Litium ion batareyaları nədir?

1. Litium ion batareyaları nədir?

Batareya bir və ya bir neçədən ibarət elektrik enerjisi mənbəyidir elektrik cihazlarını gücləndirmək üçün xarici əlaqələri olan elektrokimyəvi elementlər. Litium-ion və ya Li-ion batareya istifadə edən təkrar doldurulan batareya növüdür enerji saxlamaq üçün litium ionlarının geri azaldılması və onların yüksək məşhurdur enerji sıxlığı.

2. Litium ion batareyalarının quruluşu

Ümumiyyətlə, əksər kommersiya Li-ion batareyaları interkalasiya birləşmələrindən istifadə edir aktiv materiallar. Onlar adətən bir neçə material təbəqəsindən ibarətdir elektrokimyəvi prosesi asanlaşdırmaq üçün müəyyən bir ardıcıllıqla təşkil edilmişdir batareyaya enerji saxlamağa və buraxmağa imkan verir - anod, katod, elektrolit, separator və cərəyan kollektoru.

Anod nədir?

Akkumulyatorun tərkib hissəsi kimi anod tutumda mühüm rol oynayır, performans, və batareyanın davamlılığı. Şarj edərkən qrafit anoddur litium ionlarının qəbulu və saxlanmasına cavabdehdir. Batareya olanda boşaldıqda, litium ionları anoddan katoda keçir ki, an elektrik cərəyanı yaranır. Ümumiyyətlə, ticari olaraq ən çox istifadə edilən anoddur qrafitdir, LiC6-nın tam lititi vəziyyətində maksimuma uyğundur tutumu 1339 C/g (372 mAh/g). Ancaq texnologiyaların inkişafı ilə yeni enerji sıxlığını yaxşılaşdırmaq üçün silikon kimi materiallar tədqiq edilmişdir litium-ion batareyalar üçün.

Katod nədir?

Katod müsbət yüklü litium ionlarını qəbul etmək və buraxmaq üçün işləyir cari dövrlər. Adətən laylı oksidin laylı strukturundan ibarətdir (məsələn, litium kobalt oksidi), bir polianion (məsələn, litium dəmir fosfat) və ya yük kollektoru ilə örtülmüş şpinel (məsələn, litium manqan oksidi) (adətən alüminiumdan hazırlanmışdır).

Elektrolit nədir?

Üzvi həlledicidə litium duzu kimi elektrolit bir mühit kimi xidmət edir litium ionlarının doldurulması zamanı anod və katod arasında hərəkət etməsi üçün və boşaldılması.

Ayırıcı nədir?

İncə bir membran və ya keçirici olmayan material təbəqəsi kimi, ayırıcı işləyir anodun (mənfi elektrod) və katodun (müsbət elektrod) qarşısını alır qısaltma, çünki bu təbəqə litium ionları üçün keçiricidir, lakin elektronlara deyil. Bu həmçinin doldurulma zamanı elektrodlar arasında ionların sabit axını təmin edə bilər və boşaltma. Buna görə batareya sabit bir gərginliyi saxlaya və azalda bilər həddindən artıq istiləşmə, yanma və ya partlayış riski.

Cari kollektor nədir?

Cari kollektor tərəfindən istehsal olunan cərəyanı toplamaq üçün nəzərdə tutulmuşdur batareyanın elektrodlarını bağlayır və onu xarici dövrəyə nəql edir, yəni batareyanın optimal performansını və uzunömürlülüyünü təmin etmək vacibdir. Və adətən 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 nümunələr 1965-ci ildə NASA tərəfindən hazırlanmış CuF2/Li batareyasıdır. Və neft böhranı 1970-ci illərdə dünyanı vuran tədqiqatçılar diqqətlərini alternativə çevirdilər enerji qaynaqları, yəni atılımın ən erkən formasını çıxardı müasir Li-ion batareya yüngül çəkisi və yüksək enerjisi sayəsində hazırlanmışdır litium-ion batareyaların sıxlığı. Eyni zamanda, Exxon-dan Stanley Whittingham litium ionlarının TiS2 kimi materiallara daxil edilə biləcəyini kəşf etdi təkrar doldurulan batareya yaradın 

Beləliklə, o, bu batareyanı kommersiyalaşdırmağa çalışdı, lakin yüksək qiymətə və hüceyrələrdə metal litiumun olması səbəbindən uğursuz oldu. 1980-ci ildə daha yüksək gərginlik təklif edən yeni material tapıldı və daha çox idi havada sabit, sonradan ilk kommersiya Li-ion batareyasında istifadə ediləcək, baxmayaraq ki, tək başına israrlı məsələni həll edə bilmədi alovlanma qabiliyyəti. Elə həmin il Rachid Yazami litium qrafiti icad etdi elektrod (anod). Və sonra 1991-ci ildə dünyanın ilk təkrar doldurulan litium-ionu batareyalar bazara girməyə başladı 

