Çfarë janë bateritë litium-jon

1 Çfarë janë bateritë litium-jon?

Një bateri është një burim energjie elektrike që përbëhet nga një ose më shumë qeliza elektrokimike me lidhje të jashtme për të fuqizuar pajisjet elektrike Një bateri litium-jon ose litium-jon është një lloj baterie e ringarkueshme e cila përdor reduktimin e kthyeshëm të joneve të litiumit për të ruajtur energjinë dhe është e famshme për densitetin e tyre të lartë të energjisë.

2 Struktura e baterive litium-jon

Në përgjithësi, shumica e baterive komerciale Li-ion përdorin komponime ndërthurëse si materiale aktive. Ato zakonisht përbëhen nga disa shtresa materialesh që janë rregulluar në një mënyrë specifike për të lehtësuar procesin elektrokimik që mundëson që bateria të ruajë dhe lëshojë energji - anodë, katodë, elektrolit, ndarës dhe kolektor aktual.

Çfarë është anoda?

Si një komponent i baterisë, anoda luan një rol të rëndësishëm në kapacitetin, performancën dhe qëndrueshmërinë e baterisë. Kur ngarkohet, anoda e grafitit është përgjegjëse për pranimin dhe ruajtjen e joneve të litiumit. Kur bateria shkarkohet, jonet e litiumit lëvizin nga anoda në katodë në mënyrë që të krijohet një rrymë elektrike. Në përgjithësi, anoda më e zakonshme e përdorur në treg është grafiti, i cili në gjendjen e tij plotësisht të litiizuar të LiC6 lidhet me një kapacitet maksimal prej 1339 C/g (372 mAh/g) Por me zhvillimin e teknologjive, materiale të reja si silikoni janë hulumtuar për të përmirësuar densitetin e energjisë për bateritë litium-jon.

Çfarë është katoda?

Katoda punon për të pranuar dhe lëshuar jonet e litiumit të ngarkuar pozitivisht gjatë cikleve aktuale. Zakonisht përbëhet nga një strukturë e shtresuar e një oksidi të shtresuar (si oksidi i litiumit të kobaltit), një polianion (siç është fosfati i hekurit të litiumit) ose një spinel (si oksidi i manganit të litiumit) i veshur me një kolektor ngarkimi (zakonisht i bërë nga alumini) 

Çfarë është elektroliti?

Si një kripë litiumi në një tretës organik, elektroliti shërben si një medium që jonet e litiumit të lëvizin midis anodës dhe katodës gjatë ngarkimit dhe shkarkimit.

Çfarë është ndarësi?

Si një membranë e hollë ose shtresë e materialit jopërçues, ndarësi punon për të parandaluar shkurtimin e anodës (elektrodës negative) dhe katodës (elektrodës pozitive), pasi kjo shtresë është e përshkueshme nga jonet e litiumit, por jo nga elektronet. Mund të sigurojë gjithashtu rrjedhën e qëndrueshme të joneve midis elektrodave gjatë karikimit dhe shkarkimit. Prandaj, bateria mund të mbajë një tension të qëndrueshëm dhe të zvogëlojë rrezikun e mbinxehjes, djegies ose shpërthimit.

Çfarë është koleksionisti aktual?

Kolektori i rrymës është krijuar për të mbledhur rrymën e prodhuar nga elektrodat e baterisë dhe për ta transportuar atë në qarkun e jashtëm, gjë që është e rëndësishme për të siguruar performancën optimale dhe jetëgjatësinë e baterisë. Dhe zakonisht është bërë nga një fletë e hollë alumini ose bakri.

