Lityum İyon Piller Nedir?

1. Lityum İyon Piller Nedir?

Pil, bir veya daha fazla parçadan oluşan bir elektrik güç kaynağıdır. elektrikli cihazlara güç sağlamak için harici bağlantılara sahip elektrokimyasal hücreler. Lityum-iyon veya Li-iyon pil, şarj edilebilir pilin bir türüdür ve Enerji depolamak için lityum iyonlarının geri dönüşümlü olarak indirgenmesi ve yüksek özellikleriyle ünlüdür. enerji yoğunluğu.

2. Lityum İyon Pillerin Yapısı

Genellikle ticari Li-ion Pillerin çoğu interkalasyon bileşiklerini kullanır. aktif malzemeler. Tipik olarak birkaç malzeme katmanından oluşurlar. elektrokimyasal prosesi kolaylaştırmak için belirli bir sıraya göre düzenlenmiştir. pilin enerjiyi depolamasını ve serbest bırakmasını sağlar - anot, katot, elektrolit, ayırıcı ve akım toplayıcı.

Anot nedir?

Pilin bir bileşeni olan anot, kapasitede önemli bir rol oynar. Pilin performansı ve dayanıklılığı. Şarj ederken grafit anot Lityum iyonlarının kabul edilmesinden ve depolanmasından sorumludur. Pil ne zaman boşaltıldığında lityum iyonları anottan katoda doğru hareket eder, böylece elektrik akımı oluşturulur. Genellikle ticari olarak en yaygın kullanılan anot LiC6'nın tamamen lityumlaştırılmış durumunda maksimum bir değere karşılık gelen grafittir. 1339 C/g (372 mAh/g) kapasite. Ancak teknolojilerin gelişmesiyle birlikte yeni Enerji yoğunluklarını iyileştirmek için silikon gibi malzemeler araştırılmıştır. lityum iyon piller için.

Katot nedir?

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

Elektrolit nedir?

Organik bir çözücüde lityum tuzu olarak elektrolit, bir ortam görevi görür Lityum iyonlarının şarj sırasında anot ve katot arasında hareket etmesi ve Boşaltma.

ayırıcı nedir?

İnce bir membran veya iletken olmayan malzeme tabakası olarak ayırıcı, Anotun (negatif elektrot) ve katodun (pozitif elektrot) Kısa devre, çünkü bu katman lityum iyonlarına karşı geçirgendir ancak elektronlara karşı geçirgen değildir. BT şarj sırasında elektrotlar arasında sabit iyon akışını da sağlayabilir ve boşaltılıyor. Bu nedenle pil sabit bir voltajı koruyabilir ve azaltabilir aşırı ısınma, yanma veya patlama riski.

Mevcut koleksiyoncu nedir?

Akım toplayıcı, üretilen akımı toplamak için tasarlanmıştır. pilin elektrotlarına bağlanır ve onu harici devreye taşır. 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'lara kadar uzanıyor. En eski örnek, 1965 yılında NASA tarafından geliştirilen CuF2/Li pildir. Ve petrol krizi 1970'li yıllarda dünyaya çarpmasıyla birlikte araştırmacılar dikkatlerini alternatif araştırmalara yöneltti. enerji kaynakları, yani dünyanın en eski biçimini üreten atılım modern Li-ion pil, hafifliği ve yüksek enerjisi nedeniyle yapıldı lityum iyon pillerin yoğunluğu. Aynı zamanda Exxon'dan Stanley Whittingham Lityum iyonlarının TiS2 gibi malzemelere eklenebileceğini keşfetti. şarj edilebilir bir pil oluşturun 

Bu pili ticarileştirmeye çalıştı ama yüksek maliyet ve hücrelerde metalik lityum bulunması nedeniyle başarısız oldu. 1980'de daha yüksek voltaj sunan ve çok daha yüksek voltaj sunan yeni bir malzeme bulundu. Daha sonra ilk ticari Li-ion pilde kullanılacak olan, havada stabil olan, her ne kadar kalıcı sorunu tek başına çözemese de yanıcılık. Aynı yıl Rachid Yazami lityum grafiti icat etti elektrot (anot). Ve 1991'de dünyanın ilk şarj edilebilir lityum iyonu Piller pazara girmeye başladı 

2000'li yıllarda lityum iyona olan talep Taşınabilir elektronik cihazlar popüler hale geldikçe piller arttı. lityum iyon pillerin daha güvenli ve daha dayanıklı olmasını sağlar. Elektrikli araçlar vardı 2010'larda piyasaya sürülen lityum iyon piller için yeni bir pazar yarattı. silikon anotlar gibi yeni üretim süreçlerinin ve malzemelerinin geliştirilmesi ve katı hal elektrolitleri, performansı ve güvenliği artırmaya devam etti. lityum iyon piller. Günümüzde lityum iyon piller vazgeçilmez hale geldi günlük yaşamımızda, dolayısıyla yeni malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi ve performansını, verimliliğini ve güvenliğini iyileştirmeye yönelik teknolojiler devam etmektedir. bu piller.

4.Lityum İyon Pil Çeşitleri

Lityum-iyon piller çeşitli şekil ve boyutlarda mevcuttur; bunlar eşit hale getirilir. Normalde beş çeşit lityum iyon pil vardır.

l Lityum Kobalt Oksit

Lityum kobalt oksit piller, lityum karbonattan üretilir ve kobalt ve aynı zamanda lityum kobaltat veya lityum iyon kobalt piller olarak da bilinir. Kobalt oksit katodu, grafit karbon anodu ve lityum iyonları vardır. Deşarj sırasında akışın tersine dönmesiyle anottan katoda göç eder pil şarj edildiğinde. Uygulamasına gelince, taşınabilir olarak kullanılırlar. elektronik cihazlar, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji depolama sistemleri Yüksek spesifik enerjileri, düşük kendi kendine deşarj oranları, yüksek çalışma hızları nedeniyle voltaj ve geniş sıcaklık aralığı. Ancak güvenlik endişelerine dikkat edin yüksek sıcaklıklarda termal kaçak ve kararsızlık potansiyeli ile ilgili sıcaklıklar.

l Lityum Manganez Oksit

Lityum Manganez Oksit (LiMn2O4), yaygın olarak kullanılan bir katot malzemesidir. lityum iyon pillerde. Bu tür pillerin teknolojisi başlangıçta 1980'lerde Material Research'te ilk yayınla keşfedildi 1983 tarihli bülten. LiMn2O4'ün avantajlarından biri iyi termal özelliklere sahip olmasıdır. stabilite, yani termal kaçak yaşama olasılığının daha düşük olduğu anlamına gelir; ayrıca diğer lityum iyon pil türlerine göre daha güvenlidir. Ayrıca manganez de bol ve yaygın olarak bulunabilmesi, onu daha sürdürülebilir bir seçenek haline getiriyor kobalt gibi sınırlı kaynaklar içeren malzemeleri katotlamak için. Sonuç olarak, sıklıkla tıbbi ekipman ve cihazlarda, elektrikli el aletlerinde, elektrikli aletlerde bulunurlar. motosikletler ve diğer uygulamalar. Avantajlarına rağmen LiMn2O4 daha fakirdir LiCoO2 ile karşılaştırıldığında bisiklet stabilitesi daha fazla gerektirebileceği anlamına gelir sık sık değiştirildiğinden uzun süreli enerji depolamaya uygun olmayabilir sistemler.

l Lityum Demir Fosfat (LFP)

Fosfat, lityum demir fosfat pillerde katot olarak sıklıkla kullanılır. Li-fosfat piller olarak bilinir. Düşük dirençleri termal özelliklerini geliştirmiştir istikrar ve güvenlik. Ayrıca dayanıklılıkları ve uzun ömürleriyle de ünlüdürler. bu da onları diğer lityum iyon türlerine göre en uygun maliyetli seçenek haline getiriyor piller. Sonuç olarak bu piller elektrikli bisikletlerde sıklıkla kullanılıyor. ve uzun kullanım ömrü ve yüksek düzeyde güvenlik gerektiren diğer uygulamalar. Ancak dezavantajları hızlı gelişmeyi zorlaştırıyor. İlk olarak, karşılaştırıldığında diğer lityum iyon pil türleri, nadir kullanıldıkları için daha pahalıdırlar ve pahalı hammaddeler. Ayrıca lityum demir fosfat pillerin daha düşük çalışma voltajı, bu da bazı cihazlar için uygun olmayabilecekleri anlamına gelir Daha yüksek voltaj gerektiren uygulamalar. Daha uzun şarj süresi onu bir hızlı şarj gerektiren uygulamalarda dezavantajdır.

l Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit (NMC)

Genellikle NMC olarak bilinen Lityum Nikel manganez Kobalt Oksit piller Piller, evrensel olan çeşitli malzemelerden yapılmıştır. lityum iyon piller. Nikel, manganez ve karışımından yapılmış bir katot kobalt dahildir. Yüksek enerji yoğunluğu, iyi bisiklet performansı ve uzun ömrü onu elektrikli araçlarda, şebeke depolamada ilk tercih haline getirdi sistemleri ve diğer yüksek performanslı uygulamalar da katkıda bulunmuştur. Elektrikli araçların ve yenilenebilir enerji sistemlerinin artan popülaritesine. İle Kapasiteyi artırmak için yeni elektrolitler ve katkı maddeleri kullanılır. 4,4V/hücre ve üzeri şarj 

NMC karışımlı Li-ion'a doğru bir eğilim var sistem uygun maliyetlidir ve iyi performans sağlar. Nikel, manganez, ve kobalt geniş bir uygulama alanına uyacak şekilde kolayca birleştirilebilen üç aktif malzemedir. gerektiren otomotiv ve enerji depolama sistemleri (EES) uygulamaları yelpazesi sık bisiklet sürmek. Buradan NMC ailesinin giderek daha da büyüdüğünü görebiliyoruz. çeşitli Ancak termal kaçak, yangın tehlikeleri ve çevresel yan etkileri endişeler onun daha da gelişmesini engelleyebilir.

l Lityum Titanat

Genellikle li-titanat olarak bilinen lityum titanat, bir pil türüdür. kullanım sayısı artıyor. Üstün nanoteknolojisi sayesinde Sabit bir voltajı korurken hızla şarj ve deşarj olur, bu da onu yapar elektrikli araçlar, ticari araçlar gibi yüksek güçlü uygulamalar için çok uygundur ve endüstriyel enerji depolama sistemleri ve şebeke düzeyinde depolama 

Onunla birlikte Güvenlik ve güvenilirlik açısından bu piller askeri ve havacılıkta kullanılabilir uygulamalarının yanı sıra rüzgar ve güneş enerjisinin depolanması ve akıllı inşa edilmesi ızgaralar. Ayrıca Battery Space'e göre bu piller güç sistemi sistemi açısından kritik yedeklemelerde kullanılır. Bununla birlikte lityum titanat piller geleneksel lityum iyon pillerden daha pahalı olma eğilimindedir. bunları üretmek için gereken karmaşık imalat sürecine.

5.Lityum İyon Pillerin Gelişim Eğilimleri

Yenilenebilir enerji tesislerinin küresel büyümesi arttı aralıklı enerji üretimi, dengesiz bir şebeke yaratıyor. Bu şuna yol açtı: pillere olan talep. sıfır karbon emisyonuna odaklanılıyor ve hareket edilmesi gerekiyor Enerji üretimi için fosil yakıtlardan, yani kömürden uzaklaşmak, daha fazlasını teşvik eder Hükümetler güneş ve rüzgar enerjisi kurulumlarını teşvik edecek. Bunlar kurulumlar, fazla gücü depolayan batarya depolama sistemlerine uygundur oluşturulan 

Bu nedenle, Li-ion pili teşvik etmeye yönelik hükümet teşvikleri kurulumlar aynı zamanda lityum iyon pillerin geliştirilmesine de yön veriyor. Örneğin, küresel NMC Lityum-İyon Piller pazar büyüklüğünün ABD Dolarından büyüyeceği tahmin ediliyor 2022'de milyon ila 2029'da milyon ABD doları; %'lik bir Bileşik Büyüme Oranında büyümesi bekleniyor 2023'ten 2029'a kadar. Ve ağır uygulamalar gerektiren uygulamaların artan ihtiyaçları yüklerin 3000-10000 lityum iyon pilleri en hızlı hale getireceği tahmin ediliyor Tahmin dönemi boyunca (2022-2030) büyüyen segment.

