Overzicht
Sinds de uitvinding en commercialisering van batterijen in de jaren zeventig, Lithium-ionbatterijen zijn geëvolueerd van het leveren van stroom aan kleine en elektronische apparaten naar het leveren van elektriciteit aan vrachtwagens met een gewicht tot 60 ton, waardoor de markt volwassen en belangrijk wordt.
Het beleid en het bedrijfsleven van regeringen over de hele wereld bevorderen de ontwikkeling ervan, lithium-ionbatterijen maken (ook bekend als lithium-ionbatterijen) zorgen niet alleen voor minder uitstoot dan producenten die niet-hernieuwbare energie gebruiken, maar ook met lagere kosten en meer energieopties.
Na decennia van testen, Er zijn verschillende elektrochemische configuraties ontstaan, elk met zijn unieke kenmerken en attribuutvoordelen, geschikt voor producten in verschillende industrieën.
In dit artikel, Er zullen zes verschillende soorten lithium-ionbatterijchemie worden geïntroduceerd, waarvan ik denk dat het je zal helpen.
Inhoudsopgave
1.Wat zijn de bestaande soorten batterijen in zonnepaneelsystemen??
Bij het bespreken van zonnepanelensystemen, de belangrijkste soorten batterijen op de markt zijn loodzuurbatterijen en lithium-ionbatterijen. De eerste heeft een relatief lage prijs, maar een groter volume en een verwachte levensduur liggen daar doorgaans tussen 2 En 5 jaren.
Hoewel lithium-ionbatterijen duurder zijn dan loodzuurbatterijen, hun prestaties zijn stabieler en hun verwachte levensduur is langer (10 naar 12 jaren), waardoor ze geleidelijk het populairste materiaal op de markt worden.
In aanvulling, er zijn andere chemische typen batterijen die een tussenpositie innemen wat betreft efficiëntie en kosten, en ze hebben ook hun eigen markten vanwege verschillende perspectieven en toepassingsbehoeften.
Bijvoorbeeld, Nikkel-cadmium-batterijen kunnen energie opslaan bij lage temperaturen, maar hun dichtheid is laag, Ze kunnen dus geen grote hoeveelheid energie opslaan. Vergeleken met de bovengenoemde batterijen, Nikkel-waterstofbatterijen hebben een hogere opslagcapaciteit en lagere onderhoudskosten vergeleken met voorgaande jaren, en zal ook de voorkeur genieten van de markt.
Lithium-energie is een actief en actueel onderzoeksveld, en momenteel zijn dit de meest populaire batterijchemicaliën:
Lithium-nikkel-mangaan-kobalt (LiNixMnyCozO2 of NMC)
Lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide (LiNiCoAlO2 of NCA)
Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4 of LFP)
Lithiumkobaltoxide (LiCoO2 of LCO)
Lithium-mangaanoxide (LiMn2O4 of LMO)
Lithiumtitanaat (Li2TiO3 of LTO)
Hoewel dit allemaal lithiumbatterijen zijn, er zijn verschillende verschillen tussen hen.
2.Chemische soorten lithium-ionbatterijen
2.0 Technische termen met betrekking tot chemische typen lithium-ionbatterijen
De chemische typen lithium-ionbatterijen analyseren en begrijpen, begrijp eerst de relevante evaluatievoorwaarden, waardoor u de concepten kunt begrijpen en betere vergelijkingen kunt maken.
2.0.1 Specifieke energie
Bedrijfstijdcapaciteit, uitgedrukt in kilowattuur per kilogram.
2.0.2 Specifieke kracht
Transportcapaciteit onder hoge stroom, uitgedrukt in watt per kilogram。
2.0.3 Beveiliging
Beoordeling op basis van de temperatuurdrempel van thermische runaway
2.0.4 Prestatie
Capaciteit, Spanning, en weerstand geven ook de prestaties van de batterij aan bij verschillende temperaturen.
2.0.5 Levensduur
De totale gebruikstijd van de volledige ontladingscycli van de batterij.
2.0.6 Investeringskosten
De kosten van grondstoffen, montage componenten, en investeringen in arbeidstechnologie.
2.1 Lithiumkobaltoxide (LiCoO2 of LCO)
- Hoge specifieke energie (energiedichtheid)
- Beperkt specifiek vermogen
- Lage beveiliging
- Korte levensduur
Lithium-kobaltoxide-batterijen, ook bekend als lithium-kobaltoxide- of lithium-ion-kobaltbatterijen, zijn sindsdien bekend 1991. Lithiumkobaltoxide kan een chemische samenstelling van een batterij met een hoge specifieke energie vormen, met grafietkoolstof als anode en kobaltoxide als kathode, en een gelaagde structuur die de beweging van ionen vergemakkelijkt.
