Que son as baterías de iones de litio?
1. Que son as baterías de iones de litio?
Unha batería é unha fonte de enerxía eléctrica formada por unha ou máis pilas electroquímicas con conexións externas para alimentar dispositivos eléctricos. Unha batería de iones de litio ou de iones de litio é un tipo de batería recargable que utiliza o redución reversible dos ións de litio para almacenar enerxía e é famoso a súa alta densidade de enerxía.
2. Estrutura das baterías de iones de litio
Xeralmente, a maioría das baterías de iones de litio comerciais usan compostos de intercalación como materiais activos. Normalmente consisten en varias capas de materiais que son dispostos nunha orde específica para facilitar o proceso electroquímico que permite que a batería almacene e libere enerxía: ánodo, cátodo, electrólito, separador e colector de corrente.
Que é o ánodo?
Como compoñente da batería, o ánodo xoga un papel importante na capacidade, rendemento e durabilidade da batería. Cando se carga, o ánodo de grafito é responsable de aceptar e almacenar ións de litio. Cando a batería está descargados, os ións de litio móvense do ánodo ao cátodo de forma que an créase corrente eléctrica. Xeralmente o ánodo de uso comercial máis común é grafito, que no seu estado totalmente litiado de LiC6 correlaciona cun máximo capacidade de 1339 C/g (372 mAh/g). Pero co desenvolvemento das tecnoloxías, novas investigáronse materiais como o silicio para mellorar as densidades de enerxía para baterías de iones de litio.
Que é o cátodo?
O cátodo traballa para aceptar e liberar ións de litio cargados positivamente durante ciclos actuais. Normalmente consiste nunha estrutura en capas dun óxido en capas (como óxido de litio cobalto), un polianión (como fosfato de ferro de litio) ou unha espinela (como o óxido de litio manganeso) recuberta nun colector de carga (normalmente feito de aluminio).
Que é o electrólito?
Como sal de litio nun disolvente orgánico, o electrólito serve como medio para que os ións de litio se movan entre o ánodo e o cátodo durante a carga e descargando.
Que é o separador?
Como unha fina membrana ou capa de material non condutor, o separador funciona para evitar que o ánodo (electrodo negativo) e o cátodo (electrodo positivo). curtocircuito, xa que esta capa é permeable aos ións de litio pero non aos electróns. Iso tamén pode garantir o fluxo constante de ións entre os electrodos durante a carga e descarga. Polo tanto, a batería pode manter unha tensión estable e reducir o risco de quecemento, combustión ou explosión.
Que é o colector actual?
O colector de corrente está deseñado para recoller a corrente producida polo electrodos da batería e transpórtao ao circuíto externo, que é importante para garantir un rendemento óptimo e a lonxevidade da batería. E normalmente está feito dunha fina folla de aluminio ou cobre.
3. Historia do desenvolvemento das baterías de ión-litio
A investigación sobre baterías recargables de ión-litio data da década de 1960, unha das Os primeiros exemplos son unha batería CuF2/Li desenvolvida pola NASA en 1965. E a crise do petróleo chegou ao mundo na década de 1970, os investigadores centraron a súa atención na alternativa fontes de enerxía, polo que o avance que produciu a forma máis antiga da A batería moderna de iones de litio foi feita debido ao peso lixeiro e á alta enerxía densidade das baterías de iones de litio. Ao mesmo tempo, Stanley Whittingham de Exxon descubriu que os ións de litio podían inserirse en materiais como o TiS2 crear unha batería recargable
Entón intentou comercializar esta batería pero fallou debido ao alto custo e á presenza de litio metálico nas células. En 1980 descubriuse un novo material que ofrecía unha maior tensión e era moito máis estable no aire, que máis tarde se utilizaría na primeira batería comercial de iones de litio, aínda que non resolveu por si só o persistente problema de inflamabilidade.O mesmo ano, Rachid Yazami inventou o grafito de litio electrodo (ánodo). E despois, en 1991, o primeiro ión de litio recargable do mundo as baterías comezaron a entrar no mercado
Na década de 2000, a demanda de iones de litio as baterías aumentaron a medida que se popularizaron os dispositivos electrónicos portátiles, que accionan baterías de iones de litio para ser máis seguras e duradeiras. Os vehículos eléctricos foron introducido na década de 2010, o que creou un novo mercado para as baterías de ión-litio. O desenvolvemento de novos procesos e materiais de fabricación, como os ánodos de silicio e electrólitos de estado sólido, continuou mellorando o rendemento e a seguridade de baterías de iones de litio. Hoxe en día, as baterías de iones de litio volvéronse imprescindibles nosa vida diaria, polo que a investigación e desenvolvemento de novos materiais e tecnoloxías están en curso para mellorar o rendemento, a eficiencia e a seguridade de estas baterías.
