O que são baterias de íon de lítio?

1. O que são baterias de íon de lítio?

Uma bateria é uma fonte de energia elétrica que consiste em um ou mais células eletroquímicas com conexões externas para alimentação de dispositivos elétricos. Uma bateria de íon de lítio ou íon de lítio é um tipo de bateria recarregável que usa o redução reversível de íons de lítio para armazenar energia e é famosa por sua alta densidade de energia.

2. A estrutura das baterias de íon de lítio

Geralmente a maioria das baterias comerciais de íons de lítio usam compostos de intercalação como materiais ativos. Eles normalmente consistem em várias camadas de materiais que são organizados em uma ordem específica para facilitar o processo eletroquímico que permite que a bateria armazene e libere energia-ânodo, cátodo, eletrólito, separador e coletor de corrente.

O que é ânodo?

Como componente da bateria, o ânodo desempenha um papel importante na capacidade, desempenho e durabilidade da bateria. Ao carregar, o ânodo de grafite é responsável por aceitar e armazenar íons de lítio. Quando a bateria está descarregados, os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo, de modo que um corrente elétrica é criada. Geralmente o ânodo mais comum usado comercialmente é a grafite, que em seu estado totalmente litiado de LiC6 se correlaciona com um valor máximo capacidade de 1339 C/g (372 mAh/g). Mas com o desenvolvimento das tecnologias, novos materiais como o silício foram pesquisados ​​para melhorar as densidades de energia para baterias de íon de lítio.

O que é cátodo?

O cátodo funciona para aceitar e liberar íons de lítio com carga positiva durante ciclos atuais. Geralmente consiste em uma estrutura em camadas de um óxido em camadas (como óxido de lítio-cobalto), um poliânion (como fosfato de ferro-lítio) ou um espinélio (como óxido de lítio-manganês) revestido em um coletor de carga (geralmente feito de alumínio).

O que é eletrólito?

Como sal de lítio em solvente orgânico, o eletrólito serve como meio para que os íons de lítio se movam entre o ânodo e o cátodo durante o carregamento e descarregando.

O que é separador?

Como uma fina membrana ou camada de material não condutor, o separador funciona para evitar que o ânodo (eletrodo negativo) e o cátodo (eletrodo positivo) curto-circuito, uma vez que esta camada é permeável aos íons de lítio, mas não aos elétrons. Isto também pode garantir o fluxo constante de íons entre os eletrodos durante o carregamento e descarregando. Portanto, a bateria pode manter uma tensão estável e reduzir o risco de superaquecimento, combustão ou explosão.

O que é o coletor atual?

O coletor de corrente é projetado para coletar a corrente produzida pelo eletrodos da bateria e a transporta para o circuito externo, que é importante para garantir o desempenho ideal e a longevidade da bateria. E geralmente é feito de uma folha fina de alumínio ou cobre.

3. A história do desenvolvimento das baterias de íon de lítio

A pesquisa sobre baterias recarregáveis ​​de íons de lítio data da década de 1960, um dos os primeiros exemplos são uma bateria CuF2/Li desenvolvida pela NASA em 1965. E a crise do petróleo atingiu o mundo na década de 1970, os pesquisadores voltaram sua atenção para alternativas fontes de energia, então a descoberta que produziu a forma mais antiga do A moderna bateria de íons de lítio foi fabricada devido ao seu peso leve e alta energia densidade das baterias de íon de lítio. Ao mesmo tempo, Stanley Whittingham da Exxon descobriram que íons de lítio poderiam ser inseridos em materiais como TiS2 para criar uma bateria recarregável 

Então ele tentou comercializar esta bateria, mas falhou devido ao alto custo e à presença de lítio metálico nas células. Em 1980 descobriu-se que um novo material oferecia uma voltagem mais elevada e era muito mais estável no ar, que mais tarde seria usada na primeira bateria comercial de íons de lítio, embora não tenha resolvido, por si só, a questão persistente da inflamabilidade. No mesmo ano, Rachid Yazami inventou o grafite de lítio eletrodo (ânodo). E então, em 1991, o primeiro íon de lítio recarregável do mundo baterias começaram a entrar no mercado 

