Lityum İyon Piller Nedir?

1 Lityum İyon Piller Nedir？

Pil, elektrikli cihazlara güç sağlamak için harici bağlantılara sahip bir veya daha fazla elektrokimyasal hücreden oluşan bir elektrik güç kaynağıdır. Lityum-iyon veya Li-iyon pil, enerji depolamak için lityum iyonlarının tersinir indirgenmesini kullanan ve yüksek enerji yoğunluğuyla ünlü bir tür şarj edilebilir pildir.

2 Lityum İyon Pillerin Yapısı

Genel olarak çoğu ticari Li-ion Pil, aktif malzeme olarak interkalasyon bileşiklerini kullanır. Tipik olarak pilin enerjiyi depolamasını ve serbest bırakmasını sağlayan anot, katot, elektrolit, ayırıcı ve akım toplayıcı gibi elektrokimyasal süreci kolaylaştırmak için belirli bir sırayla düzenlenmiş birkaç malzeme katmanından oluşurlar.

Anot nedir?

Pilin bir bileşeni olan anot, pilin kapasitesinde, performansında ve dayanıklılığında önemli bir rol oynar. Şarj ederken, grafit anot lityum iyonlarının kabul edilmesinden ve depolanmasından sorumludur. Pil boşaldığında lityum iyonları anottan katoda doğru hareket ederek bir elektrik akımı oluşur. Genel olarak ticari olarak en yaygın kullanılan anot, LiC6'nın tamamen lityumlaştırılmış durumunda 1339 C/g (372 mAh/g) maksimum kapasiteye karşılık gelen grafittir. Ancak teknolojilerin gelişmesiyle birlikte lityum iyon pillerin enerji yoğunluklarını iyileştirmek için silikon gibi yeni malzemeler araştırılmaya başlandı.

Katot nedir?

Katot, mevcut döngüler sırasında pozitif yüklü lityum iyonlarını kabul etmek ve serbest bırakmak için çalışır. Genellikle, bir yük toplayıcı (genellikle alüminyumdan yapılmış) üzerine kaplanmış katmanlı bir oksit (lityum kobalt oksit gibi), bir polianyon (lityum demir fosfat gibi) veya bir spinelden (lityum manganez oksit gibi) oluşan katmanlı bir yapıdan oluşur. 

Elektrolit nedir?

Organik bir çözücü içindeki lityum tuzu olarak elektrolit, şarj ve deşarj sırasında lityum iyonlarının anot ve katot arasında hareket etmesi için bir ortam görevi görür.

ayırıcı nedir?

İnce bir membran veya iletken olmayan malzeme tabakası olarak ayırıcı, anotun (negatif elektrot) ve katodun (pozitif elektrot) kısa devre yapmasını önlemek için çalışır, çünkü bu katman lityum iyonlarına karşı geçirgendir ancak elektronlara karşı geçirgen değildir. Ayrıca şarj ve deşarj sırasında elektrotlar arasında iyonların sabit akışını da sağlayabilir. Bu nedenle pil sabit bir voltajı koruyabilir ve aşırı ısınma, yanma veya patlama riskini azaltabilir.

Mevcut koleksiyoncu nedir?

Akım toplayıcı, pilin elektrotları tarafından üretilen akımı toplamak ve bunu harici devreye taşımak için tasarlanmıştır; bu, pilin optimum performansını ve uzun ömürlülüğünü sağlamak için önemlidir. Ve genellikle ince bir alüminyum veya bakır levhadan yapılır.

3 Lityum İyon Pillerin Gelişim Tarihi

Şarj edilebilir Li-ion piller üzerine yapılan araştırmalar 1960'lı yıllara dayanmaktadır; en eski örneklerden biri NASA tarafından geliştirilen CuF2/Li pildir. 1965 1970'lerde petrol krizi dünyayı vurduğunda, araştırmacılar dikkatlerini alternatif enerji kaynaklarına çevirdiler, böylece modern Li-ion pillerin en eski formunu üreten atılım, lityum iyon pillerin hafifliği ve yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle yapıldı. Aynı zamanda Exxon'dan Stanley Whittingham, şarj edilebilir bir pil oluşturmak için lityum iyonlarının TiS2 gibi malzemelere eklenebileceğini keşfetti. 

