X'inhu l-batteriji tal-jone tal-litju

1 X'inhu l-batteriji tal-jone tal-litju?

Batterija hija sors ta' enerġija elettrika li tikkonsisti f'ċellula elettrokimika waħda jew aktar b'konnessjonijiet esterni biex jitħaddmu apparati elettriċi Batterija tal-jone tal-litju jew tal-jone tal-litju hija tip ta 'batterija rikarikabbli li tuża t-tnaqqis riversibbli tal-joni tal-litju biex taħżen l-enerġija u hija famuża d-densità għolja tal-enerġija tagħhom.

2 L-Istruttura tal-batteriji tal-jone tal-litju

Ġeneralment il-biċċa l-kbira tal-batteriji Li-ion kummerċjali jużaw komposti ta 'interkalazzjoni bħala materjali attivi. Tipikament jikkonsistu f'diversi saffi ta 'materjali li huma rranġati f'ordni speċifika biex jiffaċilitaw il-proċess elettrokimiku li jippermetti lill-batterija taħżen u tirrilaxxa l-enerġija - anodu, katodu, elettrolit, separatur u kollettur tal-kurrent.

X'inhu l-anodu?

Bħala komponent tal-batterija, l-anodu għandu rwol importanti fil-kapaċità, il-prestazzjoni u d-durabilità tal-batterija. Meta tiċċarġja, l-anodu tal-grafita huwa responsabbli biex jaċċetta u jaħżen joni tal-litju. Meta l-batterija tiġi skarikata, il-jonji tal-litju jimxu mill-anodu għall-katodu sabiex jinħoloq kurrent elettriku. Ġeneralment l-anodu l-aktar komuni użat kummerċjalment huwa l-grafita, li fl-istat kompletament litijat tagħha ta 'LiC6 jikkorrelata ma' kapaċità massima ta '1339 C/g (372 mAh/g) Iżda bl-iżvilupp tat-teknoloġiji, materjali ġodda bħas-silikon ġew riċerkati biex itejbu d-densitajiet tal-enerġija għall-batteriji tal-jone tal-litju.

X'inhu katodu?

Cathode jaħdem biex jaċċetta u jirrilaxxa joni tal-litju ċċarġjati b'mod pożittiv matul iċ-ċikli kurrenti. Ġeneralment tikkonsisti fi struttura f'saffi ta 'ossidu f'saffi (bħal ossidu tal-kobalt tal-litju), polyanion (bħal fosfat tal-ħadid tal-litju) jew spinel (bħal ossidu tal-manganiż tal-litju) miksi fuq kollettur ta' ċarġ (ġeneralment magħmul mill-aluminju) 

X'inhu l-elettrolit?

Bħala melħ tal-litju f'solvent organiku, l-elettrolit iservi bħala mezz biex il-jonji tal-litju jimxu bejn l-anodu u l-katodu waqt l-iċċarġjar u l-ħatt.

X'inhu separatur?

Bħala membrana rqiqa jew saff ta 'materjal mhux konduttiv, is-separatur jaħdem biex jipprevjeni li l-anodu (elettrodu negattiv) u l-katodu (elettrodu pożittiv) jitqassru, peress li dan is-saff huwa permeabbli għall-joni tal-litju iżda mhux għall-elettroni. Jista 'wkoll jiżgura l-fluss kostanti ta' joni bejn l-elettrodi waqt l-iċċarġjar u l-ħatt. Għalhekk, il-batterija tista 'żżomm vultaġġ stabbli u tnaqqas ir-riskju ta' sħana żejda, kombustjoni jew splużjoni.

X'inhu l-kollettur kurrenti?

Il-kollettur tal-kurrent huwa ddisinjat biex jiġbor il-kurrent prodott mill-elettrodi tal-batterija u jittrasportah fiċ-ċirkwit estern, li huwa importanti biex jiżgura l-aħjar prestazzjoni u l-lonġevità tal-batterija. U normalment huwa tipikament magħmul minn folja rqiqa ta 'aluminju jew ram.

