Ano ang Lithium Ion Baterya

1 Ano ang Lithium Ion Baterya?

Ang baterya ay isang pinagmumulan ng electric power na binubuo ng isa o higit pang mga electrochemical cell na may mga panlabas na koneksyon para sa pagpapagana ng mga de-koryenteng device Ang lithium-ion o Li-ion na baterya ay isang uri ng rechargeable na baterya na gumagamit ng reversible reduction ng lithium ions upang mag-imbak ng enerhiya at sikat sa kanilang mataas na density ng enerhiya.

2 Ang Istraktura ng Lithium Ion Baterya

Sa pangkalahatan, ang karamihan sa mga komersyal na Li-ion Baterya ay gumagamit ng mga intercalation compound bilang mga aktibong materyales. Karaniwang binubuo ang mga ito ng ilang layer ng mga materyales na nakaayos sa isang partikular na pagkakasunud-sunod upang mapadali ang proseso ng electrochemical na nagbibigay-daan sa baterya na mag-imbak at maglabas ng enerhiya--anode, cathode, electrolyte, separator at kasalukuyang kolektor.

Ano ang anode?

Bilang bahagi ng baterya, ang anode ay may mahalagang papel sa kapasidad, pagganap, at tibay ng baterya. Kapag nagcha-charge, ang graphite anode ay may pananagutan sa pagtanggap at pag-imbak ng mga lithium ions. Kapag na-discharge na ang baterya, lumilipat ang mga lithium ions mula sa anode patungo sa cathode upang magkaroon ng electric current. Sa pangkalahatan, ang pinakakaraniwang ginagamit na pangkomersyal na anode ay graphite, na sa ganap nitong lithiated na estado ng LiC6 ay nauugnay sa pinakamataas na kapasidad na 1339 C/g (372 mAh/g) Ngunit sa pag-unlad ng mga teknolohiya, ang mga bagong materyales tulad ng silikon ay sinaliksik upang mapabuti ang mga densidad ng enerhiya para sa mga baterya ng lithium-ion.

Ano ang cathode?

Gumagana ang Cathode upang tanggapin at ilabas ang mga lithium ions na may positibong charge sa mga kasalukuyang cycle. Karaniwan itong binubuo ng isang layered na istraktura ng isang layered oxide (tulad ng lithium cobalt oxide), isang polyanion (tulad ng lithium iron phosphate) o isang spinel (tulad ng lithium manganese oxide) na pinahiran sa isang charge collector (karaniwang gawa sa aluminum) 

Ano ang electrolyte?

Bilang isang lithium salt sa isang organikong solvent, ang electrolyte ay nagsisilbing isang daluyan para sa mga lithium ions na lumipat sa pagitan ng anode at cathode sa panahon ng pagcha-charge at pagdiskarga.

Ano ang separator?

Bilang isang manipis na lamad o layer ng non-conductive material, ang separator ay gumagana upang pigilan ang anode (negative electrode) at cathode (positive electrode) mula sa shorting, dahil ang layer na ito ay permeable sa lithium ions ngunit hindi sa mga electron. Maaari din nitong matiyak ang tuluy-tuloy na daloy ng mga ion sa pagitan ng mga electrodes habang nagcha-charge at naglalabas. Samakatuwid, ang baterya ay maaaring mapanatili ang isang matatag na boltahe at bawasan ang panganib ng overheating, pagkasunog o pagsabog.

Ano ang kasalukuyang kolektor?

Ang kasalukuyang kolektor ay idinisenyo upang kolektahin ang kasalukuyang ginawa ng mga electrodes ng baterya at dinadala ito sa panlabas na circuit, na mahalaga upang matiyak ang pinakamainam na pagganap at mahabang buhay ng baterya. At kadalasan ito ay karaniwang ginawa mula sa isang manipis na sheet ng aluminyo o tanso.

