Што се литиум јонски батерии

1 Што се литиум јонски батерии?

Батеријата е извор на електрична енергија кој се состои од една или повеќе електрохемиски ќелии со надворешни приклучоци за напојување на електрични уреди Литиум-јонска или литиум-јонска батерија е тип на батерија на полнење која користи реверзибилно намалување на литиумските јони за складирање на енергија и е позната нивната висока енергетска густина.

2 Структурата на литиум-јонските батерии

Општо земено, повеќето комерцијални Li-ion батерии користат интеркалирани соединенија како активни материјали. Тие обично се состојат од неколку слоеви материјали кои се наредени во специфичен редослед за да го олеснат електрохемискиот процес кој и овозможува на батеријата да складира и ослободува енергија - анода, катода, електролит, сепаратор и струен колектор.

Што е анода?

Како компонента на батеријата, анодата игра важна улога во капацитетот, перформансите и издржливоста на батеријата. При полнење, графитната анода е одговорна за прифаќање и складирање на јони на литиум. Кога батеријата е испразнета, јоните на литиум се движат од анодата до катодата така што се создава електрична струја. Генерално, најчестата комерцијално користена анода е графитот, кој во неговата целосно литиирана состојба на LiC6 корелира со максимален капацитет од 1339 C/g (372 mAh/g) Но, со развојот на технологии, се истражуваат нови материјали како што е силиконот за да се подобри густината на енергијата за литиум-јонските батерии.

Што е катода?

Катодата работи на прифаќање и ослободување на позитивно наелектризираните јони на литиум за време на тековните циклуси. Обично се состои од слоевита структура на слоевит оксид (како што е литиум кобалт оксид), полианион (како што е литиум железо фосфат) или спинел (како што е литиум манган оксид) обложен на колектор за полнење (обично направен од алуминиум) 

Што е електролит?

Како литиумска сол во органски растворувач, електролитот служи како медиум за јоните на литиум да се движат помеѓу анодата и катодата за време на полнењето и празнењето.

Што е сепаратор?

Како тенка мембрана или слој од непроводен материјал, сепараторот работи за да спречи скратување на анодата (негативна електрода) и катодата (позитивна електрода), бидејќи овој слој е пропустлив за јони на литиум, но не и за електрони. Исто така, може да обезбеди постојан проток на јони помеѓу електродите за време на полнење и празнење. Затоа, батеријата може да одржува стабилен напон и да го намали ризикот од прегревање, согорување или експлозија.

Што е тековен колектор?

Тековниот колектор е дизајниран да ја собира струјата произведена од електродите на батеријата и да ја транспортира до надворешното коло, што е важно за да се обезбедат оптимални перформанси и долговечност на батеријата. И обично обично се прави од тенок лист од алуминиум или бакар.

3 Историја на развој на литиум јонски батерии

Истражувањето на литиум-јонските батерии за полнење датира од 1960-тите, еден од најраните примери е батерија CuF2/Li развиена од НАСА во 1965 И нафтената криза го погоди светот во 1970-тите, истражувачите го свртеа своето внимание кон алтернативните извори на енергија, па пробивот што ја произведе најраната форма на модерната Li-ion батерија беше направен поради малата тежина и високата енергетска густина на литиум-јонските батерии. Во исто време, Стенли Витингем од Ексон открил дека јоните на литиум може да се вметнат во материјали како TiS2 за да се создаде батерија што може да се полни. 

Така тој се обидел да ја комерцијализира оваа батерија, но не успеал поради високата цена и присуството на метален литиум во ќелиите. Во 1980 година беше откриен нов материјал кој нуди повисок напон и беше многу постабилен во воздухот, кој подоцна ќе се користи во првата комерцијална литиум-јонска батерија, иако сам не го реши постојаното прашање на запаливост. истата година, Рашид Јазами ја измислил литиум графитната електрода (анода). И тогаш во 1991 година, првите литиум-јонски батерии во светот на полнење почнаа да влегуваат на пазарот. Во 2000-тите, побарувачката за литиум-јонски батерии се зголеми бидејќи преносливите електронски уреди станаа популарни, што ги поттикнува литиум-јонските батерии да бидат побезбедни и поиздржливи. Електричните возила беа претставени во 2010-тите, што создаде нов пазар за литиум-јонски батерии 

Развојот на нови производствени процеси и материјали, како што се силиконските аноди и електролитите во цврста состојба, продолжи да ги подобрува перформансите и безбедноста на литиум-јонските батерии. Во денешно време, литиум-јонските батерии станаа суштински во нашиот секојдневен живот, така што истражувањето и развојот на нови материјали и технологии се во тек за да се подобрат перформансите, ефикасноста и безбедноста на овие батерии.

4.Видови на литиум-јонски батерии

Литиум-јонските батерии доаѓаат во различни форми и големини, и не се сите еднакви. Вообичаено, постојат пет видови на литиум-јонски батерии.

