Przegląd
Od wynalezienia i komercjalizacji akumulatorów w latach 70, Akumulatory litowo-jonowe ewoluowały od zasilania małych i elektronicznych urządzeń do dostarczania prądu do ciężarówek o masie do 60 mnóstwo, czyniąc rynek dojrzałym i ważnym.
Polityka i działania rządów na całym świecie promują jego rozwój, produkcji akumulatorów litowo-jonowych (zwane także akumulatorami litowo-jonowymi) nie tylko zapewniają mniejszą emisję niż generatory wykorzystujące energię nieodnawialną, ale wiążą się także z niższymi kosztami i większą liczbą opcji energetycznych.
Po dziesięcioleciach testów, pojawiły się różne konfiguracje elektrochemiczne, każdy ma swoje unikalne cechy i zalety atrybutów, nadaje się do produktów w różnych branżach.
W tym artykule, przedstawionych zostanie sześć różnych rodzajów składu chemicznego akumulatorów litowo-jonowych, które, jak sądzę, będą dla Ciebie pomocne.
Spis treści
1.Jakie są istniejące typy akumulatorów w systemach paneli słonecznych?
Omawiając systemy paneli słonecznych, Głównymi rodzajami akumulatorów dostępnych na rynku są akumulatory kwasowo-ołowiowe i akumulatory litowo-jonowe. Ten pierwszy charakteryzuje się stosunkowo niską ceną, ale większa objętość i oczekiwana żywotność zazwyczaj pomiędzy 2 I 5 lata.
Chociaż akumulatory litowo-jonowe są droższe niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, ich działanie jest stabilniejsze, a oczekiwana żywotność jest dłuższa (10 Do 12 lata), dzięki czemu stopniowo stają się najpopularniejszym materiałem na rynku.
Ponadto, istnieją inne chemiczne typy akumulatorów, które zajmują pozycję pośrednią pod względem wydajności i kosztów, mają też własne rynki ze względu na różne perspektywy i potrzeby zastosowań.
Na przykład, Baterie niklowo-kadmowe mogą magazynować energię w niskich temperaturach, ale ich gęstość jest niska, więc nie są w stanie magazynować dużej ilości energii. W porównaniu do wyżej wymienionych akumulatorów, akumulatory niklowo-wodorowe charakteryzują się większą pojemnością magazynowania i niższymi kosztami utrzymania w porównaniu do lat poprzednich, i będzie również preferowane przez rynek.
Energia litowa to aktywna i gorąca dziedzina badań, i obecnie najpopularniejsze chemikalia do akumulatorów to m.in:
Litowo-nikiel-mangan-kobalt (LiNixMnyCozO2 lub NMC)
Tlenek glinu litowo-niklowo-kobaltowego (LiNiCoAlO2 lub NCA)
Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4 lub LFP)
Tlenek litu i kobaltu (LiCoO2 lub LKO)
Tlenek litowo-manganowy (LiMn2O4 lub LMO)
Tytanian litu (Li2TiO3 lub LTO)
Chociaż to wszystko są baterie litowe, istnieją między nimi różne różnice.
2.Rodzaje chemiczne akumulatorów litowo-jonowych
2.0 Terminy techniczne związane z rodzajami chemicznymi akumulatorów litowo-jonowych
Aby przeanalizować i zrozumieć typy chemiczne akumulatorów litowo-jonowych, najpierw zrozumieć odpowiednie warunki oceny, co pomoże Ci zrozumieć pojęcia i dokonać lepszych porównań.
2.0.1 Specyficzna energia
Pojemność czasu pracy, wyrażona w kilowatogodzinach na kilogram.
2.0.2 Konkretna moc
Wydajność przenoszenia przy wysokim prądzie, wyrażona w watach na kilogram。
2.0.3 Bezpieczeństwo
Oceniając na podstawie progu temperatury niestabilności termicznej
2.0.4 Wydajność
Pojemność, Napięcie, i rezystancja wskazują również wydajność akumulatora w różnych temperaturach.
2.0.5 Żywotność usługi
Całkowity czas użytkowania pełnych cykli rozładowania akumulatora.
2.0.6 Koszt inwestycji
Koszt surowców, elementy montażowe, i inwestycje w technologię pracy.
2.1 Tlenek litu i kobaltu (LiCoO2 lub LCO)
- Wysoka energia właściwa (gęstość energii)
- Ograniczona moc właściwa
- Niskie bezpieczeństwo
- Krótki okres użytkowania
Baterie litowo-kobaltowo-tlenkowe, znane również jako akumulatory litowo-kobaltowe lub litowo-jonowo-kobaltowe, są znane od 1991. Tlenek litowo-kobaltowy może tworzyć skład chemiczny akumulatora o wysokiej energii właściwej, z węglem grafitowym jako anodą i tlenkiem kobaltu jako katodą, oraz warstwową strukturę ułatwiającą ruch jonów.
