Шта су литијум-јонске батерије?

1. Шта су литијум-јонске батерије?

Батерија је извор електричне енергије који се састоји од једног или више електрохемијске ћелије са спољним прикључцима за напајање електричних уређаја. Литијум-јонска или Ли-јонска батерија је врста пуњиве батерије која користи реверзибилна редукција литијум јона за складиштење енергије и позната је њихова висока густина енергије.

2. Структура литијум-јонских батерија

Генерално, већина комерцијалних литијум-јонских батерија користи интеркалационе спојеве као активни материјали. Обично се састоје од неколико слојева материјала који су распоређени по одређеном редоследу да би се олакшао електрохемијски процес који омогућава батерији да складишти и ослобађа енергију - анода, катода, електролит, сепаратор и струјни колектор.

Шта је анода?

Као компонента батерије, анода игра важну улогу у капацитету, перформансе и издржљивост батерије. Приликом пуњења графитна анода је одговоран за прихватање и складиштење литијум јона. Када је батерија испражњени, литијум јони се крећу од аноде до катоде тако да ан ствара се електрична струја. Генерално најчешћа комерцијално коришћена анода је графит, који у свом потпуно литираном стању ЛиЦ6 корелира са максималним капацитет од 1339 Ц/г (372 мАх/г). Али са развојем технологија, нових материјали као што је силицијум су истраживани да побољшају густину енергије за литијум-јонске батерије.

Шта је катода?

Катода ради на прихватању и ослобађању позитивно наелектрисаних литијум јона током тренутни циклуси. Обично се састоји од слојевите структуре слојевитог оксида (као што је литијум кобалт оксид), полианион (као што је литијум гвожђе фосфат) или спинел (као што је литијум манган оксид) обложен на колектору пуњења (обично од алуминијума).

Шта је електролит?

Као литијумова со у органском растварачу, електролит служи као медијум да се литијум јони крећу између аноде и катоде током пуњења и пражњење.

Шта је сепаратор?

Као танка мембрана или слој непроводног материјала, сепаратор ради на спречити аноду (негативну електроду) и катоду (позитивну електроду). кратког споја, пошто је овај слој пропустљив за литијумове јоне, али не и за електроне. То такође може обезбедити стабилан проток јона између електрода током пуњења и пражњење. Дакле, батерија може одржавати стабилан напон и смањити ризик од прегревања, сагоревања или експлозије.

Шта је струјни колектор?

Струјни колектор је дизајниран да сакупља струју коју производи електроде батерије и транспортује је до спољашњег кола, што је важно да се осигурају оптималне перформансе и дуговечност батерије. И обично се прави од танког лима алуминијума или бакра.

3. Историја развоја литијум-јонских батерија

Истраживања о пуњивим Ли-јонским батеријама датирају из 1960-их, једна од Најранији пример је ЦуФ2/Ли батерија коју је развила НАСА 1965. године. И нафтна криза који су погодили свет 1970-их, истраживачи су скренули пажњу на алтернативу извора енергије, па је продор који је произвео најранији облик модерна Ли-ион батерија је направљена због мале тежине и велике енергије густина литијум-јонских батерија. У исто време, Стенли Витингем из Еккона открили да се литијум јони могу убацити у материјале као што је ТиС2 да направите пуњиву батерију 

Зато је покушао да комерцијализује ову батерију, али пропао због високе цене и присуства металног литијума у ​​ћелијама. Године 1980. откривено је да нови материјал нуди већи напон и био је много више стабилан на ваздуху, који ће се касније користити у првој комерцијалној Ли-ион батерији, иако није сама по себи решила упорно питање запаљивост. Исте године, Рацхид Иазами је изумео литијум графит електрода (анода). А онда 1991. године, први литијум-јонски који се може пунити на свету батерије су почеле да улазе на тржиште 

У 2000-им, потражња за литијум-јонском батерије су се повећавале како су преносиви електронски уређаји постали популарни, који погони литијум-јонске батерије да буду сигурније и издржљивије. Електрична возила су била уведен 2010-их, што је створило ново тржиште за литијум-јонске батерије. Тхе развој нових производних процеса и материјала, као што су силицијумске аноде и електролити у чврстом стању, наставио је да побољшава перформансе и безбедност литијум-јонске батерије. Данас су литијум-јонске батерије постале неопходне наш свакодневни живот, па истраживање и развој нових материјала и технологије су у току да побољшавају перформансе, ефикасност и безбедност ове батерије.

4. Врсте литијум-јонских батерија

Литијум-јонске батерије долазе у различитим облицима и величинама, а не све они су једнаки. Обично постоји пет врста литијум-јонских батерија.

л литијум кобалт оксид

Литијум кобалт оксидне батерије се производе од литијум карбоната и кобалта и познате су и као литијум-кобалтатне или литијум-јонске кобалтне батерије. Имају катоду од кобалт оксида и графитну угљеничну аноду и литијумове јоне мигрирају са аноде на катоду током пражњења, са обрнутим протоком када се батерија напуни. Што се тиче његове примене, они се користе у преносивим електронски уређаји, електрична возила и системи за складиштење обновљиве енергије због њихове високе специфичне енергије, ниске стопе самопражњења, високе радне снаге напон и широк температурни опсег. Али обратите пажњу на бриге о безбедности везано за потенцијал топлотног бекства и нестабилности на високим температуре.

л литијум манган оксид

Литијум манган оксид (ЛиМн2О4) је катодни материјал који се обично користи у литијум-јонским батеријама. Технологија за ову врсту батерија је у почетку била откривен 1980-их, са првом публикацијом у Материалс Ресеарцх Билтен 1983. године. Једна од предности ЛиМн2О4 је да има добру термичку снагу стабилност, што значи да је мања вероватноћа да ће доћи до топлотног бекства, што такође су безбедније од других типова литијум-јонских батерија. Поред тога, манган је у изобиљу и широко доступан, што га чини одрживијом опцијом у поређењу на катодне материјале који садрже ограничене ресурсе попут кобалта. као резултат, често се налазе у медицинској опреми и уређајима, електричним алатима, електричним мотоцикле и друге апликације. Упркос својим предностима, ЛиМн2О4 је сиромашнији стабилност циклуса у поређењу са ЛиЦоО2, што значи да може захтевати више честа замена, тако да можда није погодан за дуготрајно складиштење енергије система.

л литијум гвожђе фосфат (ЛФП)

Фосфат се често користи као катода у литијум-гвожђе-фосфатним батеријама познате као ли-фосфатне батерије. Њихов мали отпор је побољшао њихову топлоту стабилност и сигурност. Такође су познати по издржљивости и дугом животном циклусу, што их чини најисплативијом опцијом у односу на друге типове литијум-јонских батерије. Сходно томе, ове батерије се често користе у електричним бициклима и друге апликације које захтевају дуг животни циклус и висок ниво безбедности. Али његови недостаци отежавају брзи развој. Прво, у поређењу са друге врсте литијум-јонских батерија, коштају више јер користе ретке и скупе сировине. Поред тога, литијум-гвожђе-фосфатне батерије имају а нижи радни напон, што значи да некима можда неће одговарати апликације које захтевају већи напон. Дуже време пуњења га чини а недостатак у апликацијама које захтевају брзо пуњење.

л литијум никл манган кобалт оксид (НМЦ)

Литијум-никл-манган-кобалт-оксидне батерије, често познате као НМЦ батерије, направљене су од разних материјала који су универзални у литијум-јонске батерије. Катода направљена од мешавине никла, мангана и кобалт је укључен. Његова велика густина енергије, добре перформансе бициклизма и а дуг животни век га је учинио првим избором за електрична возила, складиштење на мрежи системима и другим апликацијама високих перформанси, што је додатно допринело на растућу популарност електричних возила и система обновљивих извора енергије. То повећање капацитета користе се нови електролити и адитиви који то омогућавају напуните до 4,4В по ћелији и више 

Од тада постоји тренд ка НМЦ мешавини Ли-јона систем је исплатив и пружа добре перформансе. Никл, манган, и кобалт су три активна материјала који се лако могу комбиновати да би одговарали широком низ апликација за аутомобиле и системе за складиштење енергије (ЕЕС) које захтевају честа вожња бициклом. Из чега видимо да је НМЦ породица све више разноврстан Међутим, њени нежељени ефекти су топлотни бекство, опасност од пожара и животне средине забринутости могу омести његов даљи развој.

л Литијум титанат

Литијум титанат, често познат као ли-титанат, је врста батерије која има а све већи број употреба. Због своје супериорне нанотехнологије, то је у стању брзо се пуни и празни уз одржавање стабилног напона, што га чини погодан за апликације велике снаге као што су електрична возила, комерцијална возила и индустријски системи за складиштење енергије и складиштење на нивоу мреже 

Заједно са својим сигурност и поузданост, ове батерије се могу користити за војску и ваздухопловство апликације, као и складиштење енергије ветра и сунца и паметно конструисање решетке. Штавише, према Баттери Спаце-у, ове батерије би могле бити запослен у системима критичних резервних копија електроенергетског система. Ипак, литијум титанат батерије су обично скупље од традиционалних литијум-јонских батерија због до сложеног процеса производње који је потребан за њихову производњу.

5. Трендови развоја литијум-јонских батерија

Глобални раст инсталација обновљивих извора енергије је повећан повремена производња енергије, стварајући неуравнотежену мрежу. Ово је довело до а потражња за батеријама.док фокус на нулту емисију угљеника и потребу за кретањем далеко од фосилних горива, односно угља, за производњу електричне енергије затражите више владе да подстакну соларне и ветроелектране. Ове инсталације су погодне за системе за складиштење батерија који складиште вишак енергије генерисано 

Стога, владини подстицаји да подстакну Ли-јонску батерију Инсталације такође покрећу развој литијум-јонских батерија. на пример, предвиђа се да ће величина глобалног тржишта НМЦ литијум-јонских батерија порасти са америчких долара милиона у 2022. до милиона УСД у 2029. години; очекује се да ће расти уз ЦАГР од % од 2023. до 2029. године. И све веће потребе апликација које захтевају тешке Предвиђа се да ће литијум-јонске батерије од 3000-10000 бити најбрже растући сегмент током прогнозираног периода (2022-2030).

6. Инвестициона анализа литијум-јонских батерија

Предвиђа се да ће тржиште литијум-јонских батерија расти са 51,16 УСД милијарди у 2022. на 118,15 милијарди долара до 2030. године, што представља сложену годишњу стопа раста од 4,72% током прогнозираног периода (2022-2030), што зависи од неколико фактора.

л Анализа крајњег корисника

Инсталације у комуналном сектору су кључни покретачи за складиштење енергије батерија системи (БЕСС). Очекује се да ће овај сегмент порасти са 2,25 милијарди долара у 2021 5,99 милијарди долара у 2030. уз ЦАГР од 11,5%. Ли-јонске батерије показују више од 34,4% ЦАГР због ниске основе раста. Стамбено и пословно складиште енергије сегменти су друге области са великим тржишним потенцијалом од 5,51 милијарди долара 2030. са 1,68 милијарди долара у 2021. Индустријски сектор наставља свој поход ка нулте емисије угљен-диоксида, при чему компаније дају нето-нула обећања у наредна два деценијама. Компаније телекомуникација и дата центара предњаче у смањењу емисије угљеника са повећаним фокусом на обновљиве изворе енергије. Све од којих ће промовисати брзи развој литијум-јонских батерија као компаније проналазе начине да обезбеде поуздану резервну копију и балансирање мреже.

л Анализа типа производа

Због високе цене кобалта, батерија без кобалта је једна од трендови развоја литијум-јонских батерија. Високонапонски ЛиНи0,5Мн1,5О4 (ЛНМО) са високом теоретском густином енергије је један од најперспективнијих Цо-фрее катодни материјали у даљем. Даље, експериментални резултати су то доказали перформансе циклуса и Ц-рате ЛНМО батерије су побољшане коришћењем получврсти електролит. Ово се може предложити да је ањонски ЦОФ способан снажно апсорбујући Мн3+/Мн2+ и Ни2+ кроз Кулонову интеракцију, обуздавање њихове деструктивне миграције ка аноди. Стога ће овај рад бити од користи за комерцијализацију ЛНМО катодног материјала.

л Регионална анализа

Азијско-пацифички регион биће највеће тржиште стационарних литијум-јонских батерија 2030, вођен комуналним и индустријским делатностима. Престићи ће Северну Америку и Европа са тржиштем од 7,07 милијарди долара у 2030. години, са растом од 1,24 милијарде долара 2021. са ЦАГР од 21,3%. Северна Америка и Европа биће следеће по величини тржишта због својих циљева да декарбонизирају своје економије и мрежу у наредном периоду две деценије. ЛАТАМ ће имати највећу стопу раста на ЦАГР од 21,4% јер своје мање величине и ниске основе.

7. Ствари које треба узети у обзир за висококвалитетне литијум-јонске батерије

Када купујете оптички соларни инвертер, не морају бити само цена и квалитет узети у обзир и друге факторе.

л Густина енергије

Густина енергије је количина енергије ускладиштене по јединици запремине. Више густина енергије са мањом тежином и величином је већа између пуњења циклуса.

л Сигурност

Безбедност је још један критичан аспект литијум-јонских батерија од експлозија и пожара који могу настати при пуњењу или пражњењу па је потребно да се изаберите батерије са побољшаним сигурносним механизмима, као што су сензори температуре и инхибиторне супстанце.

л Тип

Један од најновијих трендова у индустрији литијум-јонских батерија је развој солид-стате батерија, који нуди низ предности као нпр већа густина енергије и дужи животни циклус. На пример, употреба чврсте батерије у електричним аутомобилима значајно ће повећати њихов домет способност и сигурност.

л Стопа пуњења

Брзина пуњења зависи од тога колико брзо се батерија безбедно пуни. Понекад је потребно много времена да се батерија напуни пре него што се може користити.

л Животни век

Ниједна батерија не ради цео живот, али има рок трајања. Проверите рок трајања датум пре куповине. Литијум-јонске батерије имају инхерентно дуже живот због своје хемије, али свака батерија се разликује једна од друге у зависности од тип, спецификације и начин њихове израде. Висококвалитетне батерије ће дуже трају јер су изнутра направљени од финих материјала.