Zer da litio ioizko bateriak?

1. Zer da litio ioizko bateriak?

Bateria bat edo gehiagoz osatutako energia elektriko iturri bat da Gailu elektrikoak elikatzeko kanpoko konexioak dituzten zelula elektrokimikoak. Litio-ioi edo Li-ioizko bateria kargagarria den bateria mota bat da Litio ioien murrizketa itzulgarria energia gordetzeko eta famatua da haien altua energia-dentsitatea.

2. Litio ioietako baterien egitura

Orokorrean, Li-ioizko bateria komertzialek elkarren arteko konposatuak erabiltzen dituzte material aktiboak. Normalean hainbat material geruzaz osatuta daude prozesu elektrokimikoa errazteko ordena zehatz batean antolatuta bateriak energia gordetzeko eta askatzeko aukera ematen du - anodoa, katodoa, elektrolitoa, bereizlea eta korronte-biltzailea.

Zer da anodoa?

Bateriaren osagai gisa, anodoak paper garrantzitsua betetzen du ahalmenean, errendimendua eta bateriaren iraunkortasuna. Kargatzean, grafitozko anodoa da litio ioiak onartu eta gordetzeaz arduratzen da. Bateria dagoenean deskargatuta, litio ioiak anodotik katodora mugitzen dira an korronte elektrikoa sortzen da. Orokorrean komertzialki erabiltzen den anodoa grafitoa da, LiC6-ren egoera guztiz litiatuan maximo batekin erlazionatzen dena 1339 C/g-ko edukiera (372 mAh/g). Baina teknologien garapenarekin, berria silizioa bezalako materialak ikertu dira energia-dentsitateak hobetzeko litio-ioizko baterietarako.

Zer da katodoa?

Katodoak positiboki kargatutako litio ioiak onartzeko eta askatzeko lan egiten du egungo zikloak. Normalean geruza oxido baten egitura geruza batez osatuta dago (adibidez, litio kobalto oxidoa), polianion bat (adibidez, litio burdin fosfatoa) edo espinela (adibidez, litio manganeso oxidoa) karga-biltzaile batean estalita (normalean aluminioz egina).

Zer da elektrolitoa?

Disolbatzaile organiko batean litio gatz gisa, elektrolitoak bitarteko gisa balio du kargatzean litio ioiak anodoaren eta katodoaren artean mugi daitezen eta isurtzen.

Zer da bereizlea?

Mintz mehe edo material ez-eroaleko geruza gisa, bereizleak funtzionatzen du saihestu anodoa (elektrodo negatiboa) eta katodoa (elektrodo positiboa). laburdura, geruza hau litio ioiekiko iragazkorra baita, baina ez elektroientzat. It kargatzean elektrodoen arteko ioien fluxu etengabea ere berma dezake eta isurtzea. Hori dela eta, bateriak tentsio egonkorra mantendu eta murriztu dezake gehiegi berotzeko, erretzeko edo lehertzeko arriskua.

Zer da egungo bildumagilea?

Korronte-kolektoreak sortutako korrontea biltzeko diseinatuta dago bateriaren elektrodoak eta kanpoko zirkuitura garraiatzen ditu, hau da garrantzitsua da bateriaren errendimendu eta iraupen optimoa bermatzeko. Eta normalean aluminiozko edo kobrezko xafla mehe batez egina dago.

3. Litio ioi baterien garapenaren historia

Li-ioizko bateria kargagarriei buruzko ikerketa 1960ko hamarkadakoa da, horietako bat 1965ean NASAk garatu zuen CuF2/Li bateria bat da adibiderik lehenena. Eta petrolioaren krisia 1970eko hamarkadan mundura iritsi zen, ikertzaileek alternatibetara bideratu zuten arreta energia-iturriak, beraz, aurrerapena sortu zuen formarik goiztiarra Li-ioi bateria modernoa pisu arina eta energia handia duelako egin zen litio ioi baterien dentsitatea. Aldi berean, Exxoneko Stanley Whittingham aurkitu zuen litio ioiak TiS2 bezalako materialetan sar litezkeela sortu bateria kargagarria 

