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 qelizat elektrokimike me lidhje të jashtme për fuqizimin e pajisjeve elektrike. Një bateri litium-jon ose li-jon është një lloj baterie e ringarkueshme që përdor Reduktimi i kthyeshëm i joneve të litiumit për të ruajtur energjinë dhe është i famshëm i lartë i tyre dendësia e 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 të rregulluara në një mënyrë specifike për të lehtësuar procesin elektrokimik që mundëson që bateria të ruajë dhe lëshojë energji - anodë, katodë, elektrolit, ndarës dhe kolektor rrymë.

Çfarë është anoda?

Si një komponent i baterisë, anoda luan një rol të rëndësishëm në kapacitetin, performanca dhe qëndrueshmëria e baterisë. Gjatë karikimit, anoda e grafitit është përgjegjës për pranimin dhe ruajtjen e joneve të litiumit. Kur bateria është të shkarkuara, jonet e litiumit lëvizin nga anoda në katodë në mënyrë që një krijohet rryma 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 maksimum kapaciteti prej 1339 C/g (372 mAh/g). Por me zhvillimin e teknologjive, të reja materiale të tilla 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 ciklet aktuale. Zakonisht përbëhet nga një strukturë e shtresuar e një oksidi të shtresuar (si oksidi i kobaltit të litiumit), një polianion (siç është fosfati i hekurit të litiumit) ose një spinel (si oksidi i litium manganit) i veshur në një kolektor ngarkimi (zakonisht prej alumini).

Çfarë është elektroliti?

Si një kripë litiumi në një tretës organik, elektroliti shërben si një medium që jonet e litiumit të lëvizin ndërmjet anodës dhe katodës gjatë karikimit dhe shkarkimi.

Çfarë është ndarësi?

Si një membranë e hollë ose shtresë e materialit jopërçues, ndarësi punon për të parandaloni anodën (elektrodën negative) dhe katodën (elektrodën pozitive). shkurtimi, pasi kjo shtresë është e përshkueshme nga jonet e litiumit, por jo nga elektronet. Ajo mund të sigurojë gjithashtu rrjedhën e qëndrueshme të joneve ndërmjet elektrodave gjatë karikimit dhe shkarkimi. Prandaj, bateria mund të mbajë një tension të qëndrueshëm dhe të zvogëlojë rreziku i mbinxehjes, djegies ose shpërthimit.

Çfarë është koleksionisti aktual?

Kolektori aktual është projektuar për të mbledhur rrymën e prodhuar nga elektrodat e baterisë dhe e transporton atë në qarkun e jashtëm, i cili është e rëndësishme për të siguruar performancë optimale dhe jetëgjatësi të 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-jon daton në vitet 1960, një prej tyre Shembujt më të hershëm janë 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 drejt alternativës burimet e energjisë, pra zbulimi që prodhoi formën më të hershme të Bateria moderne Li-jon u krijua për shkak të peshës së lehtë dhe energjisë së lartë dendësia e baterive të joneve të litiumit. Në të njëjtën kohë, Stanley Whittingham nga Exxon zbuloi se jonet e litiumit mund të futeshin në materiale të tilla si TiS2 në krijoni një bateri të rikarikueshme 

Kështu ai u përpoq të komercializojë këtë bateri por dështoi për shkak të kostos së lartë dhe pranisë së litiumit metalik në qeliza. Në vitin 1980 u gjet një material i ri që ofronte një tension më të lartë dhe ishte shumë më tepër e qëndrueshme në ajër, e cila më vonë do të përdorej në baterinë e parë komerciale Li-ion, megjithëse nuk e zgjidhi vetë çështjen e vazhdueshme të ndezshmëria. Në të njëjtin vit, Rachid Yazami shpiku grafitin e litiumit elektrodë (anodë). Dhe më pas në 1991, litium-joni i parë i rikarikueshëm në botë bateritë filluan të hyjnë në treg 

Në vitet 2000, kërkesa për litium-jon bateritë u rritën pasi pajisjet elektronike portative u bënë të njohura, gjë që lëviz bateritë litium-jon për të qenë më të sigurta dhe më të qëndrueshme. Automjetet elektrike ishin u prezantua në vitet 2010, gjë që krijoi një treg të ri për bateritë litium-jon. Të zhvillimi i proceseve dhe materialeve të reja të prodhimit, të tilla si anodat e silikonit dhe elektrolitet në gjendje të ngurtë, vazhduan të përmirësonin performancën dhe sigurinë e bateri litium-jon. Në ditët e sotme, bateritë litium-jon janë bërë thelbësore në jetën tonë të përditshme, pra kërkimin dhe zhvillimin e materialeve të reja dhe teknologjitë janë në vazhdim për të përmirësuar performancën, efikasitetin dhe sigurinë e këto bateri.

4. Llojet e baterive litium-jon

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

l Oksid litium kobalt

Bateritë e oksidit të litiumit të kobaltit janë prodhuar 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 grafit, dhe jone litium migrojnë nga anoda në katodë gjatë shkarkimit, me kthimin e rrjedhës kur bateria është e ngarkuar. Sa i përket aplikimit të tij, ato përdoren në portative pajisjet elektronike, automjetet elektrike dhe sistemet e ruajtjes së energjisë së rinovueshme për shkak të energjisë së tyre të lartë specifike, shkallës së ulët të vetëshkarkimit, funksionimit të lartë tensionit dhe diapazonit të gjerë të temperaturës.Por kushtojini vëmendje shqetësimeve të sigurisë lidhur me potencialin për largim termik dhe paqëndrueshmëri në nivele të larta temperaturat.

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 ishte fillimisht zbuluar në vitet 1980, me botimin e parë në Kërkimin e Materialeve Buletini i vitit 1983. Një nga avantazhet e LiMn2O4 është se ka termike të mirë stabiliteti, që do të thotë se ka më pak gjasa të përjetojë arratisje termike, e cila 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 krahasuar për të katoduar materialet që përmbajnë burime të kufizuara si kobalti. Si rezultat, ato gjenden shpesh në pajisje dhe pajisje mjekësore, vegla elektrike, elektrike motoçikleta dhe aplikacione të tjera. Pavarësisht nga avantazhet e tij, LiMn2O4 më i varfër Stabiliteti i çiklizmit në krahasim me LiCoO2, që do të thotë se mund të kërkojë më shumë zëvendësim i shpeshtë, kështu që mund të mos jetë aq i përshtatshëm për ruajtjen afatgjatë të energjisë sistemeve.

l Fosfat Litium Hekuri (LFP)

Fosfati përdoret shpesh si katodë në bateritë e fosfatit të hekurit litium të njohura si bateri li-fosfat. Rezistenca e ulët e tyre ka përmirësuar termike stabilitetin dhe sigurinë. Ata janë gjithashtu të famshëm për qëndrueshmërinë dhe ciklin e gjatë të jetës, të cilat i bëjnë ato opsionin më me kosto efektive ndaj llojeve të tjera të litium-joneve bateritë. Rrjedhimisht, këto bateri përdoren shpesh në biçikletat 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 lloje të tjera të baterive litium-jon, ato kushtojnë më shumë sepse përdorin të rralla dhe lëndë të para të shtrenjta. Përveç kësaj, bateritë litium fosfat hekuri kanë një tension më të ulët operativ, që do të thotë se ato mund të mos jenë të përshtatshme për disa aplikacionet që kërkojnë një tension më të lartë. Koha më e gjatë e karikimit e bën atë a 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 NMC bateritë, janë të ndërtuara nga një shumëllojshmëri materialesh që janë universale në bateri litium-jon. Një katodë e ndërtuar nga një përzierje e nikelit, manganit dhe përfshihet kobalti. Dendësia e tij e lartë e energjisë, performanca e mirë e çiklizmit dhe a jetëgjatësia e gjatë e ka bërë atë zgjedhjen e parë në automjetet elektrike, ruajtjen në rrjet sisteme dhe aplikacione të tjera me performancë të lartë, gjë që ka kontribuar më tej për rritjen e popullaritetit të automjeteve elektrike dhe sistemeve të energjisë së rinovueshme. te rrit kapacitetin, përdoren elektrolite dhe aditivë të rinj për ta mundësuar atë karikoni në 4.4V/qelizë e lart 

Që atëherë, ka një prirje drejt Li-ionit të përzier me NMC sistemi është me kosto efektive dhe ofron performancë të mirë. Nikel, mangan, dhe kobalti janë tre materiale aktive që mund të kombinohen lehtësisht për t'iu përshtatur një të gjerë gamën e aplikacioneve të automobilave dhe sistemeve të ruajtjes së energjisë (EES) që kërkojnë çiklizëm i shpeshtë. Nga e cila mund të shohim se familja NMC po bëhet gjithnjë e më shumë të ndryshme Megjithatë, efektet e saj anësore të arratisjes termike, rreziqet nga zjarri dhe mjedisore shqetësimet 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 numri në rritje i përdorimeve. Për shkak të nanoteknologjisë së saj superiore, është në gjendje të ngarkohet dhe shkarkohet me shpejtësi duke ruajtur një tension të qëndrueshëm, gjë që e bën atë i përshtatshëm për aplikime me fuqi të lartë si automjetet elektrike, komerciale dhe sistemet industriale të ruajtjes së energjisë, dhe magazinimi në nivel rrjeti 

Së bashku me të siguria dhe besueshmëria, këto bateri mund të përdoren për ushtarak dhe hapësirën ajrore aplikimet, si dhe ruajtjen e energjisë së erës dhe diellore dhe ndërtimin e zgjuar rrjete. Për më tepër, sipas Battery Space, këto bateri mund të jenë të përdorura në rezervat kritike të sistemit energjetik. Sidoqoftë, titanati i litiumit bateritë priren të jenë më të shtrenjta se bateritë tradicionale të litium-jonit në procesin 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 është rritur prodhimi me ndërprerje të energjisë, duke krijuar një rrjet të pabalancuar. Kjo ka çuar në një kërkesa për bateri.ndërsa fokusi në emetimet zero të karbonit dhe nevoja për të lëvizur larg lëndëve djegëse fosile, përkatësisht qymyrit, për prodhimin e energjisë do të nxisin më shumë qeveritë të stimulojnë instalimet e energjisë diellore dhe të erës. Këto instalimet i shërbejnë sistemeve të ruajtjes së baterive që ruajnë energji të tepërt gjeneruar 

Prandaj, stimujt e qeverisë për të nxitur baterinë Li-jon instalimet gjithashtu nxisin zhvillimin e baterive me jon litium. Për shembull, madhësia globale e tregut të baterive litium-jon NMC parashikohet të rritet nga US$ milion në 2022 në milion USD në 2029; pritet të rritet me një CAGR prej % nga 2023 deri në 2029. Dhe nevojat në rritje të aplikacioneve që kërkojnë të rënda ngarkesat parashikohet të bëjnë bateritë me jon litium prej 3000-10000 më të shpejtat segment në rritje 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 USD miliardë në 2022 në 118.15 miliardë dollarë deri në vitin 2030, duke shfaqur një kompleks vjetor norma e rritjes 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 ruajtjen e energjisë së baterisë sistemet (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 34.4% më të lartë CAGR për shkak të bazës së tyre të ulët të rritjes. Magazinimi i energjisë për banim dhe komercial segmentet 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 ecjen drejt zero emetime karboni, me kompanitë që bëjnë zotime neto zero në dy të ardhshmet dekada. Kompanitë e telekomit dhe qendrave të të dhënave janë në krye të reduktimit emetimet e karbonit me një fokus të shtuar në burimet e energjisë së rinovueshme të energjisë. Të gjitha nga të cilat do të nxisin zhvillimin e shpejtë të baterive të litium-jonit si kompanitë gjejnë mënyra për të siguruar kopje 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 ato tendencat e zhvillimit të baterive litium-jon. Tensioni i lartë LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) me densitet të lartë teorik të energjisë është një nga Co-free më premtuese materialet katodë në më tej. Më tej, rezultatet eksperimentale e vërtetuan këtë Performanca e çiklizmit dhe e shkallës C të baterisë LNMO përmirësohet duke përdorur elektrolit gjysmë i ngurtë. Kjo mund të supozohet që COF anionik është i aftë duke thithur fuqishëm Mn3+/Mn2+ dhe Ni2+ nëpërmjet ndërveprimit të Kulombit, 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 2030, drejtuar nga shërbimet komunale dhe industritë. Do të kapërcejë Amerikën e Veriut dhe Evropa 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 vendet më të mëdha tregjet për shkak të synimeve të tyre për të dekarbonizuar ekonomitë dhe rrjetin e tyre në të ardhmen dy dekada. LATAM do të shohë normën më të lartë të rritjes me një CAGR prej 21.4% sepse me përmasa më të vogla dhe me bazë të ulët.

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

Kur blini një inverter diellor optik, duhet të jetë jo vetëm çmimi dhe cilësia duke pasur parasysh, duhet të kihen parasysh edhe faktorë të tjerë.

l Dendësia e Energjisë

Dendësia e energjisë është sasia e energjisë së ruajtur për njësi vëllimi. Më e lartë dendësia e energjisë me më pak peshë dhe madhësi është më e gjerë ndërmjet karikimit cikle.

l Siguria

Siguria është një tjetër aspekt kritik i baterive litium-jon që nga shpërthimet dhe zjarret që mund të ndodhin gjatë karikimit ose shkarkimit, prandaj është e nevojshme që zgjidhni bateritë me mekanizma të përmirësuar sigurie, si sensorë të temperaturës dhe substancave 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 p.sh densitet më i lartë i energjisë dhe një cikël më i gjatë jetësor. Për shembull, përdorimi i Bateritë në gjendje të ngurtë në makinat elektrike do të rrisin ndjeshëm gamën e tyre aftësia dhe siguria.

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 skadimin data përpara se të bëni blerjen. Bateritë e joneve litium kanë një kohë të gjatë të natyrshme jeta për shkak të kimisë së saj, por çdo bateri ndryshon nga njëra-tjetra në varësi të llojin, specifikimet dhe mënyrën e prodhimit të tyre. Bateritë me cilësi të lartë do zgjasin më shumë pasi janë bërë nga materiale të shkëlqyera brenda.