Dè a th 'ann am Bataraidhean Lithium Ion

1 Dè a th’ ann am Bataraidhean Lithium Ion?

Tha bataraidh na stòr cumhachd dealain anns a bheil aon no barrachd cheallan electrochemical le ceanglaichean taobh a-muigh airson cumhachd a thoirt do innealan dealain Is e seòrsa de bhataraidh ath-thagraidh a th’ ann am bataraidh lithium-ion no Li-ion a bhios a’ cleachdadh lughdachadh ianan lithium gus lùth a stòradh agus a tha ainmeil airson an dùmhlachd lùtha àrd aca.

2 Structar Bataraidhean Lithium Ion

Mar as trice bidh a’ mhòr-chuid de Bhataraidhean Li-ion malairteach a’ cleachdadh todhar eadar-cheangail mar stuthan gnìomhach. Mar as trice bidh iad a ’toirt a-steach grunn shreathan de stuthan a tha air an rèiteachadh ann an òrdugh sònraichte gus am pròiseas electrochemical a dhèanamh comasach a leigeas leis a’ bhataraidh lùth a stòradh agus a leigeil ma sgaoil - anod, catod, electrolyte, dealaiche agus neach-cruinneachaidh gnàthach.

Dè a th' ann an anod?

Mar phàirt den bhataraidh, tha àite cudromach aig anod ann an comas, coileanadh agus seasmhachd a’ bhataraidh. Nuair a bhios tu a’ cur cosgais, tha uallach air an anod grafait airson a bhith a’ gabhail ri agus a’ stòradh ianan lithium. Nuair a thèid am bataraidh a leigeil ma sgaoil, gluaisidh na h-ianan lithium bhon anod chun chatode gus an tèid sruth dealain a chruthachadh. Mar as trice is e grafait an anod as cumanta a thathas a’ cleachdadh gu malairteach, a tha anns an staid làn litiated aige de LiC6 a’ ceangal ri comas as àirde de 1339 C / g (372 mAh / g) Ach le leasachadh theicneòlasan, chaidh stuthan ùra leithid silicon a rannsachadh gus an dùmhlachd lùtha airson bataraidhean lithium-ion a leasachadh.

Dè th' ann an catod?

Bidh catode ag obair gus gabhail ri agus leigeil ma sgaoil ions lithium le deagh chìsean rè na cuairtean gnàthach. Mar as trice bidh e a’ toirt a-steach structar sreathach de ogsaid le còmhdach (leithid lithium cobalt oxide), polyanion (leithid lithium iarann ​​phosphate) no spinel (leithid lithium manganese oxide) còmhdaichte air neach-cruinneachaidh cosgais (mar as trice air a dhèanamh le alùmanum) 

Dè a th 'ann an electrolyte?

Mar salann lithium ann an solvent organach, tha an electrolyte na mheadhan airson ianan lithium gluasad eadar an anod agus an catod aig àm cosgais agus sgaoileadh.

Dè a th’ ann an dealaiche?

Mar membran tana no còmhdach de stuth neo-ghiùlain, bidh dealaiche ag obair gus casg a chuir air an anod (electrode àicheil) agus catode (electrode dearbhach) bho bhith a’ giorrachadh, leis gu bheil an ìre seo comasach air ianan lithium ach chan ann gu dealanan. Faodaidh e cuideachd dèanamh cinnteach gum bi ianan a’ sruthadh gu cunbhalach eadar na dealanan aig àm cosgais agus sgaoileadh. Mar sin, faodaidh am bataraidh bholtadh seasmhach a chumail agus an cunnart bho bhith a’ teasachadh cus, losgadh no spreadhadh a lughdachadh.

Dè a th’ ann an neach-cruinneachaidh gnàthach?

Tha an neach-cruinneachaidh gnàthach air a dhealbhadh gus an sruth a thig a-mach le dealanan a’ bhataraidh a chruinneachadh agus a ghiùlan chun chuairt a-muigh, a tha cudromach gus dèanamh cinnteach à coileanadh as fheàrr agus fad-beatha a’ bhataraidh. Agus mar as trice bidh e mar as trice air a dhèanamh à duilleag tana de alùmanum no copar.

