Apakah itu Bateri Lithium Ion

1 Apakah Bateri Lithium Ion？

Bateri ialah sumber kuasa elektrik yang terdiri daripada satu atau lebih sel elektrokimia dengan sambungan luaran untuk menjanakan peranti elektrik Bateri litium-ion atau Li-ion ialah sejenis bateri boleh dicas semula yang menggunakan pengurangan boleh balik ion litium untuk menyimpan tenaga dan terkenal dengan ketumpatan tenaga yang tinggi.

2 Struktur Bateri Litium Ion

Secara amnya kebanyakan Bateri Li-ion komersial menggunakan sebatian interkalasi sebagai bahan aktif. Ia biasanya terdiri daripada beberapa lapisan bahan yang disusun dalam susunan tertentu untuk memudahkan proses elektrokimia yang membolehkan bateri menyimpan dan membebaskan tenaga--anod, katod, elektrolit, pemisah dan pengumpul arus.

Apakah anod?

Sebagai komponen bateri, anod memainkan peranan penting dalam kapasiti, prestasi dan ketahanan bateri. Semasa mengecas, anod grafit bertanggungjawab untuk menerima dan menyimpan ion litium. Apabila bateri dinyahcas, ion litium bergerak dari anod ke katod supaya arus elektrik tercipta. Secara amnya anod yang paling biasa digunakan secara komersial ialah grafit, yang dalam keadaan litia penuh LiC6 berkorelasi dengan kapasiti maksimum 1339 C/g (372 mAh/g) Tetapi dengan perkembangan teknologi, bahan baharu seperti silikon telah dikaji untuk meningkatkan ketumpatan tenaga bagi bateri litium-ion.

Apakah katod?

Katod berfungsi untuk menerima dan membebaskan ion litium bercas positif semasa kitaran semasa. Ia biasanya terdiri daripada struktur berlapis oksida berlapis (seperti litium kobalt oksida), polianion (seperti fosfat besi litium) atau spinel (seperti litium mangan oksida) yang disalut pada pengumpul cas (biasanya diperbuat daripada aluminium) 

Apakah elektrolit?

Sebagai garam litium dalam pelarut organik, elektrolit berfungsi sebagai medium untuk ion litium bergerak antara anod dan katod semasa mengecas dan menyahcas.

Apa itu pemisah?

Sebagai membran nipis atau lapisan bahan bukan konduktif, pemisah berfungsi untuk menghalang anod (elektrod negatif) dan katod (elektrod positif) daripada terputus, kerana lapisan ini telap kepada ion litium tetapi tidak kepada elektron. Ia juga boleh memastikan aliran ion yang stabil antara elektrod semasa pengecasan dan nyahcas. Oleh itu, bateri boleh mengekalkan voltan yang stabil dan mengurangkan risiko terlalu panas, pembakaran atau letupan.

Apakah pengumpul semasa?

Pengumpul arus direka untuk mengumpul arus yang dihasilkan oleh elektrod bateri dan mengangkutnya ke litar luaran, yang penting untuk memastikan prestasi optimum dan jangka hayat bateri. Dan biasanya ia biasanya diperbuat daripada kepingan nipis aluminium atau tembaga.

3 Sejarah Perkembangan Bateri Litium Ion

Penyelidikan mengenai bateri Li-ion boleh dicas semula bermula pada tahun 1960-an, salah satu contoh terawal ialah bateri CuF2/Li yang dibangunkan oleh NASA di 1965 Dan krisis minyak melanda dunia pada tahun 1970-an, para penyelidik mengalihkan perhatian mereka kepada sumber tenaga alternatif, jadi penemuan yang menghasilkan bentuk terawal bateri Li-ion moden dibuat kerana berat ringan dan ketumpatan tenaga tinggi bateri ion litium. Pada masa yang sama, Stanley Whittingham dari Exxon mendapati bahawa ion litium boleh dimasukkan ke dalam bahan seperti TiS2 untuk mencipta bateri boleh dicas semula 

Jadi dia cuba mengkomersialkan bateri ini tetapi gagal kerana kos yang tinggi dan kehadiran litium logam dalam sel. Pada tahun 1980 bahan baru didapati menawarkan voltan yang lebih tinggi dan jauh lebih stabil di udara, yang kemudiannya akan digunakan dalam bateri Li-ion komersial pertama, walaupun ia tidak, dengan sendirinya, menyelesaikan isu mudah terbakar yang berterusan. tahun yang sama, Rachid Yazami mencipta elektrod grafit litium (anod). Dan kemudian pada tahun 1991, bateri litium-ion boleh dicas semula pertama di dunia mula memasuki pasaran. Pada tahun 2000-an, permintaan untuk bateri litium-ion meningkat apabila peranti elektronik mudah alih menjadi popular, yang mendorong bateri litium ion menjadi lebih selamat dan lebih tahan lama. Kenderaan elektrik telah diperkenalkan pada 2010-an, yang mencipta pasaran baharu untuk bateri lithium-ion 

