יֶדַע
VR

מה זה סוללות ליתיום יון?

אַפּרִיל 26, 2023

1. מה זה סוללות ליתיום יון?

סוללה היא מקור כוח חשמלי המורכב מאחד או יותר תאים אלקטרוכימיים עם חיבורים חיצוניים להפעלת מכשירים חשמליים. סוללת ליתיום-יון או Li-ion היא סוג של סוללה נטענת המשתמשת ב- הפחתה הפיכה של יוני ליתיום לאגירת אנרגיה והיא מפורסמת הגבוהה שלהם צפיפות אנרגיה.


2. המבנה של סוללות ליתיום יון

בדרך כלל רוב סוללות Li-ion המסחריות משתמשות בתרכובות אינטרקלציה כמו חומרים פעילים. הם בדרך כלל מורכבים מכמה שכבות של חומרים שהם מסודרים בסדר מסוים כדי להקל על התהליך האלקטרוכימי מאפשר לסוללה לאגור ולשחרר אנרגיה - אנודה, קתודה, אלקטרוליט, מפריד וקולט זרם.


מה זה אנודה?

כמרכיב בסוללה, האנודה ממלאת תפקיד חשוב בקיבולת, ביצועים ועמידות הסוללה. בעת הטעינה, אנודת הגרפיט היא אחראי על קבלת ואחסון יוני ליתיום. כשהסוללה בהפרש, יוני הליתיום עוברים מהאנודה לקתודה כך ש- an נוצר זרם חשמלי. בדרך כלל האנודה הנפוצה ביותר בשימוש מסחרי הוא גרפיט, שבמצבו המלא של LiC6 מתאם למקסימום קיבולת של 1339 C/g (372 mAh/g). אבל עם התפתחות הטכנולוגיות, חדש חומרים כגון סיליקון נחקרו כדי לשפר את צפיפות האנרגיה עבור סוללות ליתיום-יון.


מהי קתודה?

הקתודה פועלת לקבל ולשחרר יוני ליתיום טעונים חיובית במהלך מחזורים נוכחיים. זה בדרך כלל מורכב ממבנה שכבות של תחמוצת שכבתית (כגון תחמוצת קובלט ליתיום), פוליאניון (כגון פוספט ליתיום ברזל) או ספינל (כגון תחמוצת ליתיום מנגן) מצופה על קולט מטען (בדרך כלל עשוי מאלומיניום).


מהו אלקטרוליט?

כמלח ליתיום בממס אורגני, האלקטרוליט משמש כתווך עבור יוני ליתיום לנוע בין האנודה לקתודה במהלך טעינה ו פריקה.


מה זה מפריד?

כממברנה דקה או שכבה של חומר לא מוליך, המפריד פועל למנוע את האנודה (אלקטרודה שלילית) ואת הקתודה (אלקטרודה חיובית). קצר, שכן שכבה זו חדירה ליוני ליתיום אך לא לאלקטרונים. זה יכול גם להבטיח זרימה קבועה של יונים בין האלקטרודות במהלך הטעינה ופריקה. לכן, הסוללה יכולה לשמור על מתח יציב ולהפחית הסיכון של התחממות יתר, בעירה או פיצוץ.


מהו אספן נוכחי?

קולט זרם נועד לאסוף את הזרם המיוצר על ידי האלקטרודות של הסוללה ומעבירה אותה למעגל החיצוני, כלומר חשוב להבטיח ביצועים מיטביים ואריכות ימים של הסוללה. ו בדרך כלל זה עשוי בדרך כלל מגיליון דק של אלומיניום או נחושת.



3. היסטוריית הפיתוח של סוללות ליתיום יון

מחקר על סוללות Li-ion נטענות מתוארך לשנות ה-60, אחת מהן הדוגמאות המוקדמות ביותר הן סוללת CuF2/Li שפותחה על ידי נאס"א ב-1965. ומשבר נפט שהגיע לעולם בשנות ה-70, הפנו חוקרים את תשומת לבם לאלטרנטיבה מקורות אנרגיה, ולכן פריצת הדרך שיצרה את הצורה המוקדמת ביותר של סוללת Li-ion מודרנית נוצרה בגלל המשקל הקל והאנרגיה הגבוהה צפיפות של סוללות ליתיום יון. במקביל, סטנלי וויטינגהאם מאקסון גילה שניתן להחדיר יוני ליתיום לחומרים כגון TiS2 to ליצור סוללה נטענת. 