3 Ang Kasaysayan ng Pag-unlad ng Mga Baterya ng Lithium Ion

Ang pananaliksik sa mga rechargeable na Li-ion na baterya ay nagsimula noong 1960s, isa sa mga pinakaunang halimbawa ay isang CuF2/Li na baterya na binuo ng NASA sa 1965 At ang krisis sa langis ay tumama sa mundo noong 1970s, ibinaling ng mga mananaliksik ang kanilang atensyon sa mga alternatibong pinagkukunan ng enerhiya, kaya ang pambihirang tagumpay na gumawa ng pinakamaagang anyo ng modernong Li-ion na baterya ay ginawa dahil sa magaan na timbang at mataas na density ng enerhiya ng mga baterya ng lithium ion. Kasabay nito, natuklasan ni Stanley Whittingham ng Exxon na ang mga lithium ions ay maaaring ipasok sa mga materyales tulad ng TiS2 upang lumikha ng isang rechargeable na baterya 

Kaya sinubukan niyang i-komersyal ang bateryang ito ngunit nabigo dahil sa mataas na halaga at pagkakaroon ng metallic lithium sa mga selula. Noong 1980, natagpuan ang bagong materyal na nag-aalok ng mas mataas na boltahe at mas matatag sa hangin, na sa kalaunan ay gagamitin sa unang komersyal na Li-ion na baterya, kahit na hindi nito, sa sarili nitong, nalutas ang patuloy na isyu ng pagkasunog. Sa parehong taon, naimbento ni Rachid Yazami ang lithium graphite electrode (anode). At pagkatapos noong 1991, nagsimulang pumasok sa merkado ang unang rechargeable lithium-ion na mga baterya sa mundo. Noong 2000s, tumaas ang pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion dahil naging popular ang mga portable na electronic device, na nagtutulak sa mga baterya ng lithium ion na maging mas ligtas at mas matibay. Ang mga de-koryenteng sasakyan ay ipinakilala noong 2010s, na lumikha ng isang bagong merkado para sa mga baterya ng lithium-ion 

Ang pagbuo ng mga bagong proseso at materyales sa pagmamanupaktura, tulad ng mga silicon anodes at solid-state electrolytes, ay nagpatuloy na mapabuti ang pagganap at kaligtasan ng mga baterya ng lithium-ion. Sa ngayon, ang mga baterya ng lithium-ion ay naging mahalaga sa ating pang-araw-araw na buhay, kaya ang pagsasaliksik at pagpapaunlad ng mga bagong materyales at teknolohiya ay nagpapatuloy upang mapabuti ang pagganap, kahusayan, at kaligtasan ng mga bateryang ito.

4.Ang Mga Uri ng Lithium Ion Baterya

Ang mga baterya ng lithium-ion ay may iba't ibang mga hugis at sukat, at hindi lahat ng mga ito ay ginawang pantay. Karaniwan mayroong limang uri ng mga baterya ng lithium-ion.

l Lithium Cobalt Oxide

Ang mga baterya ng lithium cobalt oxide ay ginawa mula sa lithium carbonate at cobalt at kilala rin bilang lithium cobaltate o lithium-ion cobalt na mga baterya Mayroon silang cobalt oxide cathode at graphite carbon anode, at ang mga lithium ions ay lumilipat mula sa anode patungo sa cathode habang naglalabas, na bumabaliktad ang daloy kapag na-charge ang baterya. Tulad ng para sa aplikasyon nito, ginagamit ang mga ito sa mga portable na electronic device, mga de-koryenteng sasakyan, at renewable energy storage system dahil sa kanilang mataas na partikular na enerhiya, mababang self-discharge rate, mataas na operating boltahe at malawak na hanay ng temperatura. Ngunit bigyang-pansin ang mga alalahanin sa kaligtasan na nauugnay sa potensyal para sa thermal runaway at kawalang-tatag sa mataas na temperatura.

l Lithium Manganese Oxide

Ang Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) ay isang cathode material na karaniwang ginagamit sa mga lithium-ion na baterya. Ang teknolohiya para sa ganitong uri ng baterya ay unang natuklasan noong 1980s, na may unang publikasyon sa Materials Research Bulletin noong 1983. Ang isa sa mga bentahe ng LiMn2O4 ay ang pagkakaroon nito ng mahusay na thermal stability, ibig sabihin ay mas mababa ang posibilidad na makaranas ng thermal runaway, na mas ligtas din kaysa sa iba pang mga uri ng baterya ng lithium-ion. Bukod pa rito, ang manganese ay sagana at malawak na magagamit, na ginagawa itong isang mas napapanatiling opsyon kumpara sa mga materyales ng cathode na naglalaman ng limitadong mga mapagkukunan tulad ng cobalt. Bilang resulta, ang mga ito ay madalas na matatagpuan sa mga medikal na kagamitan at device, power tool, electric motorcycle, at iba pang mga application. Sa kabila ng mga pakinabang nito, ang LiMn2O4 ay mas mahina ang katatagan ng pagbibisikleta kumpara sa LiCoO2, na nangangahulugang maaaring mangailangan ito ng mas madalas na pagpapalit, kaya maaaring hindi ito angkop para sa mga pangmatagalang sistema ng pag-iimbak ng enerhiya.

l Lithium Iron Phosphate (LFP)

Ang Phosphate ay ginagamit bilang isang cathode sa mga baterya ng lithium iron phosphate, na kadalasang kilala bilang mga li-phosphate na baterya. Ang kanilang mababang resistensya ay nagpapabuti sa kanilang thermal stability at kaligtasan Ang mga ito ay sikat din para sa tibay at isang mahabang ikot ng buhay, na ginagawa silang pinaka-epektibong opsyon sa iba pang mga uri ng mga baterya ng lithium-ion. Dahil dito, ang mga bateryang ito ay madalas na ginagamit sa mga de-kuryenteng bisikleta at iba pang mga application na nangangailangan ng mahabang ikot ng buhay at mataas na antas ng kaligtasan. Ngunit ang mga kawalan nito ay nagpapahirap sa mabilis na pag-unlad. Una, kumpara sa iba pang mga uri ng mga baterya ng lithium-ion, mas mahal ang mga ito dahil gumagamit sila ng mga bihirang at mamahaling hilaw na materyales. Bilang karagdagan, ang mga baterya ng lithium iron phosphate ay may mas mababang operating boltahe, na nangangahulugan na maaaring hindi angkop ang mga ito para sa ilang mga application na nangangailangan ng mas mataas na boltahe. Ang mas mahabang oras ng pag-charge nito ay ginagawang isang kawalan sa mga application na nangangailangan ng mabilis na pag-recharge.

l Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Ang mga baterya ng Lithium Nickel manganese Cobalt Oxide, na kadalasang kilala bilang mga baterya ng NMC, ay gawa sa iba't ibang materyales na pangkalahatan sa mga baterya ng lithium-ion. Kasama ang isang cathode na gawa sa halo ng nickel, manganese, at cobalt Ang mataas na densidad ng enerhiya nito, mahusay na pagganap sa pagbibisikleta, at mahabang buhay ay ginawa itong unang pagpipilian sa mga de-koryenteng sasakyan, grid storage system, at iba pang mga application na may mataas na pagganap, na higit pang nag-ambag sa lumalagong katanyagan ng mga de-koryenteng sasakyan at renewable energy system. Upang madagdagan ang kapasidad, ang mga bagong electrolyte at additives ay ginagamit upang paganahin itong mag-charge sa 4.4V/cell at mas mataas. May trend patungo sa NMC-blended Li-ion dahil ang system ay cost-effective at nagbibigay ng magandang performance. Ang Nickel, manganese, at cobalt ay tatlong aktibong materyales na maaaring madaling pagsamahin upang umangkop sa malawak na hanay ng mga automotive at energy storage system (EES) na mga application na nangangailangan ng madalas na pagbibisikleta.

 Mula sa kung saan makikita natin ang pamilya ng NMC ay nagiging mas magkakaibang

Gayunpaman, ang mga side effect nito ng thermal runaway, mga panganib sa sunog at mga alalahanin sa kapaligiran ay maaaring makahadlang sa karagdagang pag-unlad nito.

