Dè a th 'ann am Bataraidhean Lithium Ion?

1. Dè a th 'ann am Bataraidhean Lithium Ion?

Tha bataraidh na stòr de chumhachd dealain anns a bheil aon no barrachd ceallan electrochemical le ceanglaichean taobh a-muigh airson cumhachd a thoirt do innealan dealain. Tha bataraidh lithium-ion no Li-ion na sheòrsa de bataraidh ath-thagraidh a bhios a’ cleachdadh an lughdachadh reversible de ianan lithium gus lùth a stòradh agus tha e ainmeil an ìre àrd aca dùmhlachd lùtha.

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 tha iad air an dèanamh suas de ghrunn shreathan de stuthan a tha air a rèiteachadh ann an òrdugh sònraichte gus am pròiseas electrochemical a dhèanamh nas fhasa a’ toirt comas don bataraidh lùth a stòradh agus a leigeil ma sgaoil - anod, catode, 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 an anod grafait cunntachail airson gabhail ri agus stòradh ions lithium. Nuair a tha am bataraidh air an leigeil ma sgaoil, bidh na h-ianan lithium a’ gluasad bhon anod chun chatod gus am bi an sruth dealain air a chruthachadh. San fharsaingeachd an anod as cumanta a chleachdadh gu malairteach Is e grafait a th’ ann, a tha na staid làn-litrichte de LiC6 a’ ceangal ris an ìre as àirde comas 1339 C/g (372 mAh/g). Ach le leasachadh theicneòlasan, ùr chaidh stuthan leithid silicon a rannsachadh gus an dùmhlachd lùtha a leasachadh airson bataraidhean lithium-ion.

Dè th' ann an catod?

Bidh catode ag obair gus gabhail ri agus leigeil ma sgaoil ions lithium le deagh chìs rè cearcallan làithreach. Mar as trice tha e air a dhèanamh suas de structar sreathach de ocsaid leaghte (leithid lithium cobalt oxide), polyanion (leithid lithium iarann ​​phosphate) no spinel (leithid lithium manganese oxide) còmhdaichte air neach-cruinneachaidh chìsean (mar as trice air a dhèanamh de alùmanum).

Dè a th 'ann an electrolyte?

Mar salann lithium ann an solvent organach, tha an electrolyte a 'frithealadh mar mheadhan airson ions lithium gluasad eadar an anod agus 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 gu casg a chur air an anod (dealanach àicheil) agus catode (dealanach dearbhach) bho giorrachadh, leis gu bheil an ìre seo comasach do ianan lithium ach chan ann gu dealanan. Tha e faodaidh iad cuideachd dèanamh cinnteach gu bheil sruthadh cunbhalach de ianan eadar na dealanan aig àm cosgais agus a' sgaoileadh. Mar sin, faodaidh am bataraidh bholtadh seasmhach a chumail agus lughdachadh cunnart ro theth, losgadh no spreadhadh.

Dè a th’ ann an neach-cruinneachaidh gnàthach?

Tha an neach-cruinneachaidh gnàthach air a dhealbhadh gus an sruth a chaidh a thoirt a-mach leis an dealanan bataraidh agus ga ghiùlan chun chuairt a-muigh, is e sin cudromach gus dèanamh cinnteach à coileanadh as fheàrr agus fad-beatha a’ bhataraidh. Agus mar as trice bidh e 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, aon de na Is e na h-eisimpleirean as tràithe bataraidh CuF2/Li a chaidh a leasachadh le NASA ann an 1965. Agus èiginn ola bhuail an saoghal anns na 1970n, thionndaidh luchd-rannsachaidh an aire gu roghainn eile stòran lùtha, agus mar sin b’ e an adhartas a thug a-mach an cruth as tràithe den Chaidh bataraidh Li-ion ùr-nodha a dhèanamh air sgàth cuideam aotrom agus lùth àrd dùmhlachd bataraidhean lithium-ion. Aig an aon àm, Stanley Whittingham à Exxon faighinn a-mach gum faodadh ianan lithium a bhith air an cur a-steach do stuthan leithid TiS2 gu cruthaich bataraidh ath-thagraidh 