3 L-Istorja tal-Iżvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju

Ir-riċerka dwar batteriji tal-jone tal-Liju rechargeable tmur għas-snin sittin, wieħed mill-aktar eżempji bikrija huwa batterija CuF2/Li żviluppata min-NASA f' 1965 U l-kriżi taż-żejt laqtet id-dinja fl-1970s, ir-riċerkaturi daru l-attenzjoni tagħhom għal sorsi alternattivi ta 'enerġija, għalhekk il-breakthrough li pproduċiet l-aktar forma bikrija tal-batterija tal-jone tal-Liju moderna saret minħabba l-piż ħafif u d-densità għolja ta' enerġija tal-batteriji tal-jone tal-litju. Fl-istess ħin, Stanley Whittingham ta 'Exxon skopra li joni tal-litju jistgħu jiddaħħlu f'materjali bħal TiS2 biex tinħoloq batterija rikarikabbli 

Għalhekk ipprova jikkumerċjalizza din il-batterija iżda falla minħabba l-ispiża għolja u l-preżenza ta 'litju metalliku fiċ-ċelloli. Fl-1980 instab materjal ġdid li joffri vultaġġ ogħla u kien ħafna aktar stabbli fl-arja, li aktar tard kien se jintuża fl-ewwel batterija Li-ion kummerċjali, għalkemm ma rrisolvix, waħdu, il-kwistjoni persistenti tal-fjammabbiltà. istess sena, Rachid Yazami ivvintat l-elettrodu tal-grafita tal-litju (anodu). U mbagħad fl-1991, l-ewwel batteriji tal-jone tal-litju rikarikabbli fid-dinja bdew jidħlu fis-suq. Fis-snin 2000, id-domanda għal batteriji tal-jone tal-litju żdiedet hekk kif apparat elettroniku portabbli sar popolari, li jmexxi l-batteriji tal-jone tal-litju biex ikunu aktar sikuri u aktar fit-tul. Vetturi elettriċi ġew introdotti fl-2010, li ħolqu suq ġdid għall-batteriji tal-jone tal-litju 

L-iżvilupp ta 'proċessi u materjali ta' manifattura ġodda, bħal anodi tas-silikon u elettroliti fi stat solidu, kompla jtejjeb il-prestazzjoni u s-sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju. Illum il-ġurnata, il-batteriji tal-jone tal-litju saru essenzjali fil-ħajja tagħna ta 'kuljum, għalhekk ir-riċerka u l-iżvilupp ta' materjali u teknoloġiji ġodda għadhom għaddejjin biex itejbu l-prestazzjoni, l-effiċjenza u s-sikurezza ta 'dawn il-batteriji.

4.It-Tipi ta 'batteriji tal-jone tal-litju

Il-batteriji tal-jone tal-litju jiġu f'varjetà ta 'forom u daqsijiet, u mhux kollha huma magħmula ugwali. Normalment hemm ħames tipi ta 'batteriji tal-jone tal-litju.

l Ossidu tal-Kobalt tal-litju

Il-batteriji tal-ossidu tal-kobalt tal-litju huma manifatturati minn karbonat tal-litju u kobalt u huma magħrufa wkoll bħala batteriji tal-kobalt tal-litju jew tal-jone tal-litju Għandhom katodu tal-ossidu tal-kobalt u anodu tal-karbonju tal-grafita, u l-joni tal-litju jemigraw mill-anodu għall-katodu waqt il-ħruġ, bil-fluss lura meta l-batterija tkun iċċarġjata. Fir-rigward tal-applikazzjoni tagħha, huma użati f'apparat elettroniku portabbli, vetturi elettriċi, u sistemi ta 'ħażna ta' enerġija rinnovabbli minħabba l-enerġija speċifika għolja tagħhom, rata baxxa ta 'awto-discharge, vultaġġ operattiv għoli u firxa wiesgħa ta' temperatura. Iżda agħti attenzjoni għat-tħassib dwar is-sikurezza relatat għall-potenzjal għal runaway termali u instabbiltà f'temperaturi għoljin.

l Ossidu tal-Lithium Manganese

L-Ossidu tal-Lithium Manganese (LiMn2O4) huwa materjal tal-katodu li jintuża komunement f'batteriji tal-jone tal-litju. It-teknoloġija għal dan it-tip ta 'batterija ġiet inizjalment skoperta fis-snin tmenin, bl-ewwel pubblikazzjoni fil-Bullettin tar-Riċerka dwar il-Materjali fl-1983. Wieħed mill-vantaġġi ta 'LiMn2O4 huwa li għandu stabbiltà termali tajba, li jfisser li huwa inqas probabbli li jesperjenza runaway termali, li huma wkoll aktar sikuri minn tipi oħra ta' batteriji tal-jone tal-litju. Barra minn hekk, il-manganiż huwa abbundanti u disponibbli b'mod wiesa ', li jagħmilha għażla aktar sostenibbli meta mqabbla ma' materjali tal-katodu li fihom riżorsi limitati bħall-kobalt. Bħala riżultat, huma ta 'spiss jinstabu f'tagħmir u apparati mediċi, power tools, muturi elettriċi, u applikazzjonijiet oħra. Minkejja l-vantaġġi tiegħu, LiMn2O4 stabbiltà taċ-ċikliżmu ifqar meta mqabbel ma 'LiCoO2, li jfisser li jista' jeħtieġ sostituzzjoni aktar frekwenti, għalhekk jista 'ma jkunx daqshekk adattat għal sistemi ta' ħażna tal-enerġija fit-tul.

