Mi az a lítium-ion akkumulátor?
1. Mi az a lítium-ion akkumulátor?
Az akkumulátor egy vagy több elemből álló elektromos áramforrás elektrokémiai cellák külső csatlakozásokkal elektromos eszközök táplálására. A lítium-ion vagy Li-ion akkumulátor olyan típusú újratölthető akkumulátor, amely a A lítium-ionok visszafordítható redukciója az energia tárolására, és híres magasról energiasűrűség.
2. A lítium-ion akkumulátorok felépítése
Általában a legtöbb kereskedelmi forgalomban lévő Li-ion akkumulátor interkalációs vegyületeket használ, mint pl aktív anyagok. Általában több réteg anyagból állnak, amelyek meghatározott sorrendbe rendezve az elektrokémiai folyamat megkönnyítése érdekében, amely lehetővé teszi az akkumulátor számára az energia tárolását és felszabadítását – anód, katód, elektrolit, szeparátor és áramgyűjtő.
Mi az anód?
Az akkumulátor elemeként az anód fontos szerepet játszik a kapacitásban, az akkumulátor teljesítménye és tartóssága. Töltéskor a grafit anód az felelős a lítiumionok befogadásáért és tárolásáért. Amikor az akkumulátor kisütve a lítium ionok az anódról a katódra mozognak úgy, hogy an elektromos áram keletkezik. Általában a kereskedelmi forgalomban leggyakrabban használt anód a grafit, amely teljesen lítiumos LiC6 állapotában a maximális értékkel korrelál kapacitása 1339 C/g (372 mAh/g). De a technológiák fejlődésével új Az olyan anyagokat, mint a szilícium, az energiasűrűség javítására kutatták lítium-ion akkumulátorokhoz.
Mi az a katód?
A katód a pozitív töltésű lítium-ionok befogadására és felszabadítására dolgozik jelenlegi ciklusok. Általában egy réteges oxid réteges szerkezetéből áll (például lítium-kobalt-oxid), polianion (például lítium-vas-foszfát) vagy töltésgyűjtőre bevont spinell (például lítium-mangán-oxid) (általában alumíniumból készült).
Mi az elektrolit?
Szerves oldószerben lítium sóként az elektrolit közegként szolgál hogy a lítium-ionok töltés közben az anód és a katód között mozogjanak és kisütés.
Mi az a szeparátor?
Vékony membránként vagy nem vezető anyagból készült rétegként az elválasztó működik akadályozza meg az anódot (negatív elektródát) és a katódot (pozitív elektródát) a rövidzárlat, mivel ez a réteg áteresztő a lítium-ionok számára, de nem az elektronok számára. Azt töltés közben is biztosíthatja az ionok egyenletes áramlását az elektródák között és kisütés. Ezért az akkumulátor stabil feszültséget tarthat fenn és csökkentheti túlmelegedés, égés vagy robbanás veszélye.
Mi az az áramgyűjtő?
Az áramgyűjtő arra szolgál, hogy összegyűjtse az általa termelt áramot az akkumulátor elektródáit, és a külső áramkörbe szállítja fontos az akkumulátor optimális teljesítménye és hosszú élettartama érdekében. És általában jellemzően vékony alumínium- vagy rézlemezből készül.
3. A lítium-ion akkumulátorok fejlesztési története
Az újratölthető Li-ion akkumulátorokkal kapcsolatos kutatások az 1960-as évekre nyúlnak vissza, az egyik A legkorábbi példa a NASA által 1965-ben kifejlesztett CuF2/Li akkumulátor. És az olajválság Az 1970-es években elérte a világot, a kutatók figyelmüket az alternatívák felé fordították energiaforrások, így az áttörés, amely a legkorábbi formáját hozta létre a A modern Li-ion akkumulátor a könnyű súly és a nagy energia miatt készült a lítium-ion akkumulátorok sűrűsége. Ugyanakkor Stanley Whittingham az Exxontól felfedezte, hogy a lítium-ionok olyan anyagokba illeszthetők be, mint a TiS2 hozzon létre egy újratölthető akkumulátort
Ezért megpróbálta kereskedelmi forgalomba hozni ezt az akkumulátort, de meghiúsult a magas költségek és a fémes lítium cellákban való jelenléte miatt. 1980-ban új anyagot találtak, amely nagyobb feszültséget kínál, és sokkal többet levegőben stabil, amelyet később az első kereskedelmi forgalomban lévő Li-ion akkumulátorban használnak, bár önmagában nem oldotta meg a makacs kérdés gyúlékonyság.Ugyanabban az évben Rachid Yazami feltalálta a lítiumgrafitot elektróda (anód). Aztán 1991-ben a világ első újratölthető lítium-ionja az akkumulátorok piacra kerültek
A 2000-es években a lítium-ion iránti kereslet A hordozható elektronikai eszközök népszerűvé válásával az akkumulátorok megnövekedtek, ami meghajtó lítium-ion akkumulátorokat, hogy biztonságosabbak és tartósabbak legyenek. Az elektromos járművek voltak 2010-ben vezették be, ami új piacot teremtett a lítium-ion akkumulátorok számára. A új gyártási eljárások és anyagok, például szilícium anódok fejlesztése és szilárdtest elektrolitok, tovább javították a teljesítményt és a biztonságot lítium-ion akkumulátorok. Napjainkban a lítium-ion akkumulátorok elengedhetetlenekké váltak mindennapi életünket, így az új anyagok kutatása és fejlesztése ill technológiák folyamatosan javítják a teljesítményt, a hatékonyságot és a biztonságot ezeket az akkumulátorokat.
