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 pa 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 nababaligtad na pagbabawas ng lithium ions upang mag-imbak ng enerhiya at sikat ang kanilang mataas density ng enerhiya.

2. Ang Istraktura ng Lithium Ion Baterya

Sa pangkalahatan, ang karamihan sa mga komersyal na Li-ion na Baterya ay gumagamit ng mga intercalation compound bilang aktibong materyales. Karaniwang binubuo ang mga ito ng ilang layer ng mga materyales na nakaayos sa isang tiyak 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 responsable para sa pagtanggap at pag-iimbak ng mga lithium ions. Kapag ang baterya ay pinalabas, ang mga lithium ions ay lumipat mula sa anode patungo sa katod upang ang isang nalikha ang electric current. Karaniwan ang pinakakaraniwang ginagamit na pangkomersyo na anode ay grapayt, na sa ganap nitong lithiated na estado ng LiC6 ay nakakaugnay sa isang pinakamataas kapasidad na 1339 C/g (372 mAh/g). Ngunit sa pag-unlad ng mga teknolohiya, bago ang mga materyales tulad ng silikon ay sinaliksik upang mapabuti ang mga density 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 habang kasalukuyang mga 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 (gaya ng lithium manganese oxide) na pinahiran sa isang charge collector (karaniwan gawa sa aluminyo).

Ano ang electrolyte?

Bilang isang lithium salt sa isang organic solvent, ang electrolyte ay nagsisilbing medium para sa mga lithium ions na lumipat sa pagitan ng anode at cathode habang nagcha-charge at naglalabas.

Ano ang separator?

Bilang isang manipis na lamad o layer ng non-conductive na materyal, gumagana ang separator pigilan ang anode (negatibong elektrod) at katod (positibong elektrod) mula sa shorting, dahil ang layer na ito ay permeable sa mga lithium ions ngunit hindi sa mga electron. Ito maaari ring tiyakin ang tuluy-tuloy na daloy ng mga ion sa pagitan ng mga electrodes habang nagcha-charge at pagdiskarga. Samakatuwid, ang baterya ay maaaring mapanatili ang isang matatag na boltahe at mabawasan ang panganib ng sobrang init, 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 gawa 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 Ang pinakamaagang halimbawa ay isang CuF2/Li na baterya na binuo ng NASA noong 1965. At krisis sa langis tumama sa mundo noong 1970s, ibinaling ng mga mananaliksik ang kanilang atensyon sa alternatibo pinagmumulan ng enerhiya, kaya ang pambihirang tagumpay na gumawa ng pinakamaagang anyo ng Ang modernong Li-ion na baterya ay ginawa dahil sa magaan na timbang at mataas na enerhiya density ng mga baterya ng lithium ion. Kasabay nito, si Stanley Whittingham ng Exxon natuklasan na ang mga lithium ions ay maaaring ipasok sa mga materyales tulad ng TiS2 hanggang lumikha ng rechargeable na baterya 

Kaya sinubukan niyang i-commercial ang bateryang ito ngunit nabigo dahil sa mataas na gastos at pagkakaroon ng metallic lithium sa mga cell. Noong 1980, natagpuan ang bagong materyal na nag-aalok ng mas mataas na boltahe at higit pa 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 flammability.Sa parehong taon, naimbento ni Rachid Yazami ang lithium graphite elektrod (anode). At pagkatapos noong 1991, ang unang rechargeable lithium-ion sa mundo ang mga baterya ay nagsimulang pumasok sa merkado 

Noong 2000s, ang pangangailangan para sa lithium-ion tumaas ang mga baterya habang naging popular ang mga portable na elektronikong device, na nagtutulak ang mga baterya ng lithium ion ay mas ligtas at mas matibay. Ang mga de-kuryenteng 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 anod ng silikon at solid-state electrolytes, patuloy na pinahusay 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 pananaliksik at pagbuo ng mga bagong materyales at nagpapatuloy ang mga teknolohiya upang mapabuti ang pagganap, kahusayan, at kaligtasan ng ang mga bateryang ito.