3 Eachdraidh Leasachaidh Bataraidhean Lithium Ion

Tha rannsachadh air bataraidhean Li-ion ath-thagraidh a’ dol air ais gu na 1960n, is e aon de na h-eisimpleirean as tràithe bataraidh CuF2/Li a chaidh a leasachadh le NASA ann an 1965 Agus bhuail èiginn na h-ola air an t-saoghal anns na 1970n, thionndaidh an luchd-rannsachaidh an aire gu stòran lùtha eile, agus mar sin chaidh am briseadh a chruthaich an cruth as tràithe de bataraidh Li-ion an latha an-diugh a dhèanamh air sgàth cuideam aotrom agus dùmhlachd lùth àrd bataraidhean lithium-ion. Aig an aon àm, lorg Stanley Whittingham à Exxon gum faodadh ianan lithium a bhith air an cur a-steach do stuthan leithid TiS2 gus bataraidh ath-thagraidh a chruthachadh. 

Mar sin dh'fheuch e ris a' bhataraidh seo a mhalairteachadh ach dh'fhàillig e air sgàth cosgais àrd agus làthaireachd lithium meatailteach anns na ceallan. Ann an 1980 chaidh stuth ùr a lorg a bha a 'tairgse bholtadh nas àirde agus bha e mòran na bu seasmhaiche ann an èadhar, a bhiodh air a chleachdadh nas fhaide air adhart anns a' chiad bataraidh Li-ion malairteach, ged nach do dh 'fhuasgail e, leis fhèin, a' chùis leantainneach de flammability. An aon bhliadhna, chruthaich Rachid Yazami an electrode lithium graphite (anod). Agus an uairsin ann an 1991, thòisich a’ chiad bataraidhean lithium-ion ath-thagraidh san t-saoghal a’ tighinn a-steach don mhargaidh. Anns na 2000n, mheudaich an t-iarrtas airson bataraidhean lithium-ion mar a dh’ fhàs mòr-chòrdte air innealan dealanach so-ghiùlain, a bhios a’ stiùireadh bataraidhean lithium-ion gu bhith nas sàbhailte agus nas seasmhaiche. Chaidh carbadan dealain a thoirt a-steach ann an 2010, a chruthaich margaidh ùr airson bataraidhean lithium-ion 

Lean leasachadh phròiseasan saothrachaidh agus stuthan ùra, leithid anodes silicon agus electrolytes solid-state, ag adhartachadh coileanadh agus sàbhailteachd bataraidhean lithium-ion. An-diugh, tha bataraidhean lithium-ion air fàs riatanach nar beatha làitheil, agus mar sin tha rannsachadh agus leasachadh stuthan agus teicneòlasan ùra a’ dol air adhart gus coileanadh, èifeachdas agus sàbhailteachd nan bataraidhean sin a leasachadh.

4.The Seòrsan Bataraidhean Lithium Ion

Bidh bataraidhean lithium-ion a 'tighinn ann an caochladh chumaidhean agus mheudan, agus chan eil iad uile air an dèanamh co-ionnan. Mar as trice tha còig seòrsaichean bataraidhean lithium-ion ann.

l Lithium Cobalt Oxide

Tha bataraidhean lithium cobalt oxide air an dèanamh bho lithium carbonate agus cobalt agus canar cuideachd bataraidhean lithium cobaltate no lithium-ion cobalt orra. Tha catod cobalt oxide aca agus anod gualain grafait, agus bidh ions lithium a’ gluasad bhon anod chun chatod nuair a thèid an leigeil ma sgaoil, leis an t-sruth a’ dol air ais nuair a thèid am bataraidh a ghearradh. A thaobh an tagraidh, bidh iad air an cleachdadh ann an innealan dealanach so-ghiùlain, carbadan dealain, agus siostaman stòraidh lùth ath-nuadhachail air sgàth an lùth sònraichte àrd, an ìre fèin-sgaoilidh ìosal, bholtachd obrachaidh àrd agus raon teòthachd farsaing. ris a’ chomas airson ruith teirmeach agus neo-sheasmhachd aig teòthachd àrd.

