Zer da litio ioizko bateriak

1 Zer da litio ioizko bateriak?

Bateria gailu elektrikoak elikatzeko kanpoko konexioak dituzten zelula elektrokimiko batez edo gehiagoz osatutako energia elektriko iturri bat da. Litio-ioi edo Li-ioizko bateria bateria kargagarri mota bat da, litio-ioien murrizketa itzulgarria erabiltzen duena energia gordetzeko eta bere energia-dentsitate handiko famatua da.

2 Litio ioietako baterien egitura

Orokorrean, Li-ioizko bateria komertzialek interkalazio-konposatuak erabiltzen dituzte material aktibo gisa. Bateriak energia biltegiratzeko eta askatzeko aukera ematen duen prozesu elektrokimikoa errazteko ordena zehatz batean antolatutako hainbat material geruzaz osatuta daude normalean: anodoa, katodoa, elektrolitoa, bereizlea eta korronte-biltzailea.

Zer da anodoa?

Bateriaren osagai gisa, anodoak zeregin garrantzitsua du bateriaren edukieran, errendimenduan eta iraunkortasunean. Kargatzean, grafito-anodoa litio-ioiak onartzeaz eta biltegiratzeaz arduratzen da. Bateria deskargatzen denean, litio ioiak anodotik katodora mugitzen dira korronte elektrikoa sortzen da. Oro har, komertzialki erabiltzen den anodorik ohikoena grafitoa da, LiC6-ren guztiz litiatuta dagoen egoeran 1339 C/g (372 mAh/g) gehienezko ahalmenarekin erlazionatzen duena. Baina teknologien garapenarekin, silizioa bezalako material berriak ikertu dira litio-ioizko baterien energia-dentsitateak hobetzeko.

Zer da katodoa?

Katodoak positiboki kargatutako litio ioiak onartu eta askatzeko lan egiten du egungo zikloetan. Normalean, geruzadun oxido baten (adibidez, litio kobalto oxidoa), polianion bat (adibidez, litio burdin fosfatoa) edo espinela (adibidez, litio manganeso oxidoa) karga-biltzaile baten gainean estalita (normalean aluminiozkoa) osatuta dago. 

Zer da elektrolitoa?

Disolbatzaile organiko batean litio gatz gisa, elektrolitoak karga eta deskargan zehar anodoaren eta katodoaren artean litio ioiak mugitzeko bitarteko gisa balio du.

Zer da bereizlea?

Mintz mehe edo material ez-eroaleko geruza gisa, bereizleak anodoa (elektrodo negatiboa) eta katodoa (elektrodo positiboa) laburtu ez daitezen lan egiten du, geruza hau litio ioiekiko iragazkorra baita, baina ez elektroiekiko. Gainera, elektrodoen arteko ioien fluxu etengabea bermatu dezake kargatu eta deskargatzean. Hori dela eta, bateriak tentsio egonkorra mantendu dezake eta gainberotze, errekuntza edo leherketa arriskua murrizten du.

Zer da egungo bildumagilea?

Korronte-biltzailea bateriaren elektrodoek sortutako korrontea biltzeko eta kanpoko zirkuitura garraiatzeko diseinatuta dago, eta hori garrantzitsua da bateriaren errendimendu eta iraupen optimoa bermatzeko. Eta normalean aluminiozko edo kobrezko xafla mehe batekin egin ohi da.

3 Litio ioi baterien garapenaren historia

Li-ioizko bateria kargagarriei buruzko ikerketa 1960ko hamarkadakoa da, eta adibiderik goiztiarrenetako bat NASAk garatutako CuF2/Li bateria bat da. 1965 Eta petrolioaren krisiak 1970eko hamarkadan jo zuen mundua, ikertzaileek energia-iturri alternatiboetara bideratu zuten arreta, beraz, Li-ioi bateria modernoaren formarik goiztiarrena sortu zuen aurrerapena litio-ioizko baterien pisu arina eta energia-dentsitate handiagatik egin zen. Aldi berean, Exxoneko Stanley Whittinghamek aurkitu zuen litio ioiak TiS2 bezalako materialetan txerta daitezkeela bateria kargagarri bat sortzeko. 

