Батареяҳои литий-ион чист?

1. Батареяҳои литий-ион чист?

Батарея манбаи қувваи барқест, ки аз як ё якчанд иборат аст ҳуҷайраҳои электрохимиявӣ бо пайвастҳои беруна барои таъмини қувваи дастгоҳҳои барқӣ. Батареяи литий-ион ё литий-ион як навъи батареяи барқгирандаест, ки аз он истифода мебарад коҳишёбии баръакси ионҳои литий барои захира кардани энергия ва баланд будани онҳо машҳур аст зичии энергия.

2. Сохтори батареяҳои литий-ионӣ

Умуман, аксари батареяҳои тиҷории Li-ion пайвастагиҳои интеркалатсияро истифода мебаранд маводи фаъол. Онҳо одатан аз якчанд қабатҳои мавод иборатанд, ки ҳастанд бо тартиби муайян барои осон кардани процесси электрохимиявй, ки ба батарея имкон медиҳад, ки энергияро захира ва озод кунад - анод, катод, электролит, сепаратор ва коллектори ҷорӣ.

Анод чист?

Ҳамчун ҷузъи батарея, анод дар иқтидор нақши муҳим дорад, иҷроиш, ва устувории батарея. Ҳангоми пур кардан, аноди графитӣ аст барои қабул ва нигоҳ доштани ионҳои литий масъул аст. Вақте ки батарея аст холӣ шуда, ионҳои литий аз анод ба катод мегузаранд, то ки а чараёни электр ба вучуд меояд. Умуман аноди маъмултарин дар тиҷорат истифода мешавад графит аст, ки дар ҳолати пурраи LiC6 ба ҳадди аксар мувофиқат мекунад иқтидори 1339 C/g (372 мАч/г). Аммо бо инкишофи технология, нав маводҳо ба монанди кремний барои беҳтар кардани зичии энергия таҳқиқ карда шуданд барои батареяҳои литий-ион.

Катод чист?

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

Электролит чист?

Ҳамчун намаки литий дар ҳалкунандаи органикӣ, электролит ҳамчун миёна хизмат мекунад барои харакати ионхои литий дар байни анод ва катод хангоми заряд ва холй кардан.

Сепаратор чист?

Ҳамчун мембранаи тунук ё қабати маводи нокифоя, сепаратор кор мекунад пешгирӣ кардани анод (электроди манфӣ) ва катод (электроди мусбат) аз кӯтоҳ, зеро ин қабат ба ионҳои литий гузаранда аст, аммо на ба электронҳо. Он инчунин дар вакти заряднокй чараёни муътадили ионхоро дар байни электродхо таъмин карда метавонад ва холӣ кардан. Аз ин рӯ, батарея метавонад шиддати устуворро нигоҳ дорад ва коҳиш диҳад хатари аз ҳад зиёд гармшавӣ, сӯзиш ё таркиш.

Коллектори ҷорӣ чист?

Коллектори ҷорӣ барои ҷамъоварии ҷараёни истеҳсолшуда пешбинӣ шудааст электродҳои аккумуляторро ба ҳам мепайвандад ва онро ба занҷири беруна интиқол медиҳад, ки он аст барои таъмини кори оптималии батарея ва дарозумрии батарея муҳим аст. Ва одатан он маъмулан аз варақи тунуки алюминий ё мис сохта мешавад.

3. Таърихи рушди батареяҳои литий-ион

Тадқиқот оид ба батареяҳои пуркунандаи Li-ion ба солҳои 1960 рост меояд, ки яке аз онҳо Намунаҳои аввалин батареяи CuF2/Li мебошад, ки аз ҷониби NASA дар соли 1965 таҳия шудааст. Ва бӯҳрони нафт Дар солҳои 1970-ум ба ҷаҳон дучор шуд, муҳаққиқон диққати худро ба алтернатива равона карданд манбаъхои энергия, бинобар ин пешравие, ки шакли аввалини онро ба вучуд овард батареяи муосири Li-ion аз сабаби вазни сабук ва энергияи баланд сохта шудааст зичии батареяҳои литий-ион. Дар айни замон, Стэнли Уиттингем аз Exxon кашф кард, ки ионҳои литийро ба маводҳо ба монанди TiS2 дохил кардан мумкин аст батареяи барқгиранда эҷод кунед 

Аз ин рӯ, ӯ кӯшиш кард, ки ин батареяро тиҷоратӣ кунад, аммо аз сабаби баланд будани арзиш ва мавҷудияти литийи металлӣ дар ҳуҷайраҳо ноком шуд. Дар соли 1980 маводи нав пайдо шуд, ки шиддати баландтарро пешниҳод мекунад ва хеле бештар буд устувор дар ҳаво, ки баъдтар дар аввалин батареяи тиҷоратии Li-ion истифода мешавад, гарчанде худаш масъалаи мудимро дал на-кард Дар ҳамон сол Рачид Язамӣ графити литийро ихтироъ кард электрод (анод). Ва он гоҳ дар соли 1991, аввалин литий-ионҳои барқгиранда дар ҷаҳон батареяҳо ба бозор даромаданд 

Дар солҳои 2000-ум талабот ба литий-ион батареяҳо зиёд шуданд, вақте ки дастгоҳҳои электронии сайёр, ки ронандагӣ мекунанд батареяҳои литий-ион барои бехатартар ва устувортар. Мошинҳои электрикӣ буданд дар соли 2010 ҷорӣ карда шуд, ки бозори нави батареяҳои литий-иониро ба вуҷуд овард. Дар кор карда баромадани процессхо ва материалхои нави истехсолй, монанди анодхои кремний ва электролитҳои ҳолати сахт, такмил додани кор ва бехатарии онро идома доданд батареяҳои литий-ион. Дар айни замон, батареяҳои литий-ионӣ дар ҷои зарурӣ табдил ёфтаанд хаёти харрузаи мо, бинобар ин тадкик ва кор карда баромадани материалхои нав ва технологияҳо барои баланд бардоштани самаранокӣ, самаранокӣ ва бехатарии он идома доранд ин батареяҳо.

4.Намудҳои батареяҳои литий-ионӣ

Батареяҳои литий-ионӣ дар шакл ва андозаҳои гуногун меоянд, на ҳама баробар карда мешаванд. Одатан панҷ намуди батареяҳои литий-ион мавҷуданд.

л Оксиди кобальти литий

Батареяҳои оксиди литий кобальт аз карбонати литий ва кобальт ва инчунин ҳамчун батареяҳои кобальти литий ё литий-ион кобальт маълуманд. Онҳо як катод оксиди кобальт ва аноди карбон графит ва ионҳои литий доранд. ҳангоми разряд аз анод ба катод бо гардиши ҷараён мегузарад вақте ки батарея пур карда мешавад. Дар мавриди татбиқи он, онҳо дар сайёр истифода мешаванд дастгоҳҳои электронӣ, мошинҳои барқӣ ва системаҳои нигоҳдории энергияи барқароршаванда аз сабаби энергияи баланди хоси онҳо, суръати пасти худидоракунии разряд, баланд фаъолият шиддат ва доираи васеи ҳарорат. Аммо ба нигарониҳои бехатарӣ диққат диҳед ба потенсиали фирори гармӣ ва ноустувории баланд вобаста аст ҳароратҳо.

л Оксиди литий марганец

Оксиди литий марганец (LiMn2O4) як маводи катодест, ки маъмулан истифода мешавад Дар батареяҳои литий-ионӣ. Технологияи ин навъи батарея дар аввал буд дар солҳои 1980-ум бо нашри аввалин дар Тадқиқоти Материалҳо кашф шудааст Бюллетени соли 1983. Яке аз бартариҳои LiMn2O4 дар он аст, ки он дорои гармии хуб аст устуворӣ, маънои онро дорад, ки эҳтимоли он камтар аст, ки гурезаҳои гармиро эҳсос кунанд, ки инчунин нисбат ба дигар намудҳои батареяҳои литий-ион бехатартаранд. Илова бар ин, марганец аст фаровон ва ба таври васеъ дастрас аст, ки ин дар муқоиса онро як варианти устувортар мекунад ба маводи катодӣ, ки дорои захираҳои маҳдуд ба монанди кобальт мебошанд. Дар натиҷа, зуд-зуд дар тачхизоту асбобхои тиббй, асбобхои электрики, электрикй вомехуранд мотоциклхо ва дигар корхо. Сарфи назар аз бартариҳои худ, LiMn2O4 камбизоаттар аст устувории велосипед дар муқоиса бо LiCoO2, ки маънои онро дорад, ки он метавонад бештарро талаб кунад зуд-зуд иваз кардан, аз ин рӯ он метавонад барои нигоҳдории дарозмуддати энергия мувофиқ набошад системахо.

л Фосфати оҳани литий (LFP)

Фосфат ҳамчун катод дар батареяҳои фосфати оҳании литий аксар вақт истифода мешавад Батареяҳои ли-фосфатӣ маълуманд. Муқовимати пасти онҳо гармии онҳоро беҳтар кардааст субот ва бехатарй. Онҳо инчунин бо устуворӣ ва давраи дарозмуддат машҳуранд, ки онхоро нисбат ба дигар навъхои литий-ион варианти хеле камхарч мегардонад батареяҳо. Аз ин рӯ, ин батареяҳо аксар вақт дар велосипедҳои электрикӣ истифода мешаванд ва дигар барномаҳое, ки давраи тӯлонии ҳаёт 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 камёфт ва истифода мебаранд ашьёи хоми гаронбахо. Гайр аз ин, аккумуляторхои фосфати охани литий а шиддати корӣ пасттар, ки маънои онро дорад, ки онҳо шояд барои баъзе мувофиқ нест, барномаҳое, ки шиддати баландтарро талаб мекунанд. Муддати дарозтари пуркунии он онро а камбудӣ дар барномаҳое, ки пуркунии зудро талаб мекунанд.

л Оксиди кобальти мангани литий никел (NMC)

Батареяҳои литий никел марганеци кобальт оксиди, ки аксар вақт бо номи NMC маълуманд батареяҳо, аз маводи гуногун сохта шудаанд, ки универсалӣ мебошанд батареяҳои литий-ион. Катоде, ки аз омехтаи никел, марганец ва кобальт дохил карда шудааст. Зичии баланди энергияи он, иҷрои хуби велосипедронӣ ва а умри дароз онро интихоби аввалин дар мошинҳои барқӣ, нигоҳдории шабака кардааст системахо ва дигар замимахои сермахсул, ки минбаъд сахми худро гузоштанд ба маъруфияти афзояндаи мошинҳои барқӣ ва системаҳои энергияи барқароршаванда. Ба зиёд кардани иктидор, электролитхо ва ило-вахои нав ба кор бурда мешаванд барқро то 4.4V / ҳуҷайра ва баландтар 

Аз он вақт инҷониб тамоюли ба NMC омехташудаи Li-ion вуҷуд дорад системам камхарч буда, самараи хуб медихад. никел, марганец, ва кобальт се маводи фаъол мебошанд, ки метавонанд ба осонӣ якҷоя карда шаванд як қатор барномаҳои автомобилӣ ва системаҳои нигоҳдории энергия (EES), ки талаб мекунанд велосипедронии зуд-зуд. Аз он мо мебинем, ки оилаи NMC бештар мешавад гуногун Аммо, таъсири манфии он аз гармӣ, хатари сӯхтор ва муҳити зист ташвишхо ба инкишофи минбаъдаи он халал расонда метавонанд.

л Титанати литий

Титанати литий, ки аксар вақт бо номи ли-титанат маълум аст, як навъи батареяест, ки дорои як афзоиши шумораи истифода. Аз сабаби нанотехнологияи олӣ, он қодир аст бо нигоҳ доштани шиддати мӯътадил зуд барқ ​​ва холӣ кунед, ки ин онро месозад барои барномаҳои пуриқтидор ба монанди мошинҳои барқӣ, тиҷоратӣ хуб мувофиқ аст ва системаҳои нигоҳдории энергияи саноатӣ ва нигоҳдории сатҳи шабакавӣ 

Якчоя бо он бехатарӣ ва эътимоднокӣ, ин батареяҳо метавонанд барои ҳарбӣ ва кайҳон истифода шаванд барномаҳо, инчунин захира кардани энергияи шамол ва офтоб ва сохтани интеллектуалӣ торҳо. Ғайр аз он, тибқи маълумоти Battery Space, ин батареяҳо метавонанд бошанд дар системаҳои энергетикӣ - захираҳои муҳим истифода мешаванд. Бо вуҷуди ин, титанати литий Батареяҳо нисбат ба батареяҳои анъанавии литий-ион гаронтаранд ба процесси мураккаби тайёр кардани онхо, ки барои истехсоли онхо зарур аст.

5.Тамоюлҳои рушди батареяҳои литий-ион

Афзоиши ҷаҳонии иншооти барқароршавандаи энергия афзоиш ёфт истеҳсоли энергияи фосилавӣ, эҷоди шабакаи номутаносиб. Ин боиси а талабот ба батареяҳо.дар ҳоле ки тамаркуз ба сифр партовҳои карбон ва бояд ҳаракат кунад дур аз сӯзишвории истихроҷшаванда, яъне ангишт, барои истеҳсоли нерӯи барқ ​​зудтар ҳукуматҳо барои ҳавасмандгардонии нерӯгоҳҳои офтобӣ ва шамолӣ. Инхо насбҳо ба системаҳои нигоҳдории батарея, ки қувваи зиёдатиро захира мекунанд, қарз медиҳанд тавлидшуда 

Аз ин рӯ, ҳукумат ҳавасманд кардани батареяи Li-ionро ҳавасманд мекунад насбҳо инчунин ба рушди батареяҳои литий-ион мусоидат мекунанд. Барои намуна, Ҳаҷми бозори ҷаҳонии батареяҳои литий-ионии NMC аз доллари ИМА афзоиш меёбад миллион дар соли 2022 то миллион доллари ИМА дар соли 2029; интизор меравад, ки он дар CAGR% афзоиш ёбад аз 2023 то 2029. Ва эҳтиёҷоти афзояндаи барномаҳое, ки вазнинро талаб мекунанд пешбинӣ шудааст, ки батареяҳои литий-ионии 3000-10000 зудтарин бошанд. сегменти афзоянда дар давраи пешбинишаванда (2022-2030).

6. Таҳлили сармоягузории батареяҳои литий ион

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

l Таҳлили корбари ниҳоӣ

Дастгоҳҳои бахши коммуналӣ ронандагони калидӣ барои нигоҳдории энергияи батарея мебошанд системаҳо (BESS). Интизор меравад, ки ин сегмент аз 2,25 миллиард доллар дар соли 2021 афзоиш ёбад 5,99 миллиард доллар дар соли 2030 бо CAGR 11,5%. Батареяҳои Li-ion 34,4% баландтар нишон медиҳанд CAGR аз сабаби заминаи пасти афзоиши онҳо. Захираи энергияи манзилӣ ва тиҷоратӣ сегментҳо дигар соҳаҳое мебошанд, ки потенсиали калони бозорро дар соли 2030 5,51 миллиард доллар ташкил медиҳанд, аз 1,68 миллиард доллар дар соли 2021. Соҳаи саноат қадами худро ба сӯи идома медиҳад сифр партовҳои карбон ва ширкатҳо дар дуи оянда ваъдаҳои сифриро мегиранд даҳсолаҳо. Ширкатҳои телекоммуникатсия ва маркази додаҳо дар сафи пеши коҳиш қарор доранд партобҳои карбон бо таваҷҷӯҳи бештар ба манбаъҳои барқароршавандаи энергия. Ҳама ки ба тараккиёти босуръати батареяхои литий-ионй мусоидат мекунад, хамчун ширкатҳо роҳҳои таъмини нусхабардории боэътимод ва мувозинати шабакаро пайдо мекунанд.

l Таҳлили навъи маҳсулот

Аз сабаби нархи баланди кобальт, батареяи бе кобальт яке аз онҳост тамоюлҳои рушди батареяҳои литий-ион. Шиддати баланд LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) бо зичии баланди энергияи назариявй яке аз ояндадортарин Co-free мебошад масолехи катодй дар оянда. Илова бар ин, натиҷаҳои таҷрибаҳо исбот карданд велосипедронӣ ва C-меъёри батарея LNMO бо истифода аз беҳтар электролит нимсахт. Инро метавон пешниҳод кард, ки COF анионӣ қодир аст Mn3+/Mn2+ ва Ni2+-ро тавассути таъсири мутақобилаи Кулон сахт азхуд мекунад, муҳоҷирати харобиовари онҳоро ба анод боздошта. Бинобар ин, ин кор барои тичоратии масолехи катодии ЛНМО фоиданок бошад.

l Таҳлили минтақавӣ

Осиё ва Уқёнуси Ором бузургтарин бозори статсионарии батареяҳои литий-ионӣ аз ҷониби 2030, аз ҷониби муассисаҳои коммуналӣ ва саноат идора карда мешавад. Вай Америкаи Шимолй ва Аврупо бо бозори 7,07 миллиард доллар дар соли 2030, аз 1,24 миллиард доллар афзоиш меёбад 2021 бо CAGR 21.3%. Амрикои Шимолӣ ва Аврупо дар оянда бузургтарин хоҳанд буд бозорҳо аз сабаби ҳадафҳои онҳо барои декарбонизатсияи иқтисод ва шабака дар оянда ду дахсола. LATAM суръати баландтарини афзоишро дар CAGR 21.4% хоҳад дид, зеро андозаи хурдтар ва заминаи пасти он.

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

Ҳангоми харидани инвертори оптикии офтобӣ на танҳо нарх ва сифат бояд бошад ба назар гирифта, омилҳои дигарро низ бояд дар назар дошт.

l Зичии энергия

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

l Бехатарӣ

Амният боз як ҷанбаи муҳими батареяҳои литий-ион пас аз таркишҳост ва сухторхое, ки хангоми пур кардан ё холй кардан мумкин аст, бинобар ин зарур аст батареяҳоро бо механизмҳои беҳтаршудаи бехатарӣ, ба монанди сенсорҳои ҳарорат интихоб кунед ва моддаҳои ингибиторӣ.

l Навиштан

Яке аз тамоюлҳои охирин дар саноати батареяи литий-ион ин аст таҳияи батареяҳои сахт, ки як қатор бартариҳои монанди зичии баландтари энергия ва давраи дарозтари ҳаёт. Масалан, истифодаи батареяхои сахти машинахои электрикй доираи онхоро хеле зиёд мекунанд қобилият ва бехатарӣ.

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. Санҷед, ки мӯҳлати истифода санаи пеш аз харид кардан. Батареяҳои литий ионҳо дарозтар доранд аз сабаби химияи худ умри дароз дорад, аммо ҳар як батарея вобаста ба он аз ҳамдигар фарқ мекунад намуд, мушаххасот ва тарзи сохтани онҳо. Батареяҳои баландсифат хоҳанд буд дарозтар давом мекунад, зеро онҳо аз маводи хуб дар дохили он сохта шудаанд.