De nominale spanning is 3,7V en de energiedichtheid is 150 tot 180Wh/kg.
Deze hoge specifieke energie maar lage specifieke vermogensprestaties betekenen dat het gedurende lange tijd kan worden geleverd aan belastingen met een laag vermogen, LCO-batterijen worden daarom vaak gebruikt in smartphones, tabletten, en laptops.
Echter, dit type chemische batterij heeft een lagere veiligheidsscore, vooral in termen van thermische stabiliteit, omdat een hoge sterkte ervoor kan zorgen dat de batterij oververhit raakt en het risico op thermische oververhitting toeneemt.
Daarom, in combinatie met de kortere levensduur en oplaadcyclus, LCO-batterijen zijn niet langer de meest populaire keuze, omdat verschillende industrieën investeren in andere, meer kosteneffectieve batterijtechnologieën.
In de tussentijd, er is een speciale reden dat kobaltwinning gepaard gaat met schendingen van de mensenrechten. De Democratische Republiek Congo levert bijna 70% van de kobaltgrondstoffen ter wereld.
Echter, er zijn geen arbeidswetten of veiligheidsvoorschriften voor handmatig werken (kleinschalig) mijnbouwactiviteiten binnen het kobaltmijnproject in het op een na grootste land van Afrika. De risicovolle handmatige mijnbouw, de inzet van kinderarbeid tijdens het mijnbouwproces, en slechte arbeidsomstandigheden hebben de kobaltmijnindustrie de titel opgeleverd “bloed batterij”.
Kobaltvrije lithium-ionbatterijen kunnen ons helpen batterijmaterialen te gebruiken die ethisch verantwoord zijn voor de mens.
2.2 Lithium-mangaanoxide (LiMn2O4 of LMO)
- Verbeter de beveiliging
- Hoge thermische stabiliteit
- Beperkte levensduur
- Medium specifieke energie
- Matige vermogensverhouding
LMO-batterijen worden gewoonlijk lithiummangaanoxide genoemd, lithiumion mangaan, en mangaanspinel, en sindsdien bekend 1996. De structuur ervan vormt een driedimensionale spinelstructuur of een kathodekristalraamwerk van lithiummangaanoxide.
De spinelstructuur kan de huidige beweging en het ionenstroomtraject verbeteren, interne weerstand verminderen, en de veiligheid en stabiliteit verbeteren.
Het lithiummangaanontwerp heeft de levensduur van de batterij gemaximaliseerd, veiligheid, en specifiek vermogen. Vanwege de chemische samenstelling van hybride batterijen kan deze de levensduur van de batterij verlengen en de batterijspecifieke energie verbeteren, veel elektrische voertuigen zoals BMW i3 en Nissan Leaf hebben gekozen voor de LMO-NMC-combinatie. De LMO-component zorgt voor een hoge stroom tijdens het accelereren, terwijl NMC het rijbereik vergroot.
2.3 Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4 of LFP)
- Hoge beveiliging
- Hoog specifiek vermogen
- Lange levensduur
- Lage specifieke energie
Lithiumijzerfosfaat is een type LiFePO4 of LFP accu, en de ontdekking van fosfaat als kathodemateriaal heeft de ontwikkeling van oplaadbare lithiumbatterijen gestimuleerd.
Na decennia van ontwikkeling en toepassing, het is nu een populair materiaal geworden.
LFP-batterijen worden voornamelijk gebruikt voor energieopslag en andere toepassingen die een hoge veiligheid vereisen, hoge spanning, en lange levensduur. De nominale spanning van LiFePO4-batterijen is lager, wat resulteert in een lagere specifieke energie dan kobalt-lithium-ionbatterijen.
Hoewel de energiedichtheid van de chemische samenstelling van deze batterij iets lager is (3.2V/cel), het heeft een lange levensduur, lagere kost, en is veiliger.
Het is zelfs bestand tegen zeer grote temperatuurverschillen, waardoor het populair is in industrieën met hoge belastingen en zware omstandigheden. Het heeft goede elektrochemische prestaties en een grotere tolerantie voor overladen van batterijen, en is ook populair in apparatuur die wordt gebruikt op vaste locaties met een hoge duurzaamheid.
