Што такое літый-іённыя батарэі?

1. Што такое літый-іённыя батарэі?

Акумулятар - гэта крыніца электрычнай энергіі, якая складаецца з аднаго або некалькіх элементаў электрахімічныя элементы з вонкавымі злучэннямі для сілкавання электрапрыбораў. Літый-іённы або літый-іённы акумулятар - гэта тып акумулятара, які выкарыстоўвае зварачальнае скарачэнне іёнаў літыя для назапашвання энергіі і славіцца іх высокай шчыльнасць энергіі.

2. Структура літый-іённых акумулятараў

Як правіла, большасць камерцыйных літый-іённых батарэй выкарыстоўваюць інтэркаляцыйныя злучэнні актыўныя матэрыялы. Як правіла, яны складаюцца з некалькіх слаёў матэрыялу размешчаны ў пэўным парадку для палягчэння электрахімічнага працэсу, які дазваляе батарэі захоўваць і вылучаць энергію - анод, катод, электраліт, сепаратар і токапрыёмнік.

Што такое анод?

Як кампанент батарэі, анод гуляе важную ролю ў ёмістасці, прадукцыйнасць і даўгавечнасць батарэі. Пры зарадцы з'яўляецца графітавы анод адказвае за прыняцце і захоўванне іёнаў літыя. Калі акумулятар разраджаючыся, іёны літыя рухаюцца ад анода да катода так, што ан ствараецца электрычны ток. Як правіла, найбольш распаўсюджаны камерцыйна выкарыстоўваны анод з'яўляецца графіт, які ў сваім цалкам литированном стане LiC6 карэлюе з максімальным ёмістасць 1339 Кл/г (372 мАг/г). Але з развіццём тэхналогій з'яўляюцца новыя такія матэрыялы, як крэмній, былі даследаваны для паляпшэння шчыльнасці энергіі для літый-іённых акумулятараў.

Што такое катод?

Катод працуе, прымаючы і вызваляючы станоўча зараджаныя іёны літыя падчас бягучыя цыклы. Звычайна ён складаецца з слаістай структуры слаістага аксіду (напрыклад, аксід кобальту літыя), поліаніён (напрыклад, фасфат жалеза літыя) або шпінель (напрыклад, аксід марганца літыя), пакрытая калектарам зарада (звычайна выраблены з алюмінія).

Што такое электраліт?

Як соль літыя ў арганічным растваральніку, электраліт служыць асяроддзем для перамяшчэння іёнаў літыя паміж анодам і катодам падчас зарадкі і разрадка.

Што такое сепаратар?

Сепаратар працуе як тонкая мембрана або пласт неправоднага матэрыялу прадухіліць анод (адмоўны электрод) і катод (станоўчы электрод). замыканне, так як гэты пласт пранікальны для іёнаў літыя, але не для электронаў. Гэта можа таксама забяспечыць стабільны паток іёнаў паміж электродамі падчас зарадкі і разрадка. Такім чынам, батарэя можа падтрымліваць стабільнае напружанне і зніжаць рызыка перагрэву, узгарання або выбуху.

Што такое токапрыёмнік?

Токапрыёмнік прызначаны для збору току, які выпрацоўваецца электроды батарэі і транспартуе яго да вонкавага ланцуга, які з'яўляецца важна забяспечыць аптымальную прадукцыйнасць і працяглы тэрмін службы батарэі. І звычайна ён звычайна вырабляецца з тонкага ліста алюмінія або медзі.

3. Гісторыя развіцця літый-іённых батарэй

Даследаванні акумулятарных літый-іённых акумулятараў адносяцца да 1960-х гг Самы ранні прыклад - батарэя CuF2/Li, распрацаваная НАСА ў 1965 годзе. І нафтавы крызіс з'явіўся ў свеце ў 1970-х гадах, даследчыкі звярнулі ўвагу на альтэрнатыву крыніц энергіі, таму прарыў, які вырабіў самую раннюю форму ст сучасная літый-іённая батарэя была зроблена з-за малой вагі і высокай энергіі шчыльнасць літый-іённых батарэй. У той жа час Стэнлі Уітынгем з Exxon выявіў, што іёны літыя можна ўстаўляць у такія матэрыялы, як TiS2 стварыць акумулятар 

Такім чынам, ён паспрабаваў камерцыялізаваць гэтую батарэю, але не атрымалася з-за высокага кошту і наяўнасці ў элементах металічнага літыя. У 1980 годзе было ўстаноўлена, што новы матэрыял забяспечвае больш высокае напружанне і значна большае стабільны на паветры, які пазней будзе выкарыстоўвацца ў першай камерцыйнай літый-іённай батарэі, хоць гэта само па сабе не вырашыла праблему, якая застаецца гаручасць. У тым жа годзе Рашыд Язамі вынайшаў літый-графіт электрод (анод). А потым у 1991 годзе з'явіўся першы ў свеце літый-іённы акумулятар батарэі пачалі выходзіць на рынак 

У 2000-я гады попыт на літый-іённыя колькасць батарэй павялічылася, калі сталі папулярнымі партатыўныя электронныя прылады, якія рухаюцца літый-іённыя акумулятары больш бяспечныя і даўгавечныя. Электрамабілі былі прадстаўлены ў 2010-х гадах, што стварыла новы рынак для літый-іённых батарэй. The распрацоўка новых вытворчых працэсаў і матэрыялаў, такіх як крамянёвыя аноды і цвёрдацельныя электраліты, працягвалі паляпшаць прадукцыйнасць і бяспеку літый-іённыя батарэі. У наш час літый-іённыя акумулятары сталі неабходнымі наша паўсядзённае жыццё, таму даследаванні і распрацоўка новых матэрыялаў і тэхналогіі працягваюцца для паляпшэння прадукцыйнасці, эфектыўнасці і бяспекі гэтыя батарэі.

4. Тыпы літый-іённых акумулятараў

Літый-іённыя батарэі бываюць розных формаў і памераў, і не ўсе іх робяць роўнымі. Звычайна існуе пяць відаў літый-іённых батарэй.

l Аксід літыя-кобальту

Літый-кобальт-аксідныя батарэі вырабляюцца з карбанату літыя і кобальтавыя і таксама вядомыя як літый-кобальтатныя або літый-іённыя кобальтавыя батарэі. Яны маюць катод з аксіду кобальту і вугляродны анод з графіту, а таксама іёны літыя мігруюць ад анода да катода падчас разраду, пры гэтым паток змяняецца калі акумулятар зараджаны. Што тычыцца прымянення, то яны выкарыстоўваюцца ў партатыўных электронныя прылады, электрамабілі і сістэмы захоўвання аднаўляльнай энергіі з-за іх высокай удзельнай энергіі, нізкай хуткасці самаразраду, высокай эксплуатацыйнай напружанне і шырокі дыяпазон тэмператур. Але звярніце ўвагу на праблемы бяспекі звязаныя з патэнцыялам цеплавога ўцёкаў і нестабільнасці пры высокіх тэмпературы.

l Аксід марганца літыя

Аксід марганца літыя (LiMn2O4) - гэта матэрыял катода, які звычайна выкарыстоўваецца у літый-іённых батарэях. Тэхналогія для такога роду батарэй была першапачаткова адкрыты ў 1980-х гадах, з першай публікацыяй у Materials Research Бюлетэнь 1983 г. Адной з пераваг LiMn2O4 з'яўляецца тое, што ён валодае добрымі цеплавымі характарыстыкамі стабільнасць, што азначае меншую верагоднасць узнікнення цеплавых уцёкаў, якія таксама больш бяспечныя, чым іншыя тыпы літый-іённых батарэй. Акрамя таго, ёсць марганец багаты і шырока даступны, што робіць яго больш устойлівым варыянтам у параўнанні да катодных матэрыялаў, якія ўтрымліваюць абмежаваныя рэсурсы, такія як кобальт. У выніку яны часта сустракаюцца ў медыцынскім абсталяванні і прыборах, электраінструментах, электраінструментах матацыклы і іншыя прыкладанні. Нягледзячы на ​​свае перавагі, LiMn2O4 бядней цыклічная стабільнасць у параўнанні з LiCoO2, што азначае, што можа спатрэбіцца больш частая замена, таму ён можа не падыходзіць для доўгатэрміновага захоўвання энергіі сістэмы.

l Фасфат літый-жалеза (LFP)

Фасфат часта выкарыстоўваецца ў якасці катода ў літый-жалеза-фасфатных батарэях вядомы як літый-фасфатныя батарэі. Іх нізкі супраціў мае палепшыць іх цеплавой стабільнасць і бяспеку. Яны таксама славяцца даўгавечнасцю і доўгім жыццёвым цыклам, што робіць іх найбольш эканамічна эфектыўным варыянтам для іншых тыпаў літый-іённых акумулятары. Такім чынам, гэтыя акумулятары часта выкарыстоўваюцца ў электрычных роварах і іншыя прыкладанні, якія патрабуюць працяглага жыццёвага цыкла і высокага ўзроўню бяспекі. Але яго недахопы абцяжарваюць яго хуткае развіццё. Па-першае, у параўнанні з іншыя тыпы літый-іённых акумулятараў каштуюць даражэй, таму што выкарыстоўваюць рэдкія і дарагое сыравіну. Акрамя таго, літый-жалеза-фасфатныя батарэі маюць a больш нізкае працоўнае напружанне, што азначае, што яны могуць не падыходзіць для некаторых прыкладанняў, якія патрабуюць больш высокага напружання. Яго большы час зарадкі робіць яго a недахоп у прыкладаннях, якія патрабуюць хуткай падзарадкі.

l літый-нікель марганец аксід кобальту (NMC)

Літый-нікель-марганцевыя батарэі з аксідам кобальту, часта вядомыя як NMC акумулятары, вырабляюцца з розных матэрыялаў, якія з'яўляюцца універсальнымі ў літый-іённыя батарэі. Катод, пабудаваны з сумесі нікеля, марганца і уключаны кобальт. Яго высокая шчыльнасць энергіі, добрыя цыклічныя характарыстыкі і a доўгі тэрмін службы зрабіў яго першым выбарам у электрамабілях, сеткавых назапашвальніках сістэм і іншых высокапрадукцыйных прыкладанняў, што яшчэ больш спрыяла да росту папулярнасці электрамабіляў і сістэм аднаўляльнай энергіі. каб для павелічэння магутнасці выкарыстоўваюцца новыя электраліты і дабаўкі зарадзіць да 4,4 В/элемент і вышэй 

З тых часоў назіраецца тэндэнцыя да выкарыстання літый-іённых батарэй з NMC сістэма эканамічная і забяспечвае добрую прадукцыйнасць. Нікель, марганец, і кобальт - тры актыўныя матэрыялы, якія можна лёгка камбінаваць, каб задаволіць шырокі шэраг аўтамабільных і сістэм захоўвання энергіі (EES), якія патрабуюць частыя язды на ровары. З чаго мы бачым, што сямейства NMC становіцца больш Тым не менш, яго пабочныя эфекты цеплавой ўцёкі, небяспека пажару і навакольнага асяроддзя праблемы могуць перашкодзіць яго далейшаму развіццю.

l Тытанат літыя

Тытанат літыя, часта вядомы як тытанат літыя, - гэта тып батарэі, які мае а расце колькасць выкарыстанняў. Дзякуючы найвышэйшай нанатэхналогіі, ён здольны хутка зараджаць і разраджаць, захоўваючы стабільнае напружанне, што робіць яго добра падыходзіць для прымянення высокай магутнасці, такіх як электрычныя транспартныя сродкі, камерцыйныя і прамысловыя сістэмы захоўвання энергіі, і захоўванне на ўзроўні сеткі 

Разам са сваім Бяспека і надзейнасць, гэтыя батарэі могуць быць выкарыстаны для ваеннай і аэракасмічнай прамысловасці прыкладанняў, а таксама захоўвання энергіі ветру і сонца і пабудовы смарт сеткі. Акрамя таго, у адпаведнасці з Battery Space, гэтыя батарэі могуць быць выкарыстоўваецца ў крытычна важных для сістэмы рэзервовых копіях энергасістэмы. Тым не менш тытанат літыя акумулятары, як правіла, даражэйшыя за традыцыйныя літый-іённыя акумулятары да складанага працэсу вырабу, неабходнага для іх вытворчасці.

5. Тэндэнцыі развіцця літый-іённых батарэй

Сусветны рост установак аднаўляльнай энергіі павялічыўся перарывістая вытворчасць энергіі, ствараючы незбалансаваную сетку. Гэта прывяло да а попыт на батарэі. у той час як упор на нулявыя выкіды вуглякіслага газу і неабходнасць рухацца далей ад выкапнёвага паліва, а менавіта вугалю, для вытворчасці электраэнергіі падкажуць больш урады стымулююць сонечныя і ветраэнергетычныя ўстаноўкі. Гэтыя ўстаноўкі паддаюцца сістэмам захоўвання батарэй, якія захоўваюць лішак энергіі генеруецца 

Такім чынам, дзяржаўныя стымулы для стымулявання літый-іённых батарэй ўстаноўкі таксама спрыяюць развіццю літый-іённых батарэй. напрыклад, Прагназуецца, што сусветны рынак літый-іённых батарэй NMC вырасце з дол мільёнаў у 2022 годзе да мільёнаў долараў ЗША ў 2029 годзе; Чакаецца, што ён вырасце на ўзроўні CAGR % з 2023 па 2029 гг. І растуць патрэбы прыкладанняў, якія патрабуюць цяжкіх нагрузкі, паводле прагнозаў, зробяць літый-іённыя акумулятары 3000-10000 самымі хуткімі які расце сегмент на працягу прагнознага перыяду (2022-2030).

6. Інвестыцыйны аналіз літый-іённых батарэй

Прагназуецца, што рынак літый-іённых акумулятараў вырасце з 51,16 долараў ЗША мільярдаў у 2022 годзе да 118,15 мільярдаў долараў да 2030 года, дэманструючы складаны гадавы паказчык тэмп росту 4,72 % на працягу прагнознага перыяду (2022-2030), які залежыць ад некалькі фактараў.

l Аналіз канчатковага карыстальніка

Устаноўкі камунальнага сектара з'яўляюцца ключавым фактарам для захоўвання энергіі ад батарэі сістэмы (BESS). Чакаецца, што ў 2021 годзе гэты сегмент вырасце з 2,25 мільярда долараў 5,99 мільярда долараў у 2030 годзе пры CAGR 11,5%. Літый-іённыя батарэі паказваюць больш высокі 34,4% CAGR з-за іх нізкай базы росту. Жылыя і камерцыйныя назапашвальнікі энергіі сегменты - гэта іншыя вобласці з вялікім рынкавым патэнцыялам у 5,51 мільярда долараў у 2030 годзе, з 1,68 мільярда долараў у 2021 годзе. Прамысловы сектар працягвае свой крок насустрач нулявыя выкіды вуглякіслага газу, а кампаніі бяруць на сябе абяцанні аб нулявым чыстым выкідзе ў наступныя два дзесяцігоддзі. Тэлекамунікацыйныя кампаніі і цэнтры апрацоўкі дадзеных знаходзяцца ў авангардзе скарачэння выкіды вуглякіслага газу з большай увагай да аднаўляльных крыніц энергіі. Усе з якіх будзе спрыяць хуткаму развіццю літый-іённых батарэй, як кампаніі знаходзяць спосабы забеспячэння надзейнага рэзервовага капіравання і балансавання сеткі.

l Аналіз тыпу прадукту

З-за высокай цаны кобальту бескобальтовая батарэя з'яўляецца адной з такіх тэндэнцыі развіцця літый-іённых акумулятараў. Высакавольтны LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) з высокай тэарэтычнай шчыльнасцю энергіі з'яўляецца адным з найбольш перспектыўных Co-free катодных матэрыялаў у далейшым. Далей гэта даказалі вынікі эксперыментаў цыклічнасць і прадукцыйнасць C-хуткасці батарэі LNMO паляпшаюцца за кошт выкарыстання паўцвёрды электраліт. Можна меркаваць, што аніёны COF здольны моцна паглынаючы Mn3+/Mn2+ і Ni2+ праз кулонаўскае ўзаемадзеянне, стрымліваючы іх разбуральную міграцыю да анода. Таму гэтая праца будзе быць карысным для камерцыялізацыі катоднага матэрыялу LNMO.

l Рэгіянальны аналіз

Азіяцка-Ціхаакіянскі рэгіён стане найбуйнейшым рынкам стацыянарных літый-іённых батарэй 2030 г., абумоўлены камунальнымі службамі і прамысловасцю. Ён абгоніць Паўночную Амерыку і Еўропа з рынкам у 7,07 мільярда долараў у 2030 годзе вырасла з 1,24 мільярда долараў у 2030 годзе 2021 г. пры CAGR 21,3%. Паўночная Амерыка і Еўропа будуць наступнымі па велічыні рынкі з-за іх мэтаў дэкарбанізацыі іх эканомік і сеткі на працягу наступнага два дзесяцігоддзі. Лацінская Амерыка атрымае самы высокі тэмп росту пры CAGR 21,4%, таму што яго меншага памеру і нізкай асновы.

7. Што трэба ўлічваць для высакаякасных літый-іённых батарэй

Купляючы аптычны сонечны інвертар, трэба ўлічваць не толькі кошт і якасць ўлічваючы, іншыя фактары таксама павінны мець на ўвазе.

l Шчыльнасць энергіі

Шчыльнасць энергіі - гэта колькасць энергіі, назапашанай на адзінку аб'ёму. Вышэйшая шчыльнасць энергіі пры меншай вазе і памеры больш шырокая паміж зарадкамі цыклаў.

l Бяспека

Бяспека з'яўляецца яшчэ адным важным аспектам літый-іённых батарэй пасля выбухаў і пажары, якія могуць узнікнуць падчас зарадкі або разрадкі, таму неабходна выбірайце акумулятары з палепшанымі механізмамі бяспекі, такімі як датчыкі тэмпературы і інгібіруючыя рэчывы.

l Тып

Адной з апошніх тэндэнцый у індустрыі літый-іённых батарэй з'яўляецца распрацоўка цвёрдацельных батарэй, якая прапануе шэраг пераваг, такіх як больш высокая шчыльнасць энергіі і больш працяглы жыццёвы цыкл. Напрыклад, выкарыстанне цвёрдацельныя батарэі ў электрамабілях значна павялічаць іх запас ходу магчымасці і бяспекі.

l Хуткасць зарадкі

Хуткасць зарадкі залежыць ад таго, наколькі хутка акумулятар зараджаецца бяспечна. Часам патрабуецца шмат часу для зарадкі акумулятара, перш чым іх можна будзе выкарыстоўваць.

l Працягласць жыцця

Ні адзін акумулятар не працуе ўвесь тэрмін службы, але мае тэрмін прыдатнасці. Праверце тэрмін прыдатнасці даты перад пакупкай. Літый-іённыя акумулятары маюць уласцівую даўжэй тэрмін службы з-за хімічнага складу, але кожная батарэя адрозніваецца адна ад адной у залежнасці ад тып, спецыфікацыі і спосаб іх вырабу. Высакаякасныя батарэі будуць праслужаць даўжэй, бо ўнутры яны зроблены з тонкіх матэрыялаў.