4.Os tipos de baterías de iones de litio
As baterías de ión-litio teñen unha variedade de formas e tamaños, e non todas fanse iguais. Normalmente hai cinco tipos de baterías de iones de litio.
l Óxido de cobalto de litio
As baterías de óxido de litio cobalto están fabricadas a partir de carbonato de litio e cobalto e tamén se coñecen como baterías de cobalto de litio ou baterías de ión-litio cobalto. Teñen un cátodo de óxido de cobalto e un ánodo de carbono de grafito e ións de litio migran do ánodo ao cátodo durante a descarga, co fluxo inverso cando a batería está cargada. En canto á súa aplicación, utilízanse en portátiles dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos e sistemas de almacenamento de enerxía renovable debido á súa alta enerxía específica, baixa taxa de autodescarga, alto funcionamento tensión e amplo rango de temperatura. Pero preste atención aos problemas de seguridade relacionado co potencial de fuga térmica e inestabilidade elevada temperaturas.
l Óxido de manganeso de litio
O óxido de litio manganeso (LiMn2O4) é un material catódico que se usa habitualmente en baterías de iones de litio. A tecnoloxía para este tipo de baterías foi inicialmente descuberto na década de 1980, coa primeira publicación na revista Materials Research Boletín de 1983. Unha das vantaxes do LiMn2O4 é que ten unha boa térmica estabilidade, o que significa que é menos probable que experimente fuga térmica, o que tamén son máis seguras que outros tipos de baterías de iones de litio. Ademais, o manganeso é abundante e amplamente dispoñible, o que o converte nunha opción máis sostible en comparación para materiais catódicos que conteñen recursos limitados como o cobalto. Como resultado, atópanse con frecuencia en equipos e dispositivos médicos, ferramentas eléctricas e eléctricas motocicletas e outras aplicacións. A pesar das súas vantaxes, LiMn2O4 máis pobre estabilidade cíclica en comparación co LiCoO2, o que significa que pode requirir máis substitución frecuente, polo que pode non ser tan axeitado para o almacenamento de enerxía a longo prazo sistemas.
l Fosfato de ferro de litio (LFP)
O fosfato úsase a miúdo como cátodo nas baterías de fosfato de ferro e litio coñecidas como baterías de li-fosfato. A súa baixa resistencia mellorou a súa térmica estabilidade e seguridade. Tamén son famosos pola durabilidade e un longo ciclo de vida, o que os converte na opción máis rendible para outros tipos de iones de litio baterías. En consecuencia, estas baterías úsanse con frecuencia en bicicletas eléctricas e outras aplicacións que requiren un longo ciclo de vida e altos niveis de seguridade. Pero as súas desvantaxes dificultan o desenvolvemento rápido. En primeiro lugar, en comparación con outros tipos de baterías de ión-litio, custan máis porque usan raras e materias primas caras. Ademais, as baterías de fosfato de ferro de litio teñen a menor tensión de funcionamento, o que significa que poden non ser axeitados para algúns aplicacións que requiren unha maior tensión. O seu tempo de carga máis longo fai que sexa un desvantaxe en aplicacións que requiren unha recarga rápida.