Na década de 2000, a demanda por íons de lítio As baterias aumentaram à medida que os dispositivos eletrônicos portáteis se tornaram populares, o que impulsiona baterias de íon de lítio para serem mais seguras e duráveis. Os veículos eléctricos eram introduzido na década de 2010, que criou um novo mercado para baterias de íons de lítio. O desenvolvimento de novos processos e materiais de fabricação, como ânodos de silício e eletrólitos de estado sólido, continuaram a melhorar o desempenho e a segurança de baterias de íon de lítio. Hoje em dia, as baterias de iões de lítio tornaram-se essenciais na nosso dia a dia, por isso a pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias estão em andamento para melhorar o desempenho, a eficiência e a segurança dos essas baterias.

4.Os tipos de baterias de íon de lítio

As baterias de íon de lítio vêm em vários formatos e tamanhos, e nem todas eles são igualados. Normalmente existem cinco tipos de baterias de íon de lítio.

l Óxido de Lítio-Cobalto

As baterias de óxido de cobalto e lítio são fabricadas a partir de carbonato de lítio e cobalto e também são conhecidas como baterias de cobalto de lítio ou cobalto de íons de lítio. Eles têm um cátodo de óxido de cobalto e um ânodo de carbono de grafite e íons de lítio migram do ânodo para o cátodo durante a descarga, com o fluxo invertendo quando a bateria está carregada. Quanto à sua aplicação, são utilizados em portáteis dispositivos eletrônicos, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renovável devido à sua alta energia específica, baixa taxa de autodescarga, alta operação tensão e ampla faixa de temperatura. Mas preste atenção às questões de segurança relacionado ao potencial de fuga térmica e instabilidade em altas temperaturas.

l Óxido de lítio-manganês

O óxido de lítio-manganês (LiMn2O4) é um material catódico comumente usado em baterias de íon de lítio. A tecnologia para esse tipo de bateria foi inicialmente descoberto na década de 1980, com a primeira publicação na Materials Research Boletim em 1983. Uma das vantagens do LiMn2O4 é que ele possui boa resistência térmica estabilidade, o que significa que é menos provável que ocorra fuga térmica, o que também são mais seguros do que outros tipos de baterias de íons de lítio. Além disso, o manganês é abundante e amplamente disponível, o que o torna uma opção mais sustentável em comparação para materiais catódicos que contêm recursos limitados como o cobalto. Como resultado, eles são freqüentemente encontrados em equipamentos e dispositivos médicos, ferramentas elétricas, eletricidade motocicletas e outras aplicações. Apesar de suas vantagens, o LiMn2O4 é mais pobre estabilidade de ciclagem em comparação com LiCoO2, o que significa que pode exigir mais substituição frequente, por isso pode não ser tão adequado para armazenamento de energia a longo prazo sistemas.

l Fosfato de ferro-lítio (LFP)

O fosfato é usado como cátodo em baterias de fosfato de ferro-lítio, muitas vezes conhecidas como baterias de li-fosfato. Sua baixa resistência melhora seu desempenho térmico estabilidade e segurança. Eles também são famosos pela durabilidade e pelo longo ciclo de vida, o que os torna a opção mais econômica para outros tipos de íons de lítio baterias. Consequentemente, essas baterias são frequentemente usadas em bicicletas elétricas e outras aplicações que exigem um longo ciclo de vida e altos níveis de segurança. Mas as suas desvantagens dificultam o seu rápido desenvolvimento. Em primeiro lugar, em comparação com outros tipos de baterias de íon de lítio, elas custam mais porque usam baterias raras e matérias-primas caras. Além disso, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm um tensão operacional mais baixa, o que significa que eles podem não ser adequados para alguns aplicações que exigem uma tensão mais alta. Seu maior tempo de carregamento o torna um desvantagem em aplicações que requerem uma recarga rápida.

