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 го користи реверзибилна редукција на литиум јони за складирање на енергија и е позната нивната висока густина на енергија.

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 на материјали кои се подредени во одреден редослед за да се олесни електрохемискиот процес кој овозможува батеријата да складира и ослободува енергија - анодна, катода, електролит, сепаратор и струен колектор.

Што е анода?

Како компонента на батеријата, анодата игра важна улога во капацитетот, перформанси и издржливост на батеријата. При полнење, графитната анода е одговорни за прифаќање и складирање на јони на литиум. Кога батеријата е испуштени, јоните на литиум се движат од анодата кон катодата така што ан се создава електрична струја. Генерално најчестата комерцијално користена анода е графитот, кој во неговата целосно литиирана состојба на LiC6 корелира до максимум капацитет од 1339 C/g (372 mAh/g). Но, со развојот на технологиите, нови Материјалите како силициумот се истражени за да се подобри густината на енергијата за литиум-јонски батерии.

Што е катода?

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

Што е електролит?

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

Што е сепаратор?

Како тенка мембрана или слој од непроводен материјал, сепараторот работи на спречување на анодата (негативна електрода) и катодата (позитивна електрода) од скратување, бидејќи овој слој е пропустлив за јони на литиум, но не и за електрони. Тоа може да обезбеди и постојан проток на јони помеѓу електродите за време на полнењето 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 ја транспортира до надворешното коло, што е важно за да се обезбедат оптимални перформанси и долговечност на батеријата. И 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, едно од Најраниот пример е батерија CuF2/Li развиена од НАСА во 1965 година. И нафтената криза го погодија светот во 1970-тите, истражувачите го свртеа своето внимание кон алтернативата извори на енергија, па пробивот што ја произведе најраната форма на модерната Li-ion батерија е направена поради малата тежина и високата енергија густина на литиум-јонски батерии. Во исто време, Стенли Витингем од Ексон откриле дека јоните на литиум може да се вметнат во материјали како TiS2 да создадете батерија на полнење 

Така тој се обиде да ја комерцијализира оваа батерија но не успеа поради високата цена и присуството на метален литиум во ќелиите. Во 1980 година беше пронајден нов материјал кој нуди повисок напон и беше многу повеќе стабилна во воздух, која подоцна ќе се користи во првата комерцијална Li-ion батерија, иако тоа сам не го реши постојаното прашање на запаливост. Истата година, Рашид Јазами го измислил литиум графитот електрода (анода). И тогаш во 1991 година, првиот во светот литиум-јон на полнење батериите почнаа да влегуваат на пазарот 

Во 2000-тите, побарувачката за литиум-јон батериите се зголемија бидејќи преносливите електронски уреди станаа популарни, што погонува литиум јонските батерии да бидат побезбедни и поиздржливи. Електричните возила беа воведен во 2010-тите, што создаде нов пазар за литиум-јонски батерии. На развој на нови производни процеси и материјали, како што се силиконските аноди и електролити во цврста состојба, продолжија да ги подобруваат перформансите и безбедноста на литиум-јонски батерии. Во денешно време, литиум-јонските батерии станаа неопходни во нашиот секојдневен живот, па истражувањето и развојот на нови материјали и технологиите се во тек за подобрување на перформансите, ефикасноста и безбедноста на овие батерии.

4.Видови на литиум-јонски батерии

Литиум-јонските батерии доаѓаат во различни форми и големини, а не сите тие се изедначени. 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 на кобалт оксид и графитна јаглеродна анода и литиумски јони мигрираат од анодата до катодата за време на празнењето, при што протокот се враќа назад кога батеријата се полни. Што се однесува до неговата примена, тие се користат во преносни електронски уреди, електрични возила и системи за складирање на обновлива енергија поради нивната висока специфична енергија, ниската стапка на само-празнење, високата работа напон и широк температурен опсег.Но обрнете внимание на безбедносните грижи поврзано со потенцијалот за термичко бегство и нестабилност на високо ниво температури.