l Lithium Manganese Oxide

Is e stuth catod a th’ ann an Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann am bataraidhean lithium-ion. Is e aon de na buannachdan a tha aig LiMn2O4 gu bheil seasmhachd teirmeach math aige, a’ ciallachadh nach eil e cho dualtach eòlas fhaighinn air ruith teirmeach, a tha cuideachd nas sàbhailte na seòrsaichean bataraidh lithium-ion eile. A bharrachd air an sin, tha manganese pailt agus ri fhaighinn gu farsaing, a tha ga dhèanamh na roghainn nas seasmhaiche an taca ri stuthan catod anns a bheil goireasan cuibhrichte leithid cobalt. Mar thoradh air an sin, lorgar iad gu tric ann an uidheamachd agus innealan meidigeach, innealan cumhachd, baidhsagalan-motair dealain, agus tagraidhean eile. A dh 'aindeoin na buannachdan aige, tha seasmhachd rothaireachd nas miosa aig LiMn2O4 an coimeas ri LiCoO2, a tha a' ciallachadh gum faodadh gum bi feum air ath-chur nas trice, agus mar sin is dòcha nach bi e cho freagarrach airson siostaman stòraidh lùtha fad-ùine.

l Lithium Iarann ​​​​Phosphate (LFP)

Tha fosfat air a chleachdadh mar chatod ann am bataraidhean lithium iarann ​​phosphate, ris an canar gu tric bataraidhean li-phosphate. Tha an strì ìosal aca air an seasmhachd teirmeach agus an sàbhailteachd adhartachadh Tha iad cuideachd ainmeil airson seasmhachd agus cuairt-beatha fada, a tha gan dèanamh mar an roghainn as èifeachdaiche a thaobh cosgais airson seòrsachan eile de bataraidhean lithium-ion. Mar thoradh air an sin, bidh na bataraidhean sin air an cleachdadh gu tric ann am baidhsagalan dealain agus tagraidhean eile a dh’ fheumas cearcall-beatha fada agus ìrean àrda de shàbhailteachd. Ach tha na h-eas-bhuannachdan aige ga dhèanamh duilich leasachadh gu luath. An toiseach, an taca ri seòrsachan eile de bataraidhean lithium-ion, tha iad a 'cosg barrachd oir tha iad a' cleachdadh stuthan amh tearc agus daor. A bharrachd air an sin, tha bholtadh obrachaidh nas ìsle aig bataraidhean lithium iarann ​​phosphate, a tha a’ ciallachadh gur dòcha nach bi iad freagarrach airson cuid de thagraidhean a dh’ fheumas bholtaids nas àirde. Tha an ùine cosgais nas fhaide ga fhàgail na ana-cothrom ann an tagraidhean a dh’ fheumas ath-phàigheadh ​​​​luath.

l Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Tha bataraidhean Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide, ris an canar gu tric bataraidhean NMC, air an togail de ghrunn stuthan a tha uile-choitcheann ann am bataraidhean lithium-ion. Tha catod air a dhèanamh le measgachadh de nicil, manganese, agus cobalt air a thoirt a-steach Tha an dùmhlachd lùth àrd aige, deagh choileanadh rothaireachd, agus beatha fhada air a dhèanamh mar a’ chiad roghainn ann an carbadan dealain, siostaman stòraidh clèithe, agus tagraidhean àrd-choileanaidh eile, a tha air tuilleadh cur ri fàs mòr-chòrdte charbadan dealain agus siostaman lùth ath-nuadhachail. Gus comas àrdachadh, thathas a’ cleachdadh electrolytes agus stuthan cur-ris ùra gus leigeil leis cosgais a chuir gu 4.4V / cealla agus nas àirde. Tha gluasad ann a dh’ ionnsaigh Li-ion measgachadh NMC leis gu bheil an siostam èifeachdach a thaobh cosgais agus a’ toirt seachad deagh choileanadh. Tha Nickel, manganese, agus cobalt nan trì stuthan gnìomhach a dh’ fhaodadh a bhith air an cur còmhla gu furasta gus freagairt air raon farsaing de thagraidhean siostaman stòraidh chàraichean is lùth (EES) a dh’ fheumas rothaireachd tric.

