Descripción general
Desde la invención y comercialización de baterías en la década de 1970, Las baterías de iones de litio han evolucionado desde el suministro de energía a dispositivos pequeños y electrónicos hasta el suministro de electricidad a camiones que pesan hasta 60 montones, hacer que el mercado sea maduro e importante.
Las políticas y negocios de los gobiernos de todo el mundo están impulsando su desarrollo, hacer baterías de iones de litio (También conocidas como baterías de iones de litio.) no sólo proporcionan menos emisiones que los generadores que utilizan energía no renovable, pero también vienen con costos más bajos y más opciones de energía.
Después de décadas de pruebas, Han surgido varias configuraciones electroquímicas., cada uno con sus características únicas y ventajas de atributos, Adecuado para productos en diferentes industrias..
En este articulo, Se introducirán seis tipos diferentes de química de baterías de iones de litio., que creo que te será útil.
Tabla de contenido
1.Cuáles son los tipos de baterías existentes en los sistemas de paneles solares?
Cuando se habla de sistemas de paneles solares, Los principales tipos de baterías del mercado son las de plomo-ácido y las de iones de litio.. El primero tiene un precio relativamente bajo., pero un mayor volumen y una vida útil esperada generalmente entre 2 y 5 años.
Aunque las baterías de iones de litio son más caras que las de plomo-ácido, su rendimiento es más estable y su vida útil esperada es más larga (10 a 12 años), haciendo que poco a poco se conviertan en el material más popular del mercado.
Además, Existen otros tipos químicos de baterías que ocupan una posición intermedia en eficiencia y costo., y también tienen sus propios mercados debido a diferentes perspectivas y necesidades de aplicación..
Por ejemplo, Las baterías de níquel cadmio pueden almacenar energía a bajas temperaturas., pero su densidad es baja, por lo que no pueden almacenar una gran cantidad de energía. En comparación con las baterías antes mencionadas., Las baterías de níquel-hidrógeno tienen mayor capacidad de almacenamiento y menores costes de mantenimiento en comparación con años anteriores., y también será favorecido por el mercado.
La energía del litio es un campo de investigación activo y candente, y actualmente los productos químicos para baterías más populares incluyen:
Litio níquel manganeso cobalto (LiNixMnyCozO2 o NMC)
Óxido de aluminio, litio, níquel y cobalto (LiNiCoAlO2 o ANC)
Fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP)
Óxido de litio y cobalto (LiCoO2 o LCO)
Óxido de litio y manganeso (LiMn2O4 o OVM)
titanato de litio (Li2TiO3 o OLP)
Aunque todas estas son baterías de litio., hay diferentes diferencias entre ellos.
2.Tipos químicos de baterías de iones de litio
2.0 Términos técnicos relacionados con los tipos químicos de baterías de iones de litio.
Analizar y comprender los tipos químicos de las baterías de iones de litio., Primero comprenda los términos de evaluación relevantes., lo que le ayudará a comprender los conceptos y hacer mejores comparaciones.
2.0.1 Energía específica
Capacidad de tiempo de funcionamiento, expresado en kilovatios hora por kilogramo.
2.0.2 poder específico
Capacidad de transporte bajo alta corriente., expresado en vatios por kilogramo。
2.0.3 Seguridad
Juzgar según el umbral de temperatura de fuga térmica
2.0.4 Actuación
Capacidad, Voltaje, y la resistencia también indican el rendimiento de la batería a diferentes temperaturas.
2.0.5 Vida útil
El tiempo total de uso de los ciclos completos de carga y descarga de la batería..
2.0.6 Costo de inversión
El costo de las materias primas., componentes de montaje, y mano de obra inversión en tecnología.
2.1 Óxido de litio y cobalto (LiCoO2 o LCO)
- Alta energía específica (densidad de energía)
- Poder específico limitado
- Baja seguridad
- Vida útil corta
Baterías de óxido de cobalto y litio, También conocidas como baterías de óxido de litio y cobalto o de iones de litio y cobalto., Se conocen desde 1991. El óxido de litio y cobalto puede formar una composición química de batería de alta energía específica, con grafito de carbono como ánodo y óxido de cobalto como cátodo, y una estructura en capas que facilita el movimiento de los iones.