2000-ci illərdə litium-iona tələbat idarə edən portativ elektron cihazlar populyarlaşdıqca batareyalar artdı litium-ion batareyaları daha təhlükəsiz və daha davamlıdır. Elektrikli nəqliyyat vasitələri idi 2010-cu illərdə təqdim edildi və bu, litium-ion batareyalar üçün yeni bir bazar yaratdı. The silikon anodlar kimi yeni istehsal prosesləri və materiallarının inkişafı və bərk dövlət elektrolitləri, performansını və təhlükəsizliyini yaxşılaşdırmağa davam etdi litium-ion batareyalar. İndiki vaxtda litium-ion batareyalar vacib hala gəldi gündəlik həyatımızda, beləliklə, yeni materialların tədqiqi və inkişafı və performansını, səmərəliliyini və təhlükəsizliyini təkmilləşdirmək üçün texnologiyalar davam edir bu batareyalar.

4. Litium ion batareyalarının növləri

Litium-ion batareyalar müxtəlif forma və ölçülərdə olur, hamısı deyil onları bərabərləşdirirlər. Normalda beş növ litium-ion batareyaları var.

l Litium Kobalt Oksidi

Litium kobalt oksid batareyaları litium karbonatdan və istehsal olunur kobalt və litium kobaltat və ya litium-ion kobalt batareyaları kimi də tanınır. Onların bir kobalt oksidi katodu və bir qrafit karbon anodu və litium ionları var. axıdılması zamanı anoddan katoda miqrasiya, axının tərsinə çevrilməsi batareya doldurulduqda. Onun tətbiqinə gəldikdə, onlar portativ istifadə olunur elektron cihazlar, elektrik nəqliyyat vasitələri və bərpa olunan enerji saxlama sistemləri yüksək xüsusi enerjiyə, aşağı öz-özünə boşalma dərəcəsinə, yüksək işləməyə görə gərginlik və geniş temperatur diapazonu. Amma təhlükəsizlik məsələlərinə diqqət yetirin termal qaçaqlıq və yüksək qeyri-sabitlik potensialı ilə əlaqədardır temperaturlar.

l Litium Manqan Oksidi

Litium manqan oksidi (LiMn2O4) tez-tez istifadə olunan bir katod materialıdır. litium-ion batareyalarda. Bu cür akkumulyatorun texnologiyası əvvəlcə idi Materials Research-də ilk nəşri ilə 1980-ci illərdə kəşf edilmişdir 1983-cü il bülleteni. LiMn2O4-ün üstünlüklərindən biri onun yaxşı termal olmasıdır sabitlik, yəni termal qaçqınla qarşılaşma ehtimalı azdır, hansı ki digər litium-ion batareya növləri ilə müqayisədə daha təhlükəsizdir. Bundan əlavə, manqandır bol və geniş şəkildə mövcuddur ki, bu da onu müqayisədə daha davamlı seçim edir kobalt kimi məhdud resursları ehtiva edən katod materiallarına. Nəticədə, onlara tez-tez tibbi avadanlıq və cihazlarda, elektrik alətlərində, elektrikdə rast gəlinir motosikletlər və digər tətbiqlər. Üstünlüklərinə baxmayaraq, LiMn2O4 daha zəifdir LiCoO2 ilə müqayisədə velosiped sabitliyi, yəni daha çox tələb oluna bilər tez-tez dəyişdirilməsi, buna görə də uzunmüddətli enerji saxlanması üçün uyğun olmaya bilər sistemləri.

l Litium Dəmir Fosfat (LFP)

Fosfat tez-tez litium dəmir fosfat batareyalarında katod kimi istifadə olunur Li-fosfat batareyaları kimi tanınır. Onların aşağı müqaviməti istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırmışdır sabitlik və təhlükəsizlik. Onlar davamlılığı və uzun ömür dövrü ilə də məşhurdurlar, bu da onları digər litium-ion növləri üçün ən sərfəli variant edir batareyalar. Buna görə də, bu batareyalar tez-tez elektrikli velosipedlərdə istifadə olunur və uzun ömür dövrü və yüksək səviyyəli təhlükəsizlik tələb edən digər proqramlar. Lakin onun mənfi cəhətləri onu sürətlə inkişaf etdirməyi çətinləşdirir. Birincisi, ilə müqayisədə digər növ litium-ion batareyaları, nadir və istifadə etdikləri üçün daha baha başa gəlir bahalı xammal. Bundan əlavə, litium dəmir fosfat batareyaları var aşağı işləmə gərginliyi, yəni bəziləri üçün uyğun olmaya bilər daha yüksək gərginlik tələb edən proqramlar. Daha uzun şarj müddəti onu a sürətli doldurulma tələb edən tətbiqlərdə çatışmazlıq.