Mar sin dh’ fheuch e ris a’ bhataraidh seo a mhalairteachadh ach air fàilligeadh air sgàth cosgais àrd agus làthaireachd lithium meatailteach anns na ceallan. Ann an 1980 chaidh stuth ùr a lorg a bha a’ tabhann bholtadh nas àirde agus bha e tòrr a bharrachd seasmhach ann an èadhar, a bhiodh air a chleachdadh nas fhaide air adhart anns a’ chiad bataraidh Li-ion malairteach, ged nach d' fhuasgail e, leis fein, a' cheist bhuan An aon bhliadhna, dh'innlich Rachid Yazami an lithium graphite dealan (anod). Agus an uairsin ann an 1991, a’ chiad lithium-ion ath-thagraidh san t-saoghal thòisich bataraidhean a’ dol a-steach don mhargaidh 

Ann an 2000, an t-iarrtas airson lithium-ion mheudaich bataraidhean mar a dh’ fhàs fèill mhòr air innealan dealanach so-ghiùlain, a bhios a’ draibheadh bataraidhean lithium-ion a bhith nas sàbhailte agus nas seasmhaiche. Bha carbadan dealain air a thoirt a-steach ann an 2010, a chruthaich margaidh ùr airson bataraidhean lithium-ion. Tha an leasachadh pròiseasan agus stuthan saothrachaidh ùra, leithid anodes silicon agus solid-state electrolytes, a 'leantainn air adhart a' leasachadh coileanadh agus sàbhailteachd bataraidhean lithium-ion. An-diugh, tha bataraidhean lithium-ion air fàs riatanach ann an ar beatha làitheil, mar sin rannsachadh agus leasachadh stuthan ùra agus tha teicneòlasan a’ dol air adhart gus coileanadh, èifeachdas agus sàbhailteachd a leasachadh na bataraidhean seo.

4.The Seòrsan Bataraidhean Lithium Ion

Bidh bataraidhean lithium-ion a 'tighinn ann an caochladh chumaidhean agus mheudan, agus chan eil iad uile tha iad air an deanamh co-ionann. 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 cobalt lithium no lithium-ion cobalt orra. Tha catod cobalt oxide aca agus anod carbon grafait, agus ions lithium imrich bhon anod chun chatode aig àm sgaoilidh, leis an t-sruth a’ dol air ais nuair a thèid am bataraidh a ghearradh. A thaobh an tagraidh, tha iad air an cleachdadh ann an so-ghiùlain innealan dealanach, carbadan dealain, agus siostaman stòraidh lùth ath-nuadhachail air sgàth an lùth sònraichte àrd aca, ìre fèin-sgaoilidh ìosal, obrachadh àrd bholtaids agus raon teòthachd farsaing.But thoir aire do na draghan sàbhailteachd co-cheangailte ri comas ruith teirmeach agus neo-sheasmhachd aig àrd teodhachd.

l Lithium Manganese Oxide

Tha Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) na stuth catod a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann am bataraidhean lithium-ion. Bha an teicneòlas airson bataraidh den t-seòrsa seo an toiseach a chaidh a lorg anns na 1980n, leis a’ chiad fhoillseachadh anns an Materials Research Iris ann an 1983. Is e aon de na buannachdan aig LiMn2O4 gu bheil deagh theàrlach aige seasmhachd, a’ ciallachadh nach eil e cho dualtach eòlas fhaighinn air ruith teirmeach, a tha Tha iad 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 gus stuthan catode anns a bheil goireasan cuibhrichte leithid cobalt. Mar thoradh, lorgar iad gu tric ann an uidheamachd agus innealan meidigeach, innealan cumhachd, dealan baidhsagal-motair, agus tagraidhean eile. A dh'aindeoin a buannachdan, LiMn2O4 nas bochda seasmhachd rothaireachd an coimeas ri LiCoO2, a tha a’ ciallachadh gum faodadh gum feum e barrachd ath-chur gu tric, agus mar sin is dòcha nach bi e cho freagarrach airson stòradh lùth fad-ùine siostaman.

