Ի՞նչ են լիթիումի իոնային մարտկոցները:

1. Ի՞նչ են լիթիումի իոնային մարտկոցները:

Մարտկոցը էլեկտրական էներգիայի աղբյուր է, որը բաղկացած է մեկից կամ մի քանիսից Էլեկտրաքիմիական բջիջներ արտաքին միացումներով էլեկտրական սարքերի սնուցման համար: Lithium-ion կամ Li-ion մարտկոցը վերալիցքավորվող մարտկոցի տեսակ է, որն օգտագործում է Լիթիումի իոնների շրջելի կրճատումը էներգիա պահելու համար և հայտնի է դրանց բարձր մակարդակով էներգիայի խտությունը.

2. Լիթիումի իոնային մարտկոցների կառուցվածքը

Ընդհանրապես առևտրային Li-ion մարտկոցների մեծ մասը օգտագործում է ինտերկալացիոն միացություններ, ինչպես ակտիվ նյութեր. Դրանք սովորաբար բաղկացած են նյութերի մի քանի շերտերից, որոնք կազմակերպված հատուկ կարգով` հեշտացնելու էլեկտրաքիմիական գործընթացը, որը հնարավորություն է տալիս մարտկոցին պահել և ազատել էներգիան՝ անոդ, կաթոդ, էլեկտրոլիտ, բաժանարար և հոսանքի կոլեկտոր:

Ինչ է անոդը:

Որպես մարտկոցի բաղադրիչ, անոդը կարևոր դեր է խաղում հզորության մեջ, մարտկոցի արդյունավետությունը և ամրությունը: Լիցքավորման ժամանակ գրաֆիտի անոդն է պատասխանատու է լիթիումի իոնների ընդունման և պահպանման համար: Երբ մարտկոցը գտնվում է լիցքաթափվելով, լիթիումի իոնները շարժվում են անոդից դեպի կաթոդ այնպես, որ ան ստեղծվում է էլեկտրական հոսանք։ Ընդհանրապես ամենատարածված կոմերցիոն անոդն է գրաֆիտն է, որն իր լիարժեք լիթիացված վիճակում՝ LiC6, հարաբերակցվում է առավելագույնին հզորությունը 1339 C/g (372 mAh/g): Բայց տեխնոլոգիաների զարգացմամբ՝ նոր նյութեր, ինչպիսիք են սիլիցիումը, հետազոտվել են էներգիայի խտությունը բարելավելու համար լիթիում-իոնային մարտկոցների համար:

Ի՞նչ է կաթոդը:

Կաթոդն աշխատում է դրական լիցքավորված լիթիումի իոնների ընդունման և ազատման համար ընթացիկ ցիկլեր. Այն սովորաբար բաղկացած է շերտավոր օքսիդի շերտավոր կառուցվածքից (օրինակ՝ լիթիումի կոբալտի օքսիդ), պոլիանիոն (օրինակ՝ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ) կամ սպինել (օրինակ՝ լիթիումի մանգանի օքսիդ), որը պատված է լիցքավորիչի վրա (սովորաբար պատրաստված ալյումինից):

Ի՞նչ է էլեկտրոլիտը:

Որպես օրգանական լուծիչում լիթիումի աղ, էլեկտրոլիտը ծառայում է որպես միջավայր որպեսզի լիթիումի իոնները շարժվեն անոդի և կաթոդի միջև լիցքավորման ժամանակ և լիցքաթափում.

Ի՞նչ է բաժանարարը:

Որպես ոչ հաղորդիչ նյութի բարակ թաղանթ կամ շերտ, բաժանարարն աշխատում է կանխել անոդը (բացասական էլեկտրոդ) և կաթոդը (դրական էլեկտրոդ): կարճացում, քանի որ այս շերտը թափանցելի է լիթիումի իոնների, բայց ոչ էլեկտրոնների համար։ Այն կարող է նաև ապահովել իոնների կայուն հոսքը էլեկտրոդների միջև լիցքավորման ժամանակ և լիցքաթափում: Հետեւաբար, մարտկոցը կարող է պահպանել կայուն լարումը եւ նվազեցնել գերտաքացման, այրման կամ պայթյունի վտանգը.