l Óxido de cobalto de manganês de lítio-níquel (NMC)

Baterias de lítio-níquel-manganês-óxido de cobalto, também conhecidas como NMC baterias, são construídas com uma variedade de materiais que são universais em baterias de íon de lítio. Um cátodo construído com uma mistura de níquel, manganês e cobalto está incluído. Sua alta densidade de energia, bom desempenho de ciclismo e um longa vida útil tornou-o a primeira escolha em veículos elétricos, armazenamento em rede sistemas e outras aplicações de alto desempenho, o que contribuiu ainda mais à crescente popularidade dos veículos elétricos e dos sistemas de energia renovável. Para aumentar a capacidade, novos eletrólitos e aditivos são usados ​​para permitir carregue até 4,4 V/célula e superior 

Há uma tendência para íons de lítio misturados com NMC desde o sistema é econômico e oferece bom desempenho. Níquel, manganês, e cobalto são três materiais ativos que podem ser facilmente combinados para atender a uma ampla gama de aplicações automotivas e de sistemas de armazenamento de energia (EES) que exigem ciclismo frequente. Pelo que podemos ver, a família NMC está se tornando mais diverso No entanto, seus efeitos colaterais de fuga térmica, riscos de incêndio e danos ambientais preocupações podem dificultar o seu desenvolvimento futuro.

l Titanato de Lítio

O titanato de lítio, também conhecido como li-titanato, é um tipo de bateria que possui um número crescente de utilizações. Devido à sua nanotecnologia superior, é capaz de carregar e descarregar rapidamente, mantendo uma tensão estável, o que o torna adequado para aplicações de alta potência, como veículos elétricos, comerciais e sistemas de armazenamento de energia industrial e armazenamento em nível de rede 

Juntamente com o seu segurança e confiabilidade, essas baterias poderiam ser usadas para fins militares e aeroespaciais aplicações, bem como armazenar energia eólica e solar e construir grades. Além disso, de acordo com a Battery Space, essas baterias poderiam ser empregado em backups críticos do sistema de energia. No entanto, titanato de lítio as baterias tendem a ser mais caras do que as baterias tradicionais de íon de lítio devido ao complexo processo de fabricação necessário para produzi-los.

5.As tendências de desenvolvimento de baterias de íon de lítio

O crescimento global das instalações de energia renovável aumentou produção intermitente de energia, criando uma rede desequilibrada. Isto levou a um demanda por baterias. enquanto o foco nas emissões zero de carbono e a necessidade de mudar longe dos combustíveis fósseis, nomeadamente o carvão, para a produção de energia, solicita mais governos para incentivar instalações de energia solar e eólica. Esses instalações se prestam a sistemas de armazenamento de bateria que armazenam o excesso de energia gerado 

Portanto, os incentivos governamentais para incentivar a bateria de íons de lítio as instalações também impulsionam o desenvolvimento de baterias de íon de lítio. Por exemplo, o tamanho do mercado global de baterias de íon de lítio NMC deve crescer de US$ milhões em 2022 para milhões de dólares em 2029; espera-se que cresça a um CAGR de% de 2023 a 2029. E as necessidades crescentes de aplicações que exigem cargas é projetada para tornar as baterias de íon de lítio de 3.000 a 10.000 as mais rápidas segmento em crescimento durante o período de previsão (2022-2030).