Beraz, bateria hori komertzializatzen saiatu zen, baina porrot egin zuen kostu handiagatik eta zeluletan litio metalikoaren presentziagatik. 1980an aurkitu zen material berria tentsio handiagoa eskaintzen zuela eta airean askoz egonkorragoa zela, gero Li-ioizko lehen bateria komertzialean erabiliko zena, nahiz eta, bere kabuz, sukoitasunaren arazo iraunkorra konpondu ez zuena. urte berean, Rachid Yazamik litio-grafitozko elektrodoa (anodoa) asmatu zuen. Eta gero, 1991n, munduko lehen litio-ioizko bateria kargagarriak merkaturatzen hasi ziren. 2000ko hamarkadan, litio-ioizko baterien eskaria handitu egin zen gailu elektroniko eramangarriak ezagun egin ziren heinean, eta horrek litio-ioizko bateriak seguruagoak eta iraunkorragoak izan daitezen bultzatzen du. Ibilgailu elektrikoak 2010eko hamarkadan sartu ziren, eta horrek litio-ioizko baterien merkatu berri bat sortu zuen 

Fabrikazio prozesu eta material berrien garapenak, hala nola, silizio anodoak eta egoera solidoko elektrolitoak, litio-ioizko baterien errendimendua eta segurtasuna hobetzen jarraitu zuen. Gaur egun, litio-ioizko bateriak ezinbestekoak bihurtu dira gure eguneroko bizitzan, beraz, material eta teknologia berrien ikerketa eta garapena etengabea da bateria horien errendimendua, eraginkortasuna eta segurtasuna hobetzeko.

4.Litio Ioi Baterien Motak

Litio-ioizko bateriak hainbat forma eta tamaina dituzte, eta denak ez dira berdinak. Normalean, bost litio-ioizko bateria mota daude.

l Litio kobalto oxidoa

Litio kobalto oxidozko bateriak litio karbonatoz eta kobaltoz fabrikatzen dira eta litio kobaltato edo litio-ioi kobalto pilak ere ezagutzen dira. Kobalto oxidozko katodoa eta grafitozko karbono anodoa dituzte, eta litio ioiak anodotik katodora migratzen dira deskargan, bateria kargatzean fluxua alderantzikatuz. Bere aplikazioari dagokionez, gailu elektroniko eramangarrietan, ibilgailu elektrikoetan eta energia berriztagarrien biltegiratze sistemetan erabiltzen dira energia espezifiko handiagatik, autodeskarga-tasa baxuagatik, funtzionamendu-tentsio altuagatik eta tenperatura-tarte zabalagatik. Baina arreta jarri lotutako segurtasun-kezkak. tenperatura altuetan ihes termikorako eta ezegonkortasunerako potentzialarekin.

l Litio Manganeso Oxidoa

Litio manganeso oxidoa (LiMn2O4) litio-ioizko baterietan erabili ohi den katodo-materiala da. Baterien mota honetako teknologia 1980ko hamarkadan aurkitu zen hasieran, Materials Research Bulletin-en lehen argitalpenarekin 1983an. LiMn2O4-ren abantailetako bat egonkortasun termiko ona duela da, hau da, ihes termikoa jasateko aukera gutxiago duela, litio-ioizko beste bateria mota batzuk baino seguruagoak ere bai. Gainera, manganesoa ugaria eta eskuragarria da, eta horrek aukera jasangarriagoa bihurtzen du kobaltoa bezalako baliabide mugatuak dituzten katodo materialen aldean. Ondorioz, sarritan aurkitzen dira mediku ekipo eta gailuetan, erreminta elektrikoetan, motozikleta elektrikoetan eta beste aplikazio batzuetan. Abantailak izan arren, LiMn2O4 txirrindularitza-egonkortasun eskasagoa LiCoO2rekin alderatuta, horrek esan nahi du maizago ordezkatzea behar duela, beraz, baliteke epe luzerako energia biltegiratzeko sistemetarako bezain egokia ez izatea.

l Litio Burdin Fosfatoa (LFP)

Fosfatoa katodo gisa erabiltzen da litio-burdin fosfato baterietan, sarritan li-fosfato pilen izenez ezagutzen direnak. Haien erresistentzia baxuak egonkortasun termikoa eta segurtasuna hobetu ditu Iraunkortasunagatik eta bizi-ziklo luzeagatik ere ezagunak dira, eta horrek litio-ioizko beste baterien aukerarik errentagarriena bihurtzen du. Ondorioz, bateria hauek maiz erabiltzen dira bizikleta elektrikoetan eta bizitza-ziklo luzea eta segurtasun-maila handia eskatzen duten beste aplikazio batzuetan. Baina bere desabantailek zaila egiten dute azkar garatzea. Lehenik eta behin, litio-ioizko beste bateria mota batzuekin alderatuta, gehiago kostatzen dira, lehengai arraro eta garestiak erabiltzen dituztelako. Gainera, litio-burdina fosfatoko pilek funtzionamendu-tentsio baxuagoa dute, hau da, baliteke tentsio handiagoa behar duten aplikazio batzuetarako egokiak ez izatea. Kargatzeko denbora luzeagoa izateak desabantaila bihurtzen du karga azkarra behar duten aplikazioetan.