l Litio níquel manganeso óxido cobalto (NMC)
Baterías de litio níquel manganeso de óxido de cobalto, moitas veces coñecidas como NMC baterías, están construídos cunha variedade de materiais que son universais baterías de iones de litio. Un cátodo construído cunha mestura de níquel, manganeso e cobalto está incluído. A súa alta densidade enerxética, un bo rendemento en bicicleta e a longa vida útil converteuno na primeira opción en vehículos eléctricos, almacenamento na rede sistemas e outras aplicacións de alto rendemento, o que contribuíu aínda máis á crecente popularidade dos vehículos eléctricos e dos sistemas de enerxía renovable. Para aumentar a capacidade, empréganse novos electrólitos e aditivos para facelo carga a 4,4 V/célula e superior
Desde entón, hai unha tendencia cara ao Li-ion mesturado con NMC o sistema é rendible e ofrece un bo rendemento. níquel, manganeso, e cobalto son tres materiais activos que se poden combinar facilmente para adaptarse a un amplo gama de aplicacións de sistemas de almacenamento de enerxía e automoción (EES) que requiren ciclismo frecuente. Dende o que podemos ver que a familia NMC é cada vez máis diversa Con todo, os seus efectos secundarios de fuga térmica, riscos de incendio e ambientais as preocupacións poden dificultar o seu desenvolvemento posterior.
l Titanato de litio
O titanato de litio, coñecido a miúdo como titanato de litio, é un tipo de batería que ten a crecente número de usos. Debido á súa nanotecnoloxía superior, é capaz de facelo carga e descarga rapidamente mantendo unha tensión estable, o que o fai ben axeitado para aplicacións de alta potencia como vehículos eléctricos, comerciais e sistemas de almacenamento de enerxía industrial, e almacenamento a nivel de rede
Xunto co seu seguridade e fiabilidade, estas baterías poderían usarse para uso militar e aeroespacial aplicacións, así como almacenar enerxía eólica e solar e construír smart reixas. Ademais, segundo Battery Space, estas baterías poderían ser empregado nas copias de seguridade do sistema de alimentación críticas. Non obstante, titanato de litio as baterías adoitan ser máis caras que as tradicionales de iones de litio ao complexo proceso de fabricación necesario para fabricalos.
5.As tendencias de desenvolvemento das baterías de ións de litio
O crecemento global das instalacións de enerxías renovables aumentou produción de enerxía intermitente, creando unha rede desequilibrada. Isto levou a a demanda de baterías.mentres que o foco en cero emisións de carbono e necesidade de moverse lonxe dos combustibles fósiles, é dicir, carbón, para a produción de enerxía solicita máis gobernos para incentivar as instalacións de enerxía solar e eólica. Estes as instalacións préstanse a sistemas de almacenamento de baterías que almacenan o exceso de enerxía xerado
Polo tanto, os incentivos gobernamentais para incentivar a batería Li-ion as instalacións tamén impulsan o desenvolvemento de baterías de ión-litio. Por exemplo, prevese que o tamaño do mercado global de baterías de iones de litio NMC creza a partir de dólares estadounidenses millóns en 2022 a millóns de dólares en 2029; espérase que medre a un CAGR do % de 2023 a 2029. E as necesidades crecentes de aplicacións que demandan pesadas cargas prevese que as baterías de iones de litio de 3000-10000 sexan as máis rápidas segmento en crecemento durante o período de previsión (2022-2030).
