Литий-иондук батарейкалар деген эмне?

1. Литий-иондук батарейкалар деген эмне?

Батарея бир же бир нечеден турган электр энергиясынын булагы электр приборлорун кубаттандыруу үчүн тышкы байланыштары бар электрохимиялык элементтер. Литий-ион же литий-иондук батарейка - бул кайра заряддалуучу батареянын бир түрү энергияны сактоо үчүн литий иондорун кайра калыбына келтирүү жана алардын жогорку белгилүү энергия тыгыздыгы.

2. Литий-иондук батарейкалардын түзүлүшү

Негизинен көпчүлүк коммерциялык литий-иондук батарейкалар интеркалация кошулмаларын колдонушат активдүү материалдар. Алар, адатта, материалдардын бир нече катмарынан турат электрохимиялык процессти жеңилдетүү үчүн белгилүү бир тартипте уюштурулган батареяга энергияны сактоого жана чыгарууга мүмкүндүк берет - анод, катод, электролит, сепаратор жана ток коллектор.

анод деген эмне?

батареянын бир компоненти катары, анод кубаттуулугу маанилүү ролду ойнойт, аткаруу, жана батареянын узактыгы. Заряддоодо графит анод болуп саналат литий иондорун кабыл алуу жана сактоо үчүн жооптуу. Батарея болгондо разряддан кийин литий иондору аноддон катодго жылат, андыктан электр тогу пайда болот. Көбүнчө эң кеңири таралган коммерциялык анод бул графит, ал LiC6 толук литий абалында максималдуу корреляцияга ээ кубаттуулугу 1339 С/г (372 мАч/г). Бирок технологиялардын өнүгүшү менен, жаңы кремний сыяктуу материалдар энергиянын тыгыздыгын жакшыртуу үчүн изилденген литий-иондук батарейкалар үчүн.

Катод деген эмне?

Катод учурунда оң заряддалган литий иондорун кабыл алуу жана чыгаруу үчүн иштейт учурдагы циклдер. Көбүнчө катмарлуу оксиддин катмарлуу структурасынан турат (мисалы, литий кобальт оксиди), полианион (мисалы, литий темир фосфаты) же заряд коллекторунда капталган шпинель (мисалы, литий марганец оксиди) (адатта алюминийден жасалган).

электролит деген эмне?

Органикалык эриткичте литий тузу катары электролит чөйрө катары кызмат кылат литий иондору үчүн заряддоо учурунда анод менен катоддун ортосунда жылыш үчүн жана разряддоо.

Сепаратор деген эмне?

Сепаратор жука мембрана же өткөргүч эмес материал катмары катары иштейт анодду (терс электрод) жана катодду (оң электрод) болтурбоо кыска, анткени бул катмар литий иондору үчүн өткөргүч, бирок электрондор үчүн эмес. It ошондой эле заряддоо учурунда электроддордун ортосундагы иондордун туруктуу агымын камсыз кыла алат жана разряддоо. Ошондуктан, батарея туруктуу чыңалууну сактап, азайта алат ысып кетүү, күйүү же жарылуу коркунучу.

Учурдагы коллектор деген эмне?

Ток коллектору чыгарган токту чогултуу үчүн арналган батареянын электроддору жана аны тышкы чынжырга ташыйт батареянын оптималдуу иштешин жана узак иштөөсүн камсыз кылуу үчүн маанилүү. Жана адатта ал, адатта, алюминий же жез жука барактан жасалган.

