Lityum-ion batareyalar nima?

1. Lityum-ion batareyalar nima?

Batareya bir yoki bir nechtadan tashkil topgan elektr quvvat manbai elektr qurilmalarini quvvatlantirish uchun tashqi ulanishga ega elektrokimyoviy hujayralar. Lityum-ion yoki Li-ion batareyasi qayta zaryadlanuvchi batareyaning bir turi bo'lib, uni ishlatadi Energiyani saqlash uchun litiy ionlarining teskari kamayishi va ularning yuqoriligi bilan mashhur energiya zichligi.

2. Lityum-ionli batareyalarning tuzilishi

Odatda ko'pgina tijorat Li-ion batareyalari interkalatsiya birikmalaridan foydalanadi faol moddalar. Odatda ular bir necha qatlamli materiallardan iborat elektrokimyoviy jarayonni osonlashtirish uchun ma'lum bir tartibda joylashtirilgan batareyaga energiyani saqlash va chiqarish imkonini beradi - anod, katod, elektrolit, ajratuvchi va oqim kollektori.

Anod nima?

Batareyaning tarkibiy qismi sifatida anod quvvatda muhim rol o'ynaydi, ishlashi, batareyaning chidamliligi. Zaryad olayotganda grafit anod hisoblanadi litiy ionlarini qabul qilish va saqlash uchun javobgardir. Batareya bo'lganda zaryadsizlanganda, litiy ionlari anoddan katodga o'tadi, shunday qilib a elektr toki hosil bo'ladi. Odatda tijoratda ishlatiladigan eng keng tarqalgan anod Bu grafit bo'lib, u LiC6 ning to'liq toshlangan holatida maksimalga mos keladi quvvati 1339 C/g (372 mAh/g). Ammo texnologiyalarning rivojlanishi bilan yangi energiya zichligini yaxshilash uchun kremniy kabi materiallar tadqiq qilingan lityum-ion batareyalar uchun.

Katod nima?

Katod davomida musbat zaryadlangan litiy ionlarini qabul qilish va chiqarish uchun ishlaydi joriy davrlar. Odatda qatlamli oksidning qatlamli tuzilishidan iborat (masalan, litiy kobalt oksidi), polianion (masalan, litiy temir fosfat) yoki zaryad kollektoriga qoplangan shpinel (masalan, litiy marganets oksidi) (odatda alyuminiydan qilingan).

Elektrolit nima?

Organik erituvchida litiy tuzi sifatida elektrolit vosita vazifasini bajaradi litiy ionlarining zaryadlash vaqtida anod va katod o'rtasida harakatlanishi uchun va tushirish.

Ajratuvchi nima?

Yupqa membrana yoki o'tkazmaydigan material qatlami sifatida ajratuvchi ishlaydi anodni (salbiy elektrod) va katodni (musbat elektrod) oldini olish qisqa tutashuv, chunki bu qatlam litiy ionlari uchun o'tkazuvchan, lekin elektronlar uchun emas. Bu zaryadlash vaqtida elektrodlar orasidagi ionlarning barqaror oqimini ham ta'minlashi mumkin va tushirish. Shuning uchun batareya barqaror kuchlanishni saqlab turishi va kamaytirishi mumkin haddan tashqari issiqlik, yonish yoki portlash xavfi.

Hozirgi kollektor nima?

Oqim kollektori tomonidan ishlab chiqarilgan oqimni yig'ish uchun mo'ljallangan batareyaning elektrodlari va uni tashqi kontaktlarning zanglashiga olib boradi, ya'ni batareyaning optimal ishlashi va uzoq umr ko'rishini ta'minlash uchun muhim ahamiyatga ega. Va odatda u odatda alyuminiy yoki misning yupqa qatlamidan tayyorlanadi.