л Литиум кобалт оксид

Батериите со литиум кобалт оксид се произведуваат од литиум карбонат и кобалт и се познати и како литиум кобалт или литиум-јонски кобалтни батерии Тие имаат катода од кобалт оксид и графитна јаглеродна анода, а јоните на литиум мигрираат од анодата до катодата за време на празнењето, при што протокот се менува кога батеријата се полни. Што се однесува до неговата примена, тие се користат во преносливи електронски уреди, електрични возила и системи за складирање на обновлива енергија поради нивната висока специфична енергија, ниската стапка на самопразнење, високиот работен напон и широкиот температурен опсег. Но, обрнете внимание на безбедносните грижи поврзани до потенцијалот за термичко бегство и нестабилност при високи температури.

l Литиум манган оксид

Литиум манган оксид (LiMn2O4) е катоден материјал кој вообичаено се користи во литиум-јонските батерии. Технологијата за овој вид батерии првично беше откриена во 1980-тите, со првата публикација во Билтенот за истражување на материјали во 1983 година. Една од предностите на LiMn2O4 е тоа што има добра термичка стабилност, што значи дека е помала веројатноста да се доживее термички бегство, кои се исто така побезбедни од другите типови на литиум-јонски батерии. Дополнително, манганот е изобилен и широко достапен, што го прави поодржлива опција во споредба со катодните материјали кои содржат ограничени ресурси како кобалтот. Како резултат на тоа, тие често се наоѓаат во медицинска опрема и уреди, електрични алати, електрични мотоцикли и други апликации. И покрај неговите предности, LiMn2O4 е послаба стабилност при возење велосипед во споредба со LiCoO2, што значи дека може да бара почеста замена, па затоа можеби не е толку погоден за долгорочни системи за складирање на енергија.

l Литиум железо фосфат (LFP)

Фосфатот се користи како катода во батериите со литиум железо фосфат, често познати како ли-фосфатни батерии. Нивната мала отпорност ја подобри нивната термичка стабилност и безбедност Тие се познати и по издржливоста и долгиот животен циклус, што ги прави најисплатлива опција за другите видови литиум-јонски батерии. Следствено, овие батерии често се користат во електрични велосипеди и други апликации кои бараат долг животен циклус и високи нивоа на безбедност Но, неговите недостатоци го отежнуваат брзиот развој. Прво, во споредба со другите видови литиум-јонски батерии, тие чинат повеќе бидејќи користат ретки и скапи суровини. Дополнително, батериите со литиум железо фосфат имаат помал работен напон, што значи дека можеби не се соодветни за некои апликации за кои е потребен повисок напон. Неговото подолго време на полнење го прави недостаток во апликациите кои бараат брзо полнење.

l литиум никел манган кобалт оксид (NMC)

Батериите од литиум никел манган кобалт оксид, често познати како батерии NMC, се направени од различни материјали кои се универзални во литиум-јонските батерии. Вклучена е катода изградена од мешавина на никел, манган и кобалт Неговата висока густина на енергија, добрите перформанси во возењето велосипед и долгиот животен век го направија првиот избор кај електричните возила, системите за складирање на мрежа и други апликации со високи перформанси, што дополнително придонесе за зголемената популарност на електричните возила и системите за обновлива енергија. За да се зголеми капацитетот, се користат нови електролити и адитиви за да се овозможи полнење до 4,4V/ќелија и повеќе. Постои тренд кон NMC-измешан Li-ion бидејќи системот е рентабилен и обезбедува добри перформанси. Никел, манган и кобалт се три активни материјали кои може лесно да се комбинираат за да одговараат на широк спектар на апликации за автомобилски и системи за складирање енергија (EES) кои бараат често возење велосипед.

 Од каде можеме да видиме дека семејството NMC станува се поразновидно

Сепак, неговите несакани ефекти од термички бегство, опасности од пожар и грижи за животната средина може да го попречат неговиот понатамошен развој.

л литиум титанат

Литиум титанат, често познат како ли-титанат, е тип на батерија што има се поголем број на употреби. Поради својата супериорна нанотехнологија, тој е во состојба брзо да се полни и празне додека одржува стабилен напон, што го прави добро прилагоден за апликации со висока моќност, како што се електрични возила, комерцијални и индустриски системи за складирање енергија и складирање на ниво на мрежа. Заедно со својата безбедност и доверливост, овие батерии може да се користат за воени и воздушни апликации, како и за складирање на енергија од ветер и сончева светлина и за изградба на паметни мрежи. Понатаму, според Battery Space, овие батерии би можеле да се користат во резервни копии кои се клучни за системот за напојување. Сепак, литиум титанат батериите имаат тенденција да бидат поскапи од традиционалните литиум-јонски батерии поради сложениот процес на изработка потребен за нивно производство.