3. Литий-иондук батарейкалардын өнүгүү тарыхы

Кайра заряддалуучу литий-иондук батарейкалар боюнча изилдөөлөр 1960-жылдарга таандык эң алгачкы мисалдар 1965-жылы НАСА тарабынан иштелип чыккан CuF2/Li батарейкасы. Жана мунай кризиси 1970-жылдары дүйнөнү каптап, изилдөөчүлөр альтернативага көңүл бурушкан энергия булактары, ошондуктан эң алгачкы түрүн чыгарган ачылыш заманбап Li-ion батарея, анткени жеңил жана жогорку энергия жасалган литий-иондук батарейкалардын тыгыздыгы. Ошол эле учурда, Exxon компаниясынан Стэнли Уиттингем литий иондорун TiS2 сыяктуу материалдарга киргизүүгө болоорун аныкташкан кайра заряддалуучу батареяны түзүү 

Ошентип, ал бул батареяны коммерциялаштырууга аракет кылды, бирок кымбатка жана клеткаларда металлдык литийдин болушуна байланыштуу ишке ашкан жок. 1980-жылы жаңы материал жогорку чыңалууну сунуштайт жана андан көп болгон абада туруктуу, кийинчерээк биринчи коммерциялык Li-ion батареясында колдонула турган, боюнча туруктуу маселени өз алдынча чече албаса да тутануучу. Ошол эле жылы Рачид Язами литий графитин ойлоп тапкан электрод (анод). Ал эми 1991-жылы, дүйнөдөгү биринчи кайра заряддоого болгон литий-ион Батареялар рынокко чыга баштады 

2000-жылдары литий-ионго болгон суроо-талап батарейкалар көбөйдү, анткени көчмө электрондук шаймандар популярдуу болуп калды литий-иондук батарейкалар коопсуз жана бышык болушу үчүн. Электр унаалары болгон 2010-жылдары киргизилген, бул литий-иондук батарейкалар үчүн жаңы рынокту түзгөн. The кремний аноддору сыяктуу жаңы өндүрүш процесстерин жана материалдарды иштеп чыгуу жана катуу абалдагы электролиттер, натыйжалуулугун жана коопсуздугун жакшыртууну улантты литий-иондук батарейкалар. Бүгүнкү күндө литий-иондук батарейкалар абдан маанилүү болуп калды биздин күнүмдүк жашообуз, ошондуктан изилдөө жана жаңы материалдарды иштеп чыгуу жана натыйжалуулугун, натыйжалуулугун жана коопсуздугун жогорулатуу үчүн технологиялар уланууда бул батареялар.

4. Литий-иондук батарейкалардын түрлөрү

Литий-иондук батарейкалар ар кандай формада жана өлчөмдөрдө болот, бирок баары эмес алар бирдей кылынган. Адатта литий-иондук батарейкалардын беш түрү бар.

l Литий кобальт оксиди

Литий кобальт кычкыл батареялары литий карбонат жана өндүрүлгөн кобальт жана ошондой эле литий кобальтат же литий-ион кобальт батареялары катары белгилүү. Аларда кобальт оксидинин катоду жана графит көмүртек аноду жана литий иондору бар. разряд учурунда аноддон катодго көчүп, агымдын өзгөрүшү менен батарея заряддалганда. Анын колдонууга келсек, алар портативдик колдонулат электрондук аппараттар, электр унаалар жана кайра жаралуучу энергияны сактоо системалары анткени алардын жогорку өзгөчө энергия, төмөн өзүн-өзү разряд ылдамдыгы, жогорку иш чыңалуу жана кең температура диапазону. Бирок коопсуздук маселелерине көңүл буруңуз жогорку температуралык качуу жана туруксуздук потенциалына байланыштуу температуралар.

l Литий марганец оксиди

Литий марганец оксиди (LiMn2O4) көбүнчө колдонулган катоддук материал литий-иондук батарейкаларда. Мындай батареянын технологиясы башында эле 1980-жылдары ачылган, биринчи жолу Материалдарды изилдөөдө жарыяланган Бюллетень 1983-ж. LiMn2O4 артыкчылыктарынын бири - бул жакшы жылуулукка ээ туруктуулук, башкача айтканда, ал термикалык качууга азыраак дуушар болот, бул башка литий-иондук батарейканын түрлөрүнө караганда коопсузураак. Андан тышкары, марганец мол жана кеңири жеткиликтүү, бул аны салыштырмалуу туруктуураак вариант кылат кобальт сыяктуу чектелген ресурстарды камтыган катоддук материалдарга. Натыйжада, алар көбүнчө медициналык жабдууларда жана приборлордо, электр шаймандарында, электр мотоциклдер жана башка колдонмолор. Анын артыкчылыктарына карабастан, LiMn2O4 начарыраак LiCoO2ге салыштырмалуу велосипеддин туруктуулугу, бул көбүрөөк талап кылынышы мүмкүн тез-тез алмаштыруу, ошондуктан ал узак мөөнөттүү энергия сактоо үчүн ылайыктуу эмес болушу мүмкүн системалары.