Beraz, bateria hau komertzializatzen saiatu zen baina porrot egin zuen kostu handiagatik eta zeluletan litio metalikoaren presentziagatik. 1980an material berria aurkitu zen tentsio handiagoa eskaintzen zuen eta askoz gehiago zen airean egonkorra, gero Li-ioizko lehen bateria komertzialean erabiliko zena, nahiz eta, bere kabuz, arazo iraunkorra konpondu ez sukoitasuna.Urte berean, Rachid Yazamik litio grafitoa asmatu zuen elektrodoa (anodoa). Eta gero 1991n, munduko lehen litio-ioi kargagarria bateriak merkatuan sartzen hasi ziren 

2000ko hamarkadan, litio-ioiaren eskaria bateriak handitu egin ziren gailu elektroniko eramangarriak ezagun egin ziren heinean, eta horrek gidatzen du litio-ioizko bateriak seguruagoak eta iraunkorragoak izateko. Ibilgailu elektrikoak ziren 2010eko hamarkadan aurkeztu zen, eta horrek litio-ioizko baterien merkatu berri bat sortu zuen. The fabrikazio prozesu eta material berrien garapena, hala nola, silizio anodoak eta egoera solidoko elektrolitoak, errendimendua eta segurtasuna hobetzen jarraitu zuten litio-ioizko bateriak. Gaur egun, litio-ioizko bateriak ezinbestekoak bihurtu dira gure eguneroko bizitza, beraz, material berrien ikerketa eta garapena eta teknologiak etengabeko errendimendua, eraginkortasuna eta segurtasuna hobetzeko bateria hauek.

4.Litio Ioi Baterien Motak

Litio-ioizko bateriak hainbat forma eta tamaina dituzte, eta ez guztiak berdin egiten dira. Normalean, bost litio-ioizko bateria mota daude.

l Litio kobalto oxidoa

Litio kobalto oxidozko bateriak litio karbonatoz fabrikatzen dira eta kobaltoa eta litio kobaltato edo litio-ioizko kobaltozko bateriak ere ezagutzen dira. Kobalto oxidoaren katodoa eta grafitozko karbono anodoa eta litio ioiak dituzte deskargan anodotik katodora migratu, fluxua alderantzikatuz bateria kargatzen denean. Bere aplikazioari dagokionez, eramangarrietan erabiltzen dira gailu elektronikoak, ibilgailu elektrikoak eta energia berriztagarriak biltegiratzeko sistemak energia espezifiko handiagatik, autodeskarga-tasa baxuagatik, funtzionamendu handiagatik tentsioa eta tenperatura-tarte zabala. Baina arreta jarri segurtasun-kontuei Ihesaldi termikorako eta ezegonkortasun handiko potentzialarekin lotuta tenperaturak.

l Litio Manganeso Oxidoa

Litio manganeso oxidoa (LiMn2O4) normalean erabiltzen den material katodoa da litio-ioizko piletan.Bateria mota honen teknologia hasieran zegoen 1980ko hamarkadan aurkitu zen, Materials Research aldizkarian lehen argitalpenarekin 1983ko Buletina. LiMn2O4-ren abantailetako bat termiko ona duela da egonkortasuna, hots, ihesaldi termikoa jasateko aukera gutxiago duela, eta horrek litio-ioizko beste bateria mota batzuk baino seguruagoak dira. Gainera, manganesoa da ugaria eta eskuragarria, eta horrek aukera jasangarriagoa bihurtzen du alderatuta kobaltoa bezalako baliabide mugatuak dituzten material katodeatzeko. Ondorioz, sarritan aurkitzen dira mediku ekipamendu eta gailuetan, erreminta elektrikoetan, elektrikoetan motozikletak eta beste aplikazio batzuk. Bere abantailak izan arren, LiMn2O4 pobreagoa bizikletaren egonkortasuna LiCoO2-rekin alderatuta, eta horrek esan nahi du gehiago eska dezakeela maiz ordezkatzea, beraz, baliteke epe luzerako energia biltegiratzeko bezain egokia ez izatea sistemak.

l Litio Burdin Fosfatoa (LFP)

Fosfatoa katodo gisa erabiltzen da litio-burdin fosfato baterietan, askotan li-fosfato pilak bezala ezagutzen dira. Haien erresistentzia baxuak beren termikoa hobetu dute egonkortasuna eta segurtasuna. Iraunkortasunagatik eta bizi-ziklo luzeagatik ere ezagunak dira, litio-ioi mota batzuen aurrean aukerarik errentagarriena bihurtzen dutenak bateriak. Ondorioz, bateria hauek maiz erabiltzen dira bizikleta elektrikoetan eta bizitza-ziklo luzea eta segurtasun-maila handia eskatzen duten beste aplikazio batzuk. Baina bere desabantailek zaila egiten dute azkar garatzea. Lehenik eta behin, aldean litio-ioizko beste bateria mota batzuk, gehiago kostatzen dira arraroak erabiltzen dituztelako eta lehengai garestiak. Horrez gain, litio-burdina fosfato bateriek a funtzionamendu-tentsio txikiagoa, hau da, baliteke batzuentzat egokiak ez izatea tentsio handiagoa eskatzen duten aplikazioak. Kargatzeko denbora luzeagoa izateak a desabantaila karga azkar bat behar duten aplikazioetan.

l Litio nikela manganeso kobalto oxidoa (NMC)

Litio-Nikel Manganeso Kobalto Oxidozko bateriak, sarritan NMC izenez ezagutzen direnak bateriak, unibertsalak diren hainbat materialez eraikita daude litio-ioizko bateriak. Nikel, manganeso eta nahasketaz eraikitako katodoa kobaltoa sartzen da. Bere energia-dentsitate handia, txirrindularitza-errendimendu ona eta a bizitza luzeak ibilgailu elektrikoetan, sareko biltegiratzeetan, lehen aukera bihurtu du sistemak eta errendimendu handiko beste aplikazio batzuk, eta horrek gehiago lagundu du ibilgailu elektrikoen eta energia berriztagarrien sistemen ospe gero eta handiagoari. To ahalmena handitu, elektrolito eta gehigarri berriak erabiltzen dira gaitzeko kargatu 4.4V/zelula eta handiagoa 

Geroztik, NMC nahastutako Li-ioirako joera dago sistema errentagarria da eta errendimendu ona eskaintzen du. nikela, manganesoa, eta kobaltoa zabal batera egokitzeko erraz konbina daitezkeen hiru material aktibo dira eskatzen duten automobilgintza eta energia biltegiratzeko sistemen (EES) aplikazio sorta bizikleta maiz ibiltzea. Bertatik ikusi dezakegu NMC familia gero eta gehiago ari dela askotariko Hala ere, bere ihes termikoa, sute arriskuak eta ingurumen-ondorioak kezkak bere garapena oztopa dezake.

l Litio Titanatoa

Litio titanatoa, sarritan li-titanato gisa ezagutzen dena, bateria mota bat da erabilera kopurua gero eta handiagoa da. Bere nanoteknologia bikaina dela eta, gai da azkar kargatu eta deskargatu tentsio egonkorra mantenduz, eta horrek egiten du potentzia handiko aplikazioetarako egokia da, hala nola ibilgailu elektrikoak, komertzialak eta industria-energia biltegiratzeko sistemak, eta sare-mailako biltegiratzea 

Berearekin batera segurtasuna eta fidagarritasuna, bateria hauek militar eta aeroespazialerako erabil litezke aplikazioak, baita haizea eta eguzki-energia gordetzea eta smart eraikitzea ere saretak. Gainera, Battery Space-ren arabera, bateria hauek izan litezke sistema elektrikoaren babeskopietan lan egiten da. Hala ere, litio titanatoa bateriak litio-ioizko bateriak baino garestiagoak izan ohi dira horiek ekoizteko behar den fabrikazio prozesu konplexuari.

5.Litio ioietako baterien garapen joerak

Energia berriztagarrien instalazioen hazkunde globala areagotu egin da energia-ekoizpena tarteka, sare desorekatua sortuz. Horrek ekarri du a baterien eskaria.zero karbono-isurietan arreta jarri eta mugitu beharra dagoen bitartean erregai fosiletatik urrun, hots, ikatzatik, energia ekoizteko gehiago eskatzen du gobernuek eguzki eta energia eolikoko instalazioak sustatzeko. Hauek instalazioek gehiegizko potentzia gordetzen duten bateriak biltegiratzeko sistemak eskaintzen dituzte sortu 

Hori dela eta, gobernuaren pizgarriak Li-ioi bateria sustatzeko instalazioek litio ioizko baterien garapena ere bultzatzen dute. Adibidez, NMC Litio-Ioi Baterien merkatuaren tamaina AEBetatik aurrera haziko dela aurreikusten da milioi 2022an milioi dolar 2029an; % CAGR batean haztea espero da 2023tik 2029ra. Eta astunak eskatzen dituzten aplikazioen behar gero eta handiagoak kargak 3000-10000 litio-ioizko bateriak azkarrenak izan daitezen aurreikusten da hazten ari den segmentua aurreikusitako aldian (2022-2030).

6. Litio Ioi Baterien inbertsioaren azterketa

Litio-ioizko baterien merkatuaren industria 51,16 USD izatetik haziko dela aurreikusten da milioi 2022an 118.150 milioi USD 2030ean, urteko konposatua erakutsiz % 4,72ko hazkunde-tasa aurreikusitako aldian (2022-2030), eta horren araberakoa da. hainbat faktore.

l Azken erabiltzaileen analisia

Zerbitzu-sektoreko instalazioak bateriaren energia biltegiratzeko funtsezko eragileak dira sistemak (BESS). Segmentu hau 2021ean 2.250 milioi dolarretik haziko dela espero da 5.990 mila milioi dolar 2030ean % 11,5eko CAGR batean. Li-ioizko bateriek % 34,4 handiagoa erakusten dute CAGR hazkunde-oinarri baxua dela eta. Etxebizitza eta merkataritzako energia biltegiratzea segmentuak 2030ean 5.510 milioi dolarreko merkatu-potentzial handia duten beste eremu batzuk dira, 2021ean 1.680 mila milioi dolarretik. Industria sektoreak bidean jarraitzen du zero karbono isuriak, hurrengo bietan zero konpromiso garbiak egiten dituzten enpresek hamarkadak. Telekomunikazio eta datu zentroetako enpresak murrizketan abangoardian daude karbono-isuriak energia-iturri berriztagarrietan arreta handiagoa jarriz. Denak horietatik litio-ioizko baterien garapen azkarra sustatuko du enpresek babeskopia fidagarria eta sarearen oreka ziurtatzeko moduak aurkitzen dituzte.

l Produktu Moten Analisia

Kobaltoaren prezio altua denez, kobaltorik gabeko bateria bat da litio-ioizko baterien garapen joerak. Goi-tentsioko LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) energia-dentsitate teoriko altuarekin itxaropentsuenetakoa da Co-free katodo materialak aurrerago. Gainera, emaitza esperimentalek hori frogatu zuten LNMO bateriaren txirrindularitza eta C-tasa errendimendua hobetzen da erabiliz elektrolito erdi solidoa. Hau COF anionikoa egiteko gai dela proposa daiteke Mn3+/Mn2+ eta Ni2+ biziki xurgatuz Coulomben elkarrekintzaren bidez, anodorako migrazio suntsitzailea mugatuz. Hori dela eta, lan honek egingo du onuragarria izan LNMO katodoaren materiala merkaturatzeko.

l Eskualdeen Azterketa

Asia-Pazifikoa litio-ioizko bateriaren merkaturik handiena izango da 2030, utilitateek eta industriek bultzatuta. Ipar Amerika gaindituko du eta 2030ean 7.070 milioi dolarreko merkatua duen Europa, 1.240 milioi dolarretik haziz. 2021ean %21,3ko CAGRan. Ipar Amerika eta Europa izango dira hurrengo handienak merkatuak beren ekonomiak eta sarea hurrengoan dekarbonizatzeko helburuak direla eta bi hamarkada. LATAMek hazkunde-tasarik handiena %21,4ko CAGR-n ikusiko du bere tamaina txikiagokoa eta oinarri baxukoa.

7. Kontuan hartu beharreko gauzak Kalitate handiko litio ioi baterietarako

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

l Energia-dentsitatea

Energia dentsitatea bolumen unitateko biltegiratutako energia kopurua da. Gorago pisu eta tamaina gutxiago duen energia dentsitatea zabalagoa da kargatzen artean zikloak.

l Segurtasuna

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

l Mota

Litio-ioizko baterien industrian azken joeretako bat da egoera solidoko baterien garapena, hainbat abantaila eskaintzen dituena, esaterako energia-dentsitate handiagoa eta bizi-ziklo luzeagoa. Adibidez, erabilera Auto elektrikoetako bateriek nabarmen handituko dute beren 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 iraungipena erosketa egin aurreko data. Litio ioizko bateriak berezko denbora luzeagoa dute bizitza bere kimika dela eta, baina bateria bakoitza desberdina da bata bestearen arabera mota, zehaztapenak eta egiteko modua. Kalitate handiko bateriak izango dira gehiago irauten dute barruan material finez eginda daudenez.