l Litio nikela manganeso kobalto oxidoa (NMC)

Litio-Nikel Manganeso Kobalto Oxidozko bateriak, sarritan NMC bateriak izenez ezagutzen direnak, litio-ioizko baterietan unibertsalak diren hainbat materialez eraikita daude. Nikel, manganeso eta kobalto nahasketaz eraikitako katodoa sartzen da Bere energia-dentsitate handia, txirrindularitza-errendimendu onak eta bizi-iraupen luzeak ibilgailu elektrikoetan, sare biltegiratze sistemetan eta errendimendu handiko beste aplikazio batzuetan lehen aukera bihurtu du, eta horrek are gehiago lagundu du ibilgailu elektrikoen eta energia berriztagarrien sistemen ospea areagotzen. Ahalmena handitzeko, elektrolito eta gehigarri berriak erabiltzen dira 4,4 V/zelula edo handiagoa izan dadin. NMC nahastutako Li-ioirako joera dago, sistema errentagarria baita eta errendimendu ona eskaintzen baitu. Nikela, manganesoa eta kobaltoa erraz konbina daitezkeen hiru material aktibo dira maiz bizikletaz ibiltzea eskatzen duten automozio eta energia biltegiratzeko sistemen (EES) aplikazio sorta zabal baterako.

 Bertatik ikusi dezakegu NMC familia gero eta anitzagoa dela

Hala ere, ihes termikoaren, suteen arriskuen eta ingurumen-kezkaren albo-ondorioek garapena oztopa dezakete.

l Litio Titanatoa

Litio titanatoa, sarritan li-titanato bezala ezagutzen dena, gero eta erabilera gehiago dituen bateria mota bat da. Bere nanoteknologia handia dela eta, azkar kargatzeko eta deskargatzeko gai da tentsio egonkorra mantenduz, eta horrek oso egokia da potentzia handiko aplikazioetarako, hala nola ibilgailu elektrikoak, merkataritza eta industriako energia biltegiratzeko sistemak eta sare-mailako biltegiratzeetarako. Bere segurtasunarekin eta fidagarritasunarekin batera, bateria hauek aplikazio militar eta aeroespazialetarako erabil litezke, baita haize eta eguzki energia gordetzeko eta sare adimendunak eraikitzeko ere. Gainera, Battery Space-ren arabera, bateria hauek sistema elektrikoaren babeskopietan erabil litezke Hala ere, litio-ioizko bateriak baino garestiagoak izan ohi dira litio-ioizko bateriak ekoizteko beharrezkoa den fabrikazio prozesu konplexua dela eta.

5.Litio ioietako baterien garapen joerak

Energia berriztagarrien instalazioen hazkunde globalak etenkako energia ekoizpena areagotu du, sare desorekatua sortuz. Horrek baterien eskaria ekarri du. Zero karbono-igorpenean arreta jarri eta erregai fosiletatik aldendu beharrak, hots, ikatzatik, energia ekoizteko gobernu gehiagok bultzatzen ditu eguzki- eta eoliko-instalazioak sustatzeko. Instalazio hauek bateriak biltegiratzeko sistemak eskaintzen dituzte, sortutako gehiegizko potentzia gordetzen dutenak. Hori dela eta, litio-ioizko baterien instalazioak sustatzeko gobernu-pizgarriek litio-ioizko baterien garapena ere bultzatzen dute. Esate baterako, NMC Litio-Ioi Baterien merkatuaren tamaina globala 2022an milioi dolar izatetik 2029an milioi dolar izatera igaroko dela aurreikusten da; 2023tik % CAGR batean haztea espero da 2029  Eta karga astunak eskatzen dituzten aplikazioen behar gero eta handiagoak aurreikusitako aldian (2022-2030) 3000-10000-ko ​​litio-ioizko bateriak bihurtuko dira.

