uzun ömür müddəti onu elektrik nəqliyyat vasitələri, şəbəkə saxlama sistemləri və digər yüksək performanslı tətbiqlərdə ilk seçim etdi ki, bu da elektrik nəqliyyat vasitələrinin və bərpa olunan enerji sistemlərinin artan populyarlığına daha da kömək etdi. Tutumu artırmaq üçün onu 4,4V/hüceyrə və daha yüksək gərginliyə doldurmaq üçün yeni elektrolitlər və əlavələrdən istifadə olunur. Sistem sərfəli və yaxşı performans təmin etdiyi üçün NMC-qarışıq Li-iona doğru bir tendensiya var. Nikel, manqan və kobalt tez-tez velosiped sürməyi tələb edən geniş çeşidli avtomobil və enerji saxlama sistemləri (EES) tətbiqlərinə uyğun olaraq asanlıqla birləşdirilə bilən üç aktiv materialdır.

 NMC ailəsinin daha müxtəlif olduğunu görə bilərik

Bununla belə, onun yan təsirləri, yanğın təhlükəsi və ətraf mühitlə bağlı narahatlıqlar onun gələcək inkişafına mane ola bilər.

l Litium Titanat

Litium titanat, tez-tez li-titanat kimi tanınan, artan sayda istifadəyə malik bir batareya növüdür. Üstün nanotexnologiyası sayəsində o, sabit gərginliyi qoruyarkən sürətlə doldurub boşalda bilir ki, bu da onu elektrik nəqliyyat vasitələri, kommersiya və sənaye enerji saxlama sistemləri və şəbəkə səviyyəsində saxlama kimi yüksək güclü tətbiqlər üçün yaxşı uyğunlaşdırır. Təhlükəsizliyi və etibarlılığı ilə birlikdə bu batareyalar hərbi və aerokosmik tətbiqlər, həmçinin külək və günəş enerjisinin saxlanması və smart şəbəkələrin qurulması üçün istifadə edilə bilər. Bundan əlavə, Batareya Məkanına görə, bu batareyalar enerji sisteminin kritik ehtiyat nüsxələrində istifadə edilə bilər. Buna baxmayaraq, litium titanat batareyaları istehsal etmək üçün tələb olunan mürəkkəb istehsal prosesi səbəbindən ənənəvi litium-ion batareyalardan daha bahalı olur.

5. Lithium-ion Batareyaların İnkişafı Trendləri

Bərpa olunan enerji qurğularının qlobal artımı balanssız bir şəbəkə yaradaraq, fasilələrlə enerji istehsalını artırdı. Bu, batareyalara tələbin yaranmasına səbəb oldu. Sıfır karbon emissiyasına diqqət yetirilməsi və enerji istehsalı üçün qalıq yanacaqlardan, yəni kömürdən uzaqlaşmaq zərurəti olsa da, daha çox hökuməti günəş və külək enerjisi qurğularını təşviq etməyə sövq edir. Bu qurğular yaranan artıq enerjini saxlayan batareya saxlama sistemlərinə borc verir. Buna görə də, Li-ion batareyalarının quraşdırılmasını təşviq etmək üçün hökumət təşviqləri də litium-ion batareyaların inkişafına təkan verir. Məsələn, qlobal NMC Litium-İon Batareyaları bazarının həcminin 2022-ci ildə milyon ABŞ dollarından 2029-cu ildə milyon ABŞ dollarına qədər artacağı proqnozlaşdırılır; 2023-cü ildən CAGR% səviyyəsində böyüməsi gözlənilir 2029  Ağır yüklər tələb edən tətbiqlərin artan ehtiyacları, 3000-10000 litium-ion batareyalarını proqnoz dövründə (2022-2030) ən sürətli böyüyən seqmentə çevirəcəyi proqnozlaşdırılır.

6 Litium ion batareyalarının investisiya təhlili

Litium ion batareyaları bazarı sənayesinin 2022-ci ildəki 51,16 milyard ABŞ dollarından 2030-cu ilə qədər 118,15 milyard ABŞ dollarına qədər böyüməsi proqnozlaşdırılır ki, bu da bir sıra amillərdən asılıdır.

l Son İstifadəçi Təhlili

Kommunal sektor qurğuları batareya enerjisinin saxlanması sistemləri (BESS) üçün əsas sürücülərdir. Bu seqmentin 2021-ci ildəki 2,25 milyard dollardan 2030-cu ildə 5,99 milyard dollara qədər 11,5% CAGR ilə artacağı gözlənilir.  Li-ion batareyaları aşağı böyümə bazasına görə daha yüksək 34,4% CAGR göstərir. Yaşayış və kommersiya enerjisinin saxlanması seqmentləri 2021-ci ildəki 1,68 milyard dollardan 2030-cu ildə 5,51 milyard dollarlıq böyük bazar potensialına malik digər sahələrdir. Sənaye sektoru sıfır karbon emissiyasına doğru yürüşünü davam etdirir, şirkətlər növbəti iki onillikdə xalis sıfır vəd edir. Telekommunikasiya və məlumat mərkəzi şirkətləri bərpa olunan enerji enerji mənbələrinə artan diqqətlə karbon emissiyalarının azaldılmasında ön sıralardadırlar. Bütün bunlar sürətli inkişafına təkan verəcək  Şirkətlər etibarlı ehtiyat nüsxəsini və şəbəkə balansını təmin etmək yollarını tapdıqları üçün litium-ion batareyaları.

l Məhsul Tipinin Təhlili

Kobaltın yüksək qiyməti səbəbindən kobaltsız batareya litium-ion batareyalarının inkişaf tendensiyalarından biridir. Yüksək nəzəri enerji sıxlığına malik yüksək gərginlikli LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) gələcəkdə ən perspektivli Co-free katod materiallarından biridir. Bundan əlavə, eksperimental nəticələr sübut etdi ki, LNMO batareyasının velosiped sürmə və C dərəcəsi performansı yarı bərk elektrolitdən istifadə etməklə yaxşılaşdırılır. Bu təklif edilə bilər ki, anion COF Coulomb qarşılıqlı təsiri vasitəsilə Mn3+/Mn2+ və Ni2+-nı güclü şəkildə udmaq qabiliyyətinə malikdir, onların anoda dağıdıcı miqrasiyasını məhdudlaşdırır. Buna görə də, bu iş LNMO katod materialının kommersiyalaşdırılması üçün faydalı olacaqdır.

l Regional Təhlil

Asiya-Sakit Okean 2030-cu ilə qədər kommunal xidmətlər və sənaye tərəfindən idarə olunan ən böyük stasionar litium-ion batareya bazarı olacaq. 2021-ci ildəki 1,24 milyard dollardan 21,3% CAGR ilə artaraq 2030-cu ildə 7,07 milyard dollarlıq bazarla Şimali Amerika və Avropanı keçəcək. Şimali Amerika və Avropa növbəti iyirmi il ərzində öz iqtisadiyyatlarını və şəbəkələrini karbondan təmizləmək məqsədlərinə görə növbəti ən böyük bazarlar olacaq. LATAM, daha kiçik ölçüsü və aşağı bazası səbəbindən 21.4% CAGR-də ən yüksək artım tempini görəcəkdir.

7 Yüksək keyfiyyətli litium-ion batareyaları üçün nəzərə alınmalı olanlar

Optik günəş çeviricisi alarkən yalnız qiymət və keyfiyyət nəzərə alınmalı deyil, digər amillər də nəzərə alınmalıdır.

l Enerji Sıxlığı

Enerji sıxlığı vahid həcmdə saxlanılan enerji miqdarıdır. Daha az çəki və ölçü ilə daha yüksək enerji sıxlığı, doldurma dövrləri arasında daha genişdir.

l  Təhlükəsizlik

Təhlükəsizlik litium-ion batareyaların başqa bir kritik aspektidir, çünki doldurma və ya boşalma zamanı baş verə biləcək partlayışlar və yanğınlar, buna görə də temperatur sensorları və inhibitor maddələr kimi təkmilləşdirilmiş təhlükəsizlik mexanizmləri olan batareyaları seçmək lazımdır.

l Növ

Litium-ion batareya sənayesindəki ən son tendensiyalardan biri daha yüksək enerji sıxlığı və daha uzun ömür dövrü kimi bir sıra üstünlüklər təklif edən bərk hallı batareyaların inkişafıdır. Məsələn, elektrik avtomobillərində bərk cisimli akkumulyatorlardan istifadə onların məsafə imkanlarını və təhlükəsizliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıracaq.

l Doldurma dərəcəsi

Doldurma dərəcəsi batareyanın təhlükəsiz şəkildə nə qədər sürətli doldurulmasından asılıdır. Bəzən istifadə olunmazdan əvvəl batareyanın doldurulması çox vaxt tələb edir.

l Ömrü

 Batareya bütün ömrü boyu işləmir, lakin son istifadə tarixi var. Satın almadan əvvəl son istifadə tarixini yoxlayın. Litium ion batareyaları kimyasına görə daha uzun ömürlüdür, lakin hər bir batareya növü, spesifikasiyası və hazırlanma üsulundan asılı olaraq bir-birindən fərqlənir. Yüksək keyfiyyətli batareyalar içəridə incə materiallardan hazırlandığından daha uzun müddət davam edəcək.