6. A análise do investimento das baterías de ións de litio
Espérase que a industria do mercado das baterías de ión de litio creza a partir dos 51,16 USD millóns en 2022 ata 118.150 millóns de dólares en 2030, mostrando un valor anual composto taxa de crecemento do 4,72% durante o período de previsión (2022-2030), que depende de varios factores.
l Análise do usuario final
As instalacións do sector de servizos públicos son impulsores fundamentais para o almacenamento de enerxía da batería sistemas (BESS). Espérase que este segmento pase de 2.250 millóns de dólares en 2021 a 5,99 millóns de dólares en 2030 cun CAGR do 11,5%. As baterías de iones de litio mostran un 34,4% máis alto CAGR debido á súa baixa base de crecemento. Almacenamento de enerxía residencial e comercial segmentos son outras áreas cun gran potencial de mercado de 5.510 millóns de dólares en 2030, de 1.680 millóns de dólares en 2021. O sector industrial continúa a súa marcha cara cero emisións de carbono, e as empresas comprometen cero emisións nos próximos dous décadas. As empresas de telecomunicacións e centros de datos están á vangarda na redución emisións de carbono con un maior enfoque nas fontes de enerxía renovables. Todos dos cales promoverá o rápido desenvolvemento das baterías de iones de litio como as empresas atopan formas de garantir unha copia de seguridade fiable e o equilibrio da rede.
l Análise do tipo de produto
Debido ao alto prezo do cobalto, a batería sen cobalto é unha das tendencias de desenvolvemento de baterías de ión-litio. LiNi de alta tensión 0,5Mn1,5O4 (LNMO) con alta densidade de enerxía teórica é un dos máis prometedores Co-free materiais de cátodo en máis. Ademais, os resultados experimentais demostraron que o rendemento cíclico e C-rate da batería LNMO mellórase usando o electrolito semisólido. Isto pódese propoñer que o COF aniónico é capaz absorbendo fortemente o Mn3+/Mn2+ e o Ni2+ mediante a interacción de Coulomb, freando a súa migración destrutiva ao ánodo. Polo tanto, este traballo será ser beneficioso para la comercialización de material de cátodo LNMO.
l Análise Rexional
Asia-Pacífico será o maior mercado de baterías estacionarias de iones de litio 2030, impulsado polos servizos públicos e as industrias. Superará a América do Norte e Europa cun mercado de 7.070 millóns de dólares en 2030, pasando de 1.240 millóns de dólares en 2030. 2021 cun CAGR do 21,3%. Norteamérica e Europa serán os seguintes mercados debido aos seus obxectivos de descarbonizar as súas economías e a súa rede durante o próximo dúas décadas. LATAM verá a maior taxa de crecemento cun CAGR do 21,4% porque do seu menor tamaño e base baixa.
7. Cousas a considerar para unhas baterías de iones de litio de alta calidade
Ao mercar un inversor solar óptico, non só debe ser o prezo e a calidade considerado, tamén se deben ter en conta outros factores.
l Densidade enerxética
A densidade de enerxía é a cantidade de enerxía almacenada por unidade de volume. Máis alto densidade de enerxía con menos peso e tamaño é máis extensa entre cargas ciclos.
l Seguridade
A seguridade é outro aspecto crítico das baterías de ión-litio desde as explosións e incendios que se poidan producir durante a carga ou a descarga, polo que é necesario elixe baterías con mecanismos de seguridade mellorados, como sensores de temperatura e substancias inhibidoras.
l Tipo
Unha das últimas tendencias na industria das baterías de iones de litio é a desenvolvemento de baterías de estado sólido, que ofrece unha serie de beneficios como maior densidade de enerxía e ciclo de vida máis longo. Por exemplo, o uso de as baterías de estado sólido dos coches eléctricos aumentarán significativamente a súa autonomía capacidade e seguridade.
l Taxa de carga
A velocidade de carga depende da rapidez con que se carga a batería de forma segura. Ás veces, a batería tarda moito en cargarse antes de que se poidan usar.
l Vida útil
A batería non funciona durante toda a vida útil, pero ten unha data de caducidade. Comproba a caducidade data antes de realizar a compra. As baterías de iones de litio teñen unha duración inherente máis longa vida debido á súa química, pero cada batería difire entre si dependendo de o tipo, especificacións e a forma en que están feitos. As baterías de alta calidade serán duran máis xa que están feitos de materiais finos no seu interior.
iFlowPower is a leading manufacturer of renewable energy.