6 Litio Ioi Baterien inbertsioaren azterketa

Litio-ioizko baterien merkatuaren industria 2022an 51.160 milioi USD izatetik 118.150 milioi USD 2030ean haziko dela aurreikusten da, eta urteko % 4,72ko hazkunde-tasa konposatua izango du aurreikusitako aldian (2022-2030), hainbat faktoreren araberakoa dena.

l Azken erabiltzaileen analisia

Zerbitzu-sektoreko instalazioak bateriaren energia biltegiratzeko sistemetarako (BESS) eragile nagusiak dira. Segmentu hau 2021ean 2.250 milioi dolar izatetik 2030ean 5.99 bilioi dolar izatera pasako dela espero da, % 11,5eko CAGR batean.  Li-ioizko bateriek % 34,4ko CAGR handiagoa erakusten dute, hazkunde-oinarri baxua dela eta. Etxebizitza eta merkataritzako energia biltegiratzeko segmentuak 2030ean 5.510 milioi dolarreko merkatu-potentzial handia duten beste eremu batzuk dira, 2021ean 1.680 milioi dolarrekoa. Industria-sektoreak zero karbono isurpenaren bidean jarraitzen du, eta hurrengo bi hamarkadetan zero konpromiso garbiak egingo dituzte enpresek. Telekomunikazio eta datu zentroetako enpresak karbono isuriak murrizteko abangoardian daude energia berriztagarrien energia iturrietan arreta handiagoa jarriz. Horrek guztiak garapen azkarra sustatuko du  litio ioizko bateriak enpresek babeskopia fidagarria eta sarearen oreka ziurtatzeko moduak aurkitzen dituzte.

l Produktu Moten Analisia

Kobaltoaren prezio altua dela eta, kobaltorik gabeko bateria litio-ioizko baterien garapen-joeretako bat da. Goi-tentsioko LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) energia-dentsitate teoriko handikoa Co-free katodo material itxaropentsuenetako bat da. Gainera, emaitza esperimentalek frogatu zuten LNMO bateriaren txirrindularitza eta C-tasa errendimendua hobetzen dela elektrolito erdi solidoa erabiliz. Honek COF anionikoak Coulomben elkarrekintzaren bidez Mn3+/Mn2+ eta Ni2+ biziki xurgatzeko gai dela proposa daiteke, anodorako migrazio suntsitzailea mugatuz. Hori dela eta, lan hau onuragarria izango da LNMO katodoaren materiala merkaturatzeko.

l Eskualdeen Azterketa

Asia-Pazifikoa litio-ioizko bateriaren merkaturik handiena izango da 2030erako, zerbitzu publikoek eta industriek bultzatuta. Ipar Amerika eta Europa gaindituko ditu 2030ean 7.070 milioi dolarreko merkatuarekin, 2021ean 1.240 milioi dolarretik haziz,% 21,3ko CAGRarekin. Ipar Amerika eta Europa izango dira hurrengo bi hamarkadetan euren ekonomiak eta sarea dekarbonizatzeko helburuak direla eta. LATAMek hazkunde-tasarik handiena% 21,4ko CAGR-n ikusiko du tamaina txikiagoa eta oinarri baxua duelako.

7 Kontuan hartu beharreko gauzak Kalitate handiko litio ioi baterietarako

Eguzki-inbertsore optiko bat erostean, prezioa eta kalitatea ez ezik, beste faktore batzuk ere kontuan izan behar dira.

l Energia-dentsitatea

Energia dentsitatea bolumen unitateko biltegiratutako energia kopurua da. Pisu eta tamaina gutxiagorekin energia-dentsitate handiagoa zabalagoa da karga-zikloen artean.

l  Segurtasuna

Segurtasuna da litio-ioizko baterien beste alderdi kritiko bat kargatzen edo deskargatzean gerta daitezkeen leherketak eta suteak direla eta, beraz, beharrezkoa da segurtasun-mekanismo hobetuak dituzten bateriak hautatzea, hala nola tenperatura sentsoreak eta substantzia inhibitzaileak.

l Mota

Litio-ioizko baterien industriako azken joeretako bat egoera solidoko baterien garapena da, eta hainbat abantaila eskaintzen ditu, hala nola, energia-dentsitate handiagoa eta bizi-ziklo luzeagoa. Esaterako, auto elektrikoetan egoera solidoko bateriak erabiltzeak nabarmen handituko ditu haien autonomia-gaitasuna eta segurtasuna.

l Kargatzeko tasa

Kargatzeko abiadura bateria modu seguruan kargatzen den abiaduraren araberakoa da. Batzuetan, bateriak denbora asko behar du kargatzeko erabili ahal izateko.

l Bizi-iraupena

 Ez da bateriarik irauten bizitza osoan, baina iraungitze data du. Egiaztatu iraungitze-data erosketa egin aurretik. Litio-ioizko bateriek bizitza luzeagoa dute bere kimikagatik, baina bateria bakoitza desberdina da motaren, zehaztapenen eta egiteko moduaren arabera. Kalitate handiko bateriak gehiago iraungo dute barnean material finez eginda daudenez.