Pembangunan proses dan bahan pembuatan baharu, seperti anod silikon dan elektrolit keadaan pepejal, terus meningkatkan prestasi dan keselamatan bateri litium-ion. Pada masa kini, bateri litium-ion telah menjadi penting dalam kehidupan seharian kita, jadi penyelidikan dan pembangunan bahan dan teknologi baharu sedang dijalankan untuk meningkatkan prestasi, kecekapan dan keselamatan bateri ini.

4.Jenis-jenis Bateri Litium Ion

Bateri litium-ion terdapat dalam pelbagai bentuk dan saiz, dan tidak semuanya dibuat sama. Biasanya terdapat lima jenis bateri lithium-ion.

l Litium Kobalt Oksida

Bateri litium kobalt oksida dihasilkan daripada litium karbonat dan kobalt dan juga dikenali sebagai litium kobalt atau bateri kobalt litium-ion Mereka mempunyai katod kobalt oksida dan anod karbon grafit, dan ion litium berhijrah dari anod ke katod semasa nyahcas, dengan aliran berbalik apabila bateri dicas. Bagi aplikasinya, ia digunakan dalam peranti elektronik mudah alih, kenderaan elektrik, dan sistem storan tenaga boleh diperbaharui kerana tenaga spesifiknya yang tinggi, kadar nyahcas diri yang rendah, voltan operasi yang tinggi dan julat suhu yang luas. Tetapi beri perhatian kepada kebimbangan keselamatan yang berkaitan kepada potensi pelarian haba dan ketidakstabilan pada suhu tinggi.

l Litium Mangan Oksida

Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) ialah bahan katod yang biasa digunakan dalam bateri lithium-ion. Teknologi untuk bateri jenis ini pada mulanya ditemui pada tahun 1980-an, dengan penerbitan pertama dalam Buletin Penyelidikan Bahan pada tahun 1983. Salah satu kelebihan LiMn2O4 ialah ia mempunyai kestabilan haba yang baik, bermakna ia kurang berkemungkinan mengalami pelarian haba, yang juga lebih selamat daripada jenis bateri litium-ion yang lain. Selain itu, mangan adalah banyak dan tersedia secara meluas, yang menjadikannya pilihan yang lebih mampan berbanding bahan katod yang mengandungi sumber terhad seperti kobalt. Akibatnya, ia sering ditemui dalam peralatan dan peranti perubatan, alatan kuasa, motosikal elektrik dan aplikasi lain. Walaupun kelebihannya, kestabilan berbasikal LiMn2O4 lebih lemah berbanding dengan LiCoO2, yang bermaksud bahawa ia mungkin memerlukan penggantian yang lebih kerap, jadi ia mungkin tidak sesuai untuk sistem penyimpanan tenaga jangka panjang.

l Litium Besi Fosfat (LFP)

Fosfat digunakan sebagai katod dalam bateri fosfat besi litium, selalunya dikenali sebagai bateri li-fosfat. Rintangan rendah mereka telah meningkatkan kestabilan dan keselamatan haba mereka Ia juga terkenal dengan ketahanan dan kitaran hayat yang panjang, yang menjadikannya pilihan paling kos efektif untuk jenis bateri litium-ion yang lain. Akibatnya, bateri ini kerap digunakan dalam basikal elektrik dan aplikasi lain yang memerlukan kitaran hayat yang panjang dan tahap keselamatan yang tinggi Tetapi kelemahannya menjadikannya sukar untuk berkembang pesat. Pertama, berbanding dengan jenis bateri litium-ion yang lain, ia lebih mahal kerana ia menggunakan bahan mentah yang jarang ditemui dan mahal. Di samping itu, bateri litium besi fosfat mempunyai voltan operasi yang lebih rendah, yang bermaksud bahawa ia mungkin tidak sesuai untuk beberapa aplikasi yang memerlukan voltan yang lebih tinggi. Masa pengecasannya yang lebih lama menjadikannya satu kelemahan dalam aplikasi yang memerlukan pengecasan semula yang cepat.