אז הוא ניסה למסחר את הסוללה הזאת אבל נכשל עקב העלות הגבוהה ונוכחות ליתיום מתכתי בתאים. בשנת 1980 נמצא כי חומר חדש מציע מתח גבוה יותר והיה הרבה יותר יציב באוויר, שישמש מאוחר יותר בסוללת ה-Li-ion המסחרית הראשונה, למרות שזה לא פתר, בפני עצמו, את הבעיה המתמשכת של דליקות.באותה שנה, רחיד יזמי המציא את הליתיום גרפיט אלקטרודה (אנודה). ואז בשנת 1991, הליתיום-יון הנטען הראשון בעולם סוללות החלו להיכנס לשוק. 


בשנות ה-2000, הביקוש לליתיום-יון הסוללות גדלו ככל שמכשירים אלקטרוניים ניידים הפכו פופולריים, אשר כוננים סוללות ליתיום יון להיות בטוחות ועמידות יותר. רכבים חשמליים היו הוצג בשנות ה-2010, מה שיצר שוק חדש לסוללות ליתיום-יון. ה פיתוח תהליכי ייצור וחומרים חדשים, כגון אנודות סיליקון ואלקטרוליטים במצב מוצק, המשיכו לשפר את הביצועים והבטיחות של בטריות ליתיום. כיום, סוללות ליתיום-יון הפכו חיוניות ב חיי היומיום שלנו, כך מחקר ופיתוח של חומרים חדשים ו טכנולוגיות נמשכות כדי לשפר את הביצועים, היעילות והבטיחות של הסוללות האלה.



4. סוגי סוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום-יון מגיעות במגוון צורות וגדלים, ולא בכולן הם נעשים שווים. בדרך כלל ישנם חמישה סוגים של סוללות ליתיום-יון.


l ליתיום קובלט אוקסיד

סוללות ליתיום קובלט אוקסיד מיוצרות מליתיום קרבונט ו קובלט ומוכרות גם כסוללות ליתיום קובלט או ליתיום-יון קובלט. יש להם קתודה תחמוצת קובלט ואנודת פחמן גרפיט, ויוני ליתיום נודדים מהאנודה לקתודה במהלך הפריקה, כשהזרימה מתהפכת כאשר הסוללה טעונה. באשר ליישום שלה, הם משמשים ניידים מכשירים אלקטרוניים, כלי רכב חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה מתחדשת בגלל האנרגיה הספציפית הגבוהה שלהם, קצב פריקה עצמית נמוך, תפעול גבוה מתח וטווח טמפרטורות רחב. אבל שימו לב לחששות הבטיחות קשור לפוטנציאל לבריחה תרמית וחוסר יציבות במצב גבוה טמפרטורות.


l ליתיום מנגן אוקסיד

ליתיום מנגן אוקסיד (LiMn2O4) הוא חומר קתודה שנמצא בשימוש נפוץ בסוללות ליתיום-יון. הטכנולוגיה לסוג זה של סוללות הייתה בתחילה התגלה בשנות ה-80, עם הפרסום הראשון ב- Materials Research עלון בשנת 1983. אחד היתרונות של LiMn2O4 הוא שיש לו תרמיות טובה יציבות, כלומר יש סיכוי נמוך יותר לחוות בריחה תרמית, אשר הם גם בטוחים יותר מסוגי סוללות ליתיום-יון אחרים. בנוסף, מנגן הוא שופע וזמין באופן נרחב, מה שהופך אותו לאופציה בת קיימא יותר בהשוואה לחומרי קתודה המכילים משאבים מוגבלים כמו קובלט. כתוצאה, הם נמצאים לעתים קרובות בציוד ומכשירים רפואיים, כלי עבודה חשמליים, חשמליים אופנועים ויישומים אחרים. למרות היתרונות שלו, LiMn2O4 גרוע יותר יציבות רכיבה על אופניים בהשוואה ל-LiCoO2, מה שאומר שהוא עשוי לדרוש יותר החלפה תכופה, כך שייתכן שהוא לא מתאים לאגירת אנרגיה לטווח ארוך מערכות.