l Lithium Iarann ​​​​Phosphate (LFP)

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

l Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Bataraidhean Lithium Nickel manganese Cobalt Oxide, ris an canar gu tric NMC bataraidhean, air an togail de ghrunn stuthan a tha uile-choitcheann bataraidhean lithium-ion. Catod air a dhèanamh de mheasgachadh de nicil, manganese, agus tha cobalt air a thoirt a-steach. Tha an dùmhlachd lùth àrd aige, coileanadh rothaireachd math, agus a tha beatha fhada air a dhèanamh mar a’ chiad roghainn ann an carbadan dealain, stòradh clèithe siostaman, agus tagraidhean àrd-choileanaidh eile, a tha air tuilleadh cur ris ris an fhàs a tha a’ còrdadh ri carbadan dealain agus siostaman lùth ath-nuadhachail. Gu àrdachadh comas, thathas a’ cleachdadh electrolytes ùra agus stuthan cur-ris gus a dhèanamh comasach cosgais gu 4.4V / cealla agus nas àirde 

Tha gluasad a dh’ ionnsaigh Li-ion measgachadh NMC bhon uair sin tha an siostam èifeachdach a thaobh cosgais agus a’ toirt seachad deagh choileanadh. Nickel, manganese, agus tha cobalt nan trì stuthan gnìomhach a dh'fhaodar a chur còmhla gu furasta airson a bhith freagarrach airson farsaingeachd raon de thagraidhean siostaman stòraidh chàraichean is lùth (EES) a dh’ fheumas rothaireachd tric. Às an sin chì sinn gu bheil an teaghlach NMC a’ fàs nas motha eadar-mheasgte Ach, na fo-bhuaidhean aige bho ruith teirmeach, cunnartan teine ​​​​agus àrainneachd dh’ fhaodadh draghan bacadh a chur air tuilleadh leasachaidh.

l Titanate lithium

Tha lithium titanate, ris an canar gu tric li-titanate, na sheòrsa de bataraidh aig a bheil a àireamh de chleachdaidhean a tha a’ sìor fhàs. Air sgàth na nanicneòlas adhartach aige, tha e comasach dha cuir cosgais agus sgaoileadh gu sgiobalta fhad ‘s a chumas tu bholtadh seasmhach, a tha ga dhèanamh air leth freagarrach airson tagraidhean àrd-chumhachd leithid carbadan dealain, malairteach agus siostaman stòraidh lùtha gnìomhachais, agus stòradh aig ìre clèithe 

Còmhla ris a sàbhailteachd agus earbsachd, dh’ fhaodadh na bataraidhean sin a bhith air an cleachdadh airson armachd agus itealain iarrtasan, a bharrachd air a bhith a’ stòradh lùth gaoithe is grèine agus a’ togail smart cliathaichean. A bharrachd air an sin, a rèir Battery Space, dh’ fhaodadh na bataraidhean sin a bhith air fhastadh ann an cùl-taic a tha deatamach don t-siostam cumhachd. A dh'aindeoin sin, lithium titanate tha bataraidhean buailteach a bhith nas daoire na bataraidhean lithium-ion traidiseanta ri phàigheadh don phròiseas saothrachaidh iom-fhillte a dh’ fheumar gus an toirt gu buil.

