Литий батареясы: келечекти кантип айдаш керек

Pengarang：Iflowpower – పోర్టబుల్ పవర్ స్టేషన్ సరఫరాదారు

Акыркы бир нече он жылдыкта электр унаалары масштабдуу өнүгүүгө ээ болот. IEA прогнозуна ылайык, 2030-жылга карата дүйнөлүк электр унаа кепилдиги 2017-жылдагы 3,7 миллиондон 130 миллионго чейин көтөрүлөт жана жылдык сатуу көлөмү 2ге жетет.

1,5 млн. Бул сценарийде жыл сайын жаңы батареянын кубаттуулугу 2017-жылдагы 68 ГВт W11ден 775 ГВтка чейин көтөрүлөт, анын 84% жеңил унааларда колдонулат.

менин өлкөм, ЕБ, Индия, АКШнын суроо-талап тиешелүүлүгүнө жараша 50%, 18%, 12% жана 7% түздү. Акыркы эки он жылдыкта, өндүрүш масштабынын өлчөмү менен, алдыңкы электр унаа аккумуляторунун литий-иондук технологиясы абдан жакшырды, баасы кескин төмөндөдү, ошондуктан электр транспорт каражаттарынын наркынын көрсөткүчтөрү күйүүчү май менен башталат. Негизги Drive факторлору 1990-жылдан бери литий-иондук батарейка керектөөчү электроникада, энергияны сактоодо (тиричилик, коммуналдык кызматтарда) жана электр кыймылдаткыч өнөр жайында кеңири колдонулуп келет.

Өндүрүш масштабынын өлчөмү менен, анын көрсөткүчтөрү абдан жакшырды, баасы олуттуу төмөндөп кетти. Келечек. Химиялык материалдар.

Батареянын иштешине поляризациялык материалдар таасир этет. Катоддук материалдар Маанилүү болуп литий никель марганец кобальт (NMC), литий никель-кобальт алюминий оксиди (NCA), литий марганец кычкылы (LMO) жана литий темир фосфаты (LFP) кирет; аноддук материалдын көбү графитти, оор жүк ташуучу унааларды колдонот Айлануучу өмүр, литий титанат (LTO). NMC жана NCA технологиясынын маанилүү артыкчылыгы - бул энергиянын жогорку тыгыздыгы, жарык батареяларынын рыногунда үстөмдүк кылат; LFPдин энергия тыгыздыгы төмөн, бирок ал циклдин иштөө мөөнөтү жана коопсуздук көрсөткүчтөрү жогору болгон, бул оор электр унааларынын (б.а. жүргүнчү ташуучу унаалардын) Химиялык материалынын маанилүү мааниси.

Химиялык материалдар ар кандай химиялык материалдарды колдонуп, батарейканын чыгымдарына чоң таасирин тийгизет жана алардын баасында ажырым 20% жетиши мүмкүн. Батарея сыйымдуулугу жана өлчөмү. Электр унаасынын аккумуляторунун кубаттуулугу абдан айырмаланып турат, менин өлкөдө үч кичинекей электр унаасынын батареясынын кубаттуулугу 18.

3 ~ 23 кВт/саат; Европа жана Түндүк Американын орто өлчөмдөгү автомобиль аккумуляторунун кубаттуулугу 23 ~ 60 кВт саат; чоң унаалардын аккумуляторунун кубаттуулугу 75 ~ 100 кВт/саат. Батареянын кубаттуулугу канчалык чоң болсо, баасы ошончолук төмөн болот. 70 кВттык батарейканын бирдигинин энергия баасы 30 кВттан 25% төмөн экени болжолдонууда.

Иштетүү масштабы. Чжан Да кайра иштетүү масштабдуу экономиканы ишке ашыруу үчүн дагы бир маанилүү жагдай болуп саналат. Азыркы учурда, типтүү өндүрүш диапазону 0 болуп саналат.

5 ~ 8 JW / жыл, өндүрүштүн көбү болжол менен 3 GW / жыл. 20 ~ 75 кВт/саат типтүү кубаттуулугуна ылайык, жалгыз электр унаа эсептелинет жана бир заводдун өндүрүшү жылына 6000-400 000 батарея пакеттерин иштетүүгө барабар. Азыркы учурда, Германия, Америка Кошмо Штаттары, менин өлкөм, Индия жана башка жерлерде Tesla жылы 35 GW жеткенде Super Factory, анын ичинде өндүрүштүк ири батарея заводдорунун партиясын, жаңы курулган.

Заряддоо ылдамдыгы. Учурдагы технология 40 ~ 60 мүнөт ичинде 80% кубаттай алат. Бул кайрылуу батареянын чыгымдарын кошо турган электроддун калыңдыгын азайтуу сыяктуу батареянын дизайнынын татаалдыгын кошту; батареянын энергия тыгыздыгын азайтып, ошону менен батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартат.

