Co to są baterie litowo-jonowe?

1. Co to są baterie litowo-jonowe?

Bateria to źródło energii elektrycznej składające się z jednego lub większej liczby akumulatorów ogniwa elektrochemiczne z przyłączami zewnętrznymi do zasilania urządzeń elektrycznych. Bateria litowo-jonowa lub litowo-jonowa to rodzaj akumulatora, który wykorzystuje odwracalna redukcja jonów litu w celu magazynowania energii i słynie ze swojego wysokiego poziomu gęstość energii.

2. Struktura akumulatorów litowo-jonowych

Ogólnie rzecz biorąc, większość komercyjnych akumulatorów litowo-jonowych wykorzystuje związki interkalacyjne, takie jak materiały aktywne. Zwykle składają się z kilku warstw materiałów, które są ułożone w określonej kolejności, aby ułatwić proces elektrochemiczny umożliwia akumulatorowi magazynowanie i uwalnianie energii – anoda, katoda, elektrolit, separator i kolektor prądu.

Co to jest anoda?

Jako składnik akumulatora, anoda odgrywa ważną rolę w pojemności, wydajność i trwałość baterii. Podczas ładowania anoda grafitowa jest odpowiedzialny za przyjmowanie i magazynowanie jonów litu. Kiedy bateria jest rozładowany, jony litu przemieszczają się z anody do katody, w wyniku czego: powstaje prąd elektryczny. Generalnie najpowszechniejsza anoda stosowana w handlu jest grafitem, który w stanie całkowicie litowanym LiC6 koreluje z wartością maksymalną pojemność 1339 C/g (372 mAh/g). Ale wraz z rozwojem technologii nowe badano materiały takie jak krzem w celu poprawy gęstości energii do akumulatorów litowo-jonowych.

Co to jest katoda?

Katoda przyjmuje i uwalnia dodatnio naładowane jony litu aktualne cykle. Zwykle składa się z warstwowej struktury warstwowego tlenku (taki jak tlenek litowo-kobaltowy), polianion (taki jak fosforan litowo-żelazowy) lub spinel (taki jak tlenek litowo-manganowy) pokryty kolektorem ładunku (zwykle wykonane z aluminium).

Co to jest elektrolit?

Jako sól litowa w rozpuszczalniku organicznym, elektrolit służy jako medium aby jony litu mogły przemieszczać się pomiędzy anodą i katodą podczas ładowania oraz rozładowywanie.

Co to jest separator?

Separator działa w postaci cienkiej membrany lub warstwy materiału nieprzewodzącego zapobiec przedostawaniu się anody (elektrody ujemnej) i katody (elektrody dodatniej). zwarcie, ponieważ warstwa ta jest przepuszczalna dla jonów litu, ale nie dla elektronów. To może również zapewnić stały przepływ jonów pomiędzy elektrodami podczas ładowania i rozładowywanie. Dlatego akumulator może utrzymać stabilne napięcie i zmniejszyć ryzyko przegrzania, zapalenia lub eksplozji.

Co to jest kolektor prądu?

Odbierak prądu przeznaczony jest do zbierania prądu wytwarzanego przez elektrod akumulatora i transportuje go do obwodu zewnętrznego, tj ważne, aby zapewnić optymalną wydajność i trwałość baterii. I zwykle jest on wykonany z cienkiej blachy aluminium lub miedzi.

3. Historia rozwoju akumulatorów litowo-jonowych

Badania nad akumulatorami litowo-jonowymi sięgają lat 60 najwcześniejszym przykładem jest bateria CuF2/Li opracowana przez NASA w 1965 roku. I kryzys naftowy pojawiły się na świecie w latach 70. XX wieku, badacze zwrócili uwagę na alternatywy źródeł energii, a więc przełom, który wytworzył najwcześniejszą formę nowoczesny akumulator litowo-jonowy powstał ze względu na niewielką wagę i dużą energię gęstość akumulatorów litowo-jonowych. W tym samym czasie Stanley Whittingham z Exxon odkrył, że jony litu można wprowadzać do materiałów takich jak TiS2 stworzyć akumulator 

Próbował więc skomercjalizować tę baterię, ale nie powiodło się ze względu na wysoki koszt i obecność metalicznego litu w ogniwach. W 1980 roku odkryto, że nowy materiał oferuje wyższe napięcie i było ono znacznie większe stabilny w powietrzu, który później zostanie zastosowany w pierwszym komercyjnym akumulatorze litowo-jonowym, chociaż samo w sobie nie rozwiązało to utrzymującego się problemu palność. W tym samym roku Rachid Yazami wynalazł grafit litowy elektroda (anoda). A potem, w 1991 r., pierwszy na świecie akumulator litowo-jonowy baterie zaczęły pojawiać się na rynku 