6. A análise de investimento em baterias de íon de lítio

A indústria do mercado de baterias de íon de lítio deve crescer de US$ 51,16 bilhões em 2022 para 118,15 bilhões de dólares em 2030, exibindo um valor anual composto taxa de crescimento de 4,72% durante o período de previsão (2022-2030), que depende de vários fatores.

l Análise do usuário final

As instalações do setor de serviços públicos são os principais impulsionadores do armazenamento de energia da bateria sistemas (BESS). Espera-se que este segmento cresça de US$ 2,25 bilhões em 2021 para US$ 5,99 bilhões em 2030 com um CAGR de 11,5%. As baterias de íon-lítio apresentam um aumento de 34,4% CAGR devido à sua baixa base de crescimento. Armazenamento de energia residencial e comercial segmentos são outras áreas com grande potencial de mercado de US$ 5,51 bilhões em 2030, de US$ 1,68 bilhão em 2021. O setor industrial continua sua marcha em direção zero emissões de carbono, com as empresas assumindo compromissos de zero emissões líquidas nos próximos dois décadas. As empresas de telecomunicações e data centers estão na vanguarda da redução emissões de carbono com maior foco em fontes de energia renováveis. Todos dos quais promoverão o rápido desenvolvimento de baterias de íon de lítio como as empresas encontram maneiras de garantir backup confiável e balanceamento de rede.

l Análise do tipo de produto

Devido ao alto preço do cobalto, a bateria sem cobalto é uma das tendências de desenvolvimento de baterias de íons de lítio. LiNi0,5Mn1,5O4 de alta tensão (LNMO) com alta densidade de energia teórica é um dos mais promissores Co-free materiais catódicos ainda mais. Além disso, os resultados experimentais provaram que o desempenho do ciclo e da taxa C da bateria LNMO é melhorado usando o eletrólito semissólido. Isto pode ser proposto que o COF aniônico é capaz de absorvendo fortemente o Mn3+/Mn2+ e Ni2+ através da interação Coulomb, restringindo sua migração destrutiva para o ânodo. Portanto, este trabalho irá ser benéfico para a comercialização de material catódico LNMO.

lAnálise Regional

A Ásia-Pacífico será o maior mercado de baterias estacionárias de íons de lítio até 2030, impulsionado pelas concessionárias e indústrias. Ultrapassará a América do Norte e A Europa, com um mercado de 7,07 mil milhões de dólares em 2030, crescendo de 1,24 mil milhões de dólares em 2021 com um CAGR de 21,3%. América do Norte e Europa serão os próximos maiores mercados devido aos seus objetivos de descarbonizar as suas economias e redes no próximo duas décadas. A LATAM verá a maior taxa de crescimento com um CAGR de 21,4% porque devido ao seu tamanho menor e base baixa.

7. Coisas a considerar para baterias de íon de lítio de alta qualidade

Ao comprar um inversor solar óptico, não só o preço e a qualidade devem ser considerados considerado, outros fatores também devem ser considerados.

l Densidade de Energia

A densidade de energia é a quantidade de energia armazenada por unidade de volume. Mais alto a densidade de energia com menos peso e tamanho é mais extensa entre o carregamento ciclos.

euSegurança

A segurança é outro aspecto crítico das baterias de íons de lítio desde as explosões e incêndios que podem ocorrer durante o carregamento ou descarregamento, por isso é necessário escolha baterias com mecanismos de segurança aprimorados, como sensores de temperatura e substâncias inibidoras.

eu Digite

Uma das últimas tendências na indústria de baterias de íons de lítio é a desenvolvimento de baterias de estado sólido, que oferece uma série de benefícios, como maior densidade de energia e um ciclo de vida mais longo. Por exemplo, o uso de baterias de estado sólido em carros elétricos aumentarão significativamente seu alcance capacidade e segurança.

l Taxa de carregamento

A taxa de carregamento depende da rapidez com que a bateria é carregada com segurança. Às vezes, a bateria demora muito para carregar antes de poder ser usada.

eu Vida útil

Nenhuma bateria dura toda a vida, mas tem uma data de validade. Verifique o vencimento data antes de fazer a compra. As baterias de íon de lítio têm um tempo inerente mais longo vida útil devido à sua química, mas cada bateria difere uma da outra dependendo o tipo, as especificações e a forma como são feitos. Baterias de alta qualidade duram mais, pois são feitos de materiais finos por dentro.