Лити ион батерей гэж юу вэ

1 Лити ион батерей гэж юу вэ?

Батерей нь цахилгаан төхөөрөмжийг тэжээхэд зориулсан гадаад холболттой нэг буюу хэд хэдэн цахилгаан химийн элементээс бүрдэх цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр юм. Лити-ион эсвэл лити-ион батерей нь эрчим хүч хадгалахын тулд лити ионыг буцаах замаар ашигладаг цэнэглэдэг батерейны төрөл бөгөөд эрчим хүчний өндөр нягтралаараа алдартай.

2 Лити ион батерейны бүтэц

Ихэнх арилжааны ли-ион батерейнууд идэвхтэй материал болгон интеркалацийн нэгдлүүдийг ашигладаг. Эдгээр нь ихэвчлэн анод, катод, электролит, сепаратор, гүйдлийн коллектор зэрэг батерейнд энергийг хадгалах, гаргах боломжийг олгодог цахилгаан химийн процессыг хөнгөвчлөх зорилгоор тодорхой дарааллаар байрлуулсан хэд хэдэн давхар материалаас бүрддэг.

Анод гэж юу вэ?

Батерейны бүрэлдэхүүн хэсэг болох анод нь зайны хүчин чадал, гүйцэтгэл, бат бөх байдалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Цэнэглэх үед графит анод нь литийн ионыг хүлээн авах, хадгалах үүрэгтэй. Зайг цэнэггүй болгох үед литийн ионууд нь анодоос катод руу шилжиж цахилгаан гүйдэл үүсдэг. Ерөнхийдөө худалдаанд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг анод бол бал чулуу бөгөөд LiC6-ийн бүрэн шилжсэн төлөвт хамгийн их хүчин чадал нь 1339 С/г (372 мАч/г) байна. Гэвч технологи хөгжихийн хэрээр лити-ион батерейны эрчим хүчний нягтыг сайжруулахын тулд цахиур зэрэг шинэ материалыг судалж эхэлсэн.

Катод гэж юу вэ?

Катод нь одоогийн мөчлөгийн үед эерэг цэнэгтэй литийн ионуудыг хүлээн авч, ялгаруулахын тулд ажилладаг. Энэ нь ихэвчлэн давхаргат исэл (литийн кобальтын исэл гэх мэт), полианион (литийн төмрийн фосфат гэх мэт) эсвэл цэнэглэгч (ихэвчлэн хөнгөн цагаанаар хийсэн) дээр бүрсэн шпинель (литийн манганы исэл) зэрэг давхаргат бүтэцээс бүрдэнэ. 

Электролит гэж юу вэ?

Органик уусгагч дахь литийн давсны хувьд электролит нь цэнэглэх, цэнэглэх үед анод ба катодын хооронд литийн ионууд шилжих орчин болдог.

Тусгаарлагч гэж юу вэ?

Нимгэн мембран буюу дамжуулагч бус материалын давхаргын хувьд тусгаарлагч нь анод (сөрөг электрод) ба катодыг (эерэг электрод) богино холболтоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд ажилладаг, учир нь энэ давхарга нь литийн ионуудыг нэвчүүлдэг боловч электроныг нэвтрүүлэхгүй. Энэ нь мөн цэнэглэх, цэнэглэх үед электродуудын хооронд ионуудын тогтвортой урсгалыг хангаж чадна. Тиймээс батерей нь тогтвортой хүчдэлийг хадгалж, хэт халалт, шаталт, дэлбэрэлтийн эрсдлийг бууруулж чадна.

Одоогийн коллектор гэж юу вэ?

Гүйдлийн коллектор нь батерейны электродуудаас үүссэн гүйдлийг цуглуулж, гадаад хэлхээнд дамжуулах зориулалттай бөгөөд энэ нь батерейны оновчтой ажиллагаа, удаан эдэлгээг хангахад чухал ач холбогдолтой юм. Мөн ихэвчлэн нимгэн хөнгөн цагаан эсвэл зэсээр хийгдсэн байдаг.