л Литий темир фосфаты (LFP)

Фосфат көбүнчө литий темир фосфат батареяларында катод катары колдонулат ли-фосфат батареялары деп аталат. Алардын аз каршылыгы алардын жылуулукту жакшыртат туруктуулук жана коопсуздук. Алар ошондой эле туруктуулугу жана узак өмүр цикли менен белгилүү, бул аларды литий-иондун башка түрлөрүнө эң үнөмдүү вариант кылат батареялар. Демек, бул батарейкалар көбүнчө электр велосипеддеринде колдонулат жана узак өмүр циклин жана коопсуздуктун жогорку деңгээлин талап кылган башка колдонмолор. Бирок анын кемчиликтери аны тез өнүктүрүүнү кыйындатат. Биринчиден, салыштырганда литий-иондук батарейкалардын башка түрлөрү, алар сейрек жана колдонушкандыктан кымбатыраак кымбат сырье. Мындан тышкары, литий темир фосфат батареялары бар төмөнкү иш чыңалуу, алар кээ бир үчүн ылайыктуу эмес болушу мүмкүн дегенди билдирет жогорку чыңалууну талап кылган колдонмолор. Анын узак кубаттоо убактысы аны а тез толтурууну талап кылган колдонмолордо кемчилик.

l Литий никель марганец кобальт оксиди (NMC)

Литий-никель марганец кобальт оксидинин батареялары, көбүнчө NMC деп аталат Батареялар универсалдуу болгон ар кандай материалдардан жасалган литий-иондук батарейкалар. никель, марганец жана аралашмасынан жасалган катод кобальт кирет. Анын жогорку энергия тыгыздыгы, жакшы велосипед көрсөткүчтөрү жана а узак өмүр электр унаалар, сетка сактоочу биринчи тандоо жасады системалары жана башка жогорку өндүрүмдүүлүктөгү колдонмолор, бул андан ары салым кошкон электр унааларынын жана энергиянын кайра жаралуучу системаларынын популярдуулугун жогорулатуу. үчүн кубаттуулугун жогорулатуу, аны ишке ашыруу үчүн жаңы электролиттер жана кошумчалар колдонулат 4.4V/клеткага жана андан жогору заряд 

Ошондон бери NMC аралашкан Li-ion тенденциясы бар система үнөмдүү жана жакшы аткарууну камсыз кылат. никель, марганец, жана кобальт үч активдүү материал болуп саналат, аларды оңой эле айкалыштырууга болот талап кылган автомобиль жана энергия сактоо тутумдары (EES) колдонмолорунун спектри тез-тез велосипед тебүү. Мындан биз NMC үй-бүлөсү көбүрөөк болуп жатканын көрө алабыз ар түрдүү Бирок, анын термикалык качуу, өрт коркунучу жана экологиялык терс таасирлери кооптонуулар анын андан ары өнүгүшүнө тоскоол болушу мүмкүн.

л Литий титанаты

Литий титанат, көбүнчө ли-титанат катары белгилүү, батареянын бир түрү болуп саналат колдонуунун саны өсүүдө. Анткени анын жогорку нанотехнологиясы, ал жасай алат туруктуу чыңалууну сактап, тез заряддоо жана разряддоо, бул аны түзөт электр унаалар, соода сыяктуу жогорку кубаттуулуктагы колдонмолор үчүн жакшы ылайыктуу жана өнөр жайлык энергияны сактоо системалары жана тармактык деңгээлдеги сактоо 

Аны менен бирге коопсуздук жана ишенимдүүлүк, бул батареялар аскердик жана аэрокосмостук үчүн колдонулушу мүмкүн колдонмолор, ошондой эле шамал жана күн энергиясын сактоо жана акылдуу куруу торлор. Андан тышкары, Батарея мейкиндигине ылайык, бул батареялар болушу мүмкүн энергетика системасынын маанилүү резервдик көчүрмөлөрүндө колдонулат. Ошого карабастан, литий титанат Батареялар кадимки литий-иондук батарейкаларга караганда кымбатыраак аларды өндүрүү үчүн талап кылынган татаал өндүрүш процессине.

5. Литий-иондук батарейкалардын өнүгүү тенденциялары

Кайра жаралуучу энергия орнотууларынын дүйнөлүк өсүшү өстү үзгүлтүксүз энергия өндүрүү, тең салмактуу эмес тармакты түзүү. Бул а алып келди батарейкаларга болгон суроо-талап.көмүртектин нөлдүк эмиссиясына көңүл бурулуп, көчүш керек электр энергиясын өндүрүү үчүн казылып алынган отундардан, тактап айтканда, көмүрдөн алыс өкмөттөр күн жана шамал электр станцияларын стимулдаштыруу. Булар Орнотуулар ашыкча кубаттуулукту сактаган батарейканы сактоо тутумдарына жардам берет түзүлгөн 

Ошондуктан, Li-ion батареяны стимулдаштыруу үчүн мамлекеттик стимулдар орнотуулар литий-иондук батарейкалардын өнүгүшүнө да түрткү берет. Мисалы, NMC литий-иондук батарейкаларынын дүйнөлүк рыногунун көлөмү АКШ долларынан өсөт деп болжолдонууда 2022-жылы миллиондон 2029-жылы миллион АКШ долларына чейин; ал% CAGRде өсөт деп күтүлүүдө 2023-жылдан 2029-жылга чейин. Ал эми тиркемелерди талап кылуунун өсүп жаткан муктаждыктары оор жүктер 3000-10000 литий-иондук батарейкаларды эң ылдам кылат деп болжолдонууда. болжолдонгон мезгилде (2022-2030) өсүп жаткан сегмент.

6. Литий-иондук батарейкалардын инвестициялык анализи

Литий-иондук батарейкалар рыногунун индустриясы 51,16 доллардан өсөт деп болжолдонууда 2022-жылы миллиард долларды түзүп, 2030-жылга чейин 118,15 миллиард долларга жетет. болжолдонгон мезгилде (2022-2030) 4,72% өсүү темпи, бул бир нече факторлор.

l Акыркы колдонуучунун анализи

Коммуналдык сектордун орнотуулары батареянын энергиясын сактоо үчүн негизги драйверлер болуп саналат системалары (BESS). Бул сегмент 2,25 миллиард доллардан 2021-жылга чейин өсүшү күтүлүүдө 2030-жылы 11,5% CAGRде 5,99 миллиард доллар. Ли-иондук батарейкалар 34,4% жогору CAGR алардын өсүү базасынын төмөндүгүнө байланыштуу. Турак жай жана коммерциялык энергияны сактоо сегменттер 2030-жылы 5,51 миллиард долларлык чоң рынок потенциалы бар башка аймактар, 2021-жылы 1,68 миллиард доллардан. Өнөр жай тармагы өз багытын улантууда нөл көмүртек чыгаруу, компаниялар кийинки эки таза нөлгө кепилдик берет ондогон жылдар. Телеком жана маалымат борбору компаниялары кыскаруунун башында турат энергиянын кайра жаралуучу булактарына көбүрөөк басым жасоо менен көмүртектин эмиссиясы. Баары анын ичинен литий-иондук батарейкалардын тез өнүгүшүнө көмөктөшөт компаниялар ишенимдүү камдык жана тармак балансын камсыз кылуу жолдорун табышат.