Napięcie nominalne wynosi 3,7 V, a gęstość energii 150 do 180 Wh/kg.
Ta wysoka energia właściwa, ale niska moc właściwa, oznacza, że może być dostarczana do obciążeń o małej mocy przez długi czas, dlatego baterie LCO są powszechnie stosowane w smartfonach, tabletki, i laptopy.
Jednakże, ten typ baterii chemicznych ma niższy wynik bezpieczeństwa, zwłaszcza pod względem stabilności termicznej, ponieważ wysoka wytrzymałość może spowodować przegrzanie akumulatora i zwiększyć ryzyko niekontrolowanej zmiany temperatury.
Dlatego, w połączeniu z krótszą żywotnością i cyklem ładowania, Akumulatory LCO nie są już najpopularniejszym wyborem, ponieważ różne branże inwestują w inne, bardziej opłacalne technologie akumulatorów.
Tymczasem, istnieje szczególny powód, dla którego wydobycie kobaltu wiąże się z łamaniem praw człowieka. Demokratyczna Republika Konga dostarcza prawie 70% światowych surowców kobaltu.
Jednakże, nie ma przepisów prawa pracy ani przepisów bezpieczeństwa dotyczących obsługi ręcznej (na małą skalę) działalność wydobywczą w ramach projektu wydobycia kobaltu w drugim co do wielkości kraju w Afryce. Wydobywanie ręczne wysokiego ryzyka, zatrudnianie dzieci w procesie wydobywczym, i złe warunki pracy zapewniły przemysłowi wydobycia kobaltu miano “bateria krwi”.
Bezkobaltowe akumulatory litowo-jonowe mogą pomóc nam w wykorzystaniu materiałów akumulatorowych, które są etyczne dla ludzi.
2.2 Tlenek litowo-manganowy (LiMn2O4 lub LMO)
- Zwiększ bezpieczeństwo
- Wysoka stabilność termiczna
- Ograniczony cykl życia
- Średnia energia właściwa
- Umiarkowany stosunek mocy
Baterie LMO są powszechnie określane jako tlenek litowo-manganowy, mangan litowo-jonowy, i spinel manganowy, i od tego czasu są znane 1996. Jego struktura tworzy trójwymiarową strukturę spinelową lub szkielet krystaliczny katody litowo-manganowej.
Struktura spinelu może poprawić trajektorię ruchu prądu i przepływu jonów, zmniejszyć opór wewnętrzny, oraz poprawić bezpieczeństwo i stabilność.
Konstrukcja litowo-manganowa zmaksymalizowała żywotność baterii, bezpieczeństwo, i konkretna moc. Ze względu na skład chemiczny baterii hybrydowych, które mogą przedłużyć żywotność baterii i poprawić energię właściwą baterii, wiele pojazdów elektrycznych, takich jak BMW i3 i Nissan Leaf, wybrało kombinację LMO-NMC. Komponent LMO zapewnia wysoki prąd podczas przyspieszania, podczas gdy NMC zwiększa zasięg jazdy.
2.3 Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4 lub LFP)
- Wysokie bezpieczeństwo
- Wysoka moc właściwa
- Długi cykl życia
- Niska energia właściwa
Fosforan litowo-żelazowy jest rodzajem LiFePO4 lub LFP bateria, a odkrycie fosforanu jako materiału katody doprowadziło do opracowania akumulatorów litowych.
Po dziesięcioleciach rozwoju i zastosowań, stał się teraz popularnym materiałem.
Akumulatory LFP są wykorzystywane głównie do magazynowania energii i innych zastosowań wymagających wysokiego bezpieczeństwa, duża moc, i długą żywotność. Napięcie nominalne akumulatorów LiFePO4 jest niższe, co skutkuje niższą energią właściwą niż akumulatory litowo-jonowe kobaltowe.
Chociaż gęstość energii składu chemicznego tego akumulatora jest nieco niższa (3.2V/ogniwo), ma długą żywotność, niższy koszt, i jest bezpieczniejszy.
Wytrzymuje nawet bardzo duże różnice temperatur, dzięki czemu jest popularny w branżach o dużych obciążeniach i trudnych warunkach. Charakteryzuje się dobrymi parametrami elektrochemicznymi oraz większą tolerancją na przeładowanie akumulatorów, i jest również popularny w sprzęcie używanym w stałych lokalizacjach o wysokiej trwałości.