 Bhon a chì sinn gu bheil an teaghlach NMC a’ fàs nas eadar-mheasgte

Ach, dh’ fhaodadh na fo-bhuaidhean aige bho ruith teirmeach, cunnartan teine ​​​​agus draghan àrainneachd bacadh a chuir air tuilleadh leasachaidh.

l Titanate lithium

Is e seòrsa de bhataraidh a th’ ann an titanate lithium, ris an canar gu tric li-titanate, aig a bheil barrachd is barrachd feuman. Air sgàth na nanicneòlas adhartach aige, is urrainn dha cosgais agus sgaoileadh gu luath fhad ‘s a chumas e bholtadh seasmhach, a tha ga dhèanamh gu math freagarrach airson tagraidhean àrd-chumhachd leithid carbadan dealain, siostaman stòraidh lùth malairteach is gnìomhachais, agus stòradh aig ìre clèithe. Còmhla ri sàbhailteachd agus earbsachd, dh’ fhaodadh na bataraidhean sin a bhith air an cleachdadh airson tagraidhean armachd agus aerospace, a bharrachd air a bhith a’ stòradh lùth gaoithe is grèine agus a’ togail ghriodan snasail. A bharrachd air an sin, a rèir Battery Space, dh’ fhaodadh na bataraidhean sin a bhith air an cleachdadh ann an cùl-taic a tha deatamach don t-siostam cumhachd Ach a dh’ aindeoin sin, tha bataraidhean titanate lithium buailteach a bhith nas daoire na bataraidhean lithium-ion traidiseanta air sgàth a’ phròiseas saothrachaidh iom-fhillte a dh’ fheumar airson an dèanamh.

5.The Trends Leasachaidh de Lithium Ion Bataraidhean

Tha fàs cruinneil ionadan lùth ath-nuadhachail air cinneasachadh lùtha eadar-amail àrdachadh, a’ cruthachadh cliath neo-chothromach. Tha seo air leantainn gu iarrtas airson bataraidhean. Bidh na h-ionadan sin freagarrach airson siostaman stòraidh bataraidh a bhios a’ stòradh cus cumhachd air a chruthachadh. Mar sin, tha brosnachaidhean riaghaltais gus ionadan bataraidh Li-ion a bhrosnachadh cuideachd a’ stiùireadh leasachadh bataraidhean lithium-ion Mar eisimpleir, thathas an dùil gum fàs meud margaidh cruinne Bataraidhean Lithium-Ion NMC bho US $ millean ann an 2022 gu US $ millean ann an 2029; thathar an dùil gum fàs e aig CAGR de % bho 2023 gu 2029  Agus thathas an dùil gun dèan feumalachdan àrdachadh thagraidhean a tha ag iarraidh luchdan troma bataraidhean lithium-ion de 3000-10000 mar an roinn as luaithe a tha a’ fàs anns an ùine a tha air a ro-innse (2022-2030).

6 Mion-sgrùdadh tasgaidh air Bataraidhean Lithium Ion

Thathas an dùil gum fàs gnìomhachas margaidh bataraidhean lithium-ion bho $ 51.16 billean ann an 2022 gu $ 118.15 billean ro 2030, a’ taisbeanadh ìre fàis bliadhnail toinnte de 4.72% anns an ùine ro-mheasta (2022-2030), a tha an urra ri grunn nithean.

l Mion-sgrùdadh cleachdaiche deireannach

Tha ionadan san roinn goireis nam prìomh stiùirean airson siostaman stòraidh lùth bataraidh (BESS). Thathas an dùil gum fàs an roinn seo bho $2.25 billean ann an 2021 gu $5.99 billean ann an 2030 aig CAGR de 11.5%.  Tha bataraidhean Li-ion a’ nochdadh CAGR de 34.4% nas àirde mar thoradh air a’ bhunait fàis ìosal aca. Tha roinnean stòraidh lùth còmhnaidh agus malairteach nan raointean eile le comas margaidh mòr de $ 5.51 billean ann an 2030, bho $ 1.68 billean ann an 2021. Tha an roinn gnìomhachais a’ leantainn air adhart leis a’ chaismeachd a dh’ ionnsaigh sgaoilidhean gualain neoni, le companaidhean a’ dèanamh geallaidhean glan-neoni anns an dà dheichead a tha romhainn. Tha companaidhean telecom agus ionadan dàta aig fìor thoiseach ann a bhith a’ lughdachadh sgaoilidhean gualain le fòcas nas motha air stòran cumhachd lùth ath-nuadhachail Bidh seo uile a’ brosnachadh leasachadh luath na  bataraidhean lithium-ion mar a bhios companaidhean a’ lorg dhòighean gus dèanamh cinnteach à cùl-taic earbsach agus cothromachadh clèithe.