W pierwszej dekadzie XXI wieku zapotrzebowanie na litowo-jonowy baterii wzrosła wraz ze wzrostem popularności przenośnych urządzeń elektronicznych, które napędzają akumulatory litowo-jonowe, aby były bezpieczniejsze i trwalsze. Pojazdy elektryczne były wprowadzony w 2010 roku, co stworzyło nowy rynek akumulatorów litowo-jonowych. The rozwój nowych procesów produkcyjnych i materiałów, takich jak anody krzemowe i elektrolity w stanie stałym, w dalszym ciągu poprawiały wydajność i bezpieczeństwo akumulatory litowo-jonowe. W dzisiejszych czasach akumulatory litowo-jonowe stały się niezbędne naszym codziennym życiu, a więc badania i rozwój nowych materiałów i stale rozwijane są technologie mające na celu poprawę wydajności, wydajności i bezpieczeństwa te baterie.

4. Rodzaje akumulatorów litowo-jonowych

Baterie litowo-jonowe są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach, ale nie wszystkie są równi. Zwykle istnieje pięć rodzajów akumulatorów litowo-jonowych.

l Tlenek litowo-kobaltowy

Baterie litowo-kobaltowo-tlenkowe produkowane są z węglanu litu i kobaltowe i są również znane jako akumulatory litowo-kobaltowe lub litowo-jonowo-kobaltowe. Mają katodę z tlenku kobaltu i grafitową anodę węglową oraz jony litu migrują z anody do katody podczas rozładowywania, przy odwróceniu przepływu gdy akumulator jest naładowany. Jeśli chodzi o zastosowanie, są one używane w urządzeniach przenośnych urządzenia elektroniczne, pojazdy elektryczne i systemy magazynowania energii odnawialnej ze względu na ich wysoką energię właściwą, niski stopień samorozładowania, wysoką wydajność napięcie i szeroki zakres temperatur. Należy jednak zwrócić uwagę na względy bezpieczeństwa związane z możliwością niestabilności termicznej i niestabilności w wysokich temperaturach temperatury.

l Tlenek litowo-manganowy

Tlenek litowo-manganowy (LiMn2O4) jest powszechnie stosowanym materiałem katodowym w akumulatorach litowo-jonowych. Początkowo stosowano technologię tego rodzaju akumulatorów odkryta w latach 80. XX w. wraz z pierwszą publikacją w czasopiśmie Materials Research Biuletyn z 1983 r. Jedną z zalet LiMn2O4 jest to, że ma dobre właściwości termiczne stabilność, co oznacza, że ​​jest mniej prawdopodobne, że wystąpi niestabilność termiczna, która są również bezpieczniejsze niż inne typy akumulatorów litowo-jonowych. Dodatkowo jest to mangan obfite i szeroko dostępne, co czyni tę opcję bardziej zrównoważoną w porównaniu do materiałów katodowych zawierających ograniczone zasoby, takich jak kobalt. W rezultacie często można je znaleźć w sprzęcie i urządzeniach medycznych, elektronarzędziach, urządzeniach elektrycznych motocykle i inne zastosowania. Pomimo swoich zalet, LiMn2O4 jest uboższy stabilność cykliczną w porównaniu do LiCoO2, co oznacza, że ​​może wymagać więcej częstą wymianę, więc może nie nadawać się do długoterminowego magazynowania energii systemy.

l Fosforan litowo-żelazowy (LFP)

Fosforan jest często używany jako katoda w akumulatorach litowo-żelazowo-fosforanowych zwane akumulatorami litowo-fosforanowymi. Ich niski opór poprawia ich właściwości termiczne stabilność i bezpieczeństwo. Słyną także z trwałości i długiego cyklu życia, co czyni je najbardziej opłacalną opcją w porównaniu z innymi typami akumulatorów litowo-jonowych baterie. W związku z tym akumulatory te są często stosowane w rowerach elektrycznych oraz inne zastosowania wymagające długiego cyklu życia i wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Jednak jego wady utrudniają szybki rozwój. Po pierwsze, w porównaniu do inne typy akumulatorów litowo-jonowych, kosztują więcej, ponieważ używają rzadkich i drogie surowce. Ponadto akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają niższe napięcie robocze, co oznacza, że ​​dla niektórych mogą być nieodpowiednie zastosowań wymagających wyższego napięcia. Dłuższy czas ładowania sprawia, że ​​jest to: Wada w zastosowaniach wymagających szybkiego ładowania.

l Tlenek kobaltu litowo-niklowo-manganowego (NMC)