4.Ang Mga Uri ng Lithium Ion Baterya

Iba't ibang hugis at sukat ang mga bateryang Lithium-ion, at hindi lahat sila 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 isang graphite carbon anode, at mga lithium ions lumipat mula sa anode patungo sa katod sa panahon ng paglabas, na ang daloy ay bumabaligtad kapag na-charge ang baterya. Tulad ng para sa aplikasyon nito, ginagamit ang mga ito sa portable mga elektronikong kagamitan, mga de-koryenteng sasakyan, at mga sistema ng imbakan ng nababagong enerhiya dahil sa kanilang mataas na tiyak na enerhiya, mababang self-discharge rate, mataas na operating boltahe at malawak na hanay ng temperatura. Ngunit bigyang-pansin ang mga alalahanin sa kaligtasan nauugnay sa potensyal para sa thermal runaway at kawalang-tatag sa mataas mga temperatura.

l Lithium Manganese Oxide

Ang Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) ay isang cathode material na karaniwang ginagamit sa mga baterya ng lithium-ion. Ang teknolohiya para sa ganitong uri ng baterya ay noong una natuklasan noong 1980s, kasama ang unang publikasyon sa Materials Research Bulletin noong 1983. Isa sa mga bentahe ng LiMn2O4 ay mayroon itong magandang thermal katatagan, na nangangahulugan na ito ay mas malamang na makaranas ng thermal runaway, na ay mas ligtas din kaysa sa iba pang mga uri ng baterya ng lithium-ion. Bilang karagdagan, ang mangganeso 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 motorsiklo, at iba pang mga aplikasyon. Sa kabila ng mga pakinabang nito, ang LiMn2O4 ay mas mahirap katatagan ng pagbibisikleta kumpara sa LiCoO2, na nangangahulugan na maaaring mangailangan ito ng higit pa madalas na pagpapalit, kaya maaaring hindi ito angkop para sa pangmatagalang imbakan ng enerhiya mga sistema.

l Lithium Iron Phosphate (LFP)

Ang Phosphate ay ginagamit bilang isang cathode sa mga baterya ng lithium iron phosphate, madalas kilala bilang mga li-phosphate na baterya. Ang kanilang mababang pagtutol ay nagpapabuti sa kanilang thermal katatagan at kaligtasan. Sila ay sikat din sa tibay at mahabang ikot ng buhay, na ginagawa silang pinaka-cost-effective na opsyon sa iba pang mga uri ng lithium-ion mga baterya. Dahil dito, ang mga bateryang ito ay madalas na ginagamit sa mga electric bike 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 bihira ang ginagamit nila at mamahaling hilaw na materyales. Bilang karagdagan, ang mga baterya ng lithium iron phosphate ay may a mas mababang operating boltahe, na nangangahulugan na ang mga ito ay maaaring hindi angkop para sa ilan mga application na nangangailangan ng mas mataas na boltahe. Ang mas mahabang oras ng pag-charge nito ay ginagawa itong a kawalan sa mga application na nangangailangan ng mabilis na recharge.

l Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)

Lithium Nickel manganese Cobalt Oxide na mga baterya, kadalasang kilala bilang NMC mga baterya, ay gawa sa iba't ibang materyales na unibersal sa mga baterya ng lithium-ion. Isang cathode na gawa sa halo ng nickel, manganese, at kobalt ay kasama. Ang mataas na density ng enerhiya nito, mahusay na pagganap ng pagbibisikleta, at a Ang 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-kuryenteng sasakyan at renewable energy system. Upang dagdagan ang kapasidad, ang mga bagong electrolyte at additives ay ginagamit upang paganahin ito singilin sa 4.4V/cell at mas mataas 

Mayroong trend patungo sa NMC-blended Li-ion mula noon ang sistema ay cost-effective at nagbibigay ng mahusay na pagganap. Nikel, mangganeso, at kobalt ay tatlong aktibong materyales na maaaring madaling pagsamahin upang umangkop sa isang malawak hanay ng mga automotive at energy storage system (EES) na mga application na nangangailangan madalas na pagbibisikleta. Mula sa kung saan makikita natin ang pamilya ng NMC ay nagiging higit pa diverse Gayunpaman, ang mga epekto nito ng thermal runaway, mga panganib sa sunog at kapaligiran ang mga alalahanin 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 mayroong a dumaraming bilang ng mga gamit. Dahil sa superyor na nanotechnology nito, nagagawa nitong mabilis na nag-charge at naglalabas habang pinapanatili ang isang matatag na boltahe, na ginagawang ito angkop para sa mga high-power na aplikasyon tulad ng mga de-koryenteng sasakyan, komersyal at mga sistema ng imbakan ng enerhiya sa industriya, at imbakan sa antas ng grid 