3 Лити ион батерейны хөгжлийн түүх

Цэнэглэдэг ли-ион батерейны судалгаа 1960-аад оноос эхэлсэн бөгөөд хамгийн анхны жишээ бол НАСА-гийн 1960-аад онд бүтээсэн CuF2/Li батерей юм. 1965 Мөн 1970-аад онд газрын тосны хямрал дэлхийг хамарч, судлаачид эрчим хүчний өөр эх үүсвэрт анхаарлаа хандуулсан тул лити-ион батерейны хөнгөн жинтэй, эрчим хүчний өндөр нягтралтай байсан тул орчин үеийн Ли-ион батерейны анхны хэлбэрийг бий болгосон нээлт болжээ. Үүний зэрэгцээ Exxon-ийн Стэнли Уиттингем литийн ионуудыг TiS2 гэх мэт материалд оруулан цэнэглэдэг батерейг бүтээж болохыг олж мэдэв. 

Тиймээс тэрээр энэхүү батерейг худалдаанд гаргахыг оролдсон боловч өндөр өртөгтэй, эсэд металл литий агуулагдаж байсан тул бүтэлгүйтсэн. 1980 онд шинэ материал нь илүү өндөр хүчдэлтэй, агаарт илүү тогтвортой байсан нь тогтоогдсон бөгөөд үүнийг хожим арилжааны анхны ли-ион батерейнд ашиглах болно, гэхдээ энэ нь өөрөө шатамхай байдлын асуудлыг шийдэж чадаагүй юм. Тэр жил Рачид Язами литийн бал электрод (анод) зохион бүтээжээ. Дараа нь 1991 онд дэлхийн анхны цэнэглэдэг лити-ион батерейнууд зах зээлд гарч эхэлсэн. 2000-аад онд зөөврийн электрон төхөөрөмжүүд түгээмэл болсноор лити-ион батерейны эрэлт нэмэгдэж, литийн ион батерейг илүү аюулгүй, бат бөх болгоход түлхэц болсон. 2010-аад онд цахилгаан автомашинууд гарч ирсэн нь лити-ион батерейны шинэ зах зээлийг бий болгосон. 

Цахиурын анод, хатуу төлөвт электролит зэрэг шинэ үйлдвэрлэлийн процесс, материалыг хөгжүүлснээр лити-ион батерейны гүйцэтгэл, аюулгүй байдлыг сайжруулсаар байна. Өнөө үед лити-ион батерей нь бидний өдөр тутмын амьдралд зайлшгүй шаардлагатай болсон тул эдгээр батерейны гүйцэтгэл, үр ашиг, аюулгүй байдлыг сайжруулахын тулд шинэ материал, технологийн судалгаа, боловсруулалт үргэлжилсээр байна.

4. Лити ион батерейны төрлүүд

Лити-ион батерейнууд нь янз бүрийн хэлбэр, хэмжээтэй байдаг бөгөөд тэдгээрийг бүгдийг нь ижил болгодоггүй. Ер нь таван төрлийн лити-ион батерей байдаг.

л Лити кобальт исэл

Лити кобальт ислийн батерейг литийн карбонат, кобальтаар үйлдвэрлэдэг бөгөөд лити кобальт эсвэл лити-ион кобальт батерей гэж нэрлэдэг. Тэдгээр нь кобальтын ислийн катод, графит нүүрстөрөгчийн анодтой бөгөөд цэнэгийн үед литийн ионууд анодоос катод руу шилжиж, батарейг цэнэглэх үед урсах урсгал өөрчлөгддөг. Хэрэглээний хувьд тэдгээрийг зөөврийн электрон төхөөрөмж, цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, сэргээгдэх эрчим хүчний нөөцийн системд ашигладаг, учир нь өндөр хувийн эрчим хүч, өөрөө цэнэггүйдэл багатай, ажиллах хүчдэл өндөр, температурын өргөн хүрээтэй байдаг. Гэхдээ аюулгүй байдлын асуудалд анхаарлаа хандуулаарай. өндөр температурт дулааны алдагдлын болон тогтворгүй байдлын боломжид.