l Lithium Iron Phosphate (LFP)

Il-fosfat jintuża bħala katodu f'batteriji tal-fosfat tal-ħadid tal-litju, ħafna drabi magħrufa bħala batteriji tal-li-phosphate. Ir-reżistenza baxxa tagħhom tejbu l-istabbiltà u s-sigurtà termali tagħhom Huma wkoll famużi għad-durabilità u ċiklu ta 'ħajja twil, li jagħmluhom l-iktar għażla kost-effettiva għal tipi oħra ta' batteriji tal-jone tal-litju. Konsegwentement, dawn il-batteriji jintużaw ta 'spiss f'roti elettriċi u applikazzjonijiet oħra li jeħtieġu ċiklu ta' ħajja twil u livelli għoljin ta 'sikurezza Iżda l-iżvantaġġi tagħha jagħmluha diffiċli biex tiżviluppa malajr. L-ewwelnett, meta mqabbla ma 'tipi oħra ta' batteriji tal-jone tal-litju, jiswew aktar minħabba li jużaw materja prima rari u għalja. Barra minn hekk, il-batteriji tal-fosfat tal-ħadid tal-litju għandhom vultaġġ operattiv aktar baxx, li jfisser li jistgħu ma jkunux adattati għal xi applikazzjonijiet li jeħtieġu vultaġġ ogħla. Il-ħin itwal tal-iċċarġjar tiegħu jagħmilha ta 'żvantaġġ f'applikazzjonijiet li jeħtieġu recharge malajr.

l Lithium Nikil Manganiż Kobalt Oxide (NMC)

Lithium Nikil manganiż Kobalt Oxide batteriji, spiss magħrufa bħala batteriji NMC, huma mibnija minn varjetà ta 'materjali li huma universali fil-batteriji tal-jone tal-litju. Katodu mibni minn taħlita ta 'nikil, manganiż, u kobalt huwa inkluż Id-densità għolja ta 'enerġija, il-prestazzjoni tajba taċ-ċikliżmu u l-ħajja twila għamlitha l-ewwel għażla f'vetturi elettriċi, sistemi ta' ħażna ta 'grilja, u applikazzjonijiet oħra ta' prestazzjoni għolja, li kkontribwixxa aktar għall-popolarità dejjem tikber ta 'vetturi elettriċi u sistemi ta' enerġija rinnovabbli. Biex tiżdied il-kapaċità, jintużaw elettroliti u addittivi ġodda biex jippermettulha tiċċarġja għal 4.4V/ċellula u ogħla. Hemm tendenza lejn Li-ion imħallta bl-NMC peress li s-sistema hija kosteffettiva u tipprovdi prestazzjoni tajba. In-nikil, il-manganiż u l-kobalt huma tliet materjali attivi li jistgħu jiġu kkombinati faċilment biex ikunu adattati għal firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet ta' sistemi tal-karozzi u tal-ħażna tal-enerġija (EES) li jeħtieġu ċikliżmu frekwenti.

 Minn fejn nistgħu naraw il-familja NMC qed issir aktar diversa

Madankollu, l-effetti sekondarji tagħha ta 'runaway termali, perikli tan-nar u tħassib ambjentali jistgħu jfixklu l-iżvilupp ulterjuri tiegħu.