Ի՞նչ է ներկայիս կոլեկցիոները:

Ընթացիկ կոլեկցիոները նախագծված է հավաքելու հոսանքի արտադրած հոսանքը մարտկոցի էլեկտրոդները և այն տեղափոխում է արտաքին միացում, որը կարևոր է ապահովել մարտկոցի օպտիմալ աշխատանքը և երկարակեցությունը: Եվ սովորաբար այն սովորաբար պատրաստված է ալյումինի կամ պղնձի բարակ թերթիկից:

3. Լիթիումի իոնային մարտկոցների զարգացման պատմությունը

Վերալիցքավորվող Li-ion մարտկոցների վերաբերյալ հետազոտությունները թվագրվում են 1960-ական թվականներին, որոնցից մեկը Ամենավաղ օրինակը CuF2/Li մարտկոցն է, որը մշակվել է NASA-ի կողմից 1965 թվականին: Եվ նավթային ճգնաժամ աշխարհը հարվածեց 1970-ականներին, հետազոտողները իրենց ուշադրությունը դարձրին այլընտրանքի վրա էներգիայի աղբյուրները, այնպես որ առաջընթացը, որն առաջացրել է ամենավաղ ձևը ժամանակակից Li-ion մարտկոցը արտադրվել է թեթև քաշի և բարձր էներգիայի պատճառով լիթիումի իոնային մարտկոցների խտությունը. Միաժամանակ Exxon-ի Սթենլի Ուիթինգհեմը պարզվել է, որ լիթիումի իոնները կարող են տեղադրվել այնպիսի նյութերի մեջ, ինչպիսին է TiS2-ը ստեղծել վերալիցքավորվող մարտկոց 

Այսպիսով, նա փորձեց առևտրայնացնել այս մարտկոցը, բայց ձախողվեց բարձր գնի և բջիջներում մետաղական լիթիումի առկայության պատճառով: 1980 թվականին հայտնաբերվեց նոր նյութ, որն առաջարկում էր ավելի բարձր լարում և շատ ավելին էր կայուն օդում, որը հետագայում կօգտագործվի առաջին առևտրային Li-ion մարտկոցում, թեև այն ինքնուրույն չլուծեց մշտական ​​խնդիրը դյուրավառություն: Նույն տարում Ռաչիդ Յազամին հայտնագործեց լիթիումի գրաֆիտը էլեկտրոդ (անոդ): Եվ հետո 1991 թվականին աշխարհում առաջին վերալիցքավորվող լիթիում-իոնը մարտկոցները սկսեցին մտնել շուկա 

2000-ականներին լիթիում-իոնի պահանջարկը մարտկոցները մեծացան, քանի որ շարժական էլեկտրոնային սարքերը դարձան հանրաճանաչ, որոնք շարժվում են լիթիումի իոնային մարտկոցներն ավելի անվտանգ և դիմացկուն լինելու համար: Էլեկտրական մեքենաներ էին ներկայացվել է 2010-ականներին, ինչը ստեղծեց լիթիում-իոնային մարտկոցների նոր շուկա: Այն նոր արտադրական գործընթացների և նյութերի մշակում, ինչպիսիք են սիլիկոնային անոդները և պինդ վիճակում գտնվող էլեկտրոլիտները, շարունակեցին բարելավել աշխատանքի արդյունավետությունն ու անվտանգությունը լիթիում-իոնային մարտկոցներ: Մեր օրերում լիթիում-իոնային մարտկոցները դարձել են անհրաժեշտ մեր առօրյան, ուստի նոր նյութերի հետազոտությունն ու մշակումը և տեխնոլոգիաները շարունակվում են՝ բարելավելու աշխատանքը, արդյունավետությունը և անվտանգությունը այս մարտկոցները:

4. Լիթիումի իոնային մարտկոցների տեսակները

Լիթիում-իոնային մարտկոցները լինում են տարբեր ձևերի և չափերի, և ոչ բոլորը դրանք հավասարեցվում են: Սովորաբար կան հինգ տեսակի լիթիում-իոնային մարտկոցներ:

լ Լիթիումի կոբալտի օքսիդ

Լիթիումի կոբալտ օքսիդի մարտկոցները արտադրվում են լիթիումի կարբոնատից և կոբալտ և հայտնի են նաև որպես լիթիումի կոբալտատ կամ լիթիում-իոն կոբալտ մարտկոցներ: Նրանք ունեն կոբալտի օքսիդի կաթոդ և գրաֆիտի ածխածնի անոդ և լիթիումի իոններ գաղթել անոդից կաթոդ լիցքաթափման ժամանակ՝ հոսքի հետընթացով երբ մարտկոցը լիցքավորվում է: Ինչ վերաբերում է դրա կիրառմանը, ապա դրանք օգտագործվում են շարժական էլեկտրոնային սարքեր, էլեկտրական մեքենաներ և վերականգնվող էներգիայի պահպանման համակարգեր իրենց բարձր տեսակարար էներգիայի, ինքնալիցքավորման ցածր արագության, բարձր գործողության պատճառով լարման և ջերմաստիճանի լայն տիրույթում: Բայց ուշադրություն դարձրեք անվտանգության խնդիրներին կապված ջերմային փախուստի և բարձր մակարդակի անկայունության հնարավորության հետ ջերմաստիճանները.

լ Լիթիումի մանգանի օքսիդ

Լիթիումի մանգանի օքսիդը (LiMn2O4) կաթոդ նյութ է, որը սովորաբար օգտագործվում է լիթիում-իոնային մարտկոցներում: Այս տեսակի մարտկոցների տեխնոլոգիան ի սկզբանե եղել է հայտնաբերվել է 1980-ականներին, Նյութերի հետազոտությունների առաջին հրապարակմամբ Տեղեկագիր 1983 թ. LiMn2O4-ի առավելություններից մեկն այն է, որ այն լավ ջերմային է կայունություն, ինչը նշանակում է, որ ջերմային փախուստի ավելի քիչ հավանական է, ինչը նաև ավելի անվտանգ են, քան լիթիում-իոնային մարտկոցների այլ տեսակներ: Բացի այդ, մանգանն է առատ և լայնորեն հասանելի, ինչը այն դարձնում է ավելի կայուն տարբերակ՝ համեմատած Կաթոդավորել նյութեր, որոնք պարունակում են սահմանափակ ռեսուրսներ, ինչպիսիք են կոբալտը: Արդյունքում՝ դրանք հաճախ հանդիպում են բժշկական սարքավորումների և սարքերի, էլեկտրական գործիքների, էլեկտրականության մեջ մոտոցիկլետներ և այլ կիրառություններ։ Չնայած իր առավելություններին, LiMn2O4 ավելի աղքատ Հեծանվավազքի կայունություն՝ համեմատած LiCoO2-ի հետ, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է ավելին պահանջել հաճախակի փոխարինում, ուստի այն կարող է այնքան էլ հարմար չլինել էներգիայի երկարաժամկետ պահպանման համար համակարգեր։

լ Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ (LFP)

Ֆոսֆատը հաճախ օգտագործվում է որպես կաթոդ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցներում հայտնի է որպես լի-ֆոսֆատ մարտկոցներ: Նրանց ցածր դիմադրությունը բարելավել է նրանց ջերմությունը կայունություն և անվտանգություն: Նրանք հայտնի են նաև երկարակեցությամբ և երկար կյանքի ցիկլով, որոնք դրանք դարձնում են առավել ծախսարդյունավետ տարբերակը լիթիում-իոնների այլ տեսակների համար մարտկոցներ. Հետևաբար, այս մարտկոցները հաճախ օգտագործվում են էլեկտրական հեծանիվներում և այլ ծրագրեր, որոնք պահանջում են երկար կյանքի ցիկլ և անվտանգության բարձր մակարդակ: Բայց դրա թերությունները դժվարացնում են արագ զարգացումը: Նախ, համեմատ այլ տեսակի լիթիում-իոնային մարտկոցներ, դրանք ավելի թանկ արժեն, քանի որ օգտագործում են հազվադեպ և թանկարժեք հումք. Բացի այդ, լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները ունեն ա ավելի ցածր աշխատանքային լարում, ինչը նշանակում է, որ դրանք կարող են հարմար չլինել ոմանց համար ծրագրեր, որոնք պահանջում են ավելի բարձր լարում: Լիցքավորման ավելի երկար ժամանակն այն դարձնում է ա թերություն այն ծրագրերում, որոնք պահանջում են արագ լիցքավորում:

լ լիթիում նիկել մանգան կոբալտ օքսիդ (NMC)

Լիթիում նիկել մանգան կոբալտ օքսիդի մարտկոցներ, որոնք հաճախ հայտնի են որպես NMC մարտկոցներ, կառուցված են մի շարք նյութերից, որոնք ունիվերսալ են լիթիում-իոնային մարտկոցներ: Կաթոդ, որը կառուցված է նիկելի, մանգանի և կոբալտը ներառված է: Դրա էներգիայի բարձր խտությունը, լավ հեծանվային կատարումը և ա երկար կյանքն այն դարձրեց առաջին ընտրությունը էլեկտրական մեքենաների, ցանցային պահեստավորման մեջ համակարգեր և այլ բարձր արդյունավետությամբ հավելվածներ, ինչը հետագայում նպաստել է էլեկտրական մեքենաների և վերականգնվող էներգիայի համակարգերի աճող ժողովրդականությունը: Դեպի բարձրացնել հզորությունը, նոր էլեկտրոլիտներ և հավելումներ են օգտագործվում՝ հնարավորություն տալու համար լիցքավորել մինչև 4,4 Վ/բջջ և ավելի բարձր 

Այդ ժամանակվանից նկատվում է միտում դեպի NMC-խառնված Li-ion համակարգը ծախսարդյունավետ է և ապահովում է լավ կատարողականություն: Նիկել, մանգան, և կոբալտը երեք ակտիվ նյութեր են, որոնք կարող են հեշտությամբ համակցվել լայնի համար ավտոմոբիլային և էներգիայի պահպանման համակարգերի (EES) հավելվածների շարք, որոնք պահանջում են հաճախակի հեծանվավազք: Որից մենք կարող ենք տեսնել, որ NMC ընտանիքը դառնում է ավելի բազմազան Այնուամենայնիվ, դրա կողմնակի ազդեցությունները ջերմային փախուստի, հրդեհային վտանգի և շրջակա միջավայրի վրա մտահոգությունները կարող են խոչընդոտել դրա հետագա զարգացմանը:

լ Լիթիումի տիտանատ

Լիթիումի տիտանատը, որը հաճախ հայտնի է որպես լի-տիտանատ, մարտկոցի տեսակ է, որն ունի ա օգտագործման աճող թիվը: Իր գերազանց նանոտեխնոլոգիայի շնորհիվ այն կարողանում է արագ լիցքավորել և լիցքաթափել՝ պահպանելով կայուն լարումը, ինչը դարձնում է այն հարմար է բարձր հզորության ծրագրերի համար, ինչպիսիք են էլեկտրական մեքենաները, կոմերցիոն և արդյունաբերական էներգիայի պահեստավորման համակարգեր, և ցանցի մակարդակի պահեստավորում 

Նրա հետ միասին անվտանգությունն ու հուսալիությունը, այս մարտկոցները կարող են օգտագործվել ռազմական և օդատիեզերական ոլորտում հավելվածներ, ինչպես նաև քամու և արևային էներգիայի կուտակում և խելացի կառուցում ցանցեր. Ավելին, ըստ Battery Space-ի, այդ մարտկոցները կարող են լինել օգտագործվում է էներգահամակարգի կարևորագույն պահուստավորումներում: Այնուամենայնիվ, լիթիումի տիտանատ Մարտկոցները հակված են ավելի թանկ լինել, քան ավանդական լիթիում-իոնային մարտկոցները դրանք արտադրելու համար պահանջվող բարդ արտադրական գործընթացին:

5. Լիթիումի իոնային մարտկոցների զարգացման միտումները

Աճել է վերականգնվող էներգիայի կայանքների համաշխարհային աճը ընդհատվող էներգիայի արտադրություն՝ ստեղծելով անհավասարակշիռ ցանց: Սա հանգեցրել է Ա մարտկոցների պահանջարկը. մինչդեռ ուշադրությունը կենտրոնանում է ածխածնի զրոյական արտանետումների և շարժման անհրաժեշտության վրա հեռու հանածո վառելիքից, մասնավորապես՝ ածուխից, էներգիայի արտադրության համար ավելին է հուշում կառավարությունները խրախուսելու արևային և հողմային էներգիայի կայանքները: Սրանք տեղակայանքները տրամադրվում են մարտկոցների պահեստավորման համակարգերին, որոնք կուտակում են ավելորդ էներգիա առաջացած 