Baterie litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe, często znane jako NMC akumulatory, są zbudowane z różnorodnych materiałów, które są uniwersalne akumulatory litowo-jonowe. Katoda zbudowana z mieszaniny niklu, manganu i kobalt jest wliczony w cenę. Jego wysoka gęstość energii, dobra wydajność na rowerze i długa żywotność sprawiła, że ​​jest to pierwszy wybór w pojazdach elektrycznych, magazynowaniu sieciowym systemów i innych aplikacji o wysokiej wydajności, co dodatkowo przyczyniło się do tego na rosnącą popularność pojazdów elektrycznych i systemów wykorzystujących energię odnawialną. Do zwiększyć wydajność, stosuje się nowe elektrolity i dodatki, aby to umożliwić ładuj do 4,4 V/ogniwo i więcej 

Od tego czasu istnieje trend w kierunku litowo-jonowego z mieszanką NMC system jest ekonomiczny i zapewnia dobrą wydajność. Nikiel, mangan, i kobalt to trzy aktywne materiały, które można łatwo łączyć w celu uzyskania szerokiego spektrum zastosowań szereg zastosowań w branży motoryzacyjnej i systemów magazynowania energii (EES), które wymagają częsta jazda na rowerze. Z czego widzimy, że rodzina NMC staje się coraz większa zróżnicowane Jednak jego skutki uboczne niekontrolowanej temperatury, zagrożenia pożarowego i środowiska obawy mogą utrudnić jego dalszy rozwój.

l Tytanian litu

Tytanian litu, często znany jako lit-tytanian, to rodzaj baterii, która ma: rosnąca liczba zastosowań. Jest to możliwe dzięki doskonałej nanotechnologii szybko ładuje i rozładowuje, zachowując stabilne napięcie, co daje radę dobrze nadaje się do zastosowań o dużej mocy, takich jak pojazdy elektryczne, komercyjne i przemysłowe systemy magazynowania energii oraz magazynowanie na poziomie sieci 

Razem z nim bezpieczeństwo i niezawodność, akumulatory te mogą być wykorzystywane w wojsku i lotnictwie zastosowań, a także magazynowanie energii wiatrowej i słonecznej oraz inteligentne budowanie siatki. Co więcej, według Battery Space, te baterie mogą być wykorzystywane w kopiach zapasowych o znaczeniu krytycznym dla systemu elektroenergetycznego. Niemniej jednak tytanian litu Baterie są zwykle droższe od tradycyjnych baterii litowo-jonowych do złożonego procesu produkcyjnego wymaganego do ich wytworzenia.

5.Trendy rozwojowe akumulatorów litowo-jonowych

Wzrósł globalny rozwój instalacji wykorzystujących energię odnawialną przerywaną produkcję energii, tworząc niezrównoważoną sieć. Doprowadziło to do: zapotrzebowanie na baterie. Jednocześnie skupienie się na zerowej emisji dwutlenku węgla i konieczności poruszania się od paliw kopalnych, czyli węgla, na rzecz produkcji energii, zachęcając do większej liczby źródeł energii zachęcanie rządów do instalowania energii słonecznej i wiatrowej. Te Instalacje nadają się do systemów magazynowania baterii, które przechowują nadmiar energii wygenerowane 

Dlatego zachęty rządowe zachęcające do stosowania akumulatorów litowo-jonowych instalacje napędzają także rozwój akumulatorów litowo-jonowych. Na przykład, przewiduje się, że wielkość globalnego rynku akumulatorów litowo-jonowych NMC wzrośnie z USD mln w 2022 r. do mln dolarów amerykańskich w 2029 r.; oczekuje się, że będzie rósł w tempie CAGR wynoszącym% od 2023 do 2029 roku. Oraz rosnące potrzeby zastosowań wymagających ciężkich Przewiduje się, że najszybsze będą akumulatory litowo-jonowe o pojemności 3000–10 000 segment rosnący w okresie prognozy (2022-2030).

6. Analiza inwestycji w akumulatory litowo-jonowe

Przewiduje się, że wartość rynku akumulatorów litowo-jonowych wzrośnie z 51,16 USD miliardów dolarów w 2022 r. do 118,15 miliardów dolarów do 2030 r., co oznacza złożony roczny stopa wzrostu na poziomie 4,72% w okresie prognozy (2022-2030), która zależy od kilka czynników.