5.The Trends Leasachaidh de Lithium Ion Bataraidhean

Tha fàs cruinneil ionadan lùth ath-nuadhachail air a dhol am meud cinneasachadh lùtha eadar-amail, a’ cruthachadh cliath neo-chothromach. Tha seo air leantainn gu a iarrtas airson battery.while am fòcas air sgaoilidhean gualain neoni agus feum air gluasad air falbh bho chonnadh fosail, is e sin gual, airson cinneasachadh cumhachd brosnaich barrachd riaghaltasan gus ionadan cumhachd grèine is gaoithe a bhrosnachadh. Tha iad seo bidh ionadan freagarrach airson siostaman stòraidh bataraidh a bhios a’ stòradh cus cumhachd gineadh 

Mar sin, brosnachaidhean riaghaltais gus bataraidh Li-ion a bhrosnachadh bidh ionadan 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 na feumalachdan a tha a 'sìor fhàs de thagraidhean ag iarraidh trom Thathas an dùil gun dèan luchdan bataraidhean lithium-ion de 3000-10000 as luaithe roinn a’ fàs anns an ùine ro-mheasta (2022-2030).

6. Mion-sgrùdadh tasgaidh air Bataraidhean Lithium Ion

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

l Mion-sgrùdadh cleachdaiche deireannach

Tha ionadan san roinn goireis nam prìomh stiùirean airson stòradh lùth bataraidh siostaman (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 34.4% nas àirde CAGR mar thoradh air an ìre fàis ìosal aca. Stòradh lùth còmhnaidh agus malairteach tha roinnean 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 ath dhà deicheadan. Tha companaidhean telecom agus ionadan dàta aig fìor thoiseach lughdachadh sgaoilidhean gualain le fòcas nas motha air tobraichean cumhachd ath-nuadhachail. Uile a bhrosnaicheas leasachadh luath bataraidhean lithium-ion mar bidh companaidhean a’ lorg dhòighean air 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 bataraidhean gluasadan leasachaidh bataraidhean lithium-ion. Àrd-bholtaids LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) le dùmhlachd lùtha teòiridheach àrd mar aon den fheadhainn as gealltanach Co-saor stuthan catod nas fhaide air adhart. A bharrachd air an sin, dhearbh na toraidhean deuchainneach sin tha coileanadh rothaireachd agus ìre C de bataraidh LNMO air a leasachadh le bhith a’ cleachdadh an leth-chruaidh electrolyte. Faodar seo a mholadh gu bheil an COF anionic comasach a’ gabhail a-steach gu làidir an Mn3 +/Mn2+ agus Ni2+ tro eadar-obrachadh Coulomb, a’ cur stad air an imrich millteach don anod. Mar sin, bidh an obair seo a bhith buannachdail do mhalairteachadh stuth catod LNMO.

l Mion-sgrùdadh Roinneil

Bidh Asia-Pacific mar a’ mhargaidh bataraidh lithium-ion pàipearachd as motha le 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 a-steach 2021 aig CAGR de 21.3%. Bidh Ameireaga a-Tuath agus an Roinn Eòrpa mar an ath fhear as motha margaidhean mar thoradh air na h-amasan aca gus na h-eaconamaidhean agus an cliath aca a dhì-charbonachadh thairis air an ath fhear dà fhichead bliadhna. Chì LATAM an ìre fàis as àirde aig CAGR de 21.4% air sgàth de 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 feum a’ phrìs agus an càileachd a bhith beachdachadh, bu chòir feartan eile a chumail ann an cuimhne cuideachd.

l Dùmhlachd Lùth

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

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’ cur cosgais no a ’sgaoileadh, mar sin feumar tagh bataraidhean le dòighean sàbhailteachd nas fheàrr, leithid mothachaidhean teothachd agus stuthan bacaidh.

l Seòrsa

Is e aon de na gluasadan as ùire ann an gnìomhachas bataraidh lithium-ion an leasachadh bataraidhean solid-state, a tha a’ tabhann raon de bhuannachdan leithid dùmhlachd lùtha nas àirde agus cearcall beatha nas fhaide. Mar eisimpleir, cleachdadh Meudaichidh bataraidhean stàite cruaidh ann an càraichean dealain an raon aca gu mòr comas agus 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’ chrìoch ceann-latha mus dèan thu ceannach. Tha gnè nas fhaide aig bataraidhean lithium-ion beatha air sgàth 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. Bidh bataraidhean de chàileachd àrd mairidh iad nas fhaide leis gu bheil iad air an dèanamh de stuthan grinn a-staigh.