l Titanat tal-litju

It-titanat tal-litju, spiss magħruf bħala li-titanate, huwa tip ta 'batterija li għandha numru dejjem jikber ta' użi. Minħabba n-nanoteknoloġija superjuri tagħha, huwa kapaċi jiċċarġja u jarmi malajr filwaqt li jżomm vultaġġ stabbli, li jagħmilha adattata tajjeb għal applikazzjonijiet ta 'qawwa għolja bħal vetturi elettriċi, sistemi ta' ħażna ta 'enerġija kummerċjali u industrijali, u ħażna fil-livell tal-grilja. Flimkien mas-sigurtà u l-affidabbiltà tagħha, dawn il-batteriji jistgħu jintużaw għal applikazzjonijiet militari u aerospazjali, kif ukoll jaħżnu l-enerġija mir-riħ u solari u jibnu grids intelliġenti. Barra minn hekk, skont Battery Space, dawn il-batteriji jistgħu jiġu impjegati f'backups kritiċi tas-sistema tal-enerġija Madankollu, il-batteriji tat-titanat tal-litju għandhom tendenza li jkunu aktar għaljin mill-batteriji tal-jone tal-litju tradizzjonali minħabba l-proċess ta 'fabbrikazzjoni kumpless meħtieġ biex jiġu prodotti.

5.Ix-xejriet ta 'żvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju

It-tkabbir globali tal-installazzjonijiet tal-enerġija rinnovabbli żied il-produzzjoni tal-enerġija intermittenti, u ħoloq grilja żbilanċjata. Dan wassal għal domanda għall-batteriji. filwaqt li l-fokus fuq emissjonijiet tal-karbonju żero u l-ħtieġa li jitbiegħed mill-fjuwils fossili, jiġifieri l-faħam, għall-produzzjoni tal-enerġija jħeġġeġ aktar gvernijiet biex jinċentivaw installazzjonijiet tal-enerġija solari u mir-riħ. Dawn l-installazzjonijiet jipprestaw ruħhom għal sistemi ta 'ħażna ta' batteriji li jaħżnu l-enerġija żejda ġġenerata. Għalhekk, l-inċentivi tal-gvern biex jinċentivaw l-installazzjonijiet tal-batteriji Li-ion imexxu wkoll l-iżvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju Pereżempju, id-daqs globali tas-suq tal-batteriji tal-jone tal-litju NMC huwa mbassar li jikber minn miljun dollaru Amerikan fl-2022 għal miljun dollaru Amerikan fl-2029; huwa mistenni li jikber b'CAGR ta '% mill-2023 sa 2029  U l-ħtiġijiet dejjem jiżdiedu ta 'applikazzjonijiet li jitolbu tagħbijiet tqal huwa mbassar li jagħmel batteriji tal-jone tal-litju ta' 3000-10000 is-segment li qed jikber b'rata mgħaġġla matul il-perjodu tat-tbassir (2022-2030).

6 L-analiżi tal-investiment tal-batteriji tal-jone tal-litju

L-industrija tas-suq tal-batteriji tal-jone tal-litju hija mbassra li tikber minn USD 51.16 biljun fl-2022 għal USD 118.15 biljun sal-2030, li turi rata ta 'tkabbir annwali kompost ta' 4.72% matul il-perjodu tat-tbassir (2022-2030), li tiddependi fuq diversi fatturi.

l Analiżi tal-Utent Aħħar

L-installazzjonijiet tas-settur tal-utilità huma muturi ewlenin għas-sistemi tal-ħażna tal-enerġija tal-batteriji (BESS). Dan is-segment huwa mistenni li jikber minn $ 2.25 biljun fl-2021 għal $ 5.99 biljun fl-2030 b'CAGR ta '11.5%.  Il-batteriji tal-jone tal-Liju juru CAGR ogħla ta '34.4% minħabba l-bażi ta' tkabbir baxx tagħhom. Is-segmenti tal-ħażna tal-enerġija residenzjali u kummerċjali huma oqsma oħra b'potenzjal kbir tas-suq ta '$ 5.51 biljun fl-2030, minn $ 1.68 biljun fl-2021. Is-settur industrijali jkompli l-marċ tiegħu lejn żero emissjonijiet tal-karbonju, bil-kumpaniji jagħmlu wegħdiet ta 'żero nett fl-għoxrin sena li ġejjin. Kumpaniji tat-telekomunikazzjoni u taċ-ċentri tad-dejta huma minn ta’ quddiem fit-tnaqqis tal-emissjonijiet tal-karbonju b’fokus akbar fuq sorsi ta’ enerġija tal-enerġija rinnovabbli Kollha li se jippromwovu l-iżvilupp mgħaġġel ta '  batteriji tal-jone tal-litju hekk kif il-kumpaniji jsibu modi biex jiżguraw backup affidabbli u bilanċjar tal-grilja.

