Литий-иондық батареялар дегеніміз не?

1. Литий-иондық батареялар дегеніміз не?

Батарея – бір немесе бірнешеуден тұратын электр қуатының көзі электр құрылғыларын қоректендіруге арналған сыртқы қосылымдары бар электрохимиялық элементтер. Литий-ионды немесе литий-ионды аккумулятор батареяны пайдаланатын қайта зарядталатын батарея түрі болып табылады энергияны сақтау үшін литий иондарының қайтымды тотықсыздануы және олардың жоғары деңгейімен танымал энергия тығыздығы.

2. Литий-иондық батареялардың құрылымы

Әдетте коммерциялық литий-ионды батареялардың көпшілігі интеркалация қосылыстарын пайдаланады белсенді материалдар. Олар әдетте материалдардың бірнеше қабаттарынан тұрады электрохимиялық процесті жеңілдету үшін белгілі бір ретпен орналастырылған батареяға энергияны сақтауға және босатуға мүмкіндік береді - анод, катод, электролит, сепаратор және ток жинағыш.

Анод дегеніміз не?

Аккумулятордың құрамдас бөлігі ретінде анод сыйымдылықта маңызды рөл атқарады, өнімділігі, батареяның ұзақ мерзімділігі. Зарядтау кезінде графит анод болып табылады литий иондарын қабылдауға және сақтауға жауапты. Батарея болған кезде разрядталған кезде литий иондары анодтан катодқа жылжиды, осылайша a электр тогы пайда болады. Әдетте коммерциялық мақсатта қолданылатын ең кең таралған анод графит болып табылады, ол LiC6 толық литийленген күйінде максимумға сәйкес келеді сыйымдылығы 1339 C/г (372 мАч/г). Бірақ технологиялардың дамуымен жаңа энергия тығыздығын жақсарту үшін кремний сияқты материалдар зерттелді литий-иондық батареялар үшін.

Катод дегеніміз не?

Катод оң зарядталған литий иондарын қабылдау және босату үшін жұмыс істейді ағымдағы циклдар. Ол әдетте қабатталған оксидтің қабатты құрылымынан тұрады (мысалы, литий кобальт оксиді), полианион (мысалы, литий темір фосфаты) немесе заряд жинағышқа қапталған шпинель (мысалы, литий марганец оксиді) (әдетте алюминийден жасалған).

Электролит дегеніміз не?

Органикалық еріткіштегі литий тұзы ретінде электролит орта ретінде қызмет етеді зарядтау кезінде литий иондарының анод пен катод арасында қозғалуы үшін және разрядтау.

Бөлгіш дегеніміз не?

Жұқа мембрана немесе өткізбейтін материал қабаты ретінде сепаратор жұмыс істейді анодты (теріс электрод) және катодты (оң электрод) болдырмау тұйықталу, өйткені бұл қабат литий иондарын өткізеді, бірақ электрондарды өткізбейді. Ол сондай-ақ зарядтау кезінде электродтар арасындағы иондардың тұрақты ағынын қамтамасыз ете алады және босату. Сондықтан аккумулятор тұрақты кернеуді ұстап, азайта алады қызып кету, жану немесе жарылыс қаупі.

Ағымдағы коллектор дегеніміз не?

Ток коллекторы өндіретін токты жинауға арналған батареяның электродтары және оны сыртқы тізбекке тасымалдайды, яғни батареяның оңтайлы өнімділігі мен ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз ету үшін маңызды. Және әдетте ол алюминий немесе мыстан жасалған жұқа парақтан жасалады.

3. Литий-иондық батареялардың даму тарихы

Қайта зарядталатын литий-ионды аккумуляторлар туралы зерттеулер 1960-шы жылдардан басталады, олардың бірі Ең алғашқы мысалдар 1965 жылы NASA әзірлеген CuF2/Li батареясы. Және мұнай дағдарысы 1970-ші жылдары әлемді таң қалдырды, зерттеушілер баламаға назар аударды энергия көздері, сондықтан ең ерте түрін шығарған серпіліс қазіргі заманғы литий-ионды аккумулятор жеңіл салмақ пен жоғары энергияға байланысты жасалған литий-ионды батареялардың тығыздығы. Сонымен бірге, Exxon компаниясынан Стэнли Уиттингем литий иондарын TiS2 -ге дейін сияқты материалдарға енгізуге болатынын анықтады қайта зарядталатын батарея жасаңыз 

Сондықтан ол бұл аккумуляторды коммерцияландыруға тырысты, бірақ жоғары құнына және жасушаларда металл литийдің болуына байланысты сәтсіз болды. 1980 жылы жаңа материал жоғары кернеуді ұсынатын және әлдеқайда көп болды ауада тұрақты, ол кейінірек бірінші коммерциялық литий-ионды батареяда қолданылады, деген тұрақты мәселені өз бетімен шеше алмағанымен тұтанғыштық. Сол жылы Рачид Язами литий графитін ойлап тапты электрод (анод). Содан кейін 1991 жылы әлемдегі бірінші қайта зарядталатын литий-ион батареялар нарыққа шыға бастады 

2000 жылдары литий-ионға сұраныс болды жетектерді басқаратын портативті электрондық құрылғылар танымал болған сайын батареялар өсті литий-ионды батареялар қауіпсіз және берік болуы үшін. Электрлік көліктер болды 2010 жылдары енгізілді, бұл литий-иондық аккумуляторлардың жаңа нарығын құрды. The кремний анодтары сияқты жаңа өндірістік процестер мен материалдарды әзірлеу және қатты күйдегі электролиттер өнімділігі мен қауіпсіздігін жақсартуды жалғастырды литий-иондық батареялар. Қазіргі уақытта литий-иондық аккумуляторлар өте қажет болды біздің күнделікті өміріміз, сондықтан жаңа материалдарды зерттеу және әзірлеу және өнімділігін, тиімділігін және қауіпсіздігін жақсарту үшін технологиялар жалғасуда бұл батареялар.

4. Литий-иондық батареялардың түрлері

Литий-иондық батареялар әртүрлі пішіндер мен өлшемдерде келеді, бірақ бәрі бірдей емес олар теңестіріледі. Әдетте литий-иондық батареялардың бес түрі бар.

l Литий кобальт оксиді

Литий кобальт оксиді аккумуляторлары литий карбонаттан және кобальт және литий кобальтаты немесе литий-ионды кобальт батареялары ретінде де белгілі. Оларда кобальт оксиді катоды және графит көміртегі аноды және литий иондары бар. разряд кезінде анодтан катодқа ауысады, бұл ретте ағынның кері айналуы батарея зарядталғанда. Оның қолданылуына келетін болсақ, олар портативті түрде қолданылады электрондық құрылғылар, электр көліктері және жаңартылатын энергияны сақтау жүйелері өйткені олардың жоғары меншікті энергиясы, төмен өздігінен разряд жылдамдығы, жоғары жұмыс кернеу мен кең температура диапазоны. Бірақ қауіпсіздік мәселелеріне назар аударыңыз жоғары термиялық қашу және тұрақсыздық потенциалымен байланысты температуралар.

l Литий марганец оксиді

Литий марганец оксиді (LiMn2O4) – жиі қолданылатын катодты материал. литий-иондық аккумуляторларда. Мұндай батареяның технологиясы бастапқыда болды 1980 жылдары Материалдарды зерттеуде бірінші жарияланыммен ашылды Хабаршы 1983 ж. LiMn2O4 артықшылығының бірі оның жақсы термиялық болуы тұрақтылық, яғни оның термиялық қашу ықтималдығы аз, яғни басқа литий-ионды батарея түрлеріне қарағанда қауіпсіз. Сонымен қатар, марганец мол және кең қол жетімді, бұл оны салыстырғанда неғұрлым тұрақты нұсқа етеді кобальт сияқты шектеулі ресурстары бар катодтық материалдарға. Болғандықтан, олар жиі медициналық жабдықтар мен құрылғыларда, электр аспаптарында, электрлерде кездеседі мотоциклдер және басқа қолданбалар. Артықшылықтарына қарамастан, LiMn2O4 нашар LiCoO2-мен салыстырғанда циклдік тұрақтылық, яғни ол көбірек қажет болуы мүмкін жиі ауыстыру, сондықтан ол ұзақ мерзімді энергия сақтау үшін қолайлы болмауы мүмкін жүйелер.

l Литий темір фосфаты (LFP)

Фосфат литий темір фосфатты аккумуляторларда катод ретінде жиі қолданылады ли-фосфатты батареялар деп аталады. Олардың төмен қарсылығы олардың термиялық қасиеттерін жақсартады тұрақтылық пен қауіпсіздік. Олар сонымен қатар беріктігімен және ұзақ өмірлік циклімен танымал, бұл оларды литий-ионның басқа түрлері үшін ең үнемді нұсқа етеді батареялар. Демек, бұл батареялар электрлік велосипедтерде жиі қолданылады және ұзақ өмірлік циклді және қауіпсіздіктің жоғары деңгейін талап ететін басқа қолданбалар. Бірақ оның кемшіліктері оның тез дамуын қиындатады. Біріншіден, салыстырғанда литий-иондық аккумуляторлардың басқа түрлері, олар қымбатырақ, өйткені олар сирек және пайдаланады қымбат шикізат. Сонымен қатар, литий-темір фосфатты батареяларда а төменгі жұмыс кернеуі, яғни олар кейбіреулер үшін жарамсыз болуы мүмкін жоғары кернеуді қажет ететін қолданбалар. Оның ұзағырақ зарядтау уақыты оны а жылдам зарядтауды қажет ететін қолданбалардағы кемшілік.

l Литий никель марганец кобальт оксиді (NMC)

Литий-никель марганец кобальт оксиді батареялары, көбінесе NMC деп аталады батареялар әмбебап болып табылатын әртүрлі материалдардан жасалған литий-иондық батареялар. Никель, марганец және қоспасынан жасалған катод кобальт кіреді. Оның жоғары энергия тығыздығы, жақсы велосипед өнімділігі және а ұзақ қызмет ету мерзімі оны электрлік көліктерде, торды сақтауда бірінші таңдау жасады жүйелер және басқа да жоғары өнімді қолданбалар, бұл одан әрі ықпал етті электр көліктері мен жаңартылатын энергия жүйелерінің танымалдылығына. Кімге қуаттылығын арттыру, оны қамтамасыз ету үшін жаңа электролиттер мен қоспалар пайдаланылады 4,4 В/клеткаға дейін және одан жоғары зарядтаңыз 

Содан бері NMC аралас литий-ионға тенденция бар жүйе үнемді және жақсы өнімділікті қамтамасыз етеді. никель, марганец, және кобальт үш белсенді материал болып табылады, оларды кең ауқымға оңай біріктіруге болады талап ететін автомобиль және энергия сақтау жүйелері (EES) қолданбаларының ауқымы жиі велосипедпен жүру. Осыдан біз NMC отбасының көбейіп келе жатқанын көреміз әр түрлі Дегенмен, оның жанама әсерлері термиялық қашу, өрт қаупі және қоршаған орта алаңдаушылық оның одан әрі дамуына кедергі келтіруі мүмкін.

l Литий титанаты

Литий титанаты, көбінесе ли-титанат ретінде белгілі, батареяның бір түрі қолдану санының артуы. Оның жоғары нанотехнологиясының арқасында ол қабілетті тұрақты кернеуді сақтай отырып, тез зарядталады және разрядталады, бұл оны жасайды электр көліктері, коммерциялық сияқты жоғары қуатты қолданбалар үшін өте қолайлы және өнеркәсіптік энергия сақтау жүйелері және желі деңгейіндегі сақтау 

Онымен бірге қауіпсіздік пен сенімділікке байланысты бұл батареяларды әскери және аэроғарыштық мақсатта пайдалануға болады қолданбалар, сондай-ақ жел мен күн энергиясын сақтау және ақылды құрылыс торлар. Сонымен қатар, Battery Space мәліметтеріне сәйкес, бұл батареялар болуы мүмкін энергетикалық жүйенің маңызды резервтік көшірмелерінде қолданылады. Дегенмен, литий титанаты батареялар дәстүрлі литий-ионды батареяларға қарағанда қымбатырақ болады оларды өндіру үшін қажетті күрделі дайындау процесіне.

5. Литий-иондық батареялардың даму тенденциялары

Жаңғыртылатын энергия қондырғыларының жаһандық өсуі артты теңгерімсіз тор құру, үзіліссіз энергия өндіру. Бұл соған әкелді Батареяларға сұраныс.көміртегі нөлдік шығарындыларына назар аударылған кезде және қозғалу қажет электр энергиясын өндіру үшін қазбалы отындардан, атап айтқанда көмірден алыс үкіметтер күн және жел электр қондырғыларын ынталандыру. Бұл қондырғылар артық қуатты сақтайтын батареяларды сақтау жүйелеріне беріледі құрылған 

Сондықтан үкімет литий-ионды аккумуляторды ынталандыруды ынталандырады қондырғылар литий-иондық аккумуляторлардың дамуына да ықпал етеді. Мысалы, Жаһандық NMC литий-иондық аккумуляторлар нарығының көлемі АҚШ долларынан өседі деп болжануда 2022 жылы миллионнан 2029 жылы миллион АҚШ долларына дейін; CAGR % өседі деп күтілуде 2023 жылдан 2029 жылға дейін. Ал қосымшалардың өсіп келе жатқан қажеттіліктері ауыр талап етеді Жүктемелер 3000-10000 литий-ионды батареяларды ең жылдам етеді деп болжануда. болжамды кезеңдегі өсу сегменті (2022-2030).

6. Литий-иондық батареялардың инвестициялық талдауы

Литий-ионды аккумуляторлар нарығының индустриясы 51,16 доллардан өседі деп болжануда 2022 жылы миллиард долларды құрап, 2030 жылға қарай 118,15 миллиард АҚШ долларына жетеді, бұл жылдық құрамдас көрсеткішті көрсетеді. болжамды кезеңде (2022-2030 ж.) өсу қарқыны 4,72% құрады, бұл бірнеше факторлар.

l Соңғы пайдаланушы талдауы

Коммуналдық сектор қондырғылары батарея қуатын сақтаудың негізгі драйверлері болып табылады жүйелері (BESS). Бұл сегмент 2,25 миллиард доллардан 2021 жылға дейін өседі деп күтілуде 2030 жылы CAGR 11,5% болғанда 5,99 миллиард доллар. Ли-ионды батареялар 34,4% жоғарырақ көрсетеді CAGR олардың өсу базасының төмен болуына байланысты. Тұрмыстық және коммерциялық энергияны сақтау сегменттер 2030 жылы 5,51 миллиард долларды құрайтын үлкен нарықтық әлеуеті бар басқа салалар, 2021 жылы 1,68 миллиард доллардан. Өнеркәсіптік сектор өз қадамын жалғастыруда нөлдік көміртегі шығарындылары, компаниялар келесі екеуінде таза нөлдік кепілдік береді ондаған жылдар. Телекоммуникация және деректер орталығы компаниялары қысқартудың алдыңғы қатарында жаңартылатын энергия көздеріне көбірек назар аудара отырып, көміртегі шығарындылары. Барлығы оның ішінде литий-иондық аккумуляторлардың қарқынды дамуына ықпал етеді компаниялар сенімді резервтік көшірме жасау және желілік теңгерімдеуді қамтамасыз ету жолдарын табады.

l Өнім түрін талдау

Кобальттың бағасы жоғары болғандықтан, кобальтсыз батареялардың бірі болып табылады литий-иондық батареялардың даму тенденциялары. Жоғары вольтты LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) жоғары теориялық энергия тығыздығы бар ең перспективалы Co-free бірі болып табылады одан әрі катодты материалдар. Одан әрі эксперимент нәтижелері мұны дәлелдеді пайдалану арқылы LNMO батареясының циклдік және C жылдамдығының өнімділігі жақсарады жартылай қатты электролит. Бұл аниондық COF қабілетті деп ұсынуға болады кулондық әрекеттесу арқылы Mn3+/Mn2+ және Ni2+ күшті сіңіреді, олардың анодқа деструктивті миграциясын тежеу. Сондықтан бұл жұмыс болады LNMO катодты материалын коммерцияландыру үшін пайдалы болады.

l Аймақтық талдау

Азия-Тынық мұхиты ең үлкен стационарлық литий-ионды батарея нарығы болады 2030, коммуналдық шаруашылықтар мен өнеркәсіп орындары. Ол Солтүстік Американы басып озады және Еуропа 2030 жылы 7,07 миллиард доллар нарығымен 1,24 миллиард доллардан өседі 2021 жылы CAGR бойынша 21,3%. Келесі ең үлкені Солтүстік Америка мен Еуропа болады нарықтар өздерінің экономикалары мен желілерін келесі кезеңде көміртексіздандыру мақсаттарына байланысты екі онжылдық. LATAM 21,4% CAGR кезінде ең жоғары өсу қарқынын көреді, өйткені оның кішігірім өлшемі мен төмен негізі.

7. Жоғары сапалы литий-иондық аккумуляторлар үшін қарастырылатын нәрселер

Оптикалық күн инверторын сатып алғанда, баға мен сапа ғана емес болуы керек басқа факторларды да ескеру қажет.

l Энергия тығыздығы

Энергия тығыздығы - көлем бірлігіне жинақталған энергия мөлшері. Жоғарырақ салмағы мен өлшемі аз энергия тығыздығы зарядтау арасында кеңірек болады циклдар.

l Қауіпсіздік

Қауіпсіздік жарылыс болған кездегі литий-иондық батареялардың тағы бір маңызды аспектісі болып табылады және зарядтау немесе зарядтау кезінде пайда болуы мүмкін өрттер, сондықтан қажет температура сенсорлары сияқты қауіпсіздік механизмдері жақсартылған батареяларды таңдаңыз және тежегіш заттар.

l Теріңіз

Литий-ионды батареялар өнеркәсібіндегі соңғы трендтердің бірі болып табылады сияқты бірқатар артықшылықтарды ұсынатын қатты күйдегі батареяларды дамыту жоғары энергия тығыздығы және ұзақ өмірлік цикл. Мысалы, пайдалану электромобильдердегі қатты күйдегі батареялар олардың ауқымын айтарлықтай арттырады қабілеті мен қауіпсіздігі.

l Зарядтау жылдамдығы

Зарядтау жылдамдығы аккумулятордың қаншалықты қауіпсіз зарядталатынына байланысты. Кейде батареяны пайдалану үшін зарядтау үшін көп уақыт қажет.

l Өмір сүру ұзақтығы

Батареяның қызмет ету мерзімі бойы жұмыс істемейді, бірақ жарамдылық мерзімі бар. Жарамдылық мерзімін тексеріңіз сатып алудың алдындағы күн. Литий-иондық аккумуляторларға тән ұзағырақ оның химиясына байланысты қызмет ету мерзімі, бірақ әрбір батарея бір-бірінен байланысты ерекшеленеді түрі, техникалық сипаттамалары және олардың жасалу жолы. Жоғары сапалы батареялар болады ұзағырақ қызмет етеді, өйткені олар ішкі материалдардан жасалған.