De vooruitgang van de batterijchemietechnologie heeft ervoor gezorgd dat traditionele batterijen vervangen moeten worden. Bijvoorbeeld, Lithiumfosfaatbatterijen kunnen loodzuurstartbatterijen vervangen – Lithiumfosfaatbatterijen werken goed als vier batterijen in serie zijn geschakeld, waarbij een spanning wordt geproduceerd die gelijk is aan de spanning die wordt gegenereerd door zes in serie geschakelde loodzuuraccu's.
Dit weerspiegelt ook de uitstekende prestaties en economische levensvatbaarheid van LiFePO4-batterijen.
2.4 Lithium-nikkel-mangaan-kobalt (LiNixMnyCozO2 of NMC)
- Hoog specifiek vermogen
- Hoge specifieke energie
- Hoge beveiliging
- Middelmatige kosten
- Over het algemeen goede prestaties
Lithium-nikkel-mangaan-kobalt is onder andere een van de toonaangevende chemische materialen op de batterijmarkt. Batterijen, ook bekend als NMC, NCM, enz., kan worden gebruikt als energiebatterij of powerbatterij.
NMC-batterij is een van de meest succesvolle nikkel-mangaan-kobalt-lithium-ion-kathodecombinatiebatterijproducten.
Op basis van lagere productiekosten, het kan ook hoge specifieke energie leveren en heeft een goede veiligheid. Over 2000 laadcycli bewijzen dat hij ook een uitstekende levensduur heeft.
De nominale spanning is 3,6 V en de energiedichtheid is 150-220 Wh/kg, waardoor het een hoogwaardige keuze is in de elektrische voertuigindustrie. Combineert de voordelen van nikkel (hoge specifieke energie) en mangaan (het vormen van spinelstructuren om een lage interne weerstand te bereiken), NMC-batterijen worden veel gebruikt in industrieën zoals elektrische fietsen, elektrische voertuigen, en medische apparatuur.
NMC heeft ook het laagste zelfopwarmingspercentage van de zes configuraties, en zijn lichtgewicht, kleine maat, en de sterke energieopslagcapaciteit maken het tot een van de ideale keuzes voor fabrikanten.
De chemische samenstelling van NMC kan worden geconfigureerd om verschillende hoeveelheden te bevatten. De NMC-formule bestaat doorgaans uit: 33% nikkel, 33% mangaan, En 33% kobalt. Kobalt wordt steeds duurder en moeilijker te verkrijgen, terwijl de wereld aandringt op het minimaliseren van het gebruik van kobalt.
Dus de unieke combinatie van 1-1-1 maakt NMC-batterijen een goede keuze vanwege hun lage kobaltgehalte en lagere grondstofkosten. Daarom, het is een populaire keuze in industrieën die afhankelijk zijn van frequente cycli voor wijdverbreide toepassingen, zoals grootschalige productie van batterijen in auto's en energieopslagsystemen (ESS).
Andere succesvolle combinatiestructuren in markttoepassingen zijn NMC811 en NMC622, en de NMC-serie groeit voortdurend om zich aan te passen aan de elektrochemische systemen van NMC gemengde lithiumionen op de markt.
2.5 Lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide (LiNiCoAlO2 of NCA)
- Hoge specifieke energie
- Lange levensduur
- Uitstekende kracht en prestaties
- De kosten en veiligheid zijn relatief slecht in vergelijking met andere
Lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide (NCA) Batterijen hebben overeenkomsten met NMC in die zin dat ze een hoge specifieke energie en goede specifieke vermogensgegevens hebben. In een onderzoek waarin de specifieke energie van lood werd vergeleken, op nikkel gebaseerd, en op lithium gebaseerde systemen, er werd gevonden dat lithiumaluminium (NCA) heeft de hoogste specifieke energie, en NCA heeft een hoge levensduur van meer dan 2000 oplaadcycli.
De energiedichtheid van 200-260 Wh/kg en de nominale spanning van 3,6 V maken NCA een ideale keuze voor energiesystemen, hoewel deze chemische samenstelling meer aandacht voor veiligheidskwesties vereist en kostbaar is.
Omdat NCA-batterijen een hogere stabiliteit bereiken door aluminium toe te voegen, maar in chemische materialen voor batterijen, hoe hoger het nikkelgehalte, hoe hoger de specifieke energie, en hoe slechter de stabiliteit van de batterij. Daarom, NCA-batterijen moeten meer veiligheidsmaatregelen nemen om de batterijkwaliteit en gebruikersveiligheid te garanderen.