4. A lítium-ion akkumulátorok típusai
A lítium-ion akkumulátorok többféle formában és méretben kaphatók, és nem mindegyik egyenlővé teszik őket. Általában ötféle lítium-ion akkumulátor létezik.
l Lítium-kobalt-oxid
A lítium-kobalt-oxid akkumulátorokat lítium-karbonátból és kobalt és lítium-kobaltát vagy lítium-ion kobalt akkumulátorokként is ismertek. Van egy kobalt-oxid katód és egy grafit szénanód, valamint lítium-ionok kisülés közben az anódról a katódra vándorolnak, miközben az áramlás megfordul amikor az akkumulátor fel van töltve. Ami az alkalmazását illeti, hordozható elektronikus eszközök, elektromos járművek és megújuló energiatároló rendszerek magas fajlagos energiájuk, alacsony önkisülésük, magas működésük miatt feszültség és széles hőmérséklet-tartomány.De ügyeljen a biztonsági szempontokra a termikus menekülés és a magas instabilitás lehetőségével kapcsolatos hőmérsékletek.
l lítium-mangán-oxid
A lítium-mangán-oxid (LiMn2O4) egy általánosan használt katódanyag. lítium-ion akkumulátorokban. Az ilyen típusú akkumulátorok technológiája kezdetben az volt az 1980-as években fedezték fel, az első publikációval az Anyagkutatásban Közlöny 1983-ban. A LiMn2O4 egyik előnye, hogy jó termikus stabilitás, ami azt jelenti, hogy kisebb valószínűséggel tapasztal termikus kifutást, ami biztonságosabbak is, mint a többi lítium-ion akkumulátortípus. Ezenkívül a mangán az bőséges és széles körben elérhető, ami összehasonlítva fenntarthatóbb megoldássá teszi korlátozott erőforrásokat, például kobaltot tartalmazó anyagok katódjára. Ennek eredményeként gyakran megtalálhatók orvosi berendezésekben és eszközökben, elektromos szerszámokban, elektromos motorkerékpárok és egyéb alkalmazások. Előnyei ellenére a LiMn2O4 szegényebb kerékpározási stabilitás a LiCoO2-hoz képest, ami azt jelenti, hogy többre lehet szükség gyakori csere, így nem biztos, hogy olyan alkalmas hosszú távú energiatárolásra rendszerek.
l Lítium-vas-foszfát (LFP)
A foszfátot gyakran használják katódként a lítium-vas-foszfát akkumulátorokban Li-foszfát akkumulátorok néven ismertek. Alacsony ellenállásuk javítja a hőt stabilitás és biztonság. A tartósságukról és a hosszú élettartamukról is híresek, amelyek a legköltséghatékonyabb megoldást jelentik más típusú lítium-ionokhoz képest akkumulátorok. Következésképpen ezeket az akkumulátorokat gyakran használják elektromos kerékpárokban és más alkalmazások, amelyek hosszú élettartamot és magas szintű biztonságot igényelnek. De hátrányai megnehezítik a gyors fejlődést. Először is ahhoz képest más típusú lítium-ion akkumulátorok, ezek többe kerülnek, mert ritka ill drága nyersanyagok. Ezenkívül a lítium-vas-foszfát akkumulátorok a alacsonyabb üzemi feszültség, ami azt jelenti, hogy egyeseknek nem megfelelőek nagyobb feszültséget igénylő alkalmazások. Hosszabb töltési ideje miatt a hátrány a gyors újratöltést igénylő alkalmazásoknál.
l Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC)
Lítium-nikkel-mangán kobalt-oxid akkumulátorok, gyakran NMC néven ismertek akkumulátorok, különféle anyagokból készülnek, amelyek univerzálisak lítium-ion akkumulátorok. Egy katód, amely nikkel, mangán és kobalt is benne van. Nagy energiasűrűsége, jó kerékpáros teljesítménye és a a hosszú élettartam az első választássá tette az elektromos járművek, hálózati tárolók terén rendszerek és más nagy teljesítményű alkalmazások, ami tovább járult hozzá az elektromos járművek és a megújuló energiarendszerek növekvő népszerűségére. To A kapacitás növelése érdekében új elektrolitokat és adalékokat használnak töltse fel 4,4 V/cellára és magasabbra
Azóta tendencia figyelhető meg az NMC-kevert Li-ion felé a rendszer költséghatékony és jó teljesítményt nyújt. nikkel, mangán, és a kobalt három aktív anyag, amelyek könnyen kombinálhatók, hogy megfeleljenek a széles autóipari és energiatároló rendszerek (EES) alkalmazások széles skálája, amelyekre szükség van gyakori kerékpározás. Amiből láthatjuk, hogy az NMC család egyre több változatos Azonban mellékhatásai a termikus menekülés, a tűzveszély és a környezeti aggályok hátráltathatják további fejlődését.
l Lítium-titanát
A lítium-titanát, gyakran lítium-titanát néven ismert, olyan akkumulátortípus, amely a növekvő számú felhasználás. Kiváló nanotechnológiájának köszönhetően képes gyorsan tölt és kisüt, miközben stabil feszültséget tart fenn, ami azt eredményezi kiválóan alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, például elektromos járművekhez, kereskedelmi járművekhez és ipari energiatároló rendszerek, valamint hálózati szintű tárolás
Azzal együtt A biztonság és a megbízhatóság miatt ezek az akkumulátorok katonai és űrhajózási célokra használhatók alkalmazások, valamint a szél- és napenergia tárolása és az intelligens építés rácsok. Továbbá a Battery Space szerint ezek az akkumulátorok lehetnek energiarendszer-rendszerkritikus biztonsági mentéseknél alkalmazzák. Ennek ellenére lítium-titanát az akkumulátorok általában drágábbak, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok az előállításukhoz szükséges összetett gyártási folyamathoz.
5. A lítium-ion akkumulátorok fejlesztési trendjei
A megújulóenergia-létesítmények globális növekedése nőtt szakaszos energiatermelés, kiegyensúlyozatlan hálózat kialakítása. Ez oda vezetett, hogy a az akkumulátorok iránti kereslet.miközben a hangsúly a nulla szén-dioxid-kibocsátáson és a mozgásigényen van távolabb a fosszilis tüzelőanyagoktól, nevezetesen a széntől, az energiatermelés érdekében többet kér a kormányokat a nap- és szélerőművek ösztönzésére. Ezek a telepítések alkalmasak a felesleges energiát tároló akkumulátortároló rendszerekre generált
Ezért a kormány ösztönzi a Li-ion akkumulátort a létesítmények a lítium-ion akkumulátorok fejlesztését is ösztönzik. Például, az NMC Lithium-Ion akkumulátorok globális piacának mérete az előrejelzések szerint USA dollárról nő millió 2022-ben millió USD 2029-re; várhatóan %-os CAGR-rel fog növekedni 2023-tól 2029-ig. És a növekvő igényeket igénylő alkalmazások nagy Az előrejelzések szerint a 3000-10 000-es lítium-ion akkumulátorok a leggyorsabbak növekvő szegmensben az előrejelzési időszakban (2022-2030).
6. A lítium-ion akkumulátorok befektetési elemzése
A lítium-ion akkumulátorok piaca az előrejelzések szerint 51,16 USD-ról nő milliárd dollár 2022-ben 118,15 milliárd dollárra 2030-ra, ami összetett éves 4,72%-os növekedési ütem az előrejelzési időszakban (2022-2030), ami több tényezőt.