6. Lityum İyon Pillerin yatırım analizi

Lityum iyon pil pazarı endüstrisinin 51,16 USD'den büyümesi bekleniyor 2022'de milyar doları 2030'da 118,15 milyar dolara, yıllık bileşik bir rakam sergileyerek tahmin dönemi (2022-2030) boyunca %4,72 büyüme oranı; çeşitli faktörler.

l Son Kullanıcı Analizi

Kamu hizmeti sektörü kurulumları, pil enerji depolaması için temel faktörlerdir sistemler (BESS). Bu segmentin 2021'de 2,25 milyar dolardan büyümesi bekleniyor 2030'da %11,5'lik bir Bileşik Büyüme Oranıyla 5,99 milyar dolar. Li-ion piller %34,4 daha yüksek bir değer gösteriyor Düşük büyüme tabanları nedeniyle CAGR. Konut ve ticari enerji depolama segmentler, 2030 yılında 5,51 milyar dolarlık büyük pazar potansiyeline sahip diğer alanlardır. 2021'de 1,68 milyar dolardan. Sanayi sektörü yoluna devam ediyor Şirketlerin önümüzdeki iki yılda net sıfır taahhütlerinde bulunmasıyla birlikte sıfır karbon emisyonu onlarca yıl. Telekom ve veri merkezi şirketleri azaltma konusunda ön saflarda yer alıyor Yenilenebilir enerji güç kaynaklarına daha fazla odaklanılarak karbon emisyonları. Tüm lityum iyon pillerin hızlı gelişimini destekleyecektir. şirketler güvenilir yedekleme ve şebeke dengeleme sağlamanın yollarını buluyor.

l Ürün Tipi Analizi

Kobaltın fiyatının yüksek olması nedeniyle kobaltsız piller Lityum iyon pillerin gelişim eğilimleri. Yüksek gerilim LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) Yüksek teorik enerji yoğunluğu ile en umut verici Co-free'lerden biridir katot malzemeleri ayrıca. Dahası, deney sonuçları şunu kanıtladı: LNMO pilinin döngü ve C-oran performansı, yarı katı elektrolit. Bu, anyonik COF'un yetenekli olduğu önerilebilir. Coulomb etkileşimi yoluyla Mn3+/Mn2+ ve Ni2+'yı güçlü bir şekilde emer, anoda yıkıcı göçlerini kısıtlıyor. Bu nedenle bu çalışma LNMO katot malzemesinin ticarileştirilmesine faydalı olabilir.

l Bölgesel Analiz

Asya-Pasifik, en büyük sabit lityum iyon pil pazarı olacak 2030, kamu hizmetleri ve endüstriler tarafından yönlendiriliyor. Kuzey Amerika'yı geçecek Avrupa'nın pazarı 2030 yılında 1,24 milyar dolardan 2030'da 7,07 milyar dolara çıkacak 2021'de %21,3'lük bir Bileşik Büyüme Oranı. Kuzey Amerika ve Avrupa bir sonraki en büyük olacak Gelecek dönemde ekonomilerini ve şebekelerini karbondan arındırma hedefleri nedeniyle piyasalar yirmi yıl. LATAM, %21,4'lük Bileşik Büyüme Oranıyla en yüksek büyüme oranını görecek çünkü daha küçük boyutu ve alçak tabanı nedeniyle.

7. Yüksek Kaliteli Lityum İyon Piller İçin Dikkat Edilmesi Gerekenler

Optik solar invertör alırken sadece fiyat ve kalite dikkate alınmamalıdır. dikkate alınırken diğer faktörler de akılda tutulmalıdır.

l Enerji Yoğunluğu

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

l Güvenlik

Patlamalardan bu yana lityum iyon pillerin bir diğer kritik yönü güvenliktir Şarj veya deşarj sırasında oluşabilecek yangınlar ve yangınlar nedeniyle sıcaklık sensörleri gibi gelişmiş güvenlik mekanizmalarına sahip pilleri seçin ve engelleyici maddeler.

l Türü

Lityum iyon pil endüstrisindeki en son trendlerden biri, gibi çeşitli avantajlar sunan katı hal pillerinin geliştirilmesi daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun bir yaşam döngüsü. Örneğin, kullanımı Elektrikli otomobillerdeki katı hal pilleri menzillerini önemli ölçüde artıracak yetenek ve güvenlik.

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. Son kullanma tarihini kontrol edin satın alma işleminden önceki tarih. Lityum iyon pillerin doğası gereği daha uzun bir ömrü vardır. kimyası nedeniyle uzun ömürlüdür ancak her pil, türüne bağlı olarak birbirinden farklıdır. türü, özellikleri ve yapılma şekli. Yüksek kaliteli piller İçi ince malzemelerden yapıldığı için daha uzun ömürlüdür.