Kasama nito kaligtasan at pagiging maaasahan, ang mga bateryang ito ay maaaring gamitin para sa militar at aerospace mga application, pati na rin ang pag-iimbak ng hangin at solar na enerhiya at pagbuo ng matalino mga grids. Higit pa rito, ayon sa Battery Space, ang mga bateryang ito ay maaaring ginagamit sa mga backup na kritikal sa sistema ng kuryente. Gayunpaman, ang lithium titanate ang mga baterya ay malamang na mas mahal kaysa sa tradisyonal na mga bateryang lithium-ion na dapat bayaran sa masalimuot na proseso ng katha 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 tumaas pasulput-sulpot na produksyon ng enerhiya, na lumilikha ng hindi balanseng grid. Ito ay humantong sa isang demand para sa mga baterya.habang ang focus sa zero carbon emissions at kailangan upang ilipat malayo sa fossil fuels, lalo na ang karbon, para sa mas mabilis na paggawa ng kuryente pamahalaan na magbigay ng insentibo sa solar at wind power installations. Ang mga ito Ang mga pag-install ay nagpapahiram sa mga sistema ng imbakan ng baterya na nag-iimbak ng labis na kapangyarihan nabuo 

Samakatuwid, insentibo ng gobyerno na bigyang-insentibo ang Li-ion na baterya Ang mga pag-install 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 sa US$ milyon noong 2022 hanggang US$ milyon noong 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 mabigat ang mga load ay inaasahang gagawing pinakamabilis ang mga baterya ng lithium ion na 3000-10000 lumalaking 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 noong 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 depende sa ilang mga kadahilanan.

l Pagsusuri ng End-User

Ang mga pag-install ng sektor ng utility ay mga pangunahing driver para sa pag-iimbak ng enerhiya ng baterya mga sistema (BESS). Ang segment na ito ay inaasahang lalago mula $2.25 bilyon sa 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. Residential at komersyal na imbakan ng enerhiya ang mga segment ay iba pang mga lugar na may malaking potensyal sa merkado na $5.51 bilyon sa 2030, mula sa $1.68 bilyon noong 2021. Ang sektor ng industriya ay nagpapatuloy sa kanyang martsa patungo zero carbon emissions, kasama ang mga kumpanyang gumagawa ng net-zero pledges sa susunod na dalawa mga dekada. Ang mga kumpanya ng telecom at data center ay nangunguna sa pagbabawas carbon emissions na may mas mataas na pokus sa renewable energy power sources. Lahat na kung saan ay magtataguyod ng mabilis na pag-unlad ng mga baterya ng lithium ion bilang 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 baterya ng lithium-ion. 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 cathode materyales sa karagdagang. Dagdag pa, pinatunayan iyon ng mga eksperimentong resulta ang pagbibisikleta at C-rate na pagganap ng LNMO na baterya ay napabuti sa pamamagitan ng paggamit ng semi-solid electrolyte. Ito ay maaaring imungkahi na ang anionic COF ay may kakayahang malakas na sumisipsip ng Mn3+/Mn2+ at Ni2+ sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb, pinipigilan ang kanilang mapanirang paglipat sa anode. Samakatuwid, ang gawaing ito ay maging 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 pamamagitan ng 2030, na hinimok ng mga utility at industriya. Aabutan nito ang North America at Europe na may market na $7.07 bilyon noong 2030, lumalago mula sa $1.24 bilyon sa 2021 sa isang CAGR na 21.3%. Hilagang Amerika at Europa ang susunod na pinakamalaki mga merkado dahil sa kanilang mga layunin na i-decarbonize ang kanilang mga ekonomiya at grid sa susunod dalawang dekada. Makikita ng LATAM ang pinakamataas na rate ng paglago sa isang CAGR na 21.4% dahil ng mas maliit na sukat nito at mababang base.

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

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

l Densidad ng Enerhiya

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

l Kaligtasan

Ang kaligtasan ay isa pang kritikal na aspeto ng mga baterya ng lithium-ion mula noong mga pagsabog at mga sunog na maaaring mangyari habang nagcha-charge o naglalabas, 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 uso 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 Ang mga solid-state na baterya sa mga de-koryenteng sasakyan ay makabuluhang tataas ang kanilang saklaw kakayahan 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 pag-expire petsa bago bumili. Ang mga baterya ng Lithium ion ay may likas na mas mahaba buhay dahil sa kimika nito ngunit ang bawat baterya ay naiiba sa bawat isa depende sa ang uri, mga detalye at ang paraan ng paggawa ng mga ito. Mataas na kalidad ng mga baterya ay mas tumatagal dahil gawa sila sa mga pinong materyales sa loob.