l Литиум манган оксид

Литиум манган оксид (LiMn2O4) е катоден материјал кој најчесто се користи во литиум-јонски батерии. Технологијата за овој вид батерии првично беше откриени во 1980-тите, со првата публикација во Истражувањето на материјалите Билтен во 1983 г. Една од предностите на LiMn2O4 е тоа што има добра топлинска енергија стабилност, што значи дека е помала веројатноста да се доживее термички бегство, што се исто така побезбедни од другите типови на литиум-јонски батерии. Дополнително, манганот е изобилство и широко достапен, што го прави поодржлива опција во споредба да катодираат материјали кои содржат ограничени ресурси како кобалт. 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 посиромашни стабилност при возење велосипед во споредба со LiCoO2, што значи дека може да бара повеќе честа замена, па можеби не е толку погодна за долгорочно складирање на енергија системи.

l Литиум железо фосфат (LFP)

Фосфатот често се користи како катода во батериите со литиум железо фосфат 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-јони батерии. Следствено, овие батерии често се користат кај електричните 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 други видови на литиум-јонски батерии, тие чинат повеќе бидејќи користат ретки и скапи суровини. Покрај тоа, литиум железо фосфат батерии имаат помал работен напон, што значи дека можеби не се соодветни за некои апликации кои бараат поголем напон. Неговото подолго време на полнење го прави a недостаток во апликации кои бараат брзо полнење.

l литиум никел манган кобалт оксид (NMC)

Батерии од литиум никел манган кобалт оксид, често познати како NMC батерии, се конструирани од различни материјали кои се универзални во литиум-јонски батерии. Катода конструирана од мешавина на никел, манган и кобалтот е вклучен. Неговата висока енергетска густина, добрите перформанси на возење велосипед и a долгиот животен век го направи првиот избор кај електричните возила, мрежното складирање системи и други апликации со високи перформанси, што дополнително придонесе на зголемената популарност на електричните возила и системите за обновлива енергија. За да зголемување на капацитетот, се користат нови електролити и адитиви за да се овозможи полнење на 4,4V/ќелија и повисоко 

Оттогаш постои тренд кон помешан со NMC Li-ion системот е рентабилен и обезбедува добри перформанси. Никел, манган, и кобалтот се три активни материјали кои може лесно да се комбинираат за да одговараат на широк опсег на апликации за автомобилски и системи за складирање енергија (EES) кои бараат често возење велосипед. Од кои можеме да видиме дека семејството NMC станува се повеќе различни Сепак, неговите несакани ефекти од термички бегство, опасности од пожар и животната средина загриженоста може да го попречи нејзиниот понатамошен развој.

л литиум титанат

Литиум титанат, често познат како ли-титанат, е тип на батерија која има а се поголем број на употреби. Поради својата супериорна нанотехнологија, тој е во состојба да брзо полнење и празнење додека одржува стабилен напон, што го прави тоа добро прилагодени за апликации со висока моќност како што се електрични возила, комерцијални и индустриски системи за складирање на енергија, и складирање на ниво на мрежа 

Заедно со нејзиниот безбедност и доверливост, овие батерии може да се користат за воени и воздушни простори апликации, како и складирање на енергија од ветер и сончева енергија и изградба на паметни решетки. Понатаму, според Battery Space, овие батерии би можеле да бидат вработен во резервни копии кои се критични за електроенергетскиот систем. Сепак, литиум титанат поради тоа, батериите се поскапи од традиционалните литиум-јонски батерии на сложениот процес на изработка потребен за нивно производство.

5. Развојните трендови на литиум-јонските батерии

Глобалниот раст на инсталациите за обновлива енергија е зголемен наизменичното производство на енергија, создавајќи неизбалансирана мрежа. Ова доведе до а побарувачката за батерии.додека фокусот на нулта емисија на јаглерод и потребата да се движи подалеку од фосилните горива, имено јагленот, за производство на енергија да поттикне повеќе владите да ги поттикнат инсталациите за соларна и ветерна енергија. Овие инсталациите се позајмуваат на системи за складирање батерии кои складираат вишок енергија генерирана 

Затоа, владините стимулации за поттикнување на Li-ion батеријата инсталациите исто така го поттикнуваат развојот на литиум-јонски батерии. На пример, глобалната големина на пазарот за литиум-јонски батерии NMC се предвидува да порасне од УСД милиони во 2022 година до милиони американски долари во 2029 година; се очекува да порасне со CAGR од % од 2023 до 2029 година. И зголемените потреби на апликации кои бараат тешки се предвидува да се направат литиум-јонски батерии од 3000-10000 најбрзи растечки сегмент во текот на прогнозниот период (2022-2030).