л Лити манганы исэл

Литийн манганы исэл (LiMn2O4) нь лити-ион батерейнд түгээмэл хэрэглэгддэг катодын материал юм. Энэ төрлийн батерейны технологийг анх 1980-аад онд нээсэн бөгөөд 1983 онд Материалын судалгааны эмхэтгэлд анхны хэвлэгдсэн. LiMn2O4-ийн давуу талуудын нэг нь дулааны тогтвортой байдал сайтай байдаг бөгөөд энэ нь бусад лити-ион батерейг бодвол илүү аюулгүй байдаг. Нэмж дурдахад манган нь элбэг бөгөөд өргөн тархсан байдаг нь кобальт гэх мэт хязгаарлагдмал нөөц агуулсан катодын материалтай харьцуулахад илүү тогтвортой сонголт болдог. Үүний үр дүнд тэдгээрийг эмнэлгийн тоног төхөөрөмж, төхөөрөмж, цахилгаан хэрэгсэл, цахилгаан мотоцикль болон бусад хэрэглээнд ихэвчлэн олдог. Хэдийгээр давуу талтай ч LiMn2O4 нь LiCoO2-тэй харьцуулахад эргэлтийн тогтворгүй чанар муутай бөгөөд энэ нь илүү олон удаа солих шаардлагатай байдаг тул урт хугацааны эрчим хүч хадгалах системд тийм ч тохиромжтой биш байж магадгүй юм.

л Лити төмрийн фосфат (LFP)

Фосфатыг ихэвчлэн ли-фосфатын батерей гэж нэрлэдэг литийн төмрийн фосфатын батерейнд катод болгон ашигладаг. Тэдний бага эсэргүүцэл нь дулааны тогтвортой байдал, аюулгүй байдлыг сайжруулдаг Эдгээр нь удаан эдэлгээтэй, удаан эдэлгээтэй байдгаараа алдартай бөгөөд энэ нь бусад төрлийн лити-ион батерейны хувьд хамгийн хэмнэлттэй сонголт болгодог. Иймээс эдгээр батерейг цахилгаан унадаг дугуй болон урт хугацааны амьдрал, өндөр түвшний аюулгүй байдал шаарддаг бусад хэрэглээнд ихэвчлэн ашигладаг. Гэхдээ түүний сул тал нь түүнийг хурдан хөгжүүлэхэд хэцүү болгодог. Нэгдүгээрт, бусад төрлийн лити-ион батерейтай харьцуулахад ховор, үнэтэй түүхий эд ашигладаг тул илүү үнэтэй байдаг. Нэмж дурдахад, литийн төмрийн фосфатын батерейнууд нь бага хүчдэлтэй байдаг тул өндөр хүчдэл шаарддаг зарим хэрэглээнд тохиромжгүй байдаг. Цэнэглэх хугацаа нь илүү урт байгаа нь хурдан цэнэглэх шаардлагатай програмуудад сул тал болдог.

л Лити никель манганы кобальт исэл (NMC)

Лити никель манганы кобальт ислийн батерейг ихэвчлэн NMC батерей гэж нэрлэдэг бөгөөд лити-ион батерейнд түгээмэл хэрэглэгддэг төрөл бүрийн материалаар хийгдсэн байдаг. Никель, манган, кобальтын холимогоор хийсэн катодыг багтаасан болно Эрчим хүчний өндөр нягтрал, сайн дугуй унах чадвар, урт наслалт нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, сүлжээ хадгалах систем болон бусад өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд анхдагч сонголт болсон бөгөөд энэ нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэл болон сэргээгдэх эрчим хүчний системийн алдар нэр улам өсөхөд нөлөөлсөн. Хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхийн тулд шинэ электролитууд болон нэмэлтүүдийг ашиглан 4.4V / эс ба түүнээс дээш хүчдэлийг цэнэглэдэг. Систем нь зардал багатай, сайн гүйцэтгэлтэй байдаг тул NMC-тэй хольсон Li-ion руу чиглэсэн хандлага ажиглагдаж байна. Никель, манган, кобальт гурван идэвхтэй материал бөгөөд тэдгээрийг байнга дугуй унах шаардлагатай автомашины болон эрчим хүч хадгалах системийн (EES) өргөн хүрээний хэрэглээнд тохируулахад хялбар байдаг.

 Үүнээс бид NMC-ийн гэр бүл улам олон янз болж байгааг харж болно

Гэсэн хэдий ч түүний сөрөг үр дагавар нь дулааны гүйдэл, галын аюул, байгаль орчны асуудал зэрэг нь түүний цаашдын хөгжилд саад учруулж болзошгүй юм.