3. Lityum-ion batareyalarning rivojlanish tarixi

Zaryadlanuvchi Li-ion batareyalar bo'yicha tadqiqotlar 1960-yillarga to'g'ri keladi, ulardan biri Birinchi misollar - 1965 yilda NASA tomonidan ishlab chiqilgan CuF2/Li batareyasi. Va neft inqirozi 1970-yillarda dunyoga kirib, tadqiqotchilar e'tiborini muqobillashtirishga qaratdilar energiya manbalari, shuning uchun eng qadimgi shaklini yaratgan yutuq zamonaviy Li-ion batareyasi engil va yuqori energiya tufayli yaratilgan lityum-ionli batareyalarning zichligi. Shu bilan birga, Exxon kompaniyasidan Stenli Uittingem litiy ionlarini TiS2 kabi materiallarga kiritish mumkinligini aniqladi qayta zaryadlanuvchi batareyani yarating 

Shunday qilib, u bu batareyani tijoratlashtirishga harakat qildi, ammo yuqori xarajat va hujayralardagi metall lityum mavjudligi tufayli muvaffaqiyatsizlikka uchradi. 1980 yilda yangi material yuqori kuchlanishni taklif qiladigan va undan ham ko'proq edi havoda barqaror, keyinchalik birinchi tijorat Li-ion batareyasida foydalaniladi, ning doimiy muammosini o'zi hal qilmagan bo'lsa-da O'sha yili Rachid Yazami lityum grafitni ixtiro qildi elektrod (anod). Va keyin 1991 yilda dunyodagi birinchi qayta zaryadlanuvchi lityum-ion batareyalar bozorga kira boshladi 

2000-yillarda litiy-ionga bo'lgan talab ko'chma elektron qurilmalar mashhur bo'lib, batareyalar ko'paydi, qaysi haydovchilar lityum-ion batareyalar xavfsizroq va bardoshli bo'lishi uchun. Elektr transport vositalari edi 2010-yillarda taqdim etilgan, bu lityum-ion batareyalar uchun yangi bozorni yaratdi. The silikon anodlar kabi yangi ishlab chiqarish jarayonlari va materiallarini ishlab chiqish va qattiq elektrolitlar, ishlash va xavfsizligini yaxshilashda davom etdi lityum-ion batareyalar. Hozirgi vaqtda lityum-ion batareyalar juda muhim bo'lib qoldi kundalik hayotimiz, shuning uchun tadqiqot va yangi materiallarni ishlab chiqish va samaradorligi, samaradorligi va xavfsizligini yaxshilash uchun texnologiyalar davom etmoqda bu batareyalar.

4. Lityum-ionli batareyalar turlari

Lityum-ion batareyalar har xil shakl va o'lchamlarda bo'ladi, lekin hammasi emas ular tenglashtiriladi. Odatda besh turdagi lityum-ion batareyalar mavjud.

l Litiy kobalt oksidi

Lityum kobalt oksidli batareyalar lityum karbonatdan ishlab chiqariladi va kobalt va lityum kobaltat yoki litiy-ion kobalt batareyalari sifatida ham tanilgan. Ularda kobalt oksidi katodi va grafitli uglerod anodi va litiy ionlari mavjud. tushirish vaqtida anoddan katodga o'tadi, oqim teskari bo'ladi batareya zaryadlanganda. Uning qo'llanilishiga kelsak, ular portativda qo'llaniladi elektron qurilmalar, elektr transport vositalari va qayta tiklanadigan energiyani saqlash tizimlari yuqori o'ziga xos energiya, past o'z-o'zidan tushirish tezligi, yuqori ishlashi tufayli kuchlanish va keng harorat oralig'i. Lekin xavfsizlik masalalariga e'tibor bering yuqori darajadagi termal qochib ketish va beqarorlik potentsiali bilan bog'liq haroratlar.