l Litium Nikel Mangan Kobalt Oksida (NMC)

Bateri Kobalt Oksida mangan Litium Nikel, selalunya dikenali sebagai bateri NMC, dibina daripada pelbagai bahan yang universal dalam bateri litium-ion. Katod yang dibina daripada campuran nikel, mangan dan kobalt disertakan Ketumpatan tenaga yang tinggi, prestasi berbasikal yang baik dan jangka hayat yang panjang telah menjadikannya pilihan pertama dalam kenderaan elektrik, sistem storan grid dan aplikasi berprestasi tinggi yang lain, yang seterusnya menyumbang kepada peningkatan populariti kenderaan elektrik dan sistem tenaga boleh diperbaharui. Untuk meningkatkan kapasiti, elektrolit dan bahan tambahan baharu digunakan untuk membolehkannya mengecas kepada 4.4V/sel dan lebih tinggi. Terdapat trend ke arah Li-ion campuran NMC kerana sistem ini kos efektif dan memberikan prestasi yang baik. Nikel, mangan dan kobalt ialah tiga bahan aktif yang mungkin mudah digabungkan untuk disesuaikan dengan pelbagai aplikasi sistem storan automotif dan tenaga (EES) yang memerlukan berbasikal yang kerap.

 Dari mana kita dapat melihat keluarga NMC menjadi lebih pelbagai

Walau bagaimanapun, kesan sampingannya akibat pelarian haba, bahaya kebakaran dan kebimbangan alam sekitar mungkin menghalang perkembangan selanjutnya.

l Litium Titanate

Lithium titanate, selalunya dikenali sebagai li-titanate, adalah sejenis bateri yang mempunyai bilangan kegunaan yang semakin meningkat. Oleh kerana teknologi nanonya yang unggul, ia mampu mengecas dan menyahcas dengan pantas sambil mengekalkan voltan yang stabil, yang menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi seperti kenderaan elektrik, sistem storan tenaga komersil dan industri, dan storan peringkat grid. Bersama-sama dengan keselamatan dan kebolehpercayaannya, bateri ini boleh digunakan untuk aplikasi ketenteraan dan aeroangkasa, serta menyimpan tenaga angin dan suria serta membina grid pintar. Tambahan pula, menurut Ruang Bateri, bateri ini boleh digunakan dalam sandaran kritikal sistem kuasa Namun begitu, bateri litium titanat cenderung lebih mahal daripada bateri litium-ion tradisional kerana proses fabrikasi kompleks yang diperlukan untuk menghasilkannya.

5. Trend Pembangunan Bateri Litium Ion

Pertumbuhan global pemasangan tenaga boleh diperbaharui telah meningkatkan pengeluaran tenaga terputus-putus, mewujudkan grid tidak seimbang. Ini telah membawa kepada permintaan untuk bateri. manakala tumpuan pada pelepasan karbon sifar dan perlu beralih daripada bahan api fosil, iaitu arang batu, untuk pengeluaran tenaga mendorong lebih banyak kerajaan untuk memberi insentif kepada pemasangan tenaga solar dan angin. Pemasangan ini sesuai dengan sistem storan bateri yang menyimpan lebihan kuasa yang dijana. Oleh itu, insentif kerajaan untuk memberi insentif kepada pemasangan bateri Li-ion juga memacu pembangunan bateri ion litium Sebagai contoh, saiz pasaran Bateri Litium-Ion NMC global diunjurkan meningkat daripada AS$ juta pada 2022 kepada AS$ juta pada 2029; ia dijangka berkembang pada CAGR sebanyak % dari 2023 hingga 2029  Dan peningkatan keperluan aplikasi yang menuntut beban berat dijangka menjadikan bateri ion litium 3000-10000 segmen yang paling pesat berkembang dalam tempoh ramalan (2022-2030).

6 Analisis pelaburan Bateri Litium Ion

Industri pasaran bateri lithium ion diunjurkan berkembang daripada USD 51.16 bilion pada 2022 kepada USD 118.15 bilion menjelang 2030, menunjukkan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 4.72% dalam tempoh ramalan (2022-2030), yang bergantung kepada beberapa faktor.

l Analisis Pengguna Akhir

Pemasangan sektor utiliti adalah pemacu utama untuk sistem penyimpanan tenaga bateri (BESS). Segmen ini dijangka berkembang daripada $2.25 bilion pada 2021 kepada $5.99 bilion pada 2030 pada CAGR sebanyak 11.5%.  Bateri li-ion menunjukkan CAGR 34.4% yang lebih tinggi kerana asas pertumbuhannya yang rendah. Segmen penyimpanan tenaga kediaman dan komersial ialah kawasan lain yang mempunyai potensi pasaran yang besar sebanyak $5.51 bilion pada 2030, daripada $1.68 bilion pada 2021. Sektor perindustrian meneruskan perarakannya ke arah pelepasan karbon sifar, dengan syarikat membuat ikrar bersih-sifar dalam dua dekad akan datang. Syarikat telekom dan pusat data berada di barisan hadapan dalam mengurangkan pelepasan karbon dengan tumpuan yang meningkat pada sumber kuasa tenaga boleh diperbaharui Kesemuanya akan menggalakkan perkembangan pesat  bateri litium ion apabila syarikat mencari cara untuk memastikan sandaran dan pengimbangan grid yang boleh dipercayai.

l Analisis Jenis Produk

Oleh kerana harga kobalt yang tinggi, bateri bebas kobalt adalah salah satu trend pembangunan bateri litium-ion. LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) voltan tinggi dengan ketumpatan tenaga teori yang tinggi adalah salah satu daripada bahan katod Bebas-Ko yang paling menjanjikan di lebih jauh. Selanjutnya, keputusan eksperimen membuktikan bahawa prestasi berbasikal dan kadar C bateri LNMO dipertingkatkan dengan menggunakan elektrolit separa pepejal. Ini boleh dicadangkan bahawa COF anionik mampu menyerap kuat Mn3+/Mn2+ dan Ni2+ melalui interaksi Coulomb, menghalang penghijrahan merosakkannya ke anod. Oleh itu, kerja ini akan memberi manfaat kepada pengkomersilan bahan katod LNMO.

l Analisis Serantau

Asia-Pasifik akan menjadi pasaran bateri litium-ion pegun terbesar menjelang 2030, didorong oleh utiliti dan industri. Ia akan mengatasi Amerika Utara dan Eropah dengan pasaran $7.07 bilion pada 2030, meningkat daripada $1.24 bilion pada 2021 pada CAGR sebanyak 21.3%. Amerika Utara dan Eropah akan menjadi pasaran terbesar seterusnya kerana matlamat mereka untuk menyahkarbonkan ekonomi dan grid mereka dalam tempoh dua dekad akan datang. LATAM akan menyaksikan kadar pertumbuhan tertinggi pada CAGR sebanyak 21.4% kerana saiznya yang lebih kecil dan asasnya yang rendah.

7 Perkara yang Perlu Dipertimbangkan untuk Bateri Litium Ion Berkualiti Tinggi

Apabila membeli penyongsang solar optik, bukan sahaja harga dan kualiti mesti dipertimbangkan, faktor lain juga harus diingat.

l Ketumpatan Tenaga

Ketumpatan tenaga ialah jumlah tenaga yang disimpan per unit isipadu. Ketumpatan tenaga yang lebih tinggi dengan berat dan saiz yang lebih kecil adalah lebih meluas antara kitaran pengecasan.

l  Keselamatan

Keselamatan ialah satu lagi aspek kritikal bateri litium-ion sejak letupan dan kebakaran yang mungkin berlaku semasa mengecas atau menyahcas, jadi adalah perlu untuk memilih bateri dengan mekanisme keselamatan yang dipertingkatkan, seperti penderia suhu dan bahan perencatan.

l Jenis

Salah satu trend terkini dalam industri bateri litium-ion ialah pembangunan bateri keadaan pepejal, yang menawarkan pelbagai faedah seperti ketumpatan tenaga yang lebih tinggi dan kitaran hayat yang lebih panjang. Sebagai contoh, penggunaan bateri keadaan pepejal dalam kereta elektrik akan meningkatkan keupayaan dan keselamatan julatnya dengan ketara.

l Kadar pengecasan

Kadar pengecasan bergantung pada kelajuan bateri dicas dengan selamat. Kadangkala bateri mengambil masa yang lama untuk mengecas sebelum ia boleh digunakan.

l Jangka hayat

 Tiada bateri berfungsi sepanjang hayat tetapi mempunyai tarikh luput. Semak tarikh luput sebelum membuat pembelian. Bateri litium ion mempunyai jangka hayat yang lebih lama kerana kimianya tetapi setiap bateri berbeza antara satu sama lain bergantung pada jenis, spesifikasi dan cara ia dibuat. Bateri berkualiti tinggi akan bertahan lebih lama kerana ia diperbuat daripada bahan halus di dalamnya.