Apakah Bateri Litium Ion?

1. Apakah Bateri Litium 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 tinggi mereka ketumpatan tenaga.

2. Struktur Bateri Litium Ion

Secara amnya kebanyakan Bateri Li-ion komersial menggunakan sebatian interkalasi sebagai bahan aktif. Mereka biasanya terdiri daripada beberapa lapisan bahan yang disusun mengikut 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 adalah bertanggungjawab untuk menerima dan menyimpan ion litium. Apabila bateri adalah dilepaskan, ion litium bergerak dari anod ke katod supaya an arus elektrik tercipta. Secara amnya anod yang paling biasa digunakan secara komersial adalah grafit, yang dalam keadaan litia penuh LiC6 berkorelasi dengan maksimum kapasiti 1339 C/g (372 mAh/g). Tetapi dengan perkembangan teknologi, baru bahan seperti silikon telah dikaji untuk meningkatkan ketumpatan tenaga untuk 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 menunaikan.

Apa itu pemisah?

Sebagai membran nipis atau lapisan bahan bukan konduktif, pemisah berfungsi untuk mengelakkan anod (elektrod negatif) dan katod (elektrod positif) daripada pendek, kerana lapisan ini telap kepada ion litium tetapi tidak kepada elektron. Ia juga boleh memastikan aliran ion yang stabil antara elektrod semasa pengecasan dan menunaikan. 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, iaitu penting untuk memastikan prestasi optimum dan jangka hayat bateri. Dan lazimnya ia 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 daripadanya Contoh terawal ialah bateri CuF2/Li yang dibangunkan oleh NASA pada tahun 1965. Dan krisis minyak melanda dunia pada tahun 1970-an, para penyelidik mengalihkan perhatian mereka kepada alternatif sumber tenaga, jadi terobosan yang menghasilkan bentuk terawal Bateri Li-ion moden dibuat kerana berat ringan dan tenaga yang tinggi ketumpatan bateri litium ion. Pada masa yang sama, Stanley Whittingham dari Exxon mendapati bahawa ion litium boleh dimasukkan ke dalam bahan seperti TiS2 hingga buat 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 lebih banyak lagi stabil di udara, yang kemudiannya akan digunakan dalam bateri Li-ion komersial pertama, walaupun ia tidak, dengan sendirinya, menyelesaikan isu berterusan tentang mudah terbakar.Pada tahun yang sama, Rachid Yazami mencipta grafit litium elektrod (anod). Dan kemudian pada tahun 1991, litium-ion boleh dicas semula pertama di dunia bateri mula memasuki pasaran 

Pada tahun 2000-an, permintaan untuk litium-ion bateri meningkat apabila peranti elektronik mudah alih menjadi popular, yang memacu bateri lithium ion menjadi lebih selamat dan tahan lama. Kenderaan elektrik adalah diperkenalkan pada 2010-an, yang mencipta pasaran baharu untuk bateri litium-ion. The pembangunan proses pembuatan dan bahan 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 baru dan teknologi berterusan untuk meningkatkan prestasi, kecekapan dan keselamatan bateri ini.

4.Jenis-jenis Bateri Litium Ion

Bateri litium-ion datang dalam pelbagai bentuk dan saiz, dan bukan semua mereka dijadikan 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 lithium cobaltate atau lithium-ion kobalt bateri. 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 mudah alih peranti elektronik, kenderaan elektrik, dan sistem storan tenaga boleh diperbaharui kerana tenaga spesifiknya yang tinggi, kadar pelepasan diri yang rendah, operasi yang tinggi voltan dan julat suhu yang luas. Tetapi beri perhatian kepada kebimbangan keselamatan berkaitan dengan potensi pelarian haba dan ketidakstabilan pada tahap tinggi suhu.

l Litium Mangan Oksida

Litium Mangan Oksida (LiMn2O4) adalah bahan katod yang biasa digunakan dalam bateri litium-ion. Teknologi untuk bateri jenis ini pada mulanya ditemui pada tahun 1980-an, dengan penerbitan pertama dalam Penyelidikan Bahan Buletin pada tahun 1983. Salah satu kelebihan LiMn2O4 ialah ia mempunyai haba yang baik kestabilan, 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 kepada bahan katod yang mengandungi sumber terhad seperti kobalt. Akibatnya, ia sering ditemui dalam peralatan dan peranti perubatan, alat kuasa, elektrik motosikal, dan aplikasi lain. Walaupun kelebihannya, LiMn2O4 lebih miskin kestabilan berbasikal berbanding dengan LiCoO2, yang bermaksud ia mungkin memerlukan lebih banyak penggantian yang kerap, jadi ia mungkin tidak sesuai untuk simpanan tenaga jangka panjang sistem.

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 haba mereka kestabilan dan keselamatan. Mereka juga terkenal dengan ketahanan dan kitaran hayat yang panjang, yang menjadikannya pilihan yang paling kos efektif untuk jenis litium-ion yang lain bateri. Akibatnya, bateri ini sering 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, harganya lebih mahal kerana ia menggunakan jarang dan bahan mentah yang mahal. Di samping itu, bateri litium besi fosfat mempunyai a voltan operasi yang lebih rendah, yang bermaksud bahawa ia mungkin tidak sesuai untuk sesetengahnya aplikasi yang memerlukan voltan yang lebih tinggi. Masa pengecasan yang lebih lama menjadikannya a kelemahan dalam aplikasi yang memerlukan cas semula cepat.

l Litium Nikel Mangan Kobalt Oksida (NMC)

Bateri Kobalt Oksida mangan Litium Nikel, selalunya dikenali sebagai NMC bateri, dibina daripada pelbagai bahan yang bersifat universal bateri litium-ion. Katod yang dibina daripada campuran nikel, mangan dan kobalt disertakan. Ketumpatan tenaga yang tinggi, prestasi berbasikal yang baik, dan a jangka hayat yang panjang telah menjadikannya pilihan pertama dalam kenderaan elektrik, storan grid sistem, dan aplikasi berprestasi tinggi lain, yang telah menyumbang lagi kepada peningkatan populariti kenderaan elektrik dan sistem tenaga boleh diperbaharui. Kepada meningkatkan kapasiti, elektrolit dan bahan tambahan baru digunakan untuk membolehkannya cas ke 4.4V/sel dan lebih tinggi 

Terdapat trend ke arah Li-ion campuran NMC sejak itu sistem adalah kos efektif dan memberikan prestasi yang baik. Nikel, mangan, dan kobalt adalah tiga bahan aktif yang boleh digabungkan dengan mudah untuk disesuaikan dengan luas rangkaian aplikasi automotif dan sistem storan tenaga (EES) yang memerlukan kerap berbasikal. Dari mana kita boleh lihat keluarga NMC semakin bertambah pelbagai Walau bagaimanapun, kesan sampingannya daripada pelarian haba, bahaya kebakaran dan alam sekitar kebimbangan mungkin menghalang perkembangan selanjutnya.

l Litium Titanate

Lithium titanate, sering dikenali sebagai li-titanate, adalah sejenis bateri yang mempunyai a semakin banyak kegunaan. Kerana teknologi nano 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, komersial dan sistem storan tenaga industri, dan storan peringkat grid 

Bersama-sama dengannya keselamatan dan kebolehpercayaan, bateri ini boleh digunakan untuk ketenteraan dan aeroangkasa aplikasi, serta menyimpan tenaga angin dan suria serta membina pintar grid. Tambahan pula, menurut Ruang Bateri, bateri ini boleh jadi digunakan dalam sistem sandaran kritikal sistem kuasa. Walau bagaimanapun, litium titanat bateri cenderung lebih mahal daripada bateri lithium-ion tradisional kepada proses fabrikasi kompleks yang diperlukan untuk menghasilkannya.

5. Trend Pembangunan Bateri Litium Ion

Pertumbuhan global pemasangan tenaga boleh diperbaharui telah meningkat pengeluaran tenaga terputus-putus, mewujudkan grid tidak seimbang. Ini telah membawa kepada a permintaan untuk bateri.manakala fokus pada pelepasan karbon sifar dan perlu bergerak jauh daripada bahan api fosil, iaitu arang batu, untuk pengeluaran tenaga lebih cepat kerajaan untuk memberi insentif kepada pemasangan tenaga solar dan angin. Ini pemasangan meminjamkan diri kepada sistem storan bateri yang menyimpan kuasa berlebihan dihasilkan 

Oleh itu, insentif kerajaan untuk memberi insentif kepada bateri Li-ion pemasangan juga memacu pembangunan bateri ion litium. Sebagai contoh, saiz pasaran Bateri Litium-Ion NMC global diunjurkan berkembang daripada AS$ juta pada 2022 kepada AS$ juta pada 2029; ia dijangka berkembang pada CAGR sebanyak % dari 2023 hingga 2029. Dan peningkatan keperluan aplikasi menuntut berat beban diunjurkan untuk menjadikan bateri ion litium 3000-10000 terpantas segmen yang semakin meningkat semasa tempoh ramalan (2022-2030).

6. Analisis pelaburan Bateri Litium Ion

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

l Analisis Pengguna Akhir

Pemasangan sektor utiliti adalah pemacu utama untuk penyimpanan tenaga bateri sistem (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 lebih tinggi 34.4% CAGR kerana asas pertumbuhannya yang rendah. Penyimpanan tenaga kediaman dan komersial segmen adalah 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 sifar pelepasan karbon, dengan syarikat membuat ikrar bersih-sifar dalam dua akan datang berdekad-dekad. Syarikat telekom dan pusat data berada di barisan hadapan dalam mengurangkan pelepasan karbon dengan tumpuan yang meningkat pada sumber tenaga boleh diperbaharui. Semua yang akan menggalakkan perkembangan pesat bateri lithium ion sebagai 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 daripadanya trend pembangunan bateri litium-ion. LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) voltan tinggi dengan ketumpatan tenaga teori yang tinggi adalah salah satu Bebas Bersama yang paling menjanjikan bahan katod dalam lebih jauh. Selanjutnya, keputusan eksperimen membuktikannya prestasi berbasikal dan C-rate 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 mereka yang merosakkan 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 oleh 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 dalam 2021 pada CAGR sebanyak 21.3%. Amerika Utara dan Eropah akan menjadi yang terbesar seterusnya pasaran kerana matlamat mereka untuk menyahkarbonkan ekonomi dan grid mereka pada masa hadapan dua dekad. LATAM akan melihat kadar pertumbuhan tertinggi pada CAGR sebanyak 21.4% kerana daripada 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 perlu diingat.

l Ketumpatan Tenaga

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

l Keselamatan

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

l Jenis

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

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 tamat tempoh tarikh sebelum membuat pembelian. Bateri litium ion mempunyai sifat yang lebih lama hayat kerana kimianya tetapi setiap bateri berbeza antara satu sama lain bergantung pada jenis, spesifikasi dan cara ia dibuat. Bateri berkualiti tinggi akan tahan lebih lama kerana ia diperbuat daripada bahan halus di dalamnya.