Bu pili ticarileştirmeye çalıştı ancak maliyetinin yüksek olması ve hücrelerde metalik lityum bulunması nedeniyle başarısız oldu. 1980 yılında, daha yüksek bir voltaj sunan ve havada çok daha kararlı olan yeni bir malzeme keşfedildi; bu malzeme daha sonra ilk ticari Li-ion pilde kullanılacaktı, ancak tek başına kalıcı yanıcılık sorununu çözmedi. Aynı yıl Rachid Yazami lityum grafit elektrodu (anot) icat etti. Daha sonra 1991 yılında dünyanın ilk şarj edilebilir lityum iyon pilleri pazara girmeye başladı. 2000'li yıllarda taşınabilir elektronik cihazların popüler hale gelmesiyle lityum iyon pillere olan talep arttı ve bu da lityum iyon pillerin daha güvenli ve dayanıklı olmasını sağladı. 2010'lu yıllarda elektrikli araçların piyasaya sürülmesi lityum iyon piller için yeni bir pazar yarattı 

Silikon anotlar ve katı hal elektrolitler gibi yeni üretim süreçlerinin ve malzemelerinin geliştirilmesi, lityum iyon pillerin performansını ve güvenliğini artırmaya devam etti. Günümüzde lityum-iyon piller günlük hayatımızın vazgeçilmezi haline gelmiş olduğundan, bu pillerin performansını, verimliliğini ve güvenliğini artırmak için yeni malzeme ve teknolojilerin araştırılması ve geliştirilmesi devam etmektedir.

4.Lityum İyon Pil Çeşitleri

Lityum-iyon piller çeşitli şekil ve boyutlarda mevcuttur ve hepsi eşit değildir. Normalde beş çeşit lityum iyon pil vardır.

l Lityum Kobalt Oksit

Lityum kobalt oksit piller, lityum karbonat ve kobalttan üretilir ve aynı zamanda lityum kobaltat veya lityum iyon kobalt piller olarak da bilinir. Bir kobalt oksit katodu ve bir grafit karbon anodu vardır ve lityum iyonları, deşarj sırasında anottan katoda göç eder ve pil şarj edildiğinde akış tersine döner. Uygulama alanına gelince, yüksek spesifik enerjileri, düşük kendi kendine deşarj oranları, yüksek çalışma voltajı ve geniş sıcaklık aralıkları nedeniyle taşınabilir elektronik cihazlarda, elektrikli araçlarda ve yenilenebilir enerji depolama sistemlerinde kullanılırlar. Ancak ilgili güvenlik kaygılarına dikkat edin. yüksek sıcaklıklarda termal kaçak ve kararsızlık potansiyeline karşı.

l Lityum Manganez Oksit

Lityum Manganez Oksit (LiMn2O4), lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan bir katot malzemesidir. Bu tür pillerin teknolojisi ilk olarak 1980'lerde, ilk olarak 1983 yılında Malzeme Araştırma Bülteni'nde yayınlanmasıyla keşfedildi. LiMn2O4'ün avantajlarından biri, iyi bir termal kararlılığa sahip olmasıdır; bu, diğer lityum iyon pil türlerine göre daha güvenli olan termal kaçak yaşama olasılığının daha düşük olduğu anlamına gelir. Ayrıca manganezin bol miktarda bulunması ve yaygın olarak bulunabilmesi, kobalt gibi sınırlı kaynaklar içeren katot malzemelerine kıyasla onu daha sürdürülebilir bir seçenek haline getiriyor. Sonuç olarak tıbbi ekipman ve cihazlarda, elektrikli aletlerde, elektrikli motosikletlerde ve diğer uygulamalarda sıklıkla bulunurlar. Avantajlarına rağmen LiMn2O4, LiCoO2'ye kıyasla daha zayıf döngü stabilitesine sahiptir; bu da onun daha sık değiştirilmesi gerekebileceği anlamına gelir, dolayısıyla uzun vadeli enerji depolama sistemleri için o kadar da uygun olmayabilir.

l Lityum Demir Fosfat (LFP)

Fosfat, genellikle li-fosfat piller olarak bilinen lityum demir fosfat pillerde katot olarak kullanılır. Düşük dirençleri termal kararlılıklarını ve güvenliklerini artırmıştır Ayrıca dayanıklılıkları ve uzun ömürleriyle de ünlüdürler, bu da onları diğer lityum iyon pil türlerine göre en uygun maliyetli seçenek haline getirir. Sonuç olarak bu piller, elektrikli bisikletlerde ve uzun ömür ve yüksek düzeyde güvenlik gerektiren diğer uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Ancak dezavantajları hızlı gelişmeyi zorlaştırıyor. Birincisi, diğer lityum iyon pil türleriyle karşılaştırıldığında, nadir ve pahalı hammaddeler kullanmaları nedeniyle daha pahalıdırlar. Ayrıca lityum demir fosfat pillerin çalışma voltajı daha düşüktür, bu da daha yüksek voltaj gerektiren bazı uygulamalar için uygun olmayabilecekleri anlamına gelir. Şarj süresinin uzun olması, hızlı şarj gerektiren uygulamalarda dezavantaj oluşturmaktadır.

l Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit (NMC)

Genellikle NMC pilleri olarak bilinen Lityum Nikel manganez Kobalt Oksit piller, lityum iyon pillerde evrensel olan çeşitli malzemelerden yapılmıştır. Nikel, manganez ve kobalt karışımından yapılmış bir katot dahildir Yüksek enerji yoğunluğu, iyi çevrim performansı ve uzun kullanım ömrü, onu elektrikli araçlarda, şebeke depolama sistemlerinde ve diğer yüksek performanslı uygulamalarda ilk tercih haline getirmiştir; bu da elektrikli araçların ve yenilenebilir enerji sistemlerinin artan popülaritesine daha da katkıda bulunmuştur. Kapasiteyi arttırmak için, 4,4V/hücre ve daha yüksek değerlerde şarj edilmesini sağlayacak yeni elektrolitler ve katkı maddeleri kullanılır. Sistemin uygun maliyetli olması ve iyi performans sağlaması nedeniyle NMC karışımlı Li-ion'a doğru bir eğilim var. Nikel, manganez ve kobalt, sık sık çevrim gerektiren çok çeşitli otomotiv ve enerji depolama sistemleri (EES) uygulamalarına uyacak şekilde kolayca birleştirilebilen üç aktif malzemedir.

 Buradan NMC ailesinin giderek daha çeşitli hale geldiğini görebiliyoruz

Ancak termal kaçak, yangın tehlikeleri ve çevresel kaygılar gibi yan etkileri, daha da gelişmesini engelleyebilir.

l Lityum Titanat

Genellikle li-titanat olarak bilinen lityum titanat, giderek artan sayıda kullanıma sahip bir pil türüdür. Üstün nanoteknolojisi nedeniyle, sabit bir voltajı korurken hızlı bir şekilde şarj ve deşarj olabilmekte, bu da onu elektrikli araçlar, ticari ve endüstriyel enerji depolama sistemleri ve şebeke düzeyinde depolama gibi yüksek güçlü uygulamalar için çok uygun kılmaktadır. Bu piller, güvenlik ve güvenilirliğinin yanı sıra askeri ve havacılık uygulamalarının yanı sıra rüzgar ve güneş enerjisinin depolanması ve akıllı şebekelerin inşası için de kullanılabilir. Ayrıca Battery Space'e göre bu piller, güç sistemi sistemi açısından kritik yedeklemelerde kullanılabilir. Bununla birlikte, lityum titanat piller, bunları üretmek için gereken karmaşık imalat süreci nedeniyle geleneksel lityum iyon pillerden daha pahalı olma eğilimindedir.

5.Lityum İyon Pillerin Gelişim Eğilimleri

Yenilenebilir enerji tesislerinin küresel büyümesi, kesintili enerji üretimini artırarak dengesiz bir şebeke yarattı. Bu durum pillere yönelik bir talebe yol açtı. Sıfır karbon emisyonuna odaklanma ve enerji üretimi için fosil yakıtlardan, yani kömürden uzaklaşma ihtiyacı, daha fazla hükümeti güneş ve rüzgar enerjisi kurulumlarını teşvik etmeye yöneltti. Bu kurulumlar, üretilen fazla gücü depolayan batarya depolama sistemlerine uygundur. Bu nedenle, Li-ion pil kurulumlarını teşvik etmeye yönelik hükümet teşvikleri, aynı zamanda lityum iyon pillerin geliştirilmesini de teşvik ediyor Örneğin, küresel NMC Lityum-İyon Piller pazar büyüklüğünün 2022'de milyon ABD Dolarından 2029'da milyon ABD Dolarına çıkacağı öngörülüyor; 2023'ten itibaren %'lik bir Bileşik Büyüme Oranında büyümesi bekleniyor 2029  Ağır yük gerektiren uygulamaların artan ihtiyaçlarının, tahmin dönemi (2022-2030) boyunca 3000-10000 lityum iyon pillerini en hızlı büyüyen segment haline getireceği öngörülüyor.

6 Lityum İyon Pillerin yatırım analizi

Lityum iyon pil pazarı endüstrisinin 2022'de 51,16 milyar ABD dolarından 2030'a kadar 118,15 milyar ABD dolarına büyüyeceği ve çeşitli faktörlere bağlı olarak tahmin dönemi (2022-2030) boyunca %4,72'lik bir bileşik yıllık büyüme oranı sergileyeceği tahmin edilmektedir.