El voltaje nominal es de 3,7 V y la densidad de energía es 150 hasta 180Wh/kg.
Este alto rendimiento de energía específica pero bajo rendimiento de potencia específica significa que se puede entregar a cargas de baja potencia durante mucho tiempo., Por eso las baterías LCO se utilizan habitualmente en los teléfonos inteligentes., tabletas, y portátiles.
Sin embargo, este tipo de batería química tiene una puntuación de seguridad más baja, especialmente en términos de estabilidad térmica, ya que una alta resistencia puede hacer que la batería se sobrecaliente y aumente el riesgo de fuga térmica.
Por lo tanto, junto con su vida útil y ciclo de carga más cortos, Las baterías LCO ya no son la opción más popular a medida que varias industrias invierten en otras tecnologías de baterías más rentables..
Mientras tanto, Hay una razón especial por la que la minería de cobalto implica violaciones de derechos humanos.. La República Democrática del Congo suministra casi 70% de las materias primas de cobalto del mundo.
Sin embargo, No existen leyes laborales ni normas de seguridad para trabajos manuales. (en pequeña escala) Operaciones mineras dentro del proyecto de minería de cobalto en el segundo país más grande de África.. La minería manual de alto riesgo, El empleo de mano de obra infantil durante el proceso minero., y las malas condiciones laborales le han valido a la industria minera del cobalto el título de “batería de sangre”.
Las baterías de iones de litio sin cobalto pueden ayudarnos a utilizar materiales de batería que sean éticos para los humanos.
2.2 Óxido de litio y manganeso (LiMn2O4 o OVM)
- Mejorar la seguridad
- Alta estabilidad térmica
- Ciclo de vida limitado
- Energía específica media
- Relación de potencia moderada
Las baterías OVM se conocen comúnmente como óxido de litio y manganeso., manganeso de iones de litio, y espinela de manganeso, y han sido conocidos desde 1996. Su estructura forma una estructura de espinela tridimensional o una estructura cristalina de cátodo de óxido de manganeso y litio..
La estructura de espinela puede mejorar el movimiento actual y la trayectoria del flujo de iones., reducir la resistencia interna, y mejorar la seguridad y la estabilidad.
El diseño de litio y manganeso ha maximizado la vida útil de la batería., seguridad, y poder específico. Debido a la composición química de las baterías híbridas que pueden prolongar la vida útil de la batería y mejorar la energía específica de la batería., Muchos vehículos eléctricos como el BMW i3 y el Nissan Leaf han elegido la combinación LMO-NMC.. El componente LMO proporciona alta corriente durante la aceleración., mientras que NMC aumenta la autonomía.
2.3 Fosfato de hierro y litio (LiFePO4 o LFP)
- Alta seguridad
- Alto poder específico
- Ciclo de vida largo
- Baja energía específica
El fosfato de hierro y litio es un tipo de LiFePO4 o LFP batería, y el descubrimiento del fosfato como material catódico ha impulsado el desarrollo de baterías de litio recargables.
Después de décadas de desarrollo y aplicación., ahora se ha convertido en un material popular.
Las baterías LFP se utilizan principalmente para almacenamiento de energía y otras aplicaciones que requieren alta seguridad., energía alta, y larga vida útil. El voltaje nominal de las baterías LiFePO4 es menor, lo que resulta en una energía específica más baja que las baterías de iones de litio de cobalto.
Aunque la densidad de energía de la composición química de esta batería es ligeramente menor (3.2V/Celda), tiene una larga vida útil, menor costo, y es más seguro.
Incluso puede soportar diferencias de temperatura muy grandes., haciéndolo popular en industrias con cargas elevadas y entornos hostiles. Tiene buen rendimiento electroquímico y mayor tolerancia a la sobrecarga de las baterías., y también es popular en equipos utilizados en ubicaciones fijas de alta durabilidad..
El avance de la tecnología química de las baterías ha convertido en un paso inevitable el reemplazo de las baterías tradicionales.. Por ejemplo, Las baterías de fosfato de litio pueden reemplazar las baterías de arranque de plomo-ácido. – Las baterías de fosfato de litio funcionan bien cuando se conectan cuatro baterías en serie., produciendo un voltaje igual al voltaje generado por seis baterías de plomo-ácido conectadas en serie.
Esto también refleja el excelente rendimiento y la viabilidad económica de las baterías LiFePO4..
2.4 Litio níquel manganeso cobalto (LiNixMnyCozO2 o NMC)
- Alto poder específico
- Alta energía específica
- Alta seguridad
- Costo medio
- Buen desempeño general
El litio, el níquel, el manganeso y el cobalto son uno de los materiales químicos líderes en el mercado de baterías, entre otros materiales.. Baterías, también conocido como NMC, NCM, etc., Se puede utilizar como baterías de energía o baterías de energía..
La batería NMC es uno de los productos de baterías combinadas de cátodo de iones de litio, cobalto, manganeso y níquel de mayor éxito..
Sobre la base de menores costes de producción., También puede proporcionar una alta energía específica y tiene buena seguridad.. Acerca de 2000 Los ciclos de carga demuestran que también tiene una excelente vida útil..
Su voltaje nominal es de 3,6 V y su densidad energética es de 150-220 Wh/kg., convirtiéndolo en una opción de alta calidad en la industria de los vehículos eléctricos.. Combinando las ventajas del níquel (alta energía específica) y manganeso (formar estructuras de espinela para lograr una baja resistencia interna), Las baterías NMC se utilizan ampliamente en industrias como las bicicletas eléctricas., vehículos eléctricos, y equipo medico.
NMC también tiene la tasa de autocalentamiento más baja entre las seis configuraciones., y es liviano, talla pequeña, y su gran capacidad de almacenamiento de energía lo convierten en una de las opciones ideales para los fabricantes..
La composición química de NMC se puede configurar para que contenga diferentes cantidades.. La fórmula NMC generalmente consiste en 33% níquel, 33% manganeso, y 33% cobalto. El cobalto es cada vez más caro y difícil de mantener su adquisición, mientras el mundo presiona para minimizar el uso de cobalto.
Entonces la combinación única de 1-1-1 hace que las baterías NMC sean una buena opción debido a su bajo contenido de cobalto y menores costos de materia prima. Por lo tanto, Es una opción popular en industrias que dependen de ciclos frecuentes para aplicaciones generalizadas., como la producción a gran escala de baterías para automóviles y sistemas de almacenamiento de energía (ESS).
Otras estructuras combinadas exitosas en aplicaciones del mercado son NMC811 y NMC622., y la serie NMC está en constante crecimiento para adaptarse a los sistemas electroquímicos de iones de litio mixtos NMC del mercado..
2.5 Óxido de aluminio, litio, níquel y cobalto (LiNiCoAlO2 o NCA)
- Alta energía específica
- Larga vida útil
- Excelente potencia y rendimiento
- El costo y la seguridad son relativamente bajos en comparación con otros.
Óxido de aluminio, litio, níquel y cobalto (ANC) Las baterías tienen similitudes con NMC en que tienen alta energía específica y buenos datos de potencia específica.. En un estudio que compara la energía específica de los derivados del plomo., a base de níquel, y sistemas basados en litio, se encontró que el litio aluminio (ANC) tiene la mayor energía específica, y NCA tiene un ciclo de vida alto de más de 2000 ciclos de carga.
La densidad de energía de 200-260 Wh/kg y el voltaje nominal de 3,6 V hacen de NCA una opción ideal para sistemas de energía., aunque esta composición química requiere más atención a las cuestiones de seguridad y es costosa.
Porque las baterías NCA logran una mayor estabilidad añadiendo aluminio, pero en materiales químicos de batería, cuanto mayor sea el contenido de níquel, cuanto mayor sea la energía específica, y peor será la estabilidad de la batería. Por lo tanto, Las baterías NCA deben tomar más medidas de seguridad para garantizar la calidad de la batería y la seguridad del usuario.
NCA puede entregar corrientes relativamente grandes durante mucho tiempo y mantener altas tasas de carga para una carga rápida.. Las baterías configuradas se pueden utilizar para vehículos eléctricos de alto rendimiento o vehículos eléctricos todoterreno de servicio pesado. (OHEV), haciendo de NCA un material candidato para sistemas de energía de vehículos eléctricos.
2.6 titanato de litio (Li2TiO3 o LTO)
- Excelente seguridad
- Carga rápida
- Larga vida útil
- Baja energía específica
Desde que ingresó al mercado en 2008, Las baterías de titanato de litio han sido una de las baterías de iones de litio más seguras con un rendimiento excelente., como la estabilidad térmica a altas temperaturas y alta corriente de descarga (10 veces la capacidad nominal).
El ciclo de carga es aproximadamente 15000 veces, Y la vida útil es más larga que la del fosfato de hierro y litio..
En baterías LTO, El titanato de litio reemplaza el grafito en el ánodo., mientras que el óxido de litio y manganeso o NMC actúa como material catódico.. En comparación con las tradicionales baterías de iones de litio mixtas con cobalto, Las baterías de titanato de litio tienen características de tensión cero., y no formará SEI (interfaz de electrolito sólido) Película o recubrimiento de litio durante la carga a baja temperatura y la carga rápida., asegurando su eficiencia de reacción.
El titanato de litio tiene buena potencia específica y rendimiento en un amplio rango de temperaturas., pero sus dos principales desventajas son el coste de producción y una menor potencia específica en comparación con otro tipo de datos..
LTO se ha utilizado en equipos aeroespaciales y militares., así como aplicaciones de energía solar, Y todavía hay espacio para un mayor desarrollo en la química de esta batería..
Conclusión
Como Juan B.. Bastante bueno dijo una vez, “La ciencia es un lenguaje internacional.”. Es precisamente este lenguaje el que seguirá fomentando la innovación., Y la tecnología innovadora ha llevado al desarrollo continuo y la vitalidad del mercado mundial de baterías de iones de litio..
Los fabricantes de baterías invierten continuamente en la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio para liberar el potencial de nuevos tipos de baterías de iones de litio.. Aquí hay solo seis tipos químicos populares de baterías de iones de litio, y creo que tendrás una comprensión más profunda después de leerlos..
Las baterías LCO son las baterías más utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles..
Las baterías OVM proporcionan mayor corriente que las baterías LCO, y NMC se ha convertido en el principal cátodo químico para muchas aplicaciones debido a su menor costo en comparación con otras baterías a base de cobalto.. Las baterías LTO se cargan más rápido, mientras que las baterías LFP son muy estables y seguras incluso cuando están completamente cargadas. NCA funciona bien en aplicaciones de alta carga y tiene una batería de larga duración, lo que lo convierte en una opción ideal para los fabricantes de vehículos eléctricos.
Se puede decir que cada uno tiene sus propias fortalezas y características distintas., y sus escenarios de aplicación también son diferentes. Las baterías de iones de litio son una de las baterías recargables más utilizadas en el mercado actual y actualmente dominan el mercado de baterías secundarias..
Y todavía hay un mayor y más amplio espacio de desarrollo en el mercado de las baterías., como la investigación y el desarrollo de baterías de iones de sodio, que es una de las diez principales tecnologías emergentes en el campo químico en 2022.
Profesor Xia Hui de la Universidad Tecnológica de Nanjing en China, en colaboración con equipos nacionales y extranjeros, ha logrado avances significativos en la investigación de materiales catódicos a base de manganeso, que también es un mercado de baterías futuro prometedor para el editor.
Así como la historia de la humanidad se crea constantemente, La innovación tecnológica también se actualiza constantemente., y podemos seguir prestando atención al desarrollo de baterías juntos..