Postęp technologii chemicznej akumulatorów sprawił, że nieuniknionym krokiem jest wymiana tradycyjnych akumulatorów. Na przykład, Akumulatory litowo-fosforanowe mogą zastąpić akumulatory rozruchowe kwasowo-ołowiowe – Baterie litowo-fosforanowe działają dobrze, gdy cztery baterie są połączone szeregowo, wytwarzające napięcie równe napięciu wytwarzanemu przez sześć akumulatorów kwasowo-ołowiowych połączonych szeregowo.
Odzwierciedla to również doskonałą wydajność i ekonomiczność akumulatorów LiFePO4.
2.4 Litowo-nikiel-mangan-kobalt (LiNixMnyCozO2 lub NMC)
- Wysoka moc właściwa
- Wysoka energia właściwa
- Wysokie bezpieczeństwo
- Średni koszt
- Ogólnie dobry występ
Litowo-niklowo-manganowo-kobaltowy to między innymi jeden z wiodących materiałów chemicznych na rynku akumulatorów. Baterie, znany również jako NMC, NCM, itp., mogą być używane jako akumulatory energetyczne lub akumulatory mocy.
Bateria NMC to jeden z najbardziej udanych akumulatorów niklowo-manganowo-kobaltowych z katodą litowo-jonową.
Na podstawie niższych kosztów produkcji, może również zapewniać wysoką energię właściwą i zapewnia dobre bezpieczeństwo. O 2000 cykle ładowania dowodzą, że ma on również doskonałą żywotność.
Jego napięcie nominalne wynosi 3,6 V, a gęstość energii 150-220 Wh/kg, co czyni go wysokiej jakości wyborem w branży pojazdów elektrycznych. Łącząc zalety niklu (wysoka energia właściwa) i mangan (tworzenie struktur spinelowych w celu uzyskania niskiego oporu wewnętrznego), Akumulatory NMC są szeroko stosowane w branżach takich jak rowery elektryczne, pojazdy elektryczne, i sprzęt medyczny.
NMC ma również najniższy współczynnik samonagrzewania spośród sześciu konfiguracji, i jest lekki, mały rozmiar, i duża zdolność magazynowania energii sprawiają, że jest to jeden z idealnych wyborów dla producentów.
Skład chemiczny NMC można skonfigurować tak, aby zawierał różne ilości. Formuła NMC zazwyczaj składa się z 33% nikiel, 33% mangan, I 33% kobalt. Kobalt staje się coraz droższy i trudniejszy w utrzymaniu, świat dąży do minimalizacji zużycia kobaltu.
A więc wyjątkowe połączenie 1-1-1 sprawia, że akumulatory NMC są dobrym wyborem ze względu na niską zawartość kobaltu i niższe koszty surowców. Dlatego, jest to popularny wybór w branżach, które w powszechnych zastosowaniach opierają się na częstych cyklach, takich jak produkcja na dużą skalę akumulatorów w samochodach i systemach magazynowania energii (ES).
Inne udane konstrukcje kombinowane w zastosowaniach rynkowych to NMC811 i NMC622, a seria NMC stale się rozwija, aby dostosować się do dostępnych na rynku systemów elektrochemicznych mieszanych jonów litu NMC.
2.5 Tlenek glinu litowo-niklowo-kobaltowego (LiNiCoAlO2 lub NCA)
- Wysoka energia właściwa
- Długa żywotność
- Doskonała moc i wydajność
- Koszt i bezpieczeństwo są stosunkowo niskie w porównaniu do innych
Tlenek glinu litowo-niklowo-kobaltowego (NCA) akumulatory mają podobieństwo do NMC pod tym względem, że mają wysoką energię właściwą i dobre dane dotyczące mocy właściwej. W badaniu porównującym energię właściwą ołowiu, na bazie niklu, i systemy na bazie litu, stwierdzono, że litowo-aluminiowy (NCA) ma największą energię właściwą, a NCA ma długi cykl życia wynoszący ponad 2000 cykle ładowania.
Gęstość energii 200-260Wh/kg i napięcie nominalne 3,6V sprawiają, że NCA jest idealnym wyborem dla systemów elektroenergetycznych, chociaż ten skład chemiczny wymaga większej uwagi ze względów bezpieczeństwa i jest kosztowny.
Ponieważ akumulatory NCA osiągają większą stabilność poprzez dodanie aluminium, ale w materiałach chemicznych akumulatorów, im wyższa zawartość niklu, im wyższa energia właściwa, i tym gorsza stabilność baterii. Dlatego, Akumulatory NCA muszą podjąć więcej środków bezpieczeństwa, aby zapewnić jakość akumulatorów i bezpieczeństwo użytkownika.
