Betri za Lithium Ion ni nini?

1. Betri za Lithium Ion ni nini?

Betri ni chanzo cha nguvu ya umeme inayojumuisha moja au zaidi seli za kielektroniki zilizo na viunganisho vya nje vya kuwezesha vifaa vya umeme. Betri ya lithiamu-ion au Li-ion ni aina ya betri inayoweza kuchajiwa tena ambayo hutumia reversible kupunguza ioni lithiamu kuhifadhi nishati na ni maarufu high yao msongamano wa nishati.

2. Muundo wa Betri za Ioni za Lithium

Kwa ujumla Betri nyingi za Li-ion za kibiashara hutumia misombo ya miingiliano kama nyenzo za kazi. Kawaida hujumuisha tabaka kadhaa za nyenzo ambazo ni kupangwa kwa utaratibu maalum ili kuwezesha mchakato wa electrochemical kwamba huwezesha betri kuhifadhi na kutoa nishati--anode, cathode, electrolyte, kitenganishi na mtozaji wa sasa.

Anode ni nini?

Kama sehemu ya betri, anode ina jukumu muhimu katika uwezo, utendaji, na uimara wa betri. Wakati wa malipo, anode ya grafiti ni kuwajibika kwa kukubali na kuhifadhi ioni za lithiamu. Wakati betri iko kuruhusiwa, ioni za lithiamu husogea kutoka anode hadi kwenye cathode ili sasa umeme huundwa. Kwa ujumla anode inayotumika sana kibiashara ni grafiti, ambayo katika hali yake ya lithiamu ya LiC6 inahusiana na kiwango cha juu zaidi uwezo wa 1339 C/g (372 mAh/g). Lakini pamoja na maendeleo ya teknolojia, mpya nyenzo kama vile silicon zimefanyiwa utafiti ili kuboresha msongamano wa nishati kwa betri za lithiamu-ion.

Cathode ni nini?

Cathode hufanya kazi kukubali na kutoa ioni za lithiamu zenye chaji chanya wakati mizunguko ya sasa. Kawaida huwa na muundo wa safu ya oksidi ya safu (kama vile oksidi ya lithiamu kobalti), polyanion (kama vile fosfati ya chuma ya lithiamu) au spinel (kama vile lithiamu manganese oksidi) iliyopakwa kwenye kikusanya chaji (kawaida iliyotengenezwa kwa alumini).

Electrolyte ni nini?

Kama chumvi ya lithiamu katika kutengenezea kikaboni, elektroliti hutumika kama kati kwa ioni za lithiamu kusonga kati ya anode na cathode wakati wa kuchaji na kutekeleza.

Kitenganishi ni nini?

Kama utando mwembamba au safu ya nyenzo zisizo za conductive, kitenganishi hufanya kazi kwa kuzuia anode (electrode hasi) na cathode (electrode chanya) kutoka kufupisha, kwa kuwa safu hii inaweza kupenyeza kwa ioni za lithiamu lakini sio kwa elektroni. Ni inaweza pia kuhakikisha mtiririko thabiti wa ioni kati ya elektroni wakati wa kuchaji na kutolewa. Kwa hiyo, betri inaweza kudumisha voltage imara na kupunguza hatari ya kuongezeka kwa joto, mwako au mlipuko.

Mkusanyaji wa sasa ni nini?

Mtozaji wa sasa ameundwa kukusanya sasa inayozalishwa na elektroni za betri na kuisafirisha kwa saketi ya nje, ambayo ni muhimu ili kuhakikisha utendaji bora na maisha marefu ya betri. Na kawaida hutengenezwa kutoka kwa karatasi nyembamba ya alumini au shaba.

3. Historia ya Maendeleo ya Betri za Lithium Ion

Utafiti juu ya betri za Li-ion zinazoweza kuchajiwa ulianza miaka ya 1960, mojawapo ya mifano ya awali ni betri ya CuF2/Li iliyotengenezwa na NASA mwaka wa 1965. Na mgogoro wa mafuta iligusa ulimwengu katika miaka ya 1970, watafiti walielekeza mawazo yao kwa njia mbadala vyanzo vya nishati, hivyo mafanikio ambayo yalizalisha aina ya kwanza ya Betri ya kisasa ya Li-ion ilitengenezwa kwa sababu ya uzito mdogo na nishati ya juu wiani wa betri za lithiamu ion. Wakati huo huo, Stanley Whittingham wa Exxon iligundua kuwa ioni za lithiamu zinaweza kuingizwa kwenye nyenzo kama vile TiS2 kwa tengeneza betri inayoweza kuchajiwa tena 

Kwa hivyo alijaribu kufanya biashara ya betri hii lakini imeshindwa kwa sababu ya gharama kubwa na uwepo wa lithiamu ya metali kwenye seli. Mnamo 1980 nyenzo mpya ilipatikana kutoa voltage ya juu na ilikuwa zaidi imara hewani, ambayo baadaye ingetumika katika betri ya kwanza ya kibiashara ya Li-ion, ingawa haikusuluhisha peke yake suala linaloendelea la kuwaka.Mwaka huo huo, Rachid Yazami alivumbua grafiti ya lithiamu electrode (anode). Na kisha mnamo 1991, lithiamu-ioni ya kwanza inayoweza kuchajiwa betri zilianza kuingia sokoni 

Katika miaka ya 2000, mahitaji ya lithiamu-ion betri ziliongezeka kadri vifaa vya elektroniki vinavyobebeka vilipokuwa maarufu, ambavyo huendesha betri za ioni za lithiamu ziwe salama na za kudumu zaidi. Magari ya umeme yalikuwa ilianzishwa mwaka wa 2010, ambayo iliunda soko jipya la betri za lithiamu-ioni. The maendeleo ya michakato mpya ya utengenezaji na vifaa, kama vile anodi za silicon na elektroliti za hali dhabiti, ziliendelea kuboresha utendaji na usalama wa betri za lithiamu-ion. Siku hizi, betri za lithiamu-ion zimekuwa muhimu katika maisha yetu ya kila siku, hivyo utafiti na maendeleo ya nyenzo mpya na teknolojia zinaendelea ili kuboresha utendakazi, ufanisi na usalama wa betri hizi.

4.Aina za Betri za Ioni za Lithium

Betri za lithiamu-ion huja katika maumbo na ukubwa tofauti, na sio zote wanafanywa kuwa sawa. Kwa kawaida kuna aina tano za betri za lithiamu-ioni.

l Oksidi ya Lithium Cobalt

Betri za oksidi ya lithiamu cobalt hutengenezwa kutoka kwa lithiamu carbonate na cobalt na pia hujulikana kama lithiamu cobaltate au betri za lithiamu-ioni kobalti. Wana cathode ya oksidi ya cobalt na anode ya kaboni ya grafiti, na ioni za lithiamu kuhama kutoka anode hadi cathode wakati wa kutokwa, na mtiririko wa kurudi nyuma wakati betri imechajiwa. Kwa ajili ya matumizi yake, hutumiwa katika portable vifaa vya kielektroniki, magari ya umeme, na mifumo ya kuhifadhi nishati mbadala kwa sababu ya nishati yao maalum, kiwango cha chini cha kutokwa kwa kibinafsi, uendeshaji wa juu voltage na joto mbalimbali mbalimbali.Lakini makini na masuala ya usalama kuhusiana na uwezekano wa kukimbia kwa joto na kutokuwa na utulivu kwa juu joto.

l Oksidi ya Lithiamu ya Manganese

Oksidi ya Lithium Manganese (LiMn2O4) ni nyenzo ya cathode ambayo hutumiwa kwa kawaida. katika betri za lithiamu-ioni. Teknolojia ya aina hii ya betri ilikuwa hapo awali iligunduliwa katika miaka ya 1980, na uchapishaji wa kwanza katika Utafiti wa Nyenzo Bulletin mnamo 1983. Moja ya faida za LiMn2O4 ni kwamba ina joto nzuri utulivu, ikimaanisha kuwa kuna uwezekano mdogo wa kupata kukimbia kwa mafuta, ambayo pia ni salama kuliko aina zingine za betri za lithiamu-ion. Kwa kuongeza, manganese ni nyingi na zinapatikana kwa wingi, ambayo inafanya kuwa chaguo endelevu zaidi ikilinganishwa kwa vifaa vya cathode ambavyo vina rasilimali ndogo kama cobalt. Matokeo yake, hupatikana mara kwa mara katika vifaa vya matibabu na vifaa, zana za nguvu, umeme pikipiki, na maombi mengine. Licha ya faida zake, LiMn2O4 ni duni zaidi uthabiti wa baiskeli ikilinganishwa na LiCoO2, ambayo ina maana kwamba inaweza kuhitaji zaidi uingizwaji mara kwa mara, kwa hivyo inaweza kuwa haifai kwa uhifadhi wa muda mrefu wa nishati mifumo.

l Lithium Iron Phosphate (LFP)

Phosphate hutumiwa kama cathode katika betri za phosphate ya chuma ya lithiamu, mara nyingi inayojulikana kama betri za li-phosphate. Upinzani wao wa chini unaboresha joto lao utulivu na usalama. Pia ni maarufu kwa uimara na mzunguko wa maisha marefu, ambayo huwafanya kuwa chaguo la gharama nafuu zaidi kwa aina nyingine za lithiamu-ion betri. Kwa hivyo, betri hizi hutumiwa mara kwa mara katika baiskeli za umeme na maombi mengine yanayohitaji mzunguko wa maisha marefu na viwango vya juu vya usalama. Lakini hasara zake hufanya iwe vigumu kuendeleza haraka. Kwanza, ikilinganishwa na aina nyingine za betri za lithiamu-ioni, zina gharama zaidi kwa sababu hutumia nadra na malighafi ya gharama kubwa. Kwa kuongeza, betri za phosphate ya chuma ya lithiamu zina a voltage ya chini ya uendeshaji, ambayo ina maana kwamba inaweza kuwa haifai kwa baadhi maombi ambayo yanahitaji voltage ya juu. Muda wake mrefu wa kuchaji huifanya kuwa a hasara katika maombi ambayo yanahitaji recharge haraka.

l Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Betri za Lithium Nickel manganese Cobalt Oksidi, mara nyingi hujulikana kama NMC betri, zimeundwa kwa vifaa anuwai ambavyo ni vya ulimwengu wote betri za lithiamu-ion. Cathode iliyotengenezwa kwa mchanganyiko wa nikeli, manganese, na cobalt imejumuishwa. Msongamano wake wa juu wa nishati, utendaji mzuri wa baiskeli, na a maisha marefu yameifanya kuwa chaguo la kwanza katika magari ya umeme, uhifadhi wa gridi ya taifa mifumo, na programu zingine za utendaji wa juu, ambazo zimechangia zaidi kwa umaarufu unaokua wa magari ya umeme na mifumo ya nishati mbadala. Kwa kuongeza uwezo, elektroliti mpya na viungio hutumiwa kuiwezesha chaji hadi 4.4V/seli na juu zaidi 

Kuna mwelekeo kuelekea Li-ion iliyochanganywa na NMC tangu wakati huo mfumo ni wa gharama nafuu na hutoa utendaji mzuri. Nickel, manganese, na kobalti ni nyenzo tatu amilifu ambazo zinaweza kuunganishwa kwa urahisi kuendana na upana anuwai ya mifumo ya uhifadhi wa magari na nishati (EES) ambayo inahitaji kuendesha baiskeli mara kwa mara. Kutoka ambayo tunaweza kuona familia ya NMC inazidi kuwa zaidi mbalimbali Hata hivyo, madhara yake ya kukimbia kwa mafuta, hatari za moto na mazingira wasiwasi unaweza kudhoofisha maendeleo yake zaidi.

l Lithium Titanate

Lithium titanate, mara nyingi hujulikana kama li-titanate, ni aina ya betri ambayo ina kuongezeka kwa idadi ya matumizi. Kwa sababu ya nanoteknolojia yake bora, inaweza malipo ya haraka na kutokwa wakati wa kudumisha voltage imara, ambayo hufanya hivyo inafaa kwa matumizi ya nguvu ya juu kama vile magari ya umeme, ya kibiashara na mifumo ya hifadhi ya nishati ya viwanda, na hifadhi ya kiwango cha gridi ya taifa 

Pamoja na yake usalama na kuegemea, betri hizi zinaweza kutumika kwa jeshi na anga maombi, pamoja na kuhifadhi nishati ya upepo na jua na kujenga smart grids. Zaidi ya hayo, kulingana na Nafasi ya Betri, betri hizi zinaweza kuwa imeajiriwa katika chelezo muhimu za mfumo wa nguvu. Walakini, titanate ya lithiamu Betri huwa ghali zaidi kuliko betri za jadi za lithiamu-ioni kwa mchakato mgumu wa utengenezaji unaohitajika kuzizalisha.

5.Mienendo ya Maendeleo ya Betri za Ioni za Lithium

Ukuaji wa kimataifa wa usakinishaji wa nishati mbadala umeongezeka uzalishaji wa nishati mara kwa mara, na kuunda gridi isiyo na usawa. Hii imesababisha a mahitaji ya betri.huku mkazo kwenye utoaji wa sifuri wa kaboni na unahitaji kusonga mbali na nishati ya kisukuku, yaani makaa ya mawe, kwa ajili ya uzalishaji wa nishati haraka zaidi serikali kutoa motisha kwa mitambo ya umeme wa jua na upepo. Haya usakinishaji hujikopesha kwa mifumo ya kuhifadhi betri ambayo huhifadhi nguvu nyingi yanayotokana 

Kwa hivyo, motisha za serikali kuhamasisha betri ya Li-ion mitambo pia huendesha maendeleo ya betri za lithiamu ion. Kwa mfano, ukubwa wa soko la kimataifa la Betri za Lithium-Ion za NMC unatarajiwa kukua kutoka Dola za Marekani milioni 2022 hadi dola milioni 2029; inatarajiwa kukua kwa CAGR ya% kutoka 2023 hadi 2029. Na mahitaji ya kuongezeka ya maombi kudai nzito mizigo inakadiriwa kufanya betri za lithiamu ion za 3000-10000 kwa kasi zaidi sehemu inayokua wakati wa utabiri (2022-2030).

6. Uchambuzi wa uwekezaji wa Betri za Lithium Ion

Sekta ya soko la betri za lithiamu inakadiriwa kukua kutoka dola 51.16 bilioni mwaka 2022 hadi dola bilioni 118.15 ifikapo 2030, kuonyesha mkusanyiko wa kila mwaka. ukuaji wa 4.72% wakati wa utabiri (2022-2030), ambayo inategemea mambo kadhaa.

l Uchambuzi wa Mtumiaji wa Mwisho

Usakinishaji wa sekta ya matumizi ni viendeshaji muhimu kwa uhifadhi wa nishati ya betri mifumo (BESS). Sehemu hii inatarajiwa kukua kutoka $2.25 bilioni mwaka 2021 hadi $5.99 bilioni mwaka 2030 katika CAGR ya 11.5%. Betri za Li-ion zinaonyesha juu zaidi 34.4% CAGR kutokana na ukuaji wao wa chini. Uhifadhi wa nishati ya makazi na biashara sehemu ni maeneo mengine yenye uwezo mkubwa wa soko wa dola bilioni 5.51 mnamo 2030, kutoka $1.68 bilioni mwaka 2021. Sekta ya viwanda inaendelea na safari yake kuelekea uzalishaji wa sifuri wa kaboni, huku kampuni zikitoa ahadi zisizo na sifuri katika miaka miwili ijayo miongo. Kampuni za mawasiliano na kituo cha data ziko mstari wa mbele katika kupunguza uzalishaji wa kaboni kwa kuzingatia kuongezeka kwa vyanzo vya nishati mbadala. Wote ambayo itakuza maendeleo ya haraka ya betri za lithiamu ion kama makampuni hutafuta njia za kuhakikisha chelezo cha kuaminika na kusawazisha gridi ya taifa.

l Uchambuzi wa Aina ya Bidhaa

Kwa sababu ya bei ya juu ya cobalt, betri isiyo na cobalt ni mojawapo ya mwenendo wa maendeleo ya betri za lithiamu-ioni. LiNi0.5Mn1.5O4 yenye nguvu ya juu (LNMO) na msongamano wa juu wa nishati ya kinadharia ni mojawapo ya ya bure ya kuahidi zaidi vifaa vya cathode katika zaidi. Zaidi ya hayo, matokeo ya majaribio yalithibitisha hilo uendeshaji wa baiskeli na C-rate ya betri ya LNMO unaboreshwa kwa kutumia elektroliti nusu-imara. Hii inaweza kupendekezwa kuwa COF ya anionic ina uwezo wa kunyonya kwa nguvu Mn3+/Mn2+ na Ni2+ kupitia mwingiliano wa Coulomb, kuzuia uhamiaji wao wa uharibifu kwa anode. Kwa hiyo, kazi hii itakuwa kuwa na manufaa kwa biashara ya nyenzo za cathode za LNMO.

l Uchambuzi wa Kikanda

Asia-Pacific itakuwa soko kubwa zaidi la betri za lithiamu-ioni na 2030, inayoendeshwa na huduma na viwanda. Itapita Amerika Kaskazini na Ulaya na soko la $7.07 bilioni katika 2030, kuongezeka kutoka $1.24 bilioni katika 2021 katika CAGR ya 21.3%. Amerika ya Kaskazini na Ulaya itakuwa kubwa zaidi ijayo masoko kutokana na malengo yao ya kupunguza kaboni uchumi na gridi ya taifa katika siku zijazo miongo miwili. LATAM itaona kiwango cha juu zaidi cha ukuaji katika CAGR ya 21.4% kwa sababu ya ukubwa wake mdogo na msingi wa chini.

7. Mambo ya Kuzingatia kwa Betri za Lithium Ion za Ubora

Wakati wa kununua inverter ya jua ya macho, si tu bei na ubora lazima iwe ikizingatiwa, mambo mengine yanapaswa pia kuzingatiwa.

l Uzito wa Nishati

Msongamano wa Nishati ni kiasi cha nishati iliyohifadhiwa kwa ujazo wa kitengo. Juu zaidi msongamano wa nishati na uzito mdogo na ukubwa ni mkubwa zaidi kati ya malipo mizunguko.

l Usalama

Usalama ni kipengele kingine muhimu cha betri za lithiamu-ion tangu milipuko na moto ambao unaweza kutokea wakati wa malipo au kutokwa, kwa hivyo ni muhimu chagua betri zilizo na mifumo iliyoboreshwa ya usalama, kama vile vitambuzi vya halijoto na vitu vya kuzuia.

l Aina

Mojawapo ya mitindo ya hivi karibuni katika tasnia ya betri ya lithiamu-ioni ni uundaji wa betri za hali dhabiti, ambayo hutoa faida kadhaa kama vile msongamano mkubwa wa nishati na mzunguko wa maisha marefu. Kwa mfano, matumizi ya betri za hali imara katika magari ya umeme zitaongeza kwa kiasi kikubwa aina zao uwezo na usalama.

l Kiwango cha malipo

Kasi ya kuchaji inategemea jinsi betri inavyochaji kwa usalama. Wakati mwingine betri huchukua muda mrefu kuchaji kabla ya kutumika.

l Muda wa maisha

Hakuna betri inayotumika maisha yote lakini ina tarehe ya mwisho wa matumizi. Angalia kuisha tarehe kabla ya kufanya ununuzi. Betri za ioni za lithiamu zina asili ndefu zaidi maisha kutokana na kemia yake lakini kila betri hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kutegemea aina, vipimo na namna vinavyotengenezwa. Betri za ubora wa juu zitafanya hudumu kwa muda mrefu kwani zimetengenezwa kwa nyenzo nzuri ndani.