Обзор
С момента изобретения и коммерциализации батарей в 1970-х годах., Литий-ионные аккумуляторы превратились из источника питания для небольших и электронных устройств в источник питания грузовиков весом до 60 тонны, сделать рынок зрелым и важным.
Политика и бизнес правительств во всем мире способствуют его развитию., изготовление литий-ионных аккумуляторов (также известные как литий-ионные аккумуляторы) не только обеспечивают меньше выбросов, чем генераторы, использующие невозобновляемую энергию, но также имеют более низкие затраты и больше вариантов энергопотребления.
После десятилетий испытаний, возникли различные электрохимические конфигурации, каждый со своими уникальными характеристиками и преимуществами атрибутов, подходит для продукции в различных отраслях промышленности.
В этой статье, Будет представлено шесть различных типов литий-ионных аккумуляторов., что, я думаю, будет вам полезно.
Оглавление
1.Какие типы батарей существуют в системах солнечных батарей??
При обсуждении систем солнечных батарей, Основными типами аккумуляторов на рынке являются свинцово-кислотные аккумуляторы и литий-ионные аккумуляторы.. Первый имеет относительно низкую цену., но больший объем и ожидаемый срок службы обычно между 2 и 5 годы.
Хотя литий-ионные аккумуляторы дороже свинцово-кислотных., их производительность более стабильна, а ожидаемый срок службы больше. (10 к 12 годы), постепенно превращая их в самый популярный материал на рынке..
Кроме того, существуют и другие химические типы аккумуляторов, занимающие промежуточное положение по эффективности и стоимости, и у них также есть свои собственные рынки из-за разных точек