Kio estas Litiaj Jonaj Baterioj

1 Kio estas Litiaj Jonaj Baterioj?

Baterio estas fonto de elektra energio konsistanta el unu aŭ pluraj elektrokemiaj ĉeloj kun eksteraj ligoj por funkciigi elektrajn aparatojn. Litio-jona aŭ Li-jona baterio estas speco de reŝargebla baterio, kiu uzas la reigeblan redukton de litiojonoj por stoki energion kaj estas fama ilia alta energia denseco.

2 La Strukturo de Litiojonaj Baterioj

Ĝenerale plej komercaj Li-jonaj Baterioj uzas interkalajn komponaĵojn kiel aktivajn materialojn. Ili tipe konsistas el pluraj tavoloj de materialoj kiuj estas aranĝitaj en specifa sinsekvo por faciligi la elektrokemian procezon kiu ebligas al la baterio stoki kaj liberigi energion - anodo, katodo, elektrolito, apartigilo kaj kurentkolektilo.

Kio estas anodo?

Kiel komponanto de la baterio, anodo ludas gravan rolon en la kapablo, rendimento kaj fortikeco de la baterio. Dum ŝarĝo, la grafita anodo respondecas pri akcepti kaj stoki litiajn jonojn. Kiam la baterio estas malŝarĝita, la litiojonoj moviĝas de la anodo al la katodo tiel ke elektra kurento estas kreita. Ĝenerale la plej ofta komerce uzita anodo estas grafito, kiu en sia plene litiita stato de LiC6 korelacias al maksimuma kapacito de 1339 C/g (372 mAh/g) Sed kun la disvolviĝo de teknologioj, novaj materialoj kiel silicio estis esploritaj por plibonigi la energidensecojn por litiojonaj kuirilaroj.

Kio estas katodo?

Katodo funkcias por akcepti kaj liberigi pozitive ŝargitajn litiojonojn dum nunaj cikloj. Ĝi kutime konsistas el tavoligita strukturo de tavoligita oksido (kiel ekzemple litia kobaltoksido), polianjono (kiel ekzemple litia ferfosfato) aŭ spinelo (kiel ekzemple litia manganoksido) kovrita sur ŝargokolektilo (kutime farita el aluminio). 

Kio estas elektrolito?

Kiel litia salo en organika solvilo, la elektrolito funkcias kiel rimedo por litiojonoj por moviĝi inter la anodo kaj katodo dum ŝargado kaj malŝarĝo.

Kio estas apartigilo?

Kiel maldika membrano aŭ tavolo de nekondukta materialo, apartigilo funkcias por malhelpi la anodon (negativa elektrodo) kaj katodon (pozitiva elektrodo) de fuŝkontakto, ĉar ĉi tiu tavolo estas penetrebla al litiojonoj sed ne al elektronoj. Ĝi ankaŭ povas certigi la konstantan fluon de jonoj inter la elektrodoj dum ŝarĝo kaj malŝarĝo. Sekve, la kuirilaro povas konservi stabilan tension kaj redukti la riskon de trovarmiĝo, brulado aŭ eksplodo.

Kio estas nuna kolektanto?

Nuna kolektilo estas dizajnita por kolekti la kurenton produktitan de la elektrodoj de la baterio kaj transporti ĝin al la ekstera cirkvito, kio estas grava por certigi optimuman rendimenton kaj longvivecon de la baterio. Kaj kutime ĝi estas tipe farita el maldika folio el aluminio aŭ kupro.

3 La Evoluhistorio de Litiojonaj Baterioj

Esplorado pri reŝargeblaj Li-jonaj baterioj datiĝas al la 1960-aj jaroj, unu el la plej fruaj ekzemploj estas CuF2/Li-baterio evoluigita fare de NASA en 1965 Kaj naftokrizo trafis la mondon en 1970-aj jaroj, esploristoj turnis sian atenton al alternativaj fontoj de energio, do la sukceso kiu produktis la plej fruan formon de la moderna Li-jona baterio estis farita pro la malpeza pezo kaj alta energia denseco de litiojonaj kuirilaroj. En la sama tempo, Stanley Whittingham de Exxon malkovris ke litiojonoj povus esti enigitaj en materialoj kiel ekzemple TiS2 por krei reŝargeblan kuirilaron. 