l Litiy marganets oksidi

Lityum marganets oksidi (LiMn2O4) keng tarqalgan bo'lib ishlatiladigan katod materialidir. litiy-ionli akkumulyatorlarda. Bunday turdagi batareyalar uchun texnologiya dastlab mavjud edi 1980-yillarda Materials Research jurnalida birinchi nashri bilan kashf etilgan 1983 yil xabarnomasi. LiMn2O4 ning afzalliklaridan biri shundaki, u yaxshi issiqlikka ega barqarorlik, ya'ni termal qochib ketish ehtimoli kamroq, ya'ni boshqa lityum-ion batareya turlariga qaraganda xavfsizroqdir. Bundan tashqari, marganets mo'l va keng tarqalgan, bu esa uni nisbatan barqarorroq variantga aylantiradi kobalt kabi cheklangan resurslarni o'z ichiga olgan katodli materiallarga. Natijada, ular tez-tez tibbiy asbob-uskunalar va asboblarda, elektr asboblarida, elektrda uchraydi mototsikllar va boshqa ilovalar. Uning afzalliklariga qaramay, LiMn2O4 kambag'al LiCoO2 ga nisbatan velosiped barqarorligi, ya'ni u ko'proq talab qilishi mumkin tez-tez almashtirish, shuning uchun uzoq muddatli energiya saqlash uchun mos kelmasligi mumkin tizimlari.

l lityum temir fosfat (LFP)

Fosfat ko'pincha lityum temir fosfatli batareyalarda katod sifatida ishlatiladi li-fosfat batareyalar sifatida tanilgan. Ularning past qarshiligi ularning termal xususiyatlarini yaxshilaydi barqarorlik va xavfsizlik. Ular chidamlilik va uzoq umr ko'rish bilan mashhur, Bu ularni boshqa turdagi litiy-ionlar uchun eng tejamkor variantga aylantiradi batareyalar. Shunday qilib, bu batareyalar ko'pincha elektr velosipedlarda qo'llaniladi va uzoq umr va yuqori darajadagi xavfsizlikni talab qiladigan boshqa ilovalar. Ammo uning kamchiliklari tez rivojlanishni qiyinlashtiradi. Birinchidan, nisbatan boshqa turdagi litiy-ion batareyalar, ular qimmatroq, chunki ular kamdan-kam foydalanadilar va qimmat xom ashyo. Bundan tashqari, lityum temir fosfat batareyalari mavjud pastroq ish kuchlanishi, ya'ni ular ba'zilar uchun mos kelmasligi mumkin yuqori kuchlanish talab qiladigan ilovalar. Uning uzoqroq zaryadlash vaqti uni a qiladi tez zaryadlashni talab qiladigan ilovalarda kamchilik.

l Lityum nikel marganets kobalt oksidi (NMC)

Ko'pincha NMC deb nomlanuvchi lityum nikel marganets kobalt oksidi batareyalari batareyalar universal bo'lgan turli xil materiallardan qurilgan lityum-ion batareyalar. Nikel, marganets va aralashmasidan qurilgan katod kobalt kiradi. Uning yuqori energiya zichligi, yaxshi velosiped ishlashi va a uzoq umr ko'rish uni elektr transport vositalarida, tarmoqni saqlashda birinchi tanlovga aylantirdi tizimlar va boshqa yuqori unumdor ilovalar, bu esa qo'shimcha hissa qo'shgan elektr transport vositalari va qayta tiklanadigan energiya tizimlarining tobora ommalashib borishiga. Kimga quvvatni oshirish, uni ta'minlash uchun yangi elektrolitlar va qo'shimchalar qo'llaniladi 4,4V / hujayragacha va undan yuqori quvvatga ega 

O'shandan beri NMC bilan aralashtirilgan Li-ionga nisbatan tendentsiya mavjud tizim tejamkor va yaxshi ishlashni ta'minlaydi. Nikel, marganets, va kobalt uchta faol material bo'lib, ular keng doirada osongina birlashtirilishi mumkin talab qiladigan avtomobil va energiya saqlash tizimlari (EES) ilovalari qatori tez-tez velosiped haydash. Bundan biz NMC oilasi tobora ko'payib borayotganini ko'rishimiz mumkin xilma-xil Biroq, uning yon ta'siri termal qochib ketish, yong'in xavfi va atrof-muhit xavotirlar uning keyingi rivojlanishiga xalaqit berishi mumkin.

l Lityum titanat

Lityum titanat, ko'pincha li-titanat sifatida tanilgan, batareyaning bir turi foydalanish soni ortib bormoqda. Yuqori nanotexnologiyasi tufayli u bunga qodir barqaror kuchlanishni saqlab turganda tez zaryadlash va zaryadsizlanish, bu esa uni amalga oshiradi elektr transport vositalari, tijorat kabi yuqori quvvatli ilovalar uchun juda mos keladi va sanoat energiya saqlash tizimlari va tarmoq darajasida saqlash 

U bilan birga xavfsizlik va ishonchlilik tufayli bu batareyalar harbiy va aerokosmik maqsadlarda ishlatilishi mumkin ilovalar, shuningdek, shamol va quyosh energiyasini saqlash va aqlli qurish panjaralar. Bundan tashqari, Battery Space ma'lumotlariga ko'ra, bu batareyalar bo'lishi mumkin energiya tizimining muhim zaxira nusxalarida qo'llaniladi. Shunga qaramay, lityum titanat batareyalar odatda an'anaviy lityum-ion batareyalarga qaraganda qimmatroq ularni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan murakkab ishlab chiqarish jarayoniga.

5. Lityum-ionli batareyalarning rivojlanish tendentsiyalari

Qayta tiklanadigan energiya qurilmalarining global o'sishi oshdi uzluksiz energiya ishlab chiqarish, muvozanatsiz tarmoq yaratish. Bu a.ga olib keldi batareyalarga bo'lgan talab.agarda nol uglerod chiqindilariga e'tibor qaratiladi va harakat qilish kerak energiya ishlab chiqarish uchun qazib olinadigan yoqilg'ilardan, ya'ni ko'mirdan uzoqroq hukumatlar quyosh va shamol energiyasi qurilmalarini rag'batlantirish. Bular o'rnatishlar ortiqcha quvvatni saqlaydigan akkumulyatorlarni saqlash tizimlariga qarz beradi yaratilgan 

Shu sababli, Li-ion batareyasini rag'batlantirish uchun hukumat rag'batlantirmoqda o'rnatishlar, shuningdek, lityum-ion batareyalarning rivojlanishiga turtki beradi. Masalan, global NMC lityum-ion batareyalar bozori hajmi AQSh dollaridan o'sishi prognoz qilinmoqda 2022 yilda milliondan 2029 yilda million AQSh dollariga; CAGR% da o'sishi kutilmoqda 2023 yildan 2029 yilgacha. Va ilovalarning ortib borayotgan ehtiyojlari og'ir talab qiladi yuklar 3000-10000 litiy-ionli batareyalarni eng tez qiladi. prognoz davrida (2022-2030) o'sib borayotgan segment.

6. Lityum-ion batareyalarning investitsiya tahlili

Lityum-ionli batareyalar bozori sanoati 51,16 AQSh dollaridan o'sishi prognoz qilinmoqda 2022 yilda milliard dollarni, 2030 yilga kelib 118,15 milliard dollarni tashkil etadi, bu har yili murakkab prognoz davrida (2022-2030) o'sish sur'ati 4,72% ni tashkil etdi, bu bir qancha omillar.

l Yakuniy foydalanuvchi tahlili

Kommunal sektorning o'rnatilishi batareya quvvatini saqlashning asosiy drayveridir tizimlari (BESS). Ushbu segment 2,25 milliard dollardan 2021 yilgacha o'sishi kutilmoqda 2030 yilda CAGR 11,5% da 5,99 milliard dollar. Li-ion batareyalar 34,4% yuqoriroq CAGR past o'sish bazasi tufayli. Uy-joy va tijorat energiyasini saqlash segmentlar - 2030 yilda 5,51 milliard dollarlik katta bozor salohiyatiga ega bo'lgan boshqa sohalar, 2021 yilda 1,68 milliard dollardan. Sanoat sektori o'z yurishini davom ettirmoqda nol uglerod chiqindilari, kompaniyalar keyingi ikkitasida aniq nol va'da qiladilar o'n yilliklar. Telekommunikatsiya va ma'lumotlar markazlari kompaniyalari qisqarishda birinchi o'rinda turadi qayta tiklanadigan energiya manbalariga e'tiborni kuchaytirish bilan uglerod chiqindilari. Hammasi kabi litiy-ion batareyalarning jadal rivojlanishiga yordam beradi kompaniyalar ishonchli zaxira va tarmoq balansini ta'minlash yo'llarini topadilar.