l Litium Nikel Manqan Kobalt Oksidi (NMC)

Litium Nikel manqan Kobalt Oksid batareyaları, tez-tez NMC kimi tanınır batareyalar, universal olan müxtəlif materiallardan hazırlanır litium-ion batareyaları. Nikel, manqan və qarışığından hazırlanmış katod kobalt daxildir. Onun yüksək enerji sıxlığı, yaxşı velosiped performansı və a uzun ömürlü olması onu elektrik avtomobillərində, şəbəkə saxlamalarında ilk seçim etdi sistemləri və digər yüksək performanslı proqramlar, bu da öz töhfəsini verdi elektrik nəqliyyat vasitələrinin və bərpa olunan enerji sistemlərinin artan populyarlığına. Kimə tutumunun artırılmasını təmin etmək üçün yeni elektrolitlər və əlavələrdən istifadə edilir 4.4V/hüceyrə və daha yüksək enerji ilə doldurun 

O vaxtdan bəri NMC ilə qarışdırılmış Li-iona doğru bir tendensiya var sistem qənaətcildir və yaxşı performans təmin edir. Nikel, manqan, və kobalt üç aktiv materialdır ki, onlar asanlıqla geniş şəkildə birləşdirilə bilər tələb edən bir sıra avtomobil və enerji saxlama sistemləri (EES) tətbiqləri tez-tez velosiped sürmək. NMC ailəsinin daha çox olduğunu görə bilərik müxtəlif Lakin, onun yan təsirləri termal qaçaq, yanğın təhlükələri və ətraf mühit narahatlıq onun gələcək inkişafına mane ola bilər.

l Litium Titanat

Litium titanat, tez-tez li-titanat kimi tanınan, bir batareya növüdür istifadələrin sayı artır. Üstün nanotexnologiyası sayəsində bunu edə bilir sabit bir gərginliyi qoruyarkən sürətlə doldurun və boşaldın, bu da onu edir elektrik nəqliyyat vasitələri, kommersiya kimi yüksək güc tətbiqləri üçün yaxşı uyğundur və sənaye enerji saxlama sistemləri və şəbəkə səviyyəsində saxlama 

Onunla birlikdə təhlükəsizlik və etibarlılıq, bu batareyalar hərbi və aerokosmik üçün istifadə edilə bilər tətbiqləri, həmçinin külək və günəş enerjisinin saxlanması və ağıllı tikinti torlar. Bundan əlavə, Battery Space görə, bu batareyalar ola bilər enerji sistemi sisteminin kritik ehtiyat nüsxələrində istifadə olunur. Buna baxmayaraq, litium titanat batareyalar ənənəvi litium-ion batareyalardan daha bahalı olur onların istehsalı üçün tələb olunan mürəkkəb istehsal prosesinə.

5. Lithium-ion Batareyaların İnkişafı Trendləri

Bərpa olunan enerji qurğularının qlobal artımı artmışdır aralıq enerji istehsalı, balanssız bir şəbəkə yaratmaq. Bu, a Batareyalara olan tələbat. Sıfır karbon emissiyasına diqqət edərkən və hərəkət etmək lazımdır enerji istehsalı üçün qalıq yanacaqlardan, yəni kömürdən uzaqlaşın hökumətlər günəş və külək enerjisi qurğularını təşviq etməlidir. Bunlar qurğular artıq enerji saxlayan batareya saxlama sistemlərinə borc verir yaradılmışdır 

Buna görə də, hökumət Li-ion batareyasını təşviq etmək üçün təşviq edir qurğular həmçinin litium-ion batareyaların inkişafına təkan verir. Məsələn, qlobal NMC Litium-Ion Batareyaları bazarının həcminin ABŞ dollarından artacağı proqnozlaşdırılır 2022-ci ildə milyon, 2029-cu ildə milyon ABŞ dolları; % CAGR səviyyəsində böyüməsi gözlənilir 2023-cü ildən 2029-cu ilə qədər. Və artan tələbat tələb edən tətbiqlər yüklərin 3000-10000 litium-ion batareyaları ən sürətli hala gətirəcəyi proqnozlaşdırılır. proqnoz dövründə (2022-2030) artan seqment.