АКШнын Энергетика министрлигинин ыдыраган билдирүүсү 400 киловатт кубаттоого ылайыкташтырылып, аккумулятордун дизайнын өзгөртүп, батарейканын баасын жогорулатат. Материалдык революциянын негизги тенденциясы МЭАнын бузулушуна негизделет жана литий-иондук батарея жыйырма жылдын ичинде дагы эле үстөмдүк кылат, бирок анын химиялык материалдары акырындык менен өзгөрөт. 2025-жылга чейин, аз кобальт, жогорку энергия тыгыздыгы жана катод литий никель марганец кобальт (NMC) 811 бар литий-иондук батарейкалардын жаңы мууну, ж.б.

массалык өндүрүшкө кирет. Графит анодуна аз өлчөмдө кремний кошулуп, энергиянын тыгыздыгын 50% га көбөйтүүгө болот, ал эми жогорку чыңалууга туруштук бере алган электролит тузу да иштөөнү жакшыртууга жардам берет. 2025-жылдан 2030-жылга чейинки мезгилде литий металл анод үчүн катод, графит / кремний курама материалы, литий-иондук батарейка, долбоорлоо фазасына кириши мүмкүн, ал тургай, энергиянын тыгыздыгын жана батареянын коопсуздугун андан ары жакшыртуу үчүн катуу электролиттерди киргизе алат.

Мындан тышкары, литий-ион технологиясы башка энергия тыгыздыгы менен алмаштырылышы мүмкүн жана литий аба менен төмөнкү теориялык чыгымдар, литий күкүрт, ж.б. Бирок, бул технологиялардын өнүгүү деңгээли дагы эле өтө төмөн жана иш жүзүндө аткарылышы дагы эле текшерилүүдө. Nature Journal 2018-жылдын 26-июлунда жарыяланган макалада "TenyearsleftToredesignlithium-Ionbatteries" деген макалада литий-иондук батарейканын иштешинин жана баасынын эволюциясы жай экенине көңүл бурулган.

Бул жогоруда айтылган проблемаларды камтышы маанилүү: электрод материалынын кристаллдык структурасында сактала турган заряддын көлөмү теориялык максимумга жакын болот; рыноктун көлөмү чоң бааны төмөндөтүүнү улантуу кыйын. Андан да жаманы, электрод материалы, мисалы, кобальт жана никель, абдан сейрек, жана эч кандай жаңы өзгөрүү жок болсо, анда ал 2030 ~ 2037 (же андан мурда) болушу күтүлүүдө, кобальт жана никель суроо-талап Ашып түшүмдүүлүк. Башка жагынан алып караганда, темир, жез, жез сыяктуу жаңы альтернативалуу электрод материалдары дагы эле алгачкы изилдөө стадиясында турат.

Макалада материал таануучулар, инженерлер жана финансы агентстволору темирге, жезге жана запастар сыяктуу башка материалдарга негизделген электроддук материалдар боюнча изилдөөлөрдү көбөйтүүгө чакырат. Болбосо электромобилдерди масштабдуу өнүктүрүүгө чектөө коюлат. Электр унааларынын жана күйүүчү май менен жүрүүчү унаалардын баасына таасир этүүчү маанилүү факторлорго төмөнкүлөр кирет: аккумулятордун баасы, кузовдун өлчөмү (күйүүчү майдын үнөмдүүлүгүнө жана электр унаасынын аккумуляторунун көлөмүнө таасир этүүчү), күйүүчү майдын баалары жана жылдык пробег.

Батареянын баасы боюнча 7,5тен 80 кВт/саатка чейин аккумулятор бар, батареянын сыйымдуулугу 70 ~ 80 кВтсаат, ал эми батареянын сыйымдуулугу 70-80 кВтсаат, ал эми 2030-жылга карата наркы 100 ~ 122 АКШ доллары/кВт саатка чейин төмөндөтүлүшү мүмкүн, ЕБ менен ($1 кВт), менин өлкөм ($1 кВт), Япониянын өздүк наркы ($92/кВт) абдан жакын. Электромобильдер менен күйүүчү поезддердин баасынын ортосундагы ажырым бара-бара азаят, бирок аккумулятор менен бензиндин баасы кузовдун көлөмүнөн ашып кетет.

Мисалы, аккумулятордун баасы 400 доллар/кВт саатка барабар, электромобилдер абдан атаандаштыкка жөндөмдүү, ал эми күйүүчү май менен жүрүүчү унаалар үнөмдүү болот. Электр унаанын аккумуляторлорунун баасы төмөн болсо, бензиндин баасы жогору, пробег жогору болгондо, кичинекей күйүүчү майлуу унаага караганда үнөмдүү кичинекей электромобилди же плагин гибриддик унааны тандаңыз. Мисалы, аккумулятордун баасы 120 доллар/кВт.саат, бензиндин баасы азыркыдан жогору болсо, анда таза электромобил узак мөөнөттүү пробегине карабастан үнөмдүү тандоо болот.

Эгерде аккумулятордун баасы 260 доллар/кВт саатка барабар болсо, пробег 35 000 километрден ашса, мунайдын баасы 1,5 доллар/литрге жетет, бул кыйла үнөмдүү тандоо. Чоң электр автобустары үчүн, эгерде аккумулятордун баасы 260 АКШ доллары/кВт сааттан аз болсо, 4-50 000 километр/жыл электр автобустары дизелдик салык системасы жогору болгон аймактарда атаандаштыкка жөндөмдүү.