l Mahsulot turini tahlil qilish

Kobaltning yuqori narxi tufayli kobaltsiz batareyalardan biri hisoblanadi lityum-ion batareyalarning rivojlanish tendentsiyalari. Yuqori kuchlanishli LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) yuqori nazariy energiya zichligi bilan eng istiqbolli Co-free biridir Keyinchalik katodli materiallar. Bundan tashqari, tajriba natijalari buni isbotladi foydalanish orqali LNMO batareyasining velosiped va C-darajali ishlashi yaxshilanadi yarim qattiq elektrolitlar. Buni anion COF qodirligini taklif qilish mumkin Kulon o'zaro ta'siri orqali Mn3+/Mn2+ va Ni2+ ni kuchli singdirish, ularning anodga halokatli migratsiyasini cheklash. Shuning uchun, bu ish bo'ladi LNMO katod materialini tijoratlashtirish uchun foydali bo'ladi.

l Mintaqaviy tahlil

Osiyo-Tinch okeani mintaqasi tomonidan eng yirik statsionar lityum-ion batareyalar bozori bo'ladi 2030, kommunal va sanoat tomonidan boshqariladi. U Shimoliy Amerikadan o'tib ketadi va Yevropa bozori 2030 yilda 7,07 milliard dollarni tashkil etadi, bu 1,24 milliard dollardan oshadi 2021 yilda CAGR 21,3% ni tashkil qiladi. Shimoliy Amerika va Yevropa keyingi yirik bo'ladi bozorlarni kelgusida o'z iqtisodlari va tarmoqlarini karbonsizlantirish maqsadlari tufayli yigirma yil. LATAM CAGRda eng yuqori o'sish sur'atini 21,4% ko'radi, chunki uning kichik o'lchamlari va past bazasi.

7. Yuqori sifatli lityum-ion batareyalar uchun e'tiborga olish kerak bo'lgan narsalar

Optik quyosh inverterini sotib olayotganda, nafaqat narx va sifat bo'lishi kerak boshqa omillarni ham hisobga olish kerak.

l Energiya zichligi

Energiya zichligi - bu hajm birligi uchun saqlanadigan energiya miqdori. Yuqori kamroq og'irlik va o'lchamli energiya zichligi zaryadlash o'rtasida kengroqdir sikllar.

l Xavfsizlik

Xavfsizlik portlashdan keyin lityum-ion batareyalarning yana bir muhim jihatidir va zaryadlash yoki zaryadlash paytida sodir bo'lishi mumkin bo'lgan yong'inlar, shuning uchun zarur harorat sensori kabi yaxshilangan xavfsizlik mexanizmlariga ega batareyalarni tanlang va inhibitiv moddalar.

l yozing

Lityum-ion batareyalar sanoatidagi so'nggi tendentsiyalardan biri bu kabi bir qator afzalliklarni taqdim etadigan qattiq holatdagi batareyalarni ishlab chiqish yuqori energiya zichligi va uzoq umr ko'rish davri. Masalan, foydalanish elektromobillardagi qattiq holatdagi akkumulyatorlar ularning diapazonini sezilarli darajada oshiradi qobiliyat va xavfsizlik.

l Zaryadlash tezligi

Zaryadlash tezligi batareyaning xavfsiz tarzda qanchalik tez zaryadlanishiga bog'liq. Ba'zan batareyani ishlatishdan oldin zaryadlash uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi.

l Hayot muddati

Batareya butun umri davomida ishlamaydi, lekin yaroqlilik muddati bor. Yaroqlilik muddatini tekshiring sotib olishdan oldin sana. Lityum-ionli batareyalar uzoqroq muddatga ega uning kimyosi tufayli umr ko'radi, lekin har bir batareya bir-biridan qarab farq qiladi turi, texnik xususiyatlari va ularni yasash usuli. Yuqori sifatli batareyalar bo'ladi uzoqroq xizmat qiladi, chunki ular ichida nozik materiallardan tayyorlangan.