6. Litium ion batareyalarının investisiya təhlili

Litium ion batareyaları bazarının 51,16 ABŞ dollarından artacağı proqnozlaşdırılır milyard 2022-ci ildə 2030-cu ilə qədər 118,15 milyard ABŞ dollarına çatacaq proqnoz dövründə (2022-2030) 4,72% artım tempi bir sıra amillər.

l Son İstifadəçi Təhlili

Kommunal sektor qurğuları batareya enerjisinin saxlanması üçün əsas sürücülərdir sistemləri (BESS). Bu seqmentin 2021-ci ildəki 2,25 milyard dollardan artacağı gözlənilir 2030-cu ildə 11,5% CAGR ilə 5,99 milyard dollar. Li-ion batareyaları daha yüksək 34,4% göstərir Aşağı artım bazasına görə CAGR. Yaşayış və kommersiya enerji anbarı seqmentlər 2030-cu ildə 5,51 milyard dollarlıq böyük bazar potensialı olan digər sahələrdir, 2021-ci ildə 1,68 milyard dollardan. Sənaye sektoru öz yürüşünü davam etdirir sıfır karbon emissiyası, şirkətlər növbəti ikisində xalis sıfır vəd edir onilliklər. Telekom və məlumat mərkəzi şirkətləri azalmanın ön sıralarındadır bərpa olunan enerji mənbələrinə artan diqqət ilə karbon emissiyaları. Hamısı kimi litium-ion batareyaların sürətli inkişafına kömək edəcək şirkətlər etibarlı ehtiyat və şəbəkə balansını təmin etmək yollarını tapırlar.

l Məhsul Tipinin Təhlili

Kobaltın yüksək qiyməti səbəbiylə kobaltsız batareyalardan biridir litium-ion batareyalarının inkişaf tendensiyaları. Yüksək gərginlikli LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) yüksək nəzəri enerji sıxlığı ilə ən perspektivli Co-free biridir daha sonra katod materialları. Bundan əlavə, eksperimental nəticələr bunu sübut etdi istifadə edərək LNMO batareyasının velosiped sürmə və C dərəcəsi performansı yaxşılaşdırılır yarı bərk elektrolit. Buna anion COF-un qadir olduğu təklif oluna bilər Coulomb qarşılıqlı təsiri ilə Mn3+/Mn2+ və Ni2+-nı güclü şəkildə udur, onların anoda dağıdıcı miqrasiyasını məhdudlaşdırır. Ona görə də bu iş olacaq LNMO katod materialının kommersiyalaşdırılması üçün faydalı ola bilər.

l Regional Təhlil

Asiya-Sakit okean ən böyük stasionar litium-ion batareya bazarı olacaq 2030, kommunal xidmətlər və sənaye tərəfindən idarə olunur. Şimali Amerikanı keçəcək və 2030-cu ildə bazarı 1,24 milyard dollardan artaraq 7,07 milyard dollar olan Avropa 21.3% CAGR ilə 2021. Şimali Amerika və Avropa növbəti ən böyük yerlər olacaq İqtisadiyyatlarını və şəbəkələrini karbondan təmizləmək hədəflərinə görə bazarlar iki onillik. LATAM 21.4% CAGR-də ən yüksək artım tempini görəcək, çünki daha kiçik ölçüsü və aşağı bazası.

7. Yüksək keyfiyyətli litium-ion batareyaları üçün nəzərə alınmalı olanlar

Optik günəş inverteri alarkən, yalnız qiymət və keyfiyyət olmalıdır nəzərə alınmaqla yanaşı, digər amilləri də nəzərə almaq lazımdır.

l Enerji Sıxlığı

Enerji sıxlığı vahid həcmdə saxlanılan enerji miqdarıdır. Daha yüksək daha az çəki və ölçü ilə enerji sıxlığı şarj arasında daha genişdir dövrələr.

l Təhlükəsizlik

Partlayışlardan sonra təhlükəsizlik litium-ion batareyalarının başqa bir kritik aspektidir və doldurma və ya boşalma zamanı baş verə biləcək yanğınlar, buna görə də lazımdır temperatur sensorları kimi təkmilləşdirilmiş təhlükəsizlik mexanizmləri olan batareyaları seçin və inhibitor maddələr.

l Növ

Litium-ion batareya sənayesində ən son tendensiyalardan biri kimi bir sıra üstünlüklər təklif edən bərk cisim batareyalarının inkişafı daha yüksək enerji sıxlığı və daha uzun həyat dövrü. Məsələn, istifadəsi elektrik avtomobillərində bərk cisimli akkumulyatorlar onların diapazonunu əhəmiyyətli dərəcədə artıracaq qabiliyyəti və təhlükəsizliyi.

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. İstifadə müddətini yoxlayın satın almadan əvvəl tarix. Litium ion batareyaları daha uzun müddətə malikdir Kimyasına görə ömrü var, lakin hər bir batareya bir-birindən asılı olaraq fərqlənir növü, spesifikasiyası və onların hazırlanma üsulu. Yüksək keyfiyyətli batareyalar olacaq içəridə incə materiallardan hazırlandıqları üçün daha uzun müddət dayanır.