l Analiza użytkownika końcowego

Instalacje w sektorze użyteczności publicznej są kluczowymi czynnikami stymulującymi magazynowanie energii akumulatorowej systemy (BESS). Oczekuje się, że segment ten wzrośnie z 2,25 miliarda dolarów w 2021 roku do 5,99 miliarda dolarów w 2030 r. przy CAGR na poziomie 11,5%. Akumulatory litowo-jonowe wykazują wyższy poziom 34,4% CAGR ze względu na ich niską bazę wzrostu. Magazyny energii w budynkach mieszkalnych i komercyjnych segmenty to inne obszary o dużym potencjale rynkowym wynoszącym 5,51 miliarda dolarów w 2030 roku, z 1,68 miliarda dolarów w 2021 roku. Sektor przemysłowy kontynuuje swój marsz w kierunku zerową emisję dwutlenku węgla, przy czym przedsiębiorstwa zobowiążą się do zerowej emisji netto w ciągu najbliższych dwóch lat dziesięciolecia. Firmy telekomunikacyjne i centra danych przodują w ograniczaniu emisji dwutlenku węgla, ze szczególnym naciskiem na odnawialne źródła energii. Wszystko z których będzie promować szybki rozwój akumulatorów litowo-jonowych, jak firmy znajdują sposoby na zapewnienie niezawodnego tworzenia kopii zapasowych i równoważenia sieci.

l Analiza typu produktu

Ze względu na wysoką cenę kobaltu, akumulatory bezkobaltowe są jednymi z nich trendy rozwojowe akumulatorów litowo-jonowych. Wysokonapięciowe LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) o wysokiej teoretycznej gęstości energii jest jednym z najbardziej obiecujących materiałów niezawierających Co materiały katodowe w dalszej części. Co więcej, potwierdziły to wyniki eksperymentów wydajność pracy cyklicznej i współczynnika C akumulatora LNMO została poprawiona dzięki zastosowaniu półstały elektrolit. Można to zaproponować, do czego zdolny jest anionowy COF silnie absorbuje Mn3+/Mn2+ i Ni2+ poprzez oddziaływanie kulombowskie, powstrzymując ich destrukcyjną migrację do anody. Dlatego ta praca będzie będzie korzystne dla komercjalizacji materiału katodowego LNMO.

l Analiza regionalna

Największym rynkiem stacjonarnych akumulatorów litowo-jonowych będzie region Azji i Pacyfiku 2030, napędzany przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i przemysł. Wyprzedzi Amerykę Północną i Europa z rynkiem o wartości 7,07 miliarda dolarów w 2030 r., co oznacza wzrost z 1,24 miliarda dolarów w roku 2030 2021 r. przy CAGR na poziomie 21,3%. Kolejne co do wielkości będą Ameryka Północna i Europa rynkach ze względu na ich cel, jakim jest dekarbonizacja gospodarek i sieci w najbliższej przyszłości dwie dekady. LATAM odnotuje najwyższą stopę wzrostu przy CAGR na poziomie 21,4%. ze względu na mniejsze rozmiary i niską podstawę.

7. Rzeczy do rozważenia w przypadku wysokiej jakości akumulatorów litowo-jonowych

Kupując optyczny falownik fotowoltaiczny, musi brać pod uwagę nie tylko cena i jakość należy wziąć pod uwagę także inne czynniki.

l Gęstość energii

Gęstość energii to ilość energii zgromadzonej na jednostkę objętości. Wyższy gęstość energii przy mniejszej wadze i rozmiarze jest większa pomiędzy ładowaniami cykle.

Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo to kolejny krytyczny aspekt akumulatorów litowo-jonowych od czasu eksplozji oraz pożary, które mogą wystąpić podczas ładowania lub rozładowywania, dlatego jest to konieczne wybieraj akumulatory z ulepszonymi mechanizmami bezpieczeństwa, takimi jak czujniki temperatury i substancje hamujące.

Wpisz

Jednym z najnowszych trendów w branży akumulatorów litowo-jonowych jest rozwój akumulatorów półprzewodnikowych, który oferuje szereg korzyści, takich jak wyższa gęstość energii i dłuższy cykl życia. Na przykład użycie akumulatory półprzewodnikowe w samochodach elektrycznych znacznie zwiększą ich zasięg możliwości i bezpieczeństwo.

l Szybkość ładowania

Szybkość ładowania zależy od tego, jak szybko akumulator zostanie bezpiecznie naładowany. Czasami ładowanie baterii zajmuje dużo czasu, zanim będzie można ich używać.

Żywotność

Żadna bateria nie działa przez cały okres użytkowania, ale ma datę ważności. Sprawdź termin ważności daty przed dokonaniem zakupu. Baterie litowo-jonowe mają z natury dłuższą żywotność żywotność ze względu na skład chemiczny, ale każda bateria różni się od siebie w zależności od rodzaj, specyfikacje i sposób ich wykonania. Wysokiej jakości akumulatory to umożliwią wytrzymają dłużej, ponieważ wewnątrz są wykonane z delikatnych materiałów.