l Son Kullanıcı Analizi

Kamu hizmeti sektörü kurulumları, batarya enerji depolama sistemleri (BESS) için temel faktörlerdir. Bu segmentin 2021'de 2,25 milyar dolardan 2030'da %11,5'lik bir Bileşik Büyüme Oranıyla 5,99 milyar dolara çıkması bekleniyor.  Li-ion piller, düşük büyüme tabanlarından dolayı %34,4'lük daha yüksek bir CAGR gösterir. Konut ve ticari enerji depolama segmentleri, 2021'de 1,68 milyar dolardan 2030'da 5,51 milyar dolara kadar büyük pazar potansiyeline sahip diğer alanlardır. Sanayi sektörü, şirketlerin önümüzdeki yirmi yılda net sıfır emisyon taahhütleri vermesiyle sıfır karbon emisyonuna doğru yürüyüşünü sürdürüyor. Telekom ve veri merkezi şirketleri, yenilenebilir enerji güç kaynaklarına daha fazla odaklanarak karbon emisyonlarını azaltma konusunda ön saflarda yer alıyor Bunların hepsi hızlı gelişmeyi teşvik edecek  Şirketler güvenilir yedekleme ve şebeke dengeleme sağlamanın yollarını buldukça lityum iyon piller kullanılıyor.

l Ürün Tipi Analizi

Kobaltın yüksek fiyatı nedeniyle kobaltsız piller, lityum iyon pillerin gelişim trendlerinden biridir. Yüksek teorik enerji yoğunluğuna sahip yüksek voltajlı LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO), gelecekte en umut verici Co içermeyen katot malzemelerinden biridir. Ayrıca deneysel sonuçlar, LNMO pilinin çevrim ve C-oran performansının yarı katı elektrolit kullanılarak iyileştirildiğini kanıtladı. Bu, anyonik COF'nin, Coulomb etkileşimi yoluyla Mn3+/Mn2+ ve Ni2+'yı güçlü bir şekilde absorbe edebildiği ve bunların anoda yıkıcı göçünü sınırladığı önerilebilir. Dolayısıyla bu çalışma LNMO katot malzemesinin ticarileştirilmesine faydalı olacaktır.

l Bölgesel Analiz

Asya-Pasifik, 2030 yılına kadar kamu hizmetleri ve endüstrilerin yönlendirdiği en büyük sabit lityum iyon pil pazarı olacak. 2030'da 7,07 milyar dolarlık bir pazarla Kuzey Amerika ve Avrupa'yı geride bırakacak ve 2021'de 1,24 milyar dolardan %21,3'lük bir Bileşik Büyüme Oranına (CAGR) ulaşacak. Kuzey Amerika ve Avrupa, önümüzdeki yirmi yılda ekonomilerini ve şebekelerini karbondan arındırma hedefleri nedeniyle bir sonraki en büyük pazarlar olacak. LATAM, daha küçük boyutu ve düşük tabanı nedeniyle %21,4'lük bir Bileşik Büyüme Oranıyla en yüksek büyüme oranını görecek.

7 Yüksek Kaliteli Lityum İyon Piller İçin Dikkat Edilmesi Gerekenler

Optik solar invertör satın alırken sadece fiyat ve kalite dikkate alınmamalı, diğer faktörler de akılda tutulmalıdır.

l Enerji Yoğunluğu

Enerji yoğunluğu birim hacim başına depolanan enerji miktarıdır. Daha az ağırlık ve boyuta sahip daha yüksek enerji yoğunluğu, şarj döngüleri arasında daha kapsamlıdır.

ben  Emniyet

Şarj veya deşarj sırasında meydana gelebilecek patlama ve yangınlar nedeniyle lityum iyon pillerin bir diğer kritik yönü güvenliktir, bu nedenle sıcaklık sensörleri ve engelleyici maddeler gibi gelişmiş güvenlik mekanizmalarına sahip pillerin seçilmesi gerekir.

l Türü

Lityum iyon pil endüstrisindeki en son trendlerden biri, daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun ömür gibi çeşitli avantajlar sunan katı hal pillerin geliştirilmesidir. Örneğin elektrikli otomobillerde katı hal pillerinin kullanılması, onların menzil kabiliyetini ve güvenliğini önemli ölçüde artıracaktır.

l Şarj hızı

Şarj hızı, pilin güvenli bir şekilde ne kadar hızlı şarj edildiğine bağlıdır. Bazen pilin kullanılmadan önce şarj edilmesi uzun zaman alır.

l Ömrü

 Hiçbir pil tüm kullanım ömrü boyunca çalışmaz ancak son kullanma tarihi vardır. Satın almadan önce son kullanma tarihini kontrol edin. Lityum iyon piller, kimyası nedeniyle doğası gereği daha uzun bir ömre sahiptir ancak her pil, tipine, özelliklerine ve yapılma şekline bağlı olarak birbirinden farklılık gösterir. Yüksek kaliteli piller, içleri ince malzemelerden yapıldığından daha uzun süre dayanır.