NCA kan gedurende lange tijd relatief grote stromen leveren en hoge laadsnelheden handhaven voor snelladen. De geconfigureerde batterijen kunnen worden gebruikt voor krachtige elektrische voertuigen of zware elektrische terreinvoertuigen (OHEV's), waardoor NCA een kandidaat-materiaal is voor aandrijfsystemen voor elektrische voertuigen.
2.6 Lithiumtitanaat (Li2TiO3 of LTO)
- Uitstekende beveiliging
- Snel opladen
- Lange levensduur
- Lage specifieke energie
Sinds het betreden van de markt in 2008, Lithiumtitanaatbatterijen zijn een van de veiligste lithium-ionbatterijen met uitstekende prestaties, zoals thermische stabiliteit bij hoge temperaturen en hoge ontlaadstroom (10 maal de nominale capaciteit).
De oplaadcyclus is ongeveer 15000 keer, en de levensduur is langer dan die van lithiumijzerfosfaat.
In LTO-batterijen, lithiumtitanaat vervangt het grafiet in de anode, terwijl lithiummangaanoxide of NMC als kathodemateriaal fungeert. Vergeleken met traditionele kobalt gemengde lithium-ionbatterijen, Lithiumtitanaatbatterijen hebben geen spanningskarakteristieken, en zal geen SEI vormen (vaste elektrolytinterface) film- of lithiumcoating tijdens opladen bij lage temperatuur en snelladen, het garanderen van de reactie-efficiëntie ervan.
Lithiumtitanaat heeft een goed specifiek vermogen en goede prestaties over een breed temperatuurbereik, maar de twee belangrijkste nadelen zijn de productiekosten en het lagere specifieke vermogen in vergelijking met andere soorten gegevens.
LTO is gebruikt in de ruimtevaart en militaire uitrusting, maar ook toepassingen op het gebied van zonne-energie, en er is nog steeds ruimte voor verdere ontwikkeling in deze batterijchemie.
Conclusie
Zoals Johannes B. Goed genoeg ooit gezegd, “Wetenschap is een internationale taal.”. Het is juist deze taal die innovatie zal blijven bevorderen, en innovatieve technologie heeft geleid tot de voortdurende ontwikkeling en vitaliteit van de wereldwijde markt voor lithium-ionbatterijen.
Batterijfabrikanten investeren voortdurend in onderzoek en ontwikkeling van lithium-ionbatterijen om het potentieel van nieuwe typen lithium-ionbatterijen te ontsluiten. Hier zijn slechts zes populaire chemische typen lithium-ionbatterijen, en ik geloof dat je een dieper begrip zult hebben nadat je ze hebt gelezen.
LCO-batterijen zijn de meest gebruikte batterijen in draagbare elektronische apparaten.
LMO-batterijen leveren een hogere stroomsterkte dan LCO-batterijen, en NMC is voor veel toepassingen de belangrijkste kathodechemische stof geworden vanwege de lagere kosten in vergelijking met andere op kobalt gebaseerde batterijen. LTO-batterijen laden sneller op, terwijl LFP-batterijen zeer stabiel en veilig zijn, zelfs als ze volledig zijn opgeladen. NCA presteert goed bij toepassingen met hoge belasting en heeft een lange levensduur van de batterij, waardoor het een ideale keuze is voor fabrikanten van elektrische voertuigen.
Er kan worden gezegd dat ze elk hun eigen sterke punten en onderscheidende kenmerken hebben, en hun toepassingsscenario's zijn ook verschillend. Lithium-ionbatterijen zijn een van de meest gebruikte oplaadbare batterijen op de huidige markt en domineren momenteel de markt voor secundaire batterijen.
En er is nog steeds meer en bredere ontwikkelingsruimte op de batterijmarkt, zoals het onderzoek en de ontwikkeling van natriumionbatterijen, dat behoort tot de top tien van opkomende technologieën op chemisch gebied 2022.
Professor Xia Hui van de Nanjing University of Technology in China, in samenwerking met binnen- en buitenlandse teams, heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar op mangaan gebaseerde kathodematerialen, wat ook een veelbelovende toekomstige batterijmarkt is voor de redacteur.
Net zoals de menselijke geschiedenis voortdurend wordt gecreëerd, technologische innovatie wordt ook voortdurend bijgewerkt, en kunnen we samen aandacht blijven besteden aan de ontwikkeling van batterijen.