l ליתיום ברזל פוספט (LFP)

פוספט משמש כקתודה בסוללות ליתיום ברזל פוספט, לעתים קרובות המכונה סוללות לי-פוספט. ההתנגדות הנמוכה שלהם שיפרה את התרמית שלהם יציבות ובטיחות. הם גם מפורסמים בעמידות ומחזור חיים ארוך, מה שהופך אותם לאופציה החסכונית ביותר לסוגים אחרים של ליתיום-יון סוללות. כתוצאה מכך, סוללות אלה משמשות לעתים קרובות באופניים חשמליים ויישומים אחרים הדורשים מחזור חיים ארוך ורמות בטיחות גבוהות. אבל החסרונות שלה מקשים על התפתחות מהירה. ראשית, בהשוואה ל סוגים אחרים של סוללות ליתיום-יון, הם עולים יותר כי הם משתמשים נדירים ו חומרי גלם יקרים. בנוסף, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש א מתח הפעלה נמוך יותר, מה שאומר שהם עשויים שלא להתאים לחלקם יישומים הדורשים מתח גבוה יותר. זמן הטעינה הארוך יותר שלו הופך אותו ל-a חסרון ביישומים הדורשים טעינה מהירה.


l ליתיום ניקל מנגן תחמוצת קובלט (NMC)

סוללות ליתיום ניקל מנגן קובלט אוקסיד, המכונה לעתים קרובות NMC סוללות, בנויות ממגוון חומרים שהם אוניברסליים בטריות ליתיום. קתודה הבנויה מתערובת של ניקל, מנגן ו קובלט כלול. צפיפות האנרגיה הגבוהה שלו, ביצועי רכיבה טובים, וא תוחלת חיים ארוכה הפכה אותו לבחירה הראשונה בכלי רכב חשמליים, אחסון רשת מערכות, ויישומים בעלי ביצועים גבוהים אחרים, שתרם עוד יותר לפופולריות הגוברת של כלי רכב חשמליים ומערכות אנרגיה מתחדשת. ל להגדיל את הקיבולת, נעשה שימוש באלקטרוליטים ותוספים חדשים כדי לאפשר זאת טעינה עד 4.4V/תא ומעלה. 


מאז ישנה מגמה ללי-יון מעורב ב-NMC המערכת חסכונית ומספקת ביצועים טובים. ניקל, מנגן, וקובלט הם שלושה חומרים פעילים שניתן לשלב בקלות כדי להתאים לרחבה מגוון יישומי רכב ומערכות אחסון אנרגיה (EES) הדורשים רכיבה תכופה על אופניים. שממנו אנו יכולים לראות את משפחת NMC הופכת ליותר מגוונת עם זאת, תופעות הלוואי שלה של בריחת תרמית, סכנות שריפה וסביבתיות חששות עלולים לעכב את המשך התפתחותו.


l ליתיום טיטנאט

ליתיום טיטנאט, המכונה לעתים קרובות לי-טיטנאט, הוא סוג של סוללה שיש לה א מספר גדל והולך של שימושים. בגלל הננוטכנולוגיה המעולה שלה, היא מסוגלת טעינה ופריקה מהירה תוך שמירה על מתח יציב, מה שהופך אותו מתאים היטב ליישומים בעלי הספק גבוה כגון רכבים חשמליים, מסחריים ומערכות אחסון אנרגיה תעשייתיות, ואחסון ברמת הרשת. 


יחד עם שלה בטיחות ואמינות, סוללות אלו יכולות לשמש עבור צבא ותעופה וחלל יישומים, כמו גם אחסון אנרגיית רוח ושמש ובנייה חכמה רשתות. יתר על כן, לפי Battery Space, סוללות אלו יכולות להיות מועסקים בגיבויים קריטיים למערכת החשמל. עם זאת, ליתיום טיטנאט סוללות נוטות להיות יקרות יותר מאשר סוללות ליתיום-יון מסורתיות בשל לתהליך הייצור המורכב הנדרש לייצורם.