Do li provis komercigi ĉi tiun kuirilaron sed malsukcesis pro la alta kosto kaj la ĉeesto de metala litio en la ĉeloj. En 1980 nova materialo estis trovita oferti pli altan tension kaj estis multe pli stabila en aero, kiu poste estus uzita en la unua komerca Li-jona baterio, kvankam ĝi ne, per si mem, solvis la konstantan problemon de flamiĝemo. saman jaron, Rachid Yazami inventis la litian grafitan elektrodon (anodo). Kaj tiam en 1991, la unuaj reŝargeblaj litiojonaj kuirilaroj en la mondo komencis eniri la merkaton. En 2000-aj jaroj, la postulo je litiojonaj baterioj pliiĝis kiam porteblaj elektronikaj aparatoj iĝis popularaj, kio igas litijonajn bateriojn esti pli sekuraj kaj pli daŭremaj. Elektraj veturiloj estis lanĉitaj en 2010-aj jaroj, kiuj kreis novan merkaton por litiojonaj baterioj 

La evoluo de novaj produktadprocezoj kaj materialoj, kiel ekzemple siliciaj anodoj kaj solidsubstancaj elektrolitoj, daŭre plibonigis la agadon kaj sekurecon de litio-jonaj baterioj. Nuntempe, litio-jonaj kuirilaroj fariĝis esencaj en nia ĉiutaga vivo, do la esplorado kaj disvolviĝo de novaj materialoj kaj teknologioj daŭras por plibonigi la rendimenton, efikecon kaj sekurecon de ĉi tiuj kuirilaroj.

4.La Tipoj de Litiaj Jonaj Baterioj

Litio-jonaj kuirilaroj venas en diversaj formoj kaj grandecoj, kaj ne ĉiuj estas egalaj. Normale estas kvin specoj de litio-jonaj kuirilaroj.

l Litia Kobalta Oksido

Litiaj kobaltaj oksidaj kuirilaroj estas produktitaj el litiokarbonato kaj kobalto kaj ankaŭ estas konataj kiel litio-kobaltato aŭ litio-jonaj kobaltaj baterioj. Ili havas kobaltan oksidan katodon kaj grafitan karbonan anodon, kaj litiojonoj migras de la anodo al la katodo dum senŝargiĝo, kun la fluo inversiganta kiam la baterio estas ŝargita. Koncerne ĝian aplikon, ili estas uzataj en porteblaj elektronikaj aparatoj, elektraj veturiloj kaj renoviĝantaj energiaj stokaj sistemoj pro sia alta specifa energio, malalta mem-malŝarĝa indico, alta funkciiga tensio kaj larĝa temperaturo. Sed atentu la sekurecajn zorgojn rilatajn. al la potencialo por termika forkuriĝo kaj malstabileco ĉe altaj temperaturoj.

l Litia Mangana Oksido

Litia Mangana Oksido (LiMn2O4) estas katoda materialo, kiu estas ofte uzata en litiojonaj kuirilaroj. La teknologio por ĉi tiu speco de baterio estis komence malkovrita en la 1980-aj jaroj, kun la unua publikigo en la Materials Research Bulletin en 1983. Unu el la avantaĝoj de LiMn2O4 estas, ke ĝi havas bonan termikan stabilecon, kio signifas, ke ĝi estas malpli verŝajna sperti termikan forkuriĝon, kiuj ankaŭ estas pli sekuraj ol aliaj tipoj de litio-jonaj baterioj. Plie, mangano estas abunda kaj vaste havebla, kio faras ĝin pli daŭrigebla opcio kompare al katodaj materialoj kiuj enhavas limigitajn resursojn kiel kobalto. Kiel rezulto, ili estas ofte trovitaj en medicinaj ekipaĵoj kaj aparatoj, elektraj iloj, elektraj motorcikloj kaj aliaj aplikoj. Malgraŭ ĝiaj avantaĝoj, LiMn2O4 pli malriĉa bicikla stabileco kompare kun LiCoO2, kio signifas, ke ĝi povas postuli pli oftan anstataŭigon, do ĝi eble ne taŭgas por longtempaj energi-stokaj sistemoj.

l Litia Fera Fosfato (LFP)

Fosfato estas utiligita kiel katodo en litiaj ferfosfataj baterioj, ofte konataj kiel li-fosfataj baterioj. Ilia malalta rezisto plibonigis ilian termikan stabilecon kaj sekurecon Ili ankaŭ estas famaj pro fortikeco kaj longa vivociklo, kiuj igas ilin la plej kostefika elekto al aliaj specoj de litio-jonaj kuirilaroj. Sekve, ĉi tiuj baterioj estas ofte uzataj en elektraj bicikloj kaj aliaj aplikoj postulantaj longan vivociklon kaj altajn nivelojn de sekureco. Sed ĝiaj malavantaĝoj malfaciligas rapide disvolviĝi. Unue, kompare kun aliaj specoj de litio-jonaj kuirilaroj, ili kostas pli ĉar ili uzas maloftajn kaj multekostajn krudaĵojn. Krome, litiaj ferfosfataj kuirilaroj havas pli malaltan funkcian tension, kio signifas, ke ili eble ne taŭgas por iuj aplikoj, kiuj postulas pli altan tension. Ĝia pli longa ŝarĝa tempo faras ĝin malavantaĝo en aplikoj kiuj postulas rapidan reŝargon.