Հետևաբար, կառավարությունը խրախուսում է Li-ion մարտկոցը խթանելու համար տեղակայումները նաև խթանում են լիթիումի իոնային մարտկոցների զարգացումը: Օրինակ՝ Կանխատեսվում է, որ NMC լիթիում-իոնային մարտկոցների համաշխարհային շուկայի չափը կաճի ԱՄՆ դոլարից միլիոն 2022 թվականին մինչև միլիոն ԱՄՆ դոլար 2029 թվականին; Ակնկալվում է, որ այն կաճի CAGR-ով %-ով 2023-ից մինչև 2029 թթ. Իսկ հավելվածների աճող կարիքները պահանջում են ծանր Նախատեսվում է, որ բեռնվածությունը կդարձնի 3000-10000 լիթիումի իոնային մարտկոցները ամենաարագը աճող հատվածը կանխատեսվող ժամանակահատվածում (2022-2030 թթ.):

6. Լիթիումի իոնային մարտկոցների ներդրումային վերլուծություն

Կանխատեսվում է, որ լիթիումիոն մարտկոցների շուկայի արդյունաբերությունը կաճի 51,16 ԱՄՆ դոլարից միլիարդ՝ 2022 թվականին մինչև 118,15 միլիարդ ԱՄՆ դոլար մինչև 2030 թվականը՝ ցուցադրելով բարդ տարեկան կանխատեսվող ժամանակահատվածում (2022-2030) աճի տեմպը կկազմի 4,72%, ինչը կախված է. մի քանի գործոններ.

l Վերջնական օգտագործողի վերլուծություն

Կոմունալ ծառայությունների տեղակայումները մարտկոցի էներգիայի պահպանման հիմնական շարժիչ ուժն են համակարգեր (BESS): Ակնկալվում է, որ այս հատվածը կաճի 2021 թվականին 2,25 միլիարդ դոլարից մինչև 5,99 միլիարդ դոլար 2030 թվականին՝ 11,5% CAGR-ով: Li-ion մարտկոցները ցույց են տալիս ավելի բարձր 34,4% CAGR՝ իրենց ցածր աճի բազայի պատճառով: Բնակելի և կոմերցիոն էներգիայի պահեստավորում սեգմենտները 2030 թվականին 5,51 միլիարդ դոլարի մեծ շուկայական ներուժ ունեցող այլ ոլորտներ են, 2021 թվականի 1,68 միլիարդ դոլարից: Արդյունաբերական ոլորտը շարունակում է իր երթը դեպի ածխածնի զրոյական արտանետումներ, իսկ ընկերությունները հաջորդ երկուսում զուտ զրոյական խոստումներ են տալիս տասնամյակներ. Հեռահաղորդակցության և տվյալների կենտրոնների ընկերությունները կրճատման առաջատարն են ածխածնի արտանետումները՝ մեծ ուշադրություն դարձնելով վերականգնվող էներգիայի էներգիայի աղբյուրներին: Բոլորը որոնցից կնպաստեն լիթիումի իոնային մարտկոցների արագ զարգացմանը, ինչպես ընկերությունները ուղիներ են գտնում ապահովելու հուսալի պահուստավորում և ցանցի հավասարակշռում:

l Ապրանքի տեսակի վերլուծություն

Կոբալտի բարձր գնի պատճառով կոբալտ չպարունակող մարտկոցը դրանցից մեկն է Լիթիում-իոնային մարտկոցների զարգացման միտումները. Բարձր լարման LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) բարձր տեսական էներգիայի խտությամբ ամենախոստումնալից Co-free-ներից մեկն է կաթոդ նյութերը հետագա. Ավելին, փորձնական արդյունքներն ապացուցեցին դա LNMO մարտկոցի հեծանվավազքի և C մակարդակի կատարումը բարելավվում է՝ օգտագործելով կիսապինդ էլեկտրոլիտ. Սա կարող է առաջարկվել, որ անիոնային COF-ն ընդունակ է ուժեղ կլանելով Mn3+/Mn2+ և Ni2+ Կուլոնյան փոխազդեցության միջոցով, զսպելով նրանց կործանարար միգրացիան դեպի անոդ: Հետևաբար, այս աշխատանքը կլինի օգտակար լինել LNMO կաթոդի նյութի առևտրայնացման համար:

l Տարածաշրջանային վերլուծություն

Ասիական-խաղաղօվկիանոսյան տարածաշրջանը կդառնա լիթիում-իոնային մարտկոցների ամենամեծ շուկան 2030 թ.՝ պայմանավորված կոմունալ ծառայություններով և արդյունաբերությամբ: Այն կանցնի Հյուսիսային Ամերիկային և Եվրոպա՝ 2030 թվականին 7,07 միլիարդ դոլար շուկայով՝ աճելով 1,24 միլիարդ դոլարից 2021 թվականը 21.3% CAGR-ով: Հաջորդ խոշորագույնները կլինեն Հյուսիսային Ամերիկան ​​և Եվրոպան շուկաները՝ պայմանավորված իրենց նպատակներով՝ ածխաջրածին դարձնել իրենց տնտեսությունները և ցանցը հաջորդում երկու տասնամյակ. LATAM-ը կտեսնի ամենաբարձր աճի տեմպերը CAGR-ով 21.4%, քանի որ իր ավելի փոքր չափերով և ցածր հիմքով:

7. Բաներ, որոնք պետք է հաշվի առնել բարձրորակ լիթիումի իոնային մարտկոցների համար

Օպտիկական արևային ինվերտոր գնելիս պետք է լինի ոչ միայն գինը և որակը հաշվի առնելով, պետք է նկատի ունենալ նաև այլ գործոններ:

լ Էներգիայի խտություն

Էներգիայի խտությունը միավորի ծավալով պահվող էներգիայի քանակն է: Ավելի բարձր էներգիայի խտությունը ավելի քիչ քաշով և չափերով ավելի ընդարձակ է լիցքավորման միջև ցիկլեր.

l Անվտանգություն

Անվտանգությունը լիթիում-իոնային մարտկոցների ևս մեկ կարևոր կողմ է պայթյուններից հետո և հրդեհներ, որոնք կարող են առաջանալ լիցքավորման կամ լիցքաթափման ժամանակ, ուստի անհրաժեշտ է ընտրել բարելավված անվտանգության մեխանիզմներով մարտկոցներ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանի տվիչները և արգելակող նյութեր:

l Տեսակ

Լիթիում-իոնային մարտկոցների արդյունաբերության վերջին միտումներից մեկը պինդ վիճակում մարտկոցների մշակում, որն առաջարկում է մի շարք առավելություններ, ինչպիսիք են էներգիայի ավելի մեծ խտություն և ավելի երկար կյանքի ցիկլ: Օրինակ, օգտագործումը Էլեկտրական մեքենաների պինդ վիճակի մարտկոցները զգալիորեն կմեծացնեն դրանց հեռահարությունը կարողություն և անվտանգություն:

l Լիցքավորման արագություն

Լիցքավորման արագությունը կախված է մարտկոցի անվտանգ լիցքավորման արագությունից: Երբեմն մարտկոցը երկար ժամանակ է պահանջում լիցքավորման համար, նախքան դրանք օգտագործելը:

l Կյանքի տևողությունը

Ոչ մի մարտկոց չի աշխատում ամբողջ կյանքի ընթացքում, բայց ունի պիտանելիության ժամկետ: Ստուգեք ժամկետը ամսաթիվը գնում կատարելուց առաջ: Լիթիումի իոնային մարտկոցները բնորոշ ավելի երկար են կյանքը շնորհիվ իր քիմիայի, բայց յուրաքանչյուր մարտկոց տարբերվում է միմյանցից կախված տեսակը, բնութագրերը և դրանց պատրաստման եղանակը: Բարձր որակի մարտկոցներ ավելի երկար են տևում, քանի որ դրանք ներսից պատրաստված են նուրբ նյութերից: