Батареяҳои литий-ион чист?

1 Батареяҳои литий-ион чист?

Батарея як манбаи қувваи барқест, ки аз як ё якчанд ҳуҷайраҳои электрохимиявӣ бо пайвастҳои беруна барои таъмини таҷҳизоти барқӣ иборат аст Батареяи литий-ион ё литий-ион як навъи батареяи барқгиранда аст, ки коҳиши баръакси ионҳои литийро барои захира кардани энергия истифода мебарад ва бо зичии баланди энергияи онҳо машҳур аст.

2 Сохтори батареяҳои литий-ионӣ

Умуман, аксари батареяҳои тиҷории Li-ion пайвастагиҳои интеркалатсияро ҳамчун маводи фаъол истифода мебаранд. Онҳо одатан аз якчанд қабатҳои мавод иборатанд, ки барои осон кардани раванди электрохимиявӣ бо тартиби муайян ҷойгир карда шудаанд, ки ба батарея имкон медиҳанд, ки энергияро захира ва озод кунанд - анод, катод, электролит, сепаратор ва коллектори ҷорӣ.

Анод чист?

Ҳамчун ҷузъи батарея, анод дар иқтидор, кор ва устувории батарея нақши муҳим мебозад. Ҳангоми пур кардан, аноди графитӣ барои қабул ва нигоҳ доштани ионҳои литий масъул аст. Вақте ки батарея холӣ мешавад, ионҳои литий аз анод ба катод мегузаранд, ки ҷараёни барқ ​​​​ба вуҷуд меояд. Умуман аноди маъмултарини тиҷоратӣ графит мебошад, ки дар ҳолати пурраи LiC6 ба иқтидори максималии 1339 С/г (372 мАч/г) мувофиқат мекунад. Аммо бо рушди технологияҳо, маводи нав ба монанди кремний барои беҳтар кардани зичии энергия барои батареяҳои литий-ион таҳқиқ карда шуданд.

Катод чист?

Катод барои қабул ва озод кардани ионҳои заряди мусбати литий дар давоми давраҳои ҷорӣ кор мекунад. Он одатан аз сохтори қабати оксиди қабати (ба монанди оксиди кобальти литий), полианион (ба монанди фосфати оҳани литий) ё шпинел (масалан, оксиди марганец литий) дар коллектори заряд (одатан аз алюминий сохта шудааст) иборат аст. 

Электролит чист?

Ҳамчун намаки литий дар ҳалкунандаи органикӣ, электролит ҳамчун миёна барои ҳаракати ионҳои литий дар байни анод ва катод ҳангоми пуркунӣ ва холӣ хизмат мекунад.

Сепаратор чист?

Ҳамчун мембранаи тунук ё қабати маводи ғайриноқилӣ, сепаратор барои пешгирии кӯтоҳ кардани анод (электроди манфӣ) ва катод (электроди мусбат) кор мекунад, зеро ин қабат ба ионҳои литий гузаранда аст, аммо на ба электрон. Он инчунин метавонад ҷараёни устувори ионҳоро дар байни электродҳо ҳангоми пуркунӣ ва холӣ таъмин кунад. Аз ин рӯ, батарея метавонад шиддати мӯътадилро нигоҳ дорад ва хатари гармшавӣ, сӯзиш ё таркишро коҳиш диҳад.

Коллектори ҷорӣ чист?

Коллектори ҷараён барои ҷамъоварӣ кардани ҷараёне, ки электродҳои батарея истеҳсол мекунанд ва онро ба занҷири беруна интиқол медиҳанд, ки барои таъмини кори оптималӣ ва дарозмуддати батарея муҳим аст. Ва одатан он одатан аз варақи тунуки алюминий ё мис сохта мешавад.

3 Таърихи рушди батареяҳои литий-ион

Тадқиқот оид ба батареяҳои барқгирандаи Li-ion ба солҳои 1960 рост меояд, яке аз намунаҳои аввалин батареяи CuF2/Li мебошад, ки аз ҷониби NASA дар 1965 Ва бӯҳрони нафт дар солҳои 1970-ум ҷаҳонро фаро гирифт, муҳаққиқон таваҷҷуҳи худро ба манбаъҳои алтернативии энергия равона карданд, аз ин рӯ пешрафте, ки шакли аввалини батареяи муосири Li-ionро тавлид кард, аз сабаби вазни сабук ва зичии баланди энергияи батареяҳои литий-ион ба даст омад. Ҳамзамон, Стэнли Уиттингем аз Exxon кашф кард, ки ионҳои литийро метавон ба маводе ба монанди TiS2 барои сохтани батареяи барқгиранда ворид кард. 

Аз ин рӯ, ӯ кӯшиш кард, ки ин батареяро тиҷоратӣ кунад, аммо аз сабаби қимати баланд ва мавҷудияти литийи металлӣ дар ҳуҷайраҳо ноком шуд. Дар соли 1980 маводи нав пайдо шуд, ки шиддати баландтарро пешниҳод мекунад ва дар ҳаво хеле устувортар буд, ки баъдтар дар аввалин батареяи тиҷоратии Li-ion истифода мешавад, гарчанде ки он худ аз худ масъалаи доимии сӯхторро ҳал накард. худи хамон сол Рачид Язами электроди графити литий (анод) ихтироъ кард. Ва он гоҳ дар соли 1991, аввалин батареяҳои литий-ионӣ дар ҷаҳон ба бозор ворид шуданд. Дар солҳои 2000-ум, талабот ба батареяҳои литий-ионӣ афзоиш ёфт, зеро дастгоҳҳои электронии сайёр, ки батареяҳои литий-ионро бехатар ва устувортар мекунанд, афзоиш ёфт. Мошинҳои электрикӣ дар солҳои 2010 ҷорӣ карда шуданд, ки бозори нави батареяҳои литий-иониро ба вуҷуд овард 

Коркарди процессхо ва материалхои нави истехсолй, ба монанди анодхои кремний ва электролитхои сахт, барои бехтар намудани кор ва бехатарии батареяхои литий-ионй давом кард. Имрӯзҳо, батареяҳои литий-ион дар ҳаёти ҳаррӯзаи мо муҳиманд, аз ин рӯ таҳқиқот ва таҳияи маводҳо ва технологияҳои нав барои беҳтар кардани кор, самаранокӣ ва бехатарии ин батареяҳо идома доранд.

4.Намудҳои батареяҳои литий-ионӣ

Батареяҳои литий-ионӣ дар шакл ва андозаҳои гуногун мавҷуданд ва на ҳамаашон баробаранд. Одатан панҷ намуди батареяҳои литий-ион мавҷуданд.

л Оксиди кобальти литий

Батареяҳои оксиди кобальти литий аз карбонати литий ва кобалт истеҳсол карда мешаванд ва инчунин бо батареяҳои литий кобалтат ё литий-ион кобальт маълуманд Онҳо катодҳои оксиди кобальт ва аноди карбонии графит доранд ва ионҳои литий ҳангоми холӣ аз анод ба катод мегузаранд ва ҳангоми пур кардани батарея ҷараёни ҷараёни он баръакс мешавад. Дар мавриди татбиқи он, онҳо дар дастгоҳҳои электронии сайёр, мошинҳои барқӣ ва системаҳои нигоҳдории энергияи барқароршавандаи энергия истифода мешаванд, зеро энергияи баланди онҳо, суръати пасти худсаркашӣ, шиддати баланди корӣ ва диапазони васеи ҳарорат. Аммо ба масъалаҳои бехатарии марбут ба он диққат диҳед. ба потенсиали рафъи гармӣ ва ноустуворӣ дар ҳарорати баланд.

л Оксиди литий марганец

Оксиди марганеци литий (LiMn2O4) як маводи катодест, ки маъмулан дар батареяҳои литий-ион истифода мешавад. Технологияи ин навъи батарея ибтидо дар солҳои 1980-ум бо нашри аввалин дар Бюллетени таҳқиқоти мавод дар соли 1983 кашф шуда буд. Яке аз бартариҳои LiMn2O4 дар он аст, ки он устувории хуби гармӣ дорад, яъне эҳтимоли он аст, ки эҳтимоли фирори гармӣ камтар аст, ки нисбат ба дигар намудҳои батареяҳои литий-ион бехатартаранд. Илова бар ин, марганец фаровон ва дастрас аст, ки онро нисбат ба маводи катодӣ, ки дорои захираҳои маҳдуд ба монанди кобальт мебошанд, як варианти устувортар месозад. Дар натиҷа, онҳо аксар вақт дар таҷҳизоти тиббӣ ва дастгоҳҳо, асбобҳои барқӣ, мотоциклҳои электрикӣ ва дигар барномаҳо пайдо мешаванд. Сарфи назар аз бартариҳои худ, LiMn2O4 устувории велосипедронӣ нисбат ба LiCoO2 пасттар аст, ки ин маънои онро дорад, ки он метавонад зуд-зуд ивазкуниро талаб кунад, аз ин рӯ он метавонад барои системаҳои нигоҳдории энергияи дарозмуддат мувофиқ набошад.

л Фосфати оҳани литий (LFP)

Фосфат ҳамчун катод дар батареяҳои фосфати оҳании литий истифода мешавад, ки аксар вақт батареяҳои ли-фосфатӣ номида мешаванд. Муқовимати пасти онҳо устувории гармӣ ва бехатарии онҳоро беҳтар кардааст Онҳо инчунин бо устуворӣ ва давраи тӯлонии ҳаёт машҳуранд, ки онҳоро варианти аз ҳама камхарҷ барои дигар намудҳои батареяҳои литий-ионӣ месозад. Аз ин рӯ, ин батареяҳо аксар вақт дар велосипедҳои барқӣ ва дигар барномаҳое истифода мешаванд, ки давраи дарозмӯҳлат ва сатҳи баланди бехатариро талаб мекунанд. Аммо нуқсонҳои он рушди босуръатро душвор мегардонанд. Аввалан, нисбат ба дигар навъҳои батареяҳои литий-ионӣ арзиши онҳо бештар аст, зеро онҳо ашёи хоми камёфт ва гаронбаҳоро истифода мебаранд. Илова бар ин, батареяҳои фосфати оҳании литий шиддати камтар доранд, ки ин маънои онро дорад, ки онҳо барои баъзе барномаҳое, ки шиддати баландтарро талаб мекунанд, мувофиқ нестанд. Муддати тӯлонии пуркунии он онро дар барномаҳое, ки пуркунии зудро талаб мекунанд, камбудӣ мегардонад.

л Оксиди кобальти мангани литий никел (NMC)

Батареяҳои литий никел мангании кобальт оксиди, ки аксар вақт батареяҳои NMC маъруфанд, аз маводҳои гуногун сохта шудаанд, ки дар батареяҳои литий-ион универсалӣ мебошанд. Катод аз омехтаи никел, марганец ва кобальт сохта шудааст Зичии баланди энергетикии он, иҷрои хуби велосипедронӣ ва мӯҳлати дарозии он онро интихоби аввалин дар мошинҳои барқӣ, системаҳои нигоҳдории шабакавӣ ва дигар барномаҳои баландмаъно кардааст, ки минбаъд ба маъруфияти афзояндаи мошинҳои барқӣ ва системаҳои энергияи барқароршаванда мусоидат кардааст. Барои баланд бардоштани иқтидор, электролитҳо ва иловаҳои нав истифода мешаванд, то ба он имкон диҳанд, ки то 4,4V / ҳуҷайра ва болотар пур карда шаванд. Тамоюли ба Li-ion омехташудаи NMC вуҷуд дорад, зеро система камхарҷ аст ва иҷрои хубро таъмин мекунад. Никел, марганец ва кобальт се маводи фаъол мебошанд, ки метавонанд ба осонӣ якҷоя карда шаванд, то доираи васеи барномаҳои автомобилӣ ва системаҳои нигоҳдории энергия (EES), ки велосипедронии зуд-зудро талаб мекунанд, мувофиқат кунанд.

 Аз он мо мебинем, ки оилаи NMC гуногунтар мешавад

Бо вуҷуди ин, таъсири манфии он аз гармӣ, хатари сӯхтор ва нигарониҳои экологӣ метавонад ба рушди минбаъдаи он халал расонад.

л Титанати литий

Титанати литий, ки одатан бо номи ли-титанат маълум аст, як навъи батареяест, ки шумораи афзояндаи истифода дорад. Бо сабаби нанотехнологияи олии худ, он метавонад бо нигоҳ доштани шиддати мӯътадил зуд барқ ​​ва холӣ кунад, ки онро барои барномаҳои пуриқтидор ба монанди мошинҳои барқӣ, системаҳои нигоҳдории тиҷоратӣ ва саноатӣ ва нигоҳдории сатҳи шабака мувофиқ мекунад. Якҷоя бо бехатарӣ ва эътимоднокии худ, ин батареяҳо метавонанд барои барномаҳои низомӣ ва аэрокосмосӣ, инчунин захира кардани энергияи шамол ва офтоб ва сохтани шабакаҳои интеллектуалӣ истифода шаванд. Ғайр аз он, тибқи маълумоти Battery Space, ин батареяҳо метавонанд дар системаҳои захиравии системаи энергетикӣ истифода шаванд Бо вуҷуди ин, батареяҳои титанати литий назар ба батареяҳои анъанавии литий-ионӣ аз сабаби раванди мураккаби истеҳсоли онҳо, ки барои истеҳсоли онҳо заруранд, гаронтаранд.

5.Тамоюлҳои рушди батареяҳои литий-ион

Афзоиши ҷаҳонии иншооти барқароршавандаи энергия истеҳсоли фосилавии энергияро афзоиш дода, шабакаи номутавозунро ба вуҷуд овард. Ин боиси зиёд шудани талабот ба батареяҳо гардид. дар ҳоле, ки тамаркуз ба партовҳои сифрии карбон ва зарурати дур шудан аз сӯзишвории истихроҷшаванда, яъне ангишт, барои истеҳсоли нерӯи барқ ​​ҳукуматҳои бештарро водор мекунад, ки иншооти нерӯи офтобӣ ва шамолиро ҳавасманд кунанд. Ин дастгоҳҳо ба системаҳои нигоҳдории батарея, ки қувваи зиёдатии тавлидшударо нигоҳ медоранд, қарз медиҳанд. Аз ин рӯ, ҳавасмандии ҳукумат барои ҳавасмандгардонии насби батареяҳои Li-ion низ ба рушди батареяҳои литий-ион мусоидат мекунад Масалан, интизор меравад, ки ҳаҷми бозори ҷаҳонии батареяҳои литий-ионии NMC аз як миллион доллари ИМА дар соли 2022 то миллион доллари ИМА дар соли 2029 афзоиш ёбад; Интизор меравад, ки он аз соли 2023 то CAGR% афзоиш ёбад 2029  Ва эҳтиёҷоти афзояндаи барномаҳое, ки бори вазнинро талаб мекунанд, пешбинӣ шудааст, ки батареяҳои литий-ионии 3000-10000 ба сегменти босуръат афзоишёбанда дар давраи пешбинишаванда (2022-2030) табдил ёбад.

6 Таҳлили сармоягузории батареяҳои литий ион

Саноати бозори батареяҳои литий-ион аз 51,16 миллиард доллари соли 2022 то 118,15 миллиард доллари ИМА то соли 2030 афзоиш меёбад, ки суръати афзоиши солонаи 4,72% дар давраи пешбинишаванда (2022-2030), ки аз якчанд омилҳо вобаста аст.

l Таҳлили корбари ниҳоӣ

Дастгоҳҳои бахши коммуналӣ ронандагони калидӣ барои системаҳои нигоҳдории энергияи батарея (BESS) мебошанд. Интизор меравад, ки ин сегмент аз 2,25 миллиард доллар дар соли 2021 то 5,99 миллиард доллар дар соли 2030 бо CAGR 11,5% афзоиш ёбад.  Батареяҳои Li-ion аз сабаби заминаи пасти афзоиши онҳо 34,4% CAGR баландтар нишон медиҳанд. Сегментҳои нигоҳдории энергияи манзилӣ ва тиҷоратӣ дигар соҳаҳое мебошанд, ки потенсиали калони бозорро 5,51 миллиард доллар дар соли 2030 аз 1,68 миллиард доллар дар соли 2021 ташкил медиҳанд. Бахши саноат қадами худро ба сӯи сифр партовҳои карбон идома медиҳад ва ширкатҳо дар ду даҳсолаи оянда ваъдаҳои сифриро медиҳанд. Ширкатҳои телекоммуникатсия ва маркази додаҳо дар сафи пеши коҳиши партовҳои карбон бо таваҷҷӯҳи бештар ба манбаъҳои барқароршавандаи энергия мебошанд Хамаи ин ба тараккиёти босуръати он мусоидат мекунад  батареяҳои литий-ион, зеро ширкатҳо роҳҳои таъмини нусхабардории боэътимод ва мувозинати шабакаро пайдо мекунанд.

l Таҳлили навъи маҳсулот

Аз сабаби нархи баланди кобальт, батареяи бе кобальт яке аз тамоюлҳои рушди батареяҳои литий-ионист. Шиддати баланд LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) бо зичии баланди энергияи назариявӣ яке аз ояндадортарин маводи катодҳои Co-free дар оянда мебошад. Ғайр аз он, натиҷаҳои таҷрибавӣ собит карданд, ки қобилияти велосипедронӣ ва суръати C-и батареяи LNMO бо истифода аз электролитҳои нимсахт беҳтар карда мешавад. Инро метавон пешниҳод кард, ки COF-и анионӣ қодир аст Mn3+/Mn2+ ва Ni2+-ро тавассути таъсири мутақобилаи Кулон ба таври қавӣ азхуд кунад ва муҳоҷирати харобиовари онҳоро ба анод боздорад. Аз ин рӯ, ин кор барои тиҷоратикунонии маводи катодҳои LNMO муфид хоҳад буд.

l Таҳлили минтақавӣ

Осиё ва Уқёнуси Ором то соли 2030 бузургтарин бозори статсионарии батареяҳои литий-ионӣ хоҳад буд, ки аз ҷониби хадамоти коммуналӣ ва саноат идора карда мешавад. Он аз Амрикои Шимолӣ ва Аврупо бо бозори 7,07 миллиард доллар дар соли 2030 пеш хоҳад рафт, ки аз 1,24 миллиард доллар дар соли 2021 бо CAGR 21,3% афзоиш меёбад. Амрикои Шимолӣ ва Аврупо бозорҳои навбатии бузургтарин хоҳанд буд, зеро ҳадафҳояшон барои декарбонизатсияи иқтисод ва шабакаҳои худ дар ду даҳсолаи оянда. LATAM суръати баландтарини афзоишро дар CAGR 21.4% аз сабаби андозаи хурдтар ва пойгоҳи пасти он хоҳад дид.

7 Чизҳоеро, ки барои батареяҳои баландсифати литий-ион баррасӣ кардан лозим аст

Ҳангоми харидани инвертерҳои оптикии офтобӣ, на танҳо нарх ва сифатро ба назар гирифтан лозим аст, балки омилҳои дигарро низ бояд дар назар дошт.

l Зичии энергия

Зичии энергия миқдори энергияест, ки дар як воҳиди ҳаҷм захира шудааст. Зичии баландтари энергия бо вазн ва андозаи камтар байни давраҳои пуркунӣ васеътар аст.

л  Бехатарӣ

Бехатарӣ як ҷанбаи дигари муҳими батареяҳои литий-ионӣ мебошад, зеро таркишҳо ва сӯхторҳое, ки ҳангоми пур кардан ё холӣ кардан метавонанд ба амал оянд, аз ин рӯ, интихоби батареяҳои дорои механизмҳои беҳтаршудаи бехатарӣ, ба монанди сенсорҳои ҳарорат ва моддаҳои монеъкунанда зарур аст.

l Навиштан

Яке аз тамоюлҳои навтарин дар саноати батареяи литий-ион ин таҳияи батареяҳои сахти ҳолати сахт мебошад, ки як қатор бартариҳоро, аз қабили зичии баландтари энергия ва давраи тӯлонии ҳаёт пешниҳод мекунад. Масалан, дар мошинҳои электрикӣ истифода бурдани батареяҳои сахти ҳолати сахт имкон медиҳад, ки қобилияти диапазон ва бехатарии онҳоро хеле зиёд кунад.

l Меъёри пурборкунӣ

Суръати пуркунии барқ ​​аз он вобаста аст, ки батарея то чӣ андоза зуд пур карда мешавад. Баъзан батареяро пеш аз истифода бурдан вақти зиёд мегирад.

л Давомнокии умр

 Батарея дар тӯли тамоми умр кор намекунад, аммо мӯҳлати истифодааш дорад. Пеш аз харид кардан, мӯҳлати истифодашударо санҷед. Батареяҳои литий-ионӣ аз сабаби химияи худ умри дарозтар доранд, аммо ҳар як батарея вобаста ба намуд, мушаххасот ва тарзи сохтани онҳо аз ҳамдигар фарқ мекунад. Батареяҳои баландсифат дер давом мекунанд, зеро онҳо аз маводи хуб дар дохили он сохта шудаанд.