5. מגמות הפיתוח של סוללות ליתיום יון

הצמיחה העולמית של מתקני אנרגיה מתחדשת גדלה ייצור אנרגיה לסירוגין, יצירת רשת לא מאוזנת. זה הוביל לא ביקוש לסוללות. תוך התמקדות באפס פליטת פחמן וצורך לזוז הרחק מדלקים מאובנים, כלומר פחם, להפקת חשמל מחייבים יותר ממשלות לתמרץ מתקני אנרגיה סולארית ורוח. אלה מתקנים מתאימים למערכות אחסון סוללות האוגרות עודף כוח נוצר. 


לכן, תמריצים ממשלתיים לתמרץ סוללת Li-ion מתקנים גם מניעים את הפיתוח של סוללות ליתיום יון. לדוגמה, גודל שוק סוללות הליתיום-יון של NMC העולמי צפוי לגדול מדולר ארה"ב מיליון ב-2022 למיליון דולר ב-2029; הוא צפוי לגדול ב-CAGR של % מ-2023 עד 2029. והצרכים ההולכים וגדלים של יישומים הדורשים כבדים עומסים צפויים להפוך את סוללות ליתיום יון של 3000-10000 למהירות ביותר מגזר צומח במהלך תקופת התחזית (2022-2030).



6. ניתוח ההשקעות של סוללות ליתיום יון

תעשיית שוק סוללות הליתיום יון צפויה לצמוח מ-51.16 דולר ארה"ב מיליארד ב-2022 ל-118.15 מיליארד דולר עד 2030, מציג תרכובת שנתית שיעור צמיחה של 4.72% בתקופת התחזית (2022-2030), התלוי ב מספר גורמים.


l ניתוח משתמש קצה

התקנות מגזר השירותים הן גורמי מפתח לאחסון אנרגיה בסוללה מערכות (BESS). פלח זה צפוי לגדול מ-2.25 מיליארד דולר ב-2021 ל- 5.99 מיליארד דולר בשנת 2030 ב-CAGR של 11.5%. סוללות Li-ion מציגות רמה גבוהה יותר של 34.4% CAGR בשל בסיס הצמיחה הנמוך שלהם. אגירת אנרגיה למגורים ומסחריים פלחים הם תחומים אחרים עם פוטנציאל שוק גדול של 5.51 מיליארד דולר בשנת 2030, מ-1.68 מיליארד דולר בשנת 2021. המגזר התעשייתי ממשיך בצעדתו לעבר אפס פליטת פחמן, כאשר חברות מבטיחות אפס נטו בשניים הבאים עשרות שנים. חברות טלקום ומרכזי נתונים נמצאות בחזית הירידה פליטת פחמן עם התמקדות מוגברת במקורות אנרגיה מתחדשים. את כל מתוכם יקדם את הפיתוח המהיר של סוללות ליתיום יון כמו חברות מוצאות דרכים להבטיח גיבוי אמין ואיזון רשת.


l ניתוח סוג מוצר

בגלל המחיר הגבוה של קובלט, סוללה נטולת קובלט היא אחת מהן מגמות פיתוח של סוללות ליתיום-יון. מתח גבוה LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) עם צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה הוא אחד ה-Co-free המבטיחים ביותר חומרי קתודה בהמשך. יתר על כן, תוצאות הניסוי הוכיחו זאת ביצועי הרכיבה וקצב ה-C של סוללת LNMO משופרים על ידי שימוש ב- אלקטרוליט חצי מוצק. ניתן להציע לכך שה-COF האניוני מסוגל סופג חזק את ה-Mn3+/Mn2+ ו-Ni2+ באמצעות אינטראקציה של קולומב, מרסן את ההגירה ההרסנית שלהם לאנודה. לכן, עבודה זו תהיה להיות מועיל למסחור של חומר קתודי LNMO.


l ניתוח אזורי

אסיה-פסיפיק תהיה שוק סוללות הליתיום-יון הנייחות הגדול ביותר לפי 2030, מונע על ידי שירותים ותעשיות. זה יעקוף את צפון אמריקה ו אירופה עם שוק של 7.07 מיליארד דולר בשנת 2030, צמיחה מ-1.24 מיליארד דולר בשנת 2021 ב-CAGR של 21.3%. צפון אמריקה ואירופה יהיו הבאות בגודלן השווקים בשל מטרותיהם לשחרר את הפחמן של הכלכלות והרשת שלהם במהלך הבא שני עשורים. LATAM יראה את שיעור הצמיחה הגבוה ביותר ב-CAGR של 21.4% בגלל בגודלו הקטן יותר ובבסיסו הנמוך.



7. דברים שכדאי לקחת בחשבון עבור סוללות ליתיום יון איכותיות

כאשר קונים מהפך סולארי אופטי, לא רק המחיר והאיכות חייבים להיות בחשבון, יש לזכור גם גורמים אחרים.


l צפיפות אנרגיה

צפיפות האנרגיה היא כמות האנרגיה האצורה ליחידת נפח. גבוה יותר צפיפות אנרגיה עם פחות משקל וגודל היא נרחבת יותר בין טעינה מחזורים.


l בטיחות

בטיחות היא היבט קריטי נוסף של סוללות ליתיום-יון מאז פיצוצים ושריפות שעלולות להתרחש בזמן טעינה או פריקה, ולכן יש צורך בחר סוללות עם מנגנוני בטיחות משופרים, כגון חיישני טמפרטורה וחומרים מעכבים.


l סוג

אחת המגמות האחרונות בתעשיית סוללות הליתיום-יון היא פיתוח סוללות מוצק, המציע מגוון יתרונות כגון צפיפות אנרגיה גבוהה יותר ומחזור חיים ארוך יותר. לדוגמה, השימוש ב סוללות מצב מוצק במכוניות חשמליות יגדילו משמעותית את הטווח שלהן יכולת ובטיחות.

l קצב הטעינה

קצב הטעינה תלוי באיזו מהירות הסוללה נטענת בצורה בטוחה. לפעמים לוקח לסוללה זמן רב להיטען לפני שניתן להשתמש בהם.

l תוחלת חיים

אף סוללה לא פועלת במשך כל החיים אבל יש לה תאריך תפוגה. בדוק את התפוגה תאריך לפני ביצוע הרכישה. לסוללות ליתיום יון יש זמן ארוך יותר חיים בשל הכימיה שלה אבל כל סוללה שונה זו מזו בהתאם הסוג, המפרטים ואופן הכנתם. סוללות באיכות גבוההמחזיקים מעמד זמן רב יותר מכיוון שהם עשויים מחומרים משובחים בפנים.


מידע בסיסי
  • שנת ייסוד
    --
  • טיפוס עסקי
    --
  • מדינה / אזור
    --
  • התעשייה העיקרית
    --
  • מוצרים עיקריים
    --
  • חברה משפטי
    --
  • סה"כ שכירים
    --
  • ערך פלט שנתי
    --
  • ייצוא שוק
    --
  • לקוחות שיתפו פעולה
    --
Chat with Us

שלח את שאלתך

בחר שפה אחרת
English
العربية
Deutsch
Español
français
italiano
日本語
한국어
Português
русский
简体中文
繁體中文
Afrikaans
አማርኛ
Azərbaycan
Беларуская
български
বাংলা
Bosanski
Català
Sugbuanon
Corsu
čeština
Cymraeg
dansk
Ελληνικά
Esperanto
Eesti
Euskara
فارسی
Suomi
Frysk
Gaeilgenah
Gàidhlig
Galego
ગુજરાતી
Hausa
Ōlelo Hawaiʻi
हिन्दी
Hmong
Hrvatski
Kreyòl ayisyen
Magyar
հայերեն
bahasa Indonesia
Igbo
Íslenska
עִברִית
Basa Jawa
ქართველი
Қазақ Тілі
ខ្មែរ
ಕನ್ನಡ
Kurdî (Kurmancî)
Кыргызча
Latin
Lëtzebuergesch
ລາວ
lietuvių
latviešu valoda‎
Malagasy
Maori
Македонски
മലയാളം
Монгол
मराठी
Bahasa Melayu
Maltese
ဗမာ
नेपाली
Nederlands
norsk
Chicheŵa
ਪੰਜਾਬੀ
Polski
پښتو
Română
سنڌي
සිංහල
Slovenčina
Slovenščina
Faasamoa
Shona
Af Soomaali
Shqip
Српски
Sesotho
Sundanese
svenska
Kiswahili
தமிழ்
తెలుగు
Точики
ภาษาไทย
Pilipino
Türkçe
Українська
اردو
O'zbek
Tiếng Việt
Xhosa
יידיש
èdè Yorùbá
Zulu
שפה נוכחית:עִברִית