l Продукциянын түрүн талдоо

Кобальттын баасы жогору болгондуктан, кобальтсыз аккумуляторлордун бири болуп саналат литий-иондук батарейкалардын өнүгүү тенденциялары. Жогорку вольттуу LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) жогорку теориялык энергия тыгыздыгы менен абдан келечектүү Co-free бири болуп саналат андан ары катоддук материалдар. Андан ары эксперименттин натыйжалары муну далилдеди колдонуу менен LNMO батарейкасынын велосипед тебүү жана C-курсунун иштеши жакшыртылды жарым катуу электролит. Бул аниондук COF жөндөмдүү деп сунуш кылууга болот Кулондук өз ара аракеттенүү аркылуу Mn3+/Mn2+ жана Ni2+ күчтүү сиңирүү, алардын анодго кыйратуучу миграциясын чектөө. Ошондуктан, бул иш болот LNMO катоддук материалды коммерциялаштыруу үчүн пайдалуу болот.

l Регионалдык талдоо

Азия-Тынч океан ири стационардык литий-иондук батарея рыногу болот 2030, коммуналдык жана өнөр жай тарабынан шартталган. Ал Түндүк Американы басып өтөт жана 2030-жылы 7,07 миллиард долларлык рынок менен Европа 1,24 миллиард доллардан өсөт 2021-жылы CAGR боюнча 21.3%. Түндүк Америка жана Европа кийинки ири болот алардын экономикасын декарбонизациялоо максаттарына байланыштуу базарлар кийинки мезгилде эки он жылдык. LATAM 21.4% CAGR боюнча эң жогорку өсүш темпин көрөт, анткени анын кичинекей өлчөмү жана төмөн базасы.

7. Жогорку сапаттагы литий-иондук батарейкалар үчүн эмнелерди эске алуу керек

Оптикалык күн инвертор сатып алууда, баасы жана сапаты гана эмес, болушу керек башка факторлорду да эске алуу керек.

l Энергия тыгыздыгы

Энергия тыгыздыгы - бул көлөм бирдигине сакталган энергиянын көлөмү. Жогорку аз салмак жана өлчөмү менен энергия тыгыздыгы кубаттоо ортосунда кененирээк болот циклдер.

l Коопсуздук

Коопсуздук жарылуулардан бери литий-иондук батарейкалардын дагы бир маанилүү аспектиси болуп саналат жана кубаттоо же заряддоо учурунда пайда болушу мүмкүн болгон өрт, ошондуктан зарыл температура сенсорлору сыяктуу жакшыртылган коопсуздук механизмдери бар батареяларды тандаңыз жана бөгөт коюучу заттар.

l Type

Литий-иондук батарейка тармагындагы акыркы тенденциялардын бири болуп саналат сыяктуу бир катар артыкчылыктарды сунуш кылган катуу абалдагы батареяларды иштеп чыгуу жогорку энергия тыгыздыгы жана узак жашоо цикл. Мисалы, колдонуу электромобилдердеги катуу абалдагы аккумуляторлор алардын диапазонун бир кыйла кебейтет жөндөмдүүлүк жана коопсуздук.

l Заряддоо ылдамдыгы

Заряддоо ылдамдыгы батарейканын канчалык тез заряддалышынан көз каранды. Кээде аларды колдонууга чейин батареянын заряды көп убакытты талап кылат.

l Өмүр

Батарея бүткүл өмүр бою иштебейт, бирок жарактуулук мөөнөтү бар. Жарамдуулук мөөнөтүн текшериңиз сатып алуудан мурун датасы. Литий-иондук батарейкалардын узактыгы бар анын химиясына байланыштуу өмүр, бирок ар бир батарея бири-биринен жараша айырмаланат түрү, спецификациясы жана аларды жасоо жолу. Жогорку сапаттагы батарейкалар болот алар ичи жакшы материалдардан жасалгандыктан узакка созулат.