l Lithium Titanate

Ang Lithium titanate, kadalasang kilala bilang li-titanate, ay isang uri ng baterya na dumarami ang mga gamit. Dahil sa napakahusay nitong nanotechnology, nagagawa nitong mabilis na mag-charge at mag-discharge habang pinapanatili ang isang matatag na boltahe, na ginagawang angkop para sa mga high-power na application tulad ng mga de-koryenteng sasakyan, komersyal at pang-industriya na mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya, at imbakan sa antas ng grid. Kasama ng kaligtasan at pagiging maaasahan nito, ang mga bateryang ito ay maaaring gamitin para sa mga aplikasyon ng militar at aerospace, pati na rin sa pag-iimbak ng hangin at solar na enerhiya at pagbuo ng mga smart grid. Higit pa rito, ayon sa Battery Space, ang mga bateryang ito ay maaaring gamitin sa mga backup na kritikal sa sistema ng kuryente Gayunpaman, ang mga baterya ng lithium titanate ay may posibilidad na maging mas mahal kaysa sa tradisyonal na mga baterya ng lithium-ion dahil sa kumplikadong proseso ng paggawa na kinakailangan upang makagawa ng mga ito.

5. Ang Mga Trend ng Pag-unlad ng Mga Baterya ng Lithium Ion

Ang pandaigdigang paglago ng renewable energy installation ay nagpapataas ng pasulput-sulpot na produksyon ng enerhiya, na lumilikha ng hindi balanseng grid. Ito ay humantong sa isang pangangailangan para sa mga baterya. habang ang pagtuon sa zero carbon emissions at kailangang lumayo mula sa fossil fuels, katulad ng karbon, para sa power production ay nag-uudyok sa mas maraming pamahalaan na magbigay ng insentibo sa solar at wind power installations. Ang mga pag-install na ito ay nagpapahiram sa kanilang mga sarili sa mga sistema ng imbakan ng baterya na nag-iimbak ng labis na kapangyarihan na nabuo. Samakatuwid, ang mga insentibo ng gobyerno na magbigay ng insentibo sa mga pag-install ng baterya ng Li-ion ay nagtutulak din sa pagbuo ng mga baterya ng lithium ion. Halimbawa, ang pandaigdigang laki ng merkado ng NMC Lithium-Ion Baterya ay inaasahang lalago mula US$ milyon sa 2022 hanggang US$ milyon sa 2029; ito ay inaasahang lalago sa isang CAGR na % mula 2023 hanggang 2029  At ang pagtaas ng mga pangangailangan ng mga application na humihingi ng mabibigat na pagkarga ay inaasahang gagawing ang mga baterya ng lithium ion na 3000-10000 ang pinakamabilis na lumalagong segment sa panahon ng pagtataya (2022-2030).

6 Ang pagsusuri sa pamumuhunan ng Lithium Ion Baterya

Ang industriya ng merkado ng mga baterya ng lithium ion ay inaasahang lalago mula sa USD 51.16 bilyon sa 2022 hanggang USD 118.15 bilyon sa 2030, na nagpapakita ng isang tambalang taunang rate ng paglago na 4.72% sa panahon ng pagtataya (2022-2030), na nakasalalay sa ilang mga kadahilanan.

l Pagsusuri ng End-User

Ang mga pag-install ng sektor ng utility ay mga pangunahing driver para sa mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya (BESS). Ang segment na ito ay inaasahang lalago mula $2.25 bilyon noong 2021 hanggang $5.99 bilyon noong 2030 sa isang CAGR na 11.5%.  Ang mga baterya ng Li-ion ay nagpapakita ng mas mataas na 34.4% CAGR dahil sa kanilang mababang base ng paglago. Ang mga segment ng imbakan ng residensyal at komersyal na enerhiya ay iba pang mga lugar na may malaking potensyal sa merkado na $5.51 bilyon noong 2030, mula sa $1.68 bilyon noong 2021. Ang sektor ng industriya ay nagpapatuloy sa kanyang martsa patungo sa zero carbon emissions, kasama ang mga kumpanya na gumagawa ng net-zero na mga pangako sa susunod na dalawang dekada. Ang mga kumpanya ng telecom at data center ay nangunguna sa pagbabawas ng mga carbon emission na may mas mataas na pokus sa renewable energy power sources Lahat ng ito ay magtataguyod ng mabilis na pag-unlad ng  mga baterya ng lithium ion habang ang mga kumpanya ay naghahanap ng mga paraan upang matiyak ang maaasahang backup at pagbabalanse ng grid.

l Pagsusuri ng Uri ng Produkto

Dahil sa mataas na presyo ng cobalt, ang cobalt-free na baterya ay isa sa mga uso sa pag-unlad ng mga lithium-ion na baterya. Ang mataas na boltahe na LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) na may mataas na teoretikal na density ng enerhiya ay isa sa mga pinaka-promising na Co-free na mga materyales ng cathode sa higit pa. Dagdag pa, pinatunayan ng mga eksperimentong resulta na ang pagganap ng pagbibisikleta at C-rate ng baterya ng LNMO ay napabuti sa pamamagitan ng paggamit ng semi-solid electrolyte. Ito ay maaaring imungkahi na ang anionic COF ay may kakayahang sumipsip ng malakas sa Mn3+/Mn2+ at Ni2+ sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb, na pinipigilan ang kanilang mapanirang paglipat sa anode. Samakatuwid, ang gawaing ito ay magiging kapaki-pakinabang sa komersyalisasyon ng LNMO cathode material.

l Pagsusuri sa rehiyon

Ang Asia-Pacific ang magiging pinakamalaking nakatigil na merkado ng baterya ng lithium-ion sa 2030, na hinihimok ng mga utility at industriya. Aabutan nito ang Hilagang Amerika at Europa na may merkado na $7.07 bilyon noong 2030, na lumalaki mula sa $1.24 bilyon noong 2021 sa isang CAGR na 21.3%. Ang North America at Europe ang magiging susunod na pinakamalaking merkado dahil sa kanilang mga layunin na i-decarbonize ang kanilang mga ekonomiya at grid sa susunod na dalawang dekada. Makikita ng LATAM ang pinakamataas na rate ng paglago sa isang CAGR na 21.4% dahil sa mas maliit na sukat at mababang base nito.

7 Mga Bagay na Dapat Isaalang-alang para sa De-kalidad na Lithium Ion Baterya

Kapag bumibili ng isang optical solar inverter, hindi lamang ang presyo at kalidad ang dapat isaalang-alang, ang iba pang mga kadahilanan ay dapat ding tandaan.

l Densidad ng Enerhiya

Ang Densidad ng Enerhiya ay ang dami ng enerhiyang nakaimbak sa bawat dami ng yunit. Ang mas mataas na density ng enerhiya na may mas kaunting timbang at laki ay mas malawak sa pagitan ng mga cycle ng pagsingil.

l  Kaligtasan

Ang kaligtasan ay isa pang kritikal na aspeto ng mga baterya ng lithium-ion mula noong mga pagsabog at sunog na maaaring mangyari habang nagcha-charge o nagdi-discharge, kaya kailangang pumili ng mga baterya na may pinahusay na mekanismo ng kaligtasan, tulad ng mga sensor ng temperatura at mga sangkap na nagbabawal.

l Uri

Isa sa mga pinakabagong trend sa industriya ng baterya ng lithium-ion ay ang pagbuo ng mga solid-state na baterya, na nag-aalok ng hanay ng mga benepisyo tulad ng mas mataas na density ng enerhiya at mas mahabang ikot ng buhay. Halimbawa, ang paggamit ng mga solid-state na baterya sa mga de-koryenteng sasakyan ay makabuluhang magpapataas ng kanilang kakayahan sa hanay at kaligtasan.

l Rate ng pagsingil

Ang rate ng pag-charge ay depende kung gaano kabilis ma-charge nang ligtas ang baterya. Minsan ang baterya ay tumatagal ng mahabang oras upang mag-charge bago sila magamit.

l habang-buhay

 Walang bateryang tumatakbo sa buong buhay ngunit may petsa ng pag-expire. Suriin ang petsa ng pag-expire bago bumili. Ang mga baterya ng Lithium ion ay may likas na mas mahabang buhay dahil sa chemistry nito ngunit ang bawat baterya ay naiiba sa isa't isa depende sa uri, mga detalye at kung paano ginawa ang mga ito. Ang mga de-kalidad na baterya ay tatagal nang mas matagal dahil ang mga ito ay gawa sa magagandang materyales sa loob.