6. Инвестициска анализа на литиум-јонски батерии

Се предвидува дека индустријата на пазарот на литиум-јонски батерии ќе порасне од 51,16 американски долари милијарди долари во 2022 година до 118,15 милијарди американски долари до 2030 година, што покажува 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 складирање на енергија од батериите системи (BESS). Овој сегмент се очекува да порасне од 2,25 милијарди долари во 2021 година до 5,99 милијарди долари во 2030 година со CAGR од 11,5%. Li-ion батериите покажуваат повисоки 34,4% CAGR поради нивната ниска основа на раст. Станбено и комерцијално складирање на енергија сегменти се други области со голем пазарен потенцијал од 5,51 милијарди долари во 2030 година, од 1,68 милијарди долари во 2021 година. Индустрискиот сектор го продолжува својот марш кон нула емисии на јаглерод, при што компаниите ќе направат нето-нула ветувања во следните две децении. Компаниите за телекомуникации и центри за податоци се во првите редови во намалувањето емисиите на јаглерод со зголемен фокус на обновливите извори на енергија. Сите од кои ќе го промовираат брзиот развој на литиум-јонските батерии како 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 една од развојни трендови на литиум-јонски батерии. Високонапонски LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) со висока теоретска густина на енергија е еден од најперспективните Co-free катодни материјали во понатамошниот. Понатаму, експерименталните резултати го докажаа тоа изведбата на возење велосипед и C-стапка на LNMO батеријата се подобрува со користење на полуцврст електролит. Ова може да се предложи дека анјонскиот COF е способен силно апсорбирајќи ги Mn3+/Mn2+ и Ni2+ преку Кулоновата интеракција, ограничувајќи ја нивната деструктивна миграција кон анодата. Затоа, оваа работа ќе да биде од корист за комерцијализацијата на LNMO катодниот материјал.

l Регионална анализа

Азија-Пацифик ќе биде најголемиот пазар на стационарни литиум-јонски батерии 2030 година, воден од комуналните претпријатија и индустриите. Ќе ја престигне Северна Америка и Европа со пазар од 7,07 милијарди долари во 2030 година, што е раст од 1,24 милијарди долари во 2021 година на CAGR од 21,3%. Северна Америка и Европа ќе бидат следните најголеми пазарите поради нивните цели да ги декарбонизираат нивните економии и мрежа во текот на следната две децении. LATAM ќе забележи највисока стапка на раст на CAGR од 21,4% затоа што со помала големина и ниска основа.

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

Кога купувате оптички соларен инвертер, не мора да бидат само цената и квалитетот земени предвид, треба да се имаат предвид и други фактори.

l Густина на енергија

Густината на енергијата е количината на енергија складирана по единица волумен. Повисоко густината на енергија со помала тежина и големина е пообемна помеѓу полнењето циклуси.

l Безбедност

Безбедноста е уште еден критичен аспект на литиум-јонските батерии по експлозиите и пожари кои можат да настанат при полнење или празнење, па затоа е неопходно да се изберете батерии со подобрени безбедносни механизми, како што се сензори за температура и инхибиторни супстанции.

l Тип

Еден од најновите трендови во индустријата за литиум-јонски батерии е развој на батерии со цврста состојба, што нуди низа придобивки како што се поголема густина на енергија и подолг животен циклус. На пример, употребата на цврстите батерии во електричните автомобили значително ќе го зголемат нивниот опсег способност 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 истекувањето датум пред купувањето. Литиум јонските батерии имаат својствено подолго живот 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.