NCA może dostarczać stosunkowo duże prądy przez długi czas i utrzymywać wysokie szybkości ładowania w celu szybkiego ładowania. Skonfigurowane akumulatory mogą być stosowane w pojazdach elektrycznych o wysokich osiągach lub pojazdach elektrycznych terenowych o dużej ładowności (OHEV), uczynienie NCA materiałem kandydatem na systemy zasilania pojazdów elektrycznych.
2.6 Tytanian litu (Li2TiO3 lub LTO)
- Doskonałe bezpieczeństwo
- Szybkie ładowanie
- Długa żywotność
- Niska energia właściwa
Od wejścia na rynek w 2008, Baterie litowo-tytanowe to jedne z najbezpieczniejszych baterii litowo-jonowych o doskonałej wydajności, takie jak stabilność termiczna w wysokich temperaturach i wysoki prąd rozładowania (10 razy większa od pojemności znamionowej).
Cykl ładowania dobiegł końca 15000 czasy, a żywotność jest dłuższa niż w przypadku fosforanu litowo-żelazowego.
W akumulatorach LTO, tytanian litu zastępuje grafit w anodzie, podczas gdy tlenek litowo-manganowy lub NMC działa jako materiał katody. W porównaniu z tradycyjnymi mieszanymi akumulatorami litowo-jonowymi kobaltowymi, Baterie litowo-tytanowe mają zerową charakterystykę naprężenia, i nie utworzy SEI (interfejs stałego elektrolitu) folia lub powłoka litowa podczas ładowania w niskiej temperaturze i szybkiego ładowania, zapewniając skuteczność reakcji.
Tytanian litu ma dobrą moc właściwą i wydajność w szerokim zakresie temperatur, ale jego dwie główne wady to koszt produkcji i niższa moc właściwa w porównaniu z innymi typami danych.
LTO był stosowany w sprzęcie lotniczym i wojskowym, jak również zastosowania energii słonecznej, nadal jest miejsce na dalszy rozwój chemii akumulatorów.
Wniosek
Jako John B. Dobre, kiedyś powiedziałem, “Nauka jest językiem międzynarodowym.”. To właśnie ten język będzie nadal promował innowacje, i innowacyjna technologia doprowadziły do ciągłego rozwoju i żywotności światowego rynku akumulatorów litowo-jonowych.
Producenci akumulatorów stale inwestują w badania i rozwój akumulatorów litowo-jonowych, aby uwolnić potencjał nowych typów akumulatorów litowo-jonowych. Oto tylko sześć popularnych typów chemicznych akumulatorów litowo-jonowych, i wierzę, że po ich przeczytaniu będziesz miał głębsze zrozumienie.
Baterie LCO to najczęściej stosowane baterie w przenośnych urządzeniach elektronicznych.
Akumulatory LMO zapewniają większy prąd niż akumulatory LCO, i NMC stały się głównymi substancjami chemicznymi katodowymi do wielu zastosowań ze względu na ich niższy koszt w porównaniu z innymi akumulatorami na bazie kobaltu. Akumulatory LTO ładują się szybciej, natomiast akumulatory LFP są bardzo stabilne i bezpieczne nawet przy pełnym naładowaniu. NCA sprawdza się dobrze w zastosowaniach wymagających dużego obciążenia i ma długą żywotność baterii, co czyni go idealnym wyborem dla producentów pojazdów elektrycznych.
Można powiedzieć, że każdy z nich ma swoje mocne strony i odrębne cechy, i scenariusze ich zastosowań są również różne. Baterie litowo-jonowe są jednymi z powszechnie stosowanych akumulatorów na obecnym rynku i obecnie dominują na rynku akumulatorów wtórnych.
Na rynku akumulatorów istnieje wciąż coraz większa przestrzeń rozwojowa, takie jak badania i rozwój akumulatorów sodowo-jonowych, która jest jedną z dziesięciu najważniejszych nowych technologii w dziedzinie chemii 2022.
Profesor Xia Hui z Politechniki w Nanjing w Chinach, we współpracy z zespołami krajowymi i zagranicznymi, poczynił znaczny postęp w badaniach materiałów katodowych na bazie manganu, co jest dla redaktora także obiecującym przyszłym rynkiem akumulatorów.
Tak jak nieustannie tworzy się historia ludzkości, innowacje technologiczne również podlegają ciągłej aktualizacji, i możemy nadal wspólnie zwracać uwagę na rozwój baterii.