l Litia Nikela Mangana Kobalta Oksido (NMC)

Litio-Nikel-manganaj Kobaltaj Oksido-baterioj, ofte konataj kiel NMC-baterioj, estas konstruitaj el diversaj materialoj, kiuj estas universalaj en litiojonaj baterioj. Katodo konstruita el miksaĵo de nikelo, mangano kaj kobalto estas inkludita Ĝia alta energia denseco, bona bicikla rendimento kaj longa vivdaŭro igis ĝin la unua elekto en elektraj veturiloj, kradaj stokaj sistemoj kaj aliaj alt-efikecaj aplikoj, kio plue kontribuis al la kreskanta populareco de elektraj veturiloj kaj renoviĝantaj energiaj sistemoj. Por pliigi kapaciton, novaj elektrolitoj kaj aldonaĵoj estas uzataj por ebligi ĝin ŝargi al 4.4V/ĉelo kaj pli alta. Estas tendenco al NMC-miksita Li-jono ĉar la sistemo estas kostefika kaj disponigas bonan rendimenton. Nikelo, mangano, kaj kobalto estas tri aktivaj materialoj kiuj povas esti facile kombinitaj por konveni larĝan gamon de aŭtomobilaj kaj energistokaj sistemoj (EES) aplikoj kiuj postulas oftan bicikladon.

 El kio ni povas vidi, la familio NMC fariĝas pli diversa

Tamen, ĝiaj kromefikoj de termika forkuriĝo, fajrodanĝeroj kaj mediaj zorgoj povas malhelpi ĝian pluevoluigon.

l Litio Titanato

Litio-titanato, ofte konata kiel li-titanato, estas speco de baterio kiu havas kreskantan nombron da uzoj. Pro ĝia supera nanoteknologio, ĝi povas rapide ŝargi kaj malŝarĝi dum konservado de stabila tensio, kio igas ĝin bone taŭga por alt-motoraj aplikoj kiel elektraj veturiloj, komercaj kaj industriaj energistokaj sistemoj kaj kradnivela stokado. Kune kun ĝia sekureco kaj fidindeco, ĉi tiuj baterioj povus esti uzataj por militaj kaj aerospacaj aplikoj, kaj ankaŭ stoki venton kaj sunenergion kaj konstrui inteligentajn retojn. Krome, laŭ Battery Space, ĉi tiuj baterioj povus esti uzataj en elektraj sistemoj-kritikaj sekurkopioj Tamen, litio-titanato-baterioj tendencas esti pli multekostaj ol tradiciaj litio-jonaj baterioj pro la kompleksa elpensaĵo necesa por produkti ilin.

5.La Evoluaj Tendencoj de Litiaj Jonaj Baterioj

La tutmonda kresko de renoviĝantaj energiinstalaĵoj pliigis intermitan energiproduktadon, kreante malekvilibran kradon. Ĉi tio kaŭzis postulon de baterioj.Dum la fokuso sur nulo karbonemisio kaj bezono foriri de fosiliaj brulaĵoj, nome karbo, por elektroproduktado instigas pli da registaroj instigi sunajn kaj ventoenergiajn instalaĵojn. Ĉi tiuj instalaĵoj pruntas sin al bateriaj stokaj sistemoj, kiuj stokas troan potencon generitan. Tial, registaraj instigoj por instigi instalaĵojn de Li-jonaj baterioj ankaŭ kondukas la disvolviĝon de litiojonaj kuirilaroj. Ekzemple, la tutmonda merkatgrando de NMC-Litio-jonaj Baterioj estas projekciita kreskos de miliono da usonaj dolaroj en 2022 ĝis milionoj da usonaj dolaroj en 2029; ĝi atendas kreskon je CAGR de % de 2023 ĝis 2029  Kaj la kreskantaj bezonoj de aplikoj postulantaj pezajn ŝarĝojn estas antaŭvidita igi litijonajn bateriojn de 3000-10000 la plej rapide kreskantan segmenton dum la prognoza periodo (2022-2030).