5. Развојните трендови на литиум-јонските батерии

Глобалниот раст на инсталациите за обновлива енергија го зголеми наизменичното производство на енергија, создавајќи неизбалансирана мрежа. Ова доведе до побарувачка за батерии. додека фокусот на нула емисии на јаглерод и потребата да се оддалечи од фосилните горива, имено јагленот, за производство на електрична енергија ги поттикнува повеќе влади да ги поттикнат инсталациите за соларна и ветерна енергија. Овие инсталации се користат за системи за складирање на батерии кои складираат вишок генерирана енергија. Затоа, владините стимулации да ги поттикнат инсталациите на Li-ion батерии, исто така, го поттикнуваат развојот на литиум-јонски батерии На пример, големината на глобалниот пазар на литиум-јонски батерии NMC се предвидува да порасне од милиони американски долари во 2022 година на милиони американски долари во 2029 година; се очекува да порасне со CAGR од % од 2023 година до 2029  И зголемените потреби на апликации кои бараат тешки товари се предвидува да ги направат литиум-јонските батерии од 3000-10000 најбрзо растечки сегмент во текот на периодот на предвидување (2022-2030).

6 Инвестициска анализа на литиум-јонски батерии

Се предвидува дека индустријата на пазарот на литиум јонски батерии ќе порасне од 51,16 милијарди американски долари во 2022 година на 118,15 милијарди американски долари до 2030 година, покажувајќи сложена годишна стапка на раст од 4,72% во текот на прогнозираниот период (2022-2030), што зависи од неколку фактори.

l Анализа на крајниот корисник

Инсталациите на комуналниот сектор се клучни двигатели за системите за складирање на енергија од батерии (BESS). Овој сегмент се очекува да порасне од 2,25 милијарди американски долари во 2021 година на 5,99 милијарди долари во 2030 година со CAGR од 11,5%.  Li-ion батериите покажуваат повисок 34,4% CAGR поради нивната ниска основа на раст. Станбените и комерцијалните сегменти за складирање енергија се други области со голем пазарен потенцијал од 5,51 милијарди американски долари во 2030 година, од 1,68 милијарди долари во 2021 година. Индустрискиот сектор го продолжува својот марш кон нулта емисија на јаглерод, при што компаниите даваат нето-нула ветувања во следните две децении. Компаниите за телекомуникации и центри за податоци се во првите редови во намалувањето на емисиите на јаглерод со зголемен фокус на обновливите извори на енергија Сето тоа ќе го промовира брзиот развој на  литиум-јонски батерии бидејќи компаниите наоѓаат начини да обезбедат сигурна резервна копија и балансирање на мрежата.

l Анализа на типот на производот

Поради високата цена на кобалтот, батеријата без кобалт е еден од развојните трендови на литиум-јонските батерии. Високонапонскиот LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) со висока теоретска енергетска густина е еден од најперспективните катодни материјали без ко-слободни материјали во понатамошниот дел. Понатаму, експерименталните резултати докажаа дека перформансите на циклирањето и C-стапката на LNMO батеријата се подобруваат со користење на полуцврст електролит. Ова може да се предложи дека анјонскиот COF е способен силно да ги апсорбира Mn3+/Mn2+ и Ni2+ преку Кулоновата интеракција, ограничувајќи ја нивната деструктивна миграција кон анодата. Затоа, оваа работа ќе биде од корист за комерцијализацијата на LNMO катодниот материјал.

l Регионална анализа

Азија-Пацифик ќе биде најголемиот пазар на стационарни литиум-јонски батерии до 2030 година, управуван од комуналните услуги и индустриите. Ќе ги надмине Северна Америка и Европа со пазар од 7,07 милијарди американски долари во 2030 година, растејќи од 1,24 милијарди долари во 2021 година со CAGR од 21,3%. Северна Америка и Европа ќе бидат следните најголеми пазари поради нивните цели да ги декарбонизираат нивните економии и мрежа во следните две децении. LATAM ќе забележи највисока стапка на раст со CAGR од 21,4% поради неговата помала големина и ниска основа.

7 Работи што треба да се земат предвид за висококвалитетни литиум-јонски батерии

Кога купувате оптички соларен инвертер, не треба да се земат предвид само цената и квалитетот, туку треба да се имаат предвид и други фактори.

l Густина на енергија

Густината на енергијата е количината на енергија складирана по единица волумен. Поголемата енергетска густина со помала тежина и големина е пообемна помеѓу циклусите на полнење.

Јас...  Безбедност

Безбедноста е уште еден критичен аспект на литиум-јонските батерии бидејќи експлозиите и пожарите може да се појават при полнење или празнење, па затоа е неопходно да се изберат батерии со подобрени безбедносни механизми, како што се температурни сензори и инхибиторни супстанции.

l Тип

Еден од најновите трендови во индустријата за литиум-јонски батерии е развојот на батерии со цврста состојба, што нуди низа предности како што се поголема густина на енергија и подолг животен циклус. На пример, употребата на цврсти батерии во електричните автомобили значително ќе ја зголеми нивната досег и безбедност.

l Стапка на полнење

Стапката на полнење зависи од тоа колку брзо батеријата се полни безбедно. Понекогаш на батеријата и треба долго време да се полни пред да може да се користи.

l Животен век

 Ниту една батерија не работи цел живот, но има датум на истекување. Проверете го датумот на истекување пред да го купите. Литиум јонските батерии имаат својствен подолг животен век поради неговата хемија, но секоја батерија се разликува една од друга во зависност од видот, спецификациите и начинот на кој се направени. Висококвалитетните батерии ќе траат подолго бидејќи се направени од фини материјали внатре.