3 Historia e zhvillimit të baterive litium-jon

Hulumtimi mbi bateritë e ringarkueshme Li-ion daton në vitet 1960, një nga shembujt më të hershëm është një bateri CuF2/Li e zhvilluar nga NASA në 1965 Dhe kriza e naftës goditi botën në vitet 1970, studiuesit e kthyen vëmendjen e tyre te burimet alternative të energjisë, kështu që zbulimi që prodhoi formën më të hershme të baterisë moderne Li-jon u bë për shkak të peshës së lehtë dhe densitetit të lartë të energjisë të baterive me jon litium. Në të njëjtën kohë, Stanley Whittingham nga Exxon zbuloi se jonet e litiumit mund të futeshin në materiale të tilla si TiS2 për të krijuar një bateri të rikarikueshme. 

Kështu ai u përpoq ta komercializonte këtë bateri por dështoi për shkak të kostos së lartë dhe pranisë së litiumit metalik në qeliza. Në vitin 1980, materiali i ri u zbulua se ofronte një tension më të lartë dhe ishte shumë më i qëndrueshëm në ajër, i cili më vonë do të përdorej në baterinë e parë komerciale Li-ion, megjithëse nuk e zgjidhi vetë çështjen e vazhdueshme të ndezshmërisë. të njëjtin vit, Rachid Yazami shpiku elektrodën e grafitit të litiumit (anodë). Dhe më pas në 1991, bateritë e para të ringarkueshme litium-jon në botë filluan të hyjnë në treg. Në vitet 2000, kërkesa për bateri litium-jon u rrit pasi pajisjet elektronike portative u bënë të njohura, gjë që bën që bateritë me jon litium të jenë më të sigurta dhe më të qëndrueshme. Automjetet elektrike u prezantuan në vitet 2010, të cilat krijuan një treg të ri për bateritë litium-jon 

Zhvillimi i proceseve dhe materialeve të reja të prodhimit, të tilla si anodat e silikonit dhe elektrolitet në gjendje të ngurtë, vazhduan të përmirësojnë performancën dhe sigurinë e baterive litium-jon. Në ditët e sotme, bateritë litium-jon janë bërë thelbësore në jetën tonë të përditshme, kështu që kërkimi dhe zhvillimi i materialeve dhe teknologjive të reja po vazhdojnë për të përmirësuar performancën, efikasitetin dhe sigurinë e këtyre baterive.

4. Llojet e baterive litium-jon

Bateritë litium-jon vijnë në forma dhe madhësi të ndryshme, dhe jo të gjitha janë bërë të barabarta. Normalisht ka pesë lloje të baterive litium-jon.

l Oksid litium kobalt

Bateritë e oksidit të kobaltit të litiumit prodhohen nga karbonat litium dhe kobalt dhe njihen gjithashtu si bateri kobalt litium ose litium-jon. Ata kanë një katodë të oksidit të kobaltit dhe një anodë karboni grafiti, dhe jonet e litiumit migrojnë nga anoda në katodë gjatë shkarkimit, me rrjedhën e kundërt kur bateria ngarkohet. Sa i përket aplikimit të tij, ato përdoren në pajisjet elektronike portative, automjetet elektrike dhe sistemet e ruajtjes së energjisë së rinovueshme për shkak të energjisë së tyre specifike të lartë, shkallës së ulët të vetëshkarkimit, tensionit të lartë të funksionimit dhe gamës së gjerë të temperaturës. Por kushtojini vëmendje shqetësimeve të sigurisë që lidhen me ndaj potencialit për largim termik dhe paqëndrueshmëri në temperatura të larta.

l Oksid litium mangan

Oksidi i litium manganit (LiMn2O4) është një material katodë që përdoret zakonisht në bateritë litium-jon. Teknologjia për këtë lloj baterie u zbulua fillimisht në vitet 1980, me botimin e parë në Buletinin e Kërkimit të Materialeve në 1983. Një nga avantazhet e LiMn2O4 është se ka stabilitet të mirë termik, që do të thotë se ka më pak gjasa të përjetojë largim termik, të cilat janë gjithashtu më të sigurta se llojet e tjera të baterive litium-jon. Për më tepër, mangani është i bollshëm dhe i disponueshëm gjerësisht, gjë që e bën atë një opsion më të qëndrueshëm në krahasim me materialet katodike që përmbajnë burime të kufizuara si kobalti. Si rezultat, ato gjenden shpesh në pajisje dhe pajisje mjekësore, vegla elektrike, motoçikleta elektrike dhe aplikacione të tjera. Megjithë avantazhet e tij, LiMn2O4 stabilitet më i dobët i çiklizmit në krahasim me LiCoO2, që do të thotë se mund të kërkojë zëvendësim më të shpeshtë, kështu që mund të mos jetë aq i përshtatshëm për sistemet e ruajtjes afatgjatë të energjisë.

l Fosfat Litium Hekuri (LFP)

Fosfati përdoret si katodë në bateritë me fosfat litium hekuri, të njohura shpesh si bateri li-fosfat. Rezistenca e tyre e ulët ka përmirësuar stabilitetin dhe sigurinë e tyre termike Ato janë gjithashtu të famshme për qëndrueshmërinë dhe një cikël jetëgjatësie të gjatë, gjë që i bën opsionin më ekonomik për llojet e tjera të baterive litium-jon. Rrjedhimisht, këto bateri përdoren shpesh në biçikleta elektrike dhe aplikacione të tjera që kërkojnë një cikël të gjatë jete dhe nivele të larta sigurie. Por disavantazhet e tij e bëjnë të vështirë zhvillimin e shpejtë. Së pari, krahasuar me llojet e tjera të baterive litium-jon, ato kushtojnë më shumë sepse përdorin lëndë të para të rralla dhe të shtrenjta. Përveç kësaj, bateritë me fosfat litium hekuri kanë një tension më të ulët operativ, që do të thotë se ato mund të mos jenë të përshtatshme për disa aplikacione që kërkojnë një tension më të lartë. Koha më e gjatë e karikimit e bën atë një disavantazh në aplikacionet që kërkojnë një rimbushje të shpejtë.

l Oksid kobalti i litium-nikelit të manganit (NMC)

Bateritë litium nikel mangan oksid kobalt, të njohura shpesh si bateri NMC, janë të ndërtuara nga një shumëllojshmëri materialesh që janë universale në bateritë litium-jon. Përfshihet një katodë e ndërtuar nga një përzierje e nikelit, manganit dhe kobaltit Dendësia e lartë e energjisë, performanca e mirë e biçikletës dhe jetëgjatësia e gjatë e kanë bërë atë zgjedhjen e parë në automjetet elektrike, sistemet e ruajtjes së rrjetit dhe aplikacione të tjera me performancë të lartë, gjë që ka kontribuar më tej në rritjen e popullaritetit të automjeteve elektrike dhe sistemeve të energjisë së rinovueshme. Për të rritur kapacitetin, përdoren elektrolite dhe aditivë të rinj për të mundësuar karikimin e tij në 4.4V/qelizë e lart. Ekziston një prirje drejt Li-ionit të përzier me NMC pasi sistemi është me kosto efektive dhe ofron performancë të mirë. Nikeli, mangani dhe kobalti janë tre materiale aktive që mund të kombinohen lehtësisht për t'iu përshtatur një game të gjerë aplikimesh të automobilave dhe sistemeve të ruajtjes së energjisë (EES) që kërkojnë çiklizëm të shpeshtë.

 Nga e cila mund të shohim se familja NMC po bëhet më e larmishme

Megjithatë, efektet e tij anësore të largimit termik, rreziqet nga zjarri dhe shqetësimet mjedisore mund të pengojnë zhvillimin e mëtejshëm të tij.

l Titanat litium

Titanati i litiumit, i njohur shpesh si li-titanate, është një lloj baterie që ka një numër në rritje të përdorimit. Për shkak të nanoteknologjisë së tij superiore, është në gjendje të karikojë dhe shkarkojë me shpejtësi duke ruajtur një tension të qëndrueshëm, gjë që e bën atë të përshtatshëm për aplikime me fuqi të lartë si automjetet elektrike, sistemet komerciale dhe industriale të ruajtjes së energjisë dhe magazinimin në nivel rrjeti. Së bashku me sigurinë dhe besueshmërinë e tyre, këto bateri mund të përdoren për aplikime ushtarake dhe të hapësirës ajrore, si dhe për ruajtjen e energjisë së erës dhe diellit dhe ndërtimin e rrjeteve inteligjente. Për më tepër, sipas Battery Space, këto bateri mund të përdoren në kopje rezervë kritike të sistemit të energjisë. Megjithatë, bateritë litium titanate priren të jenë më të shtrenjta se bateritë tradicionale të litium-jonit për shkak të procesit kompleks të fabrikimit që kërkohet për prodhimin e tyre.

5.Tendencat e zhvillimit të baterive litium-jon

Rritja globale e instalimeve të energjisë së rinovueshme ka rritur prodhimin me ndërprerje të energjisë, duke krijuar një rrjet të pabalancuar. Kjo ka çuar në një kërkesë për bateri. ndërkohë që fokusi në emetimet zero të karbonit dhe nevoja për t'u larguar nga lëndët djegëse fosile, përkatësisht qymyri, për prodhimin e energjisë, nxit më shumë qeveri që të stimulojnë instalimet e energjisë diellore dhe të erës. Këto instalime i shërbejnë sistemeve të ruajtjes së baterive që ruajnë energjinë e tepërt të gjeneruar. Prandaj, stimujt e qeverisë për të stimuluar instalimet e baterive Li-jon nxisin gjithashtu zhvillimin e baterive me jon litium Për shembull, madhësia globale e tregut të baterive litium-jon NMC parashikohet të rritet nga milion dollarë në 2022 në milion dollarë në 2029; pritet të rritet me një CAGR prej % nga viti 2023 në 2029  Dhe nevojat në rritje të aplikacioneve që kërkojnë ngarkesa të rënda parashikohet t'i bëjnë bateritë me jon litium prej 3000-10000 segmentin me rritje më të shpejtë gjatë periudhës së parashikimit (2022-2030).

6 Analiza e investimit të baterive litium-jon

Industria e tregut të baterive me jon litium parashikohet të rritet nga 51.16 miliardë dollarë në 2022 në 118.15 miliardë dollarë deri në vitin 2030, duke shfaqur një normë të përbërë rritjeje vjetore prej 4.72% gjatë periudhës së parashikimit (2022-2030), e cila varet nga disa faktorë.

l Analiza e Përdoruesit Fundor

Instalimet e sektorit të shërbimeve janë shtytësit kryesorë për sistemet e ruajtjes së energjisë së baterive (BESS). Ky segment pritet të rritet nga 2.25 miliardë dollarë në 2021 në 5.99 miliardë dollarë në 2030 me një CAGR prej 11.5%.  Bateritë Li-jon tregojnë një CAGR më të lartë 34,4% për shkak të bazës së tyre të ulët të rritjes. Segmentet e magazinimit të energjisë rezidenciale dhe komerciale janë zona të tjera me potencial të madh tregu prej 5.51 miliardë dollarë në 2030, nga 1.68 miliardë dollarë në 2021. Sektori industrial vazhdon marshimin e tij drejt emetimeve zero të karbonit, me kompanitë që bëjnë zotime neto zero në dy dekadat e ardhshme. Kompanitë e telekomit dhe qendrave të të dhënave janë në krye të reduktimit të emetimeve të karbonit me një fokus të shtuar në burimet e energjisë së rinovueshme të energjisë Të gjitha këto do të nxisin zhvillimin e shpejtë të  Bateritë e joneve të litiumit ndërsa kompanitë gjejnë mënyra për të siguruar rezervë të besueshme dhe balancim të rrjetit.

l Analiza e llojit të produktit

Për shkak të çmimit të lartë të kobaltit, bateria pa kobalt është një nga tendencat e zhvillimit të baterive litium-jon. Tensioni i lartë LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) me densitet të lartë teorik të energjisë është një nga materialet katodë pa bashkë më premtuese në të ardhmen. Më tej, rezultatet eksperimentale vërtetuan se performanca e çiklizmit dhe nivelit C të baterisë LNMO përmirësohet duke përdorur elektrolitin gjysmë të ngurtë. Kjo mund të supozohet që COF anionik është i aftë të thithë fuqishëm Mn3+/Mn2+ dhe Ni2+ përmes ndërveprimit Kulomb, duke frenuar migrimin e tyre shkatërrues në anodë. Prandaj, kjo punë do të jetë e dobishme për komercializimin e materialit katodë LNMO.

l Analiza Rajonale

Azia-Paqësori do të jetë tregu më i madh i palëvizshëm i baterive litium-jon deri në vitin 2030, i drejtuar nga shërbimet dhe industritë. Ajo do të kapërcejë Amerikën e Veriut dhe Evropën me një treg prej 7.07 miliardë dollarë në 2030, duke u rritur nga 1.24 miliardë dollarë në 2021 me një CAGR prej 21.3%. Amerika e Veriut dhe Evropa do të jenë tregjet e ardhshme më të mëdha për shkak të synimeve të tyre për të dekarbonizuar ekonomitë dhe rrjetin e tyre gjatë dy dekadave të ardhshme. LATAM do të shohë shkallën më të lartë të rritjes me një CAGR prej 21.4% për shkak të madhësisë së tij më të vogël dhe bazës së ulët.

7 Gjërat që duhen marrë parasysh për një bateri litium-jon me cilësi të lartë

Kur blini një inverter diellor optik, duhet të merren parasysh jo vetëm çmimi dhe cilësia, por duhen mbajtur parasysh edhe faktorë të tjerë.

l Dendësia e Energjisë

Dendësia e energjisë është sasia e energjisë së ruajtur për njësi vëllimi. Dendësia më e lartë e energjisë me më pak peshë dhe madhësi është më e gjerë midis cikleve të karikimit.

L.  Siguria

Siguria është një aspekt tjetër kritik i baterive litium-jon që nga shpërthimet dhe zjarret që mund të ndodhin gjatë karikimit ose shkarkimit, prandaj është e nevojshme të zgjidhni bateritë me mekanizma të përmirësuar sigurie, si sensorë të temperaturës dhe substanca frenuese.

l Lloji

Një nga tendencat më të fundit në industrinë e baterive litium-jon është zhvillimi i baterive në gjendje të ngurtë, i cili ofron një sërë përfitimesh si densiteti më i lartë i energjisë dhe një cikël më i gjatë jetë. Për shembull, përdorimi i baterive në gjendje të ngurtë në makinat elektrike do të rrisë ndjeshëm aftësinë dhe sigurinë e tyre.

l Shkalla e tarifimit

Shkalla e karikimit varet nga sa shpejt bateria ngarkohet në mënyrë të sigurt. Ndonjëherë bateria kërkon shumë kohë për t'u ngarkuar para se të mund të përdoret.

l Jetëgjatësia

 Asnjë bateri nuk funksionon gjatë gjithë jetës, por ka një datë skadimi. Kontrolloni datën e skadencës përpara se të bëni blerjen. Bateritë e joneve të litiumit kanë një jetëgjatësi të natyrshme për shkak të kimisë së tyre, por çdo bateri ndryshon nga njëra-tjetra në varësi të llojit, specifikimeve dhe mënyrës së prodhimit. Bateritë me cilësi të lartë do të zgjasin më gjatë pasi ato janë bërë nga materiale të shkëlqyera brenda.