l Végfelhasználói elemzés
A közüzemi szektor telepítései kulcsfontosságúak az akkumulátoros energia tárolásában rendszerek (BESS). Ez a szegmens a 2021-es 2,25 milliárd dollárról várhatóan növekedni fog 5,99 milliárd dollár 2030-ban 11,5%-os CAGR mellett. A Li-ion akkumulátorok magasabb, 34,4%-ot mutatnak CAGR alacsony növekedési bázisuk miatt. Lakossági és kereskedelmi energiatárolás szegmensek más területek, amelyek nagy piaci potenciállal rendelkeznek, 2030-ban 5,51 milliárd dollár, 1,68 milliárd dollárról 2021-ben. Az ipari szektor tovább halad afelé nulla szén-dioxid-kibocsátás, a következő kettőben nettó nulla kötelezettséget vállalnak a vállalatok évtizedekben. A távközlési és adatközponti cégek élen járnak a csökkentésben szén-dioxid-kibocsátás, nagyobb hangsúlyt fektetve a megújuló energiaforrásokra. Minden amelyekből elősegíti a lítium-ion akkumulátorok gyors fejlődését, mint a vállalatok megtalálják a módját a megbízható biztonsági mentés és a hálózati kiegyenlítés biztosításának.
l Terméktípus elemzés
A kobalt magas ára miatt a kobaltmentes akkumulátor az egyik a lítium-ion akkumulátorok fejlesztési trendjei. Nagyfeszültségű LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) nagy elméleti energiasűrűséggel az egyik legígéretesebb Co-mentes katód anyagok a tovább. Ráadásul a kísérleti eredmények is ezt bizonyították az LNMO akkumulátor kerékpározási és C-sebességű teljesítménye javul a félszilárd elektrolit. Feltételezhető, hogy az anionos COF képes erre Coulomb-kölcsönhatás révén erősen elnyeli az Mn3+/Mn2+ és Ni2+, visszatartva a pusztító migrációjukat az anód felé. Ezért ez a munka lesz előnyös lehet az LNMO katódanyag kereskedelmi forgalomba hozatala szempontjából.
l Regionális elemzés
Ázsia-csendes-óceáni térség lesz a legnagyobb helyhez kötött lítium-ion akkumulátorok piaca 2030, a közművek és az ipar által vezérelve. Megelőzi Észak-Amerikát és Európa 2030-ban 7,07 milliárd dolláros piaccal, ami 1,24 milliárd dollárról nő 2021-ben 21,3%-os CAGR-rel. Észak-Amerika és Európa lesz a következő legnagyobb gazdaságuk és hálózatuk szén-dioxid-mentesítésére irányuló céljaik miatt két évtized. A LATAM a legmagasabb növekedési rátát 21,4%-os CAGR mellett fogja látni, mert kisebb méretének és alacsony bázisának köszönhetően.
7. Jó minőségű lítium-ion akkumulátorok, amelyeket figyelembe kell venni
Optikai szoláris inverter vásárlásakor nem csak az ár és a minőség kell figyelembe kell venni, más tényezőket is szem előtt kell tartani.
l Energiasűrűség
Az energiasűrűség az egységnyi térfogatban tárolt energia mennyisége. Magasabb az energiasűrűség kisebb súly és méret mellett nagyobb a töltések között ciklusok.
l Biztonság
A biztonság a lítium-ion akkumulátorok másik kritikus szempontja a robbanások óta és tüzek, amelyek töltés vagy kisütés közben keletkezhetnek, ezért szükséges válasszon továbbfejlesztett biztonsági mechanizmusokkal, például hőmérséklet-érzékelőkkel ellátott akkumulátorokat és gátló anyagok.
l Típus
A lítium-ion akkumulátoripar egyik legújabb trendje a szilárdtest akkumulátorok fejlesztése, amely egy sor előnyt kínál, mint pl nagyobb energiasűrűség és hosszabb életciklus. Például a használata az elektromos autók szilárdtest akkumulátorai jelentősen megnövelik a hatótávolságukat képesség és biztonság.
l Töltési sebesség
A töltés sebessége attól függ, hogy az akkumulátor milyen gyorsan töltődik biztonságosan. Néha az akkumulátorok hosszú ideig töltődnek, mielőtt használhatók.
l Élettartam
Az akkumulátor nem működik a teljes élettartam alatt, de van egy lejárati ideje. Ellenőrizze a lejáratot dátumot a vásárlás előtt. A lítium-ion akkumulátorok hosszabb élettartammal rendelkeznek kémiájának köszönhetően élettartama, de minden akkumulátor különbözik egymástól típusa, specifikációi és gyártási módja. Kiváló minőségű akkumulátorok lesznek tovább tartanak, mivel belül finom anyagokból készültek.
iFlowPower is a leading manufacturer of renewable energy.