6 La investa analizo de Litiojonaj Baterioj

La merkata industrio de litiojonaj baterioj estas antaŭvidita kreskos de USD 51,16 miliardoj en 2022 al USD 118,15 miliardoj antaŭ 2030, elmontrante kunmetitan jaran kreskorapidecon de 4,72% dum la prognoza periodo (2022-2030), kiu dependas de pluraj faktoroj.

l Analizo de Fina Uzanto

Servosektorinstalaĵoj estas esencaj ŝoforoj por bateriaj energi-stokaj sistemoj (BESS). Ĉi tiu segmento estas atendita kreskos de $ 2.25 miliardoj en 2021 ĝis $ 5.99 miliardoj en 2030 ĉe CAGR de 11.5%.  Li-jonaj kuirilaroj montras pli altan 34.4% CAGR pro sia malalta kreskobazo. Loĝdomaj kaj komercaj energistokado-segmentoj estas aliaj areoj kun granda merkata potencialo de 5.51 miliardoj USD en 2030, de 1.68 miliardoj USD en 2021. La industria sektoro daŭrigas sian marŝon direkte al nulaj karbonemisioj, kun firmaoj farantaj net-nulajn promesojn en la venontaj du jardekoj. Teleentreprenoj kaj datencentraj kompanioj estas ĉe la avangardo pri reduktado de karbonemisioj kun pliigita fokuso sur renoviĝantaj energifontoj. Ĉio el kiuj antaŭenigos la rapidan disvolviĝon de  litiojonaj kuirilaroj ĉar kompanioj trovas manierojn certigi fidindan sekurkopion kaj kradekvilibron.

l Produkta Tipo-Analizo

Pro la alta prezo de kobalto, senkobalta baterio estas unu el la evoluaj tendencoj de litio-jonaj kuirilaroj. Alta tensio LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) kun alta teoria energia denseco estas unu el la plej promesplenaj Co-liberaj katodaj materialoj en la plu. Plue, la eksperimentaj rezultoj pruvis, ke la biciklado kaj C-rata agado de LNMO-baterio estas plibonigita uzante la duonsolidan elektroliton. Tio povas esti proponita ke la anjona COF estas kapabla je absorbado forte la Mn3+/Mn2+ kaj Ni2+ tra Coulomb-interagado, retenante ilian detruan migradon al la anodo. Tial, ĉi tiu laboro estos utila al la komercigo de LNMO-katoda materialo.

l Regiona Analizo

Azio-Pacifiko estos la plej granda senmova litio-jona bateriomerkato antaŭ 2030, pelita de servaĵoj kaj industrioj. Ĝi preterpasos Nordamerikon kaj Eŭropon kun merkato de 7,07 miliardoj USD en 2030, kreskanta de 1,24 miliardoj USD en 2021 ĉe CAGR de 21,3%. Nordameriko kaj Eŭropo estos la venontaj plej grandaj merkatoj pro siaj celoj senkarbonigi siajn ekonomiojn kaj kradon dum la venontaj du jardekoj. LATAM vidos la plej altan kreskorapidecon ĉe CAGR de 21.4% pro ĝia pli malgranda grandeco kaj malalta bazo.

7 Aferoj Konsiderindaj por Altkvalitaj Litiojonaj Baterioj

Kiam vi aĉetas optikan sunan invetilon, ne nur la prezo kaj kvalito devas esti konsiderataj, ankaŭ aliaj faktoroj devas esti konservitaj en menso.

l Energia Denso

La Energiodenseco estas la kvanto de energio stokita per unuovolumeno. Pli alta energidenseco kun malpli pezo kaj grandeco estas pli ampleksa inter ŝarĝaj cikloj.

l  Sekureco

Sekureco estas alia kritika aspekto de litio-jonaj kuirilaroj ekde eksplodoj kaj fajroj kiuj povas okazi dum ŝargado aŭ malŝarĝo, do necesas elekti bateriojn kun plibonigitaj sekurecaj mekanismoj, kiel temperatursensiloj kaj inhibiciaj substancoj.

l Tajpu

Unu el la plej novaj tendencoj en la litio-jona bateriindustrio estas la disvolviĝo de solid-substancaj kuirilaroj, kiuj ofertas gamon da avantaĝoj kiel pli alta energia denseco kaj pli longa vivociklo. Ekzemple, la uzo de solidsubstancaj baterioj en elektraj aŭtoj signife pliigos ilian intervalkapablon kaj sekurecon.

l Indice de ŝarĝo

La rapideco de ŝargado dependas de kiom rapide la baterio estas ŝargita sekure. Kelkfoje la baterio bezonas longan tempon por ŝargi antaŭ ol ili povas esti uzataj.

l Vivdaŭro

 Neniu baterio funkcias dum la tuta vivo sed havas limdaton. Kontrolu la limdaton antaŭ ol fari la aĉeton. Litijonaj kuirilaroj havas enecan pli longan vivon pro sia kemio, sed ĉiu baterio diferencas unu de la alia depende de la tipo, specifoj kaj la maniero kiel ili estas faritaj. Altkvalitaj kuirilaroj daŭros pli longe ĉar ili estas faritaj el bonaj materialoj interne.