l Mion-sgrùdadh Seòrsa Bathar

Air sgàth prìs àrd cobalt, tha bataraidh gun chobalt mar aon de na gluasadan leasachaidh air bataraidhean lithium-ion. Àrd-bholtaids LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) le àrd teòiridheach dùmhlachd lùtha aon de na gealltanach Co-free catod stuthan ann an tuilleadh. A bharrachd air an sin, dhearbh na toraidhean deuchainneach gu bheil coileanadh rothaireachd agus ìre C de bataraidh LNMO air a leasachadh le bhith a’ cleachdadh an electrolyte leth-chruaidh. Faodar seo a mholadh gu bheil an COF anionic comasach air Mn3 +/Mn2+ agus Ni2+ a ghabhail a-steach gu làidir tro eadar-obrachadh Coulomb, a’ bacadh an imrich millteach don anod. Mar sin, bidh an obair seo buannachdail do mhalairteachadh stuth catod LNMO.

l Mion-sgrùdadh Roinneil

Bidh Asia-Pacific mar a’ mhargaidh bataraidh lithium-ion pàipearachd as motha ro 2030, air a stiùireadh le goireasan agus gnìomhachasan. Thèid e seachad air Ameireaga a-Tuath agus an Roinn Eòrpa le margaidh de $7.07 billean ann an 2030, a’ fàs bho $1.24 billean ann an 2021 aig CAGR de 21.3%. Bidh Ameireaga a-Tuath agus an Roinn Eòrpa mar na h-ath mhargaidhean as motha air sgàth an amasan gus na h-eaconamaidhean agus an cliath aca a dhì-charbonachadh thairis air an dà dheichead a tha romhainn. Chì LATAM an ìre fàis as àirde aig CAGR de 21.4% air sgàth a mheud nas lugha agus a bhunait ìosal.

7 Rudan ri bheachdachadh airson bataraidhean lithium-ion àrd-inbhe

Nuair a bhios tu a ’ceannach inneal-tionndaidh grèine optigeach, chan e a-mhàin gum feumar beachdachadh air a’ phrìs agus an càileachd, ach bu chòir beachdachadh air factaran eile cuideachd.

l Dùmhlachd Lùth

Is e an dùmhlachd lùtha an ìre de lùth a tha air a stòradh a rèir meud aonad. Tha dùmhlachd lùth nas àirde le nas lugha de chuideam is meud nas fharsainge eadar cuairtean cosgais.

l  Sàbhailteachd

Tha sàbhailteachd na phàirt riatanach eile de bhataraidhean lithium-ion bho spreadhaidhean agus teintean a dh’ fhaodadh tachairt fhad ‘s a tha iad a’ togail cosgais no a ’leigeil às, agus mar sin feumar bataraidhean a thaghadh le dòighean sàbhailteachd nas fheàrr, leithid mothachairean teothachd agus stuthan bacaidh.

l Seòrsa

Is e aon de na gluasadan as ùire ann an gnìomhachas bataraidh lithium-ion leasachadh bataraidhean stàite cruaidh, a tha a’ tabhann raon de bhuannachdan leithid dùmhlachd lùtha nas àirde agus cearcall beatha nas fhaide. Mar eisimpleir, àrdaichidh cleachdadh bataraidhean stàite cruaidh ann an càraichean dealain gu mòr an comas raon agus an sàbhailteachd.

l Ìre cosgais

Tha an ìre cosgais an urra ri dè cho luath sa thèid am bataraidh a ghearradh gu sàbhailte. Aig amannan bheir am bataraidh ùine mhòr airson cosgais mus gabh an cleachdadh.

l Rè beatha

 Chan eil bataraidh a 'ruith fad na beatha ach tha ceann-latha crìochnachaidh aige. Thoir sùil air a’ cheann-latha crìochnachaidh mus dèan thu ceannach. Tha beatha nas fhaide gnèitheach aig bataraidhean lithium-ion mar thoradh air a cheimigeachd ach tha a h-uile bataraidh eadar-dhealaichte bho chèile a rèir an seòrsa, sònrachaidhean agus an dòigh anns a bheil iad air an dèanamh. Mairidh bataraidhean àrd-inbhe nas fhaide leis gu bheil iad air an dèanamh de stuthan math a-staigh.