л Лити титанат

Лити титанат нь ихэвчлэн ли-титанат гэж нэрлэгддэг батерейны төрөл бөгөөд хэрэглээ нь улам бүр нэмэгдсээр байна. Өндөр нано технологийн ачаар энэ нь тогтвортой хүчдэлийг хадгалахын зэрэгцээ хурдан цэнэглэж, цэнэглэх чадвартай бөгөөд энэ нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, арилжааны болон үйлдвэрлэлийн эрчим хүч хадгалах систем, сүлжээний түвшний хадгалалт зэрэг өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд тохиромжтой. Аюулгүй байдал, найдвартай байдлынхаа зэрэгцээ эдгээр батерейг цэрэг, сансар огторгуйд ашиглахаас гадна салхи, нарны эрчим хүчийг хадгалах, ухаалаг сүлжээ барих зэрэгт ашиглах боломжтой. Цаашилбал, Battery Space-ийн мэдээлснээр эдгээр батерейг эрчим хүчний системийн чухал нөөцлөлтөд ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч лити титанат батерейнууд нь тэдгээрийг үйлдвэрлэхэд нарийн төвөгтэй үйл явц шаарддаг тул уламжлалт лити-ион батерейгаас илүү үнэтэй байдаг.

5. Лити ион батерейны хөгжлийн чиг хандлага

Дэлхий дахинд сэргээгдэх эрчим хүчний суурилуулалтын өсөлт нь тасалдсан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлж, тэнцвэргүй сүлжээг бий болгож байна. Энэ нь батерейны эрэлт хэрэгцээг бий болгож, нүүрсхүчлийн хий ялгаруулахгүй байх тал дээр анхаарч, эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд чулуужсан түлш, тухайлбал нүүрснээс татгалзах шаардлагатай байгаа нь засгийн газруудыг нар, салхины эрчим хүчний суурилуулалтыг дэмжихийг уриалж байна. Эдгээр суурилуулалт нь илүүдэл эрчим хүчийг хуримтлуулдаг батерейны системд зориулагдсан байдаг. Тиймээс литий ион батерейг суурилуулахыг дэмжих засгийн газрын урамшуулал нь литийн ион батерейг хөгжүүлэхэд түлхэц болж байна. Жишээлбэл, NMC лити-ион батерейны дэлхийн зах зээлийн хэмжээ 2022 онд сая доллар байсан бол 2029 онд сая ам.доллар болж өсөх төлөвтэй байна; 2023 оноос CAGR %-ийн өсөлттэй байх төлөвтэй байна 2029  Хүнд ачаалал шаардсан хэрэглээний хэрэгцээ нэмэгдэж байгаа нь 3000-10000 литийн ион батерейг урьдчилсан хугацаанд (2022-2030) хамгийн хурдацтай хөгжиж буй сегмент болгох төлөвтэй байна.

6 Лити ион батерейны хөрөнгө оруулалтын шинжилгээ

Лити-ион батерейны зах зээлийн салбар 2022 онд 51.16 тэрбум ам.доллар байсан бол 2030 он гэхэд 118.15 тэрбум ам.доллар болж өсөх төлөвтэй байгаа бөгөөд энэ нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаарна.

l Эцсийн хэрэглэгчийн шинжилгээ

Ашиглалтын салбарын суурилуулалт нь батерейны эрчим хүч хадгалах системийн (BESS) гол хөдөлгөгч хүч юм. Энэ сегмент нь 2021 онд 2.25 тэрбум доллар байсан бол 2030 онд 5.99 тэрбум доллар болж, CAGR 11.5% болж өсөх төлөвтэй байна.  Ли-ион батерейнууд нь өсөлтийн суурь багатай тул CAGR 34.4% илүү өндөр байдаг. Орон сууцны болон арилжааны эрчим хүчний нөөцийн сегментүүд нь 2021 онд 1,68 тэрбум доллар байсан бол 2030 онд 5,51 тэрбум долларын зах зээлийн томоохон боломж бүхий бусад салбарууд юм. Аж үйлдвэрийн салбар нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг тэглэх алхмаа үргэлжлүүлж, компаниуд ойрын хорин жилд цэвэр тэглэх амлалт өгч байна. Харилцаа холбоо болон дата төвийн компаниуд сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрт анхаарлаа хандуулж, нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг бууруулахад тэргүүн эгнээнд явж байна. Энэ бүхэн нь хурдацтай хөгжлийг дэмжих болно  Лити ион батерейг компаниуд найдвартай нөөцлөх, сүлжээг тэнцвэржүүлэх арга замыг хайж олоход ашигладаг.

l Бүтээгдэхүүний төрлийн шинжилгээ

Кобальтын үнэ өндөр учраас кобальтгүй батерей нь лити-ион батерейны хөгжлийн чиг хандлагын нэг юм. Онолын хувьд эрчим хүчний өндөр нягтралтай өндөр хүчдэлийн LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) нь цаашдын хамгийн ирээдүйтэй Co-free катодын материалын нэг юм. Цаашилбал, туршилтын үр дүн нь хагас хатуу электролитийг ашиглан LNMO батерейны эргэлтийн болон C хурдны гүйцэтгэлийг сайжруулдаг болохыг нотолсон. Анионик COF нь Кулоны харилцан үйлчлэлээр Mn3+/Mn2+ ба Ni2+-ийг хүчтэй шингээж, тэдгээрийн анод руу нүүлгэн шилжүүлэхийг хязгаарлах чадвартай гэж үзэж болно. Тиймээс энэ ажил нь LNMO катодын материалыг худалдаанд гаргахад ашигтай байх болно.

l Бүс нутгийн шинжилгээ

Ази-Номхон далайн бүс нутаг нь 2030 он гэхэд нийтийн аж үйлдвэр, аж үйлдвэрийн салбараас үүдэлтэй хамгийн том суурин лити-ион батерейны зах зээл болно. Энэ нь 2021 онд 1,24 тэрбум доллар байсан бол CAGR 21,3% -иар өсөж, 2030 онд 7,07 тэрбум долларын зах зээлээр Хойд Америк, Европыг гүйцэх болно. Ирэх хорин жилийн хугацаанд эдийн засаг, сүлжээгээ нүүрстөрөгчөөс ангижруулах зорилготойгоор Хойд Америк, Европ дараагийн томоохон зах зээл байх болно. LATAM нь жижиг хэмжээтэй, суурь багатай тул CAGR 21.4% -ийн хамгийн өндөр өсөлтийг харах болно.

7 Өндөр чанартай литийн ион батерейны хувьд анхаарах зүйлс

Нарны оптик инвертер худалдаж авахдаа зөвхөн үнэ, чанарыг анхаарч үзэхээс гадна бусад хүчин зүйлсийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

l Эрчим хүчний нягтрал

Эрчим хүчний нягт нь нэгж эзэлхүүн дэх энергийн хэмжээ юм. Жин, хэмжээ багатай өндөр эрчим хүчний нягтрал нь цэнэглэх мөчлөгийн хооронд илүү өргөн хүрээтэй байдаг.

л  Аюулгүй байдал

Аюулгүй байдал нь литийн ион батерейны өөр нэг чухал асуудал бөгөөд цэнэглэх эсвэл цэнэглэх үед дэлбэрэлт, гал гарч болзошгүй тул температур мэдрэгч, дарангуйлагч бодис зэрэг аюулгүй байдлын сайжруулсан механизмтай батерейг сонгох шаардлагатай.

l Төрөл

Лити-ион батерейны үйлдвэрлэлийн хамгийн сүүлийн үеийн чиг хандлагын нэг бол хатуу төлөвт батерейг хөгжүүлэх явдал бөгөөд эрчим хүчний нягтрал өндөр, ашиглалтын хугацааг уртасгах зэрэг олон давуу талыг санал болгодог. Жишээлбэл, цахилгаан машинд хатуу төлөвт батерейг ашиглах нь тэдний хүрээний хүчин чадал, аюулгүй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлэх болно.

l Цэнэглэх хурд

Цэнэглэх хурд нь батерейг хэр хурдан аюулгүй цэнэглэж байгаагаас хамаарна. Заримдаа зайг ашиглахаас өмнө удаан цэнэглэдэг.

l Амьдрах хугацаа

 Батерей нь бүхэл бүтэн хугацаанд ажиллахгүй боловч дуусах хугацаатай. Худалдан авалт хийхээсээ өмнө дуусах хугацааг шалгана уу. Лити ион батерейнууд нь химийн шинж чанараараа удаан эдэлгээтэй байдаг ч төрөл, техникийн үзүүлэлт, хийсэн аргаасаа хамааран батерей бүр өөр өөр байдаг. Чанартай батерейнууд нь дотроо нарийн материалаар хийгдсэн тул удаан ажиллах болно.