l Analiżi tat-Tip tal-Prodott

Minħabba l-prezz għoli tal-kobalt, il-batterija mingħajr kobalt hija waħda mix-xejriet ta 'żvilupp tal-batteriji tal-jone tal-litju. LiNi0.5Mn1.5O4 ta 'vultaġġ għoli (LNMO) b'densità ta' enerġija teoretika għolja huwa wieħed mill-materjali tal-katodu Ko-free aktar promettenti fl-aktar. Barra minn hekk, ir-riżultati sperimentali wrew li l-prestazzjoni taċ-ċikliżmu u tar-rata C tal-batterija LNMO titjieb bl-użu tal-elettrolit semi-solidu. Dan jista 'jiġi propost li l-COF anjoniku huwa kapaċi jassorbi b'mod qawwi l-Mn3+/Mn2+ u Ni2+ permezz tal-interazzjoni Coulomb, u jrażżan il-migrazzjoni distruttiva tagħhom lejn l-anodu. Għalhekk, dan ix-xogħol se jkun ta 'benefiċċju għall-kummerċjalizzazzjoni tal-materjal tal-katodu LNMO.

l Analiżi Reġjonali

L-Ażja-Paċifiku se jkun l-akbar suq stazzjonarju tal-batteriji tal-jone tal-litju sal-2030, immexxi minn utilitajiet u industriji. Se taqbeż l-Amerika ta 'Fuq u l-Ewropa b'suq ta' $ 7.07 biljun fl-2030, li jikber minn $ 1.24 biljun fl-2021 b'CAGR ta '21.3%. L-Amerika ta 'Fuq u l-Ewropa se jkunu l-akbar swieq li jmiss minħabba l-għanijiet tagħhom li jiddekarbonizzaw l-ekonomiji u l-grilja tagħhom matul l-għoxrin sena li ġejjin. LATAM se jara l-ogħla rata ta 'tkabbir b'CAGR ta' 21.4% minħabba d-daqs iżgħar u l-bażi baxxa tagħha.

7 Affarijiet li għandek tikkonsidra għal batteriji tal-jone tal-litju ta 'kwalità għolja

Meta tixtri inverter solari ottiku, mhux biss il-prezz u l-kwalità għandhom jiġu kkunsidrati, fatturi oħra għandhom ukoll jinżammu f'moħħhom.

l Densità tal-Enerġija

Id-densità tal-Enerġija hija l-ammont ta 'enerġija maħżuna għal kull unità ta' volum. Densità ogħla ta 'enerġija b'inqas piż u daqs hija aktar estensiva bejn iċ-ċikli tal-iċċarġjar.

Al  Is-sikurezza

Is-sigurtà hija aspett kritiku ieħor tal-batteriji tal-jone tal-litju peress li splużjonijiet u nirien li jistgħu jseħħu waqt il-ħlas jew il-ħatt, għalhekk huwa meħtieġ li tagħżel batteriji b'mekkaniżmi ta 'sikurezza mtejba, bħal sensuri tat-temperatura u sustanzi inibitorji.

l Tip

Waħda mill-aħħar tendenzi fl-industrija tal-batteriji tal-jone tal-litju hija l-iżvilupp ta 'batteriji fi stat solidu, li toffri firxa ta' benefiċċji bħal densità ogħla ta 'enerġija u ċiklu ta' ħajja itwal. Pereżempju, l-użu ta 'batteriji fi stat solidu fil-karozzi elettriċi se jżid b'mod sinifikanti l-kapaċità u s-sikurezza tal-firxa tagħhom.

l Rata tal-iċċarġjar

Ir-rata tal-iċċarġjar tiddependi kemm il-batterija tiġi ċċarġjata b'mod sikur. Xi drabi l-batterija tieħu żmien twil biex tiċċarġja qabel ma jkunu jistgħu jintużaw.

l It-tul tal-ħajja

 L-ebda batterija ma taħdem għall-ħajja kollha iżda għandha data ta 'skadenza. Iċċekkja d-data ta 'skadenza qabel ma tagħmel ix-xiri. Il-batteriji tal-jone tal-litju għandhom ħajja itwal inerenti minħabba l-kimika tagħha iżda kull batterija tvarja minn xulxin skont it-tip, l-ispeċifikazzjonijiet u l-mod kif isiru. Batteriji ta 'kwalità għolja se jdumu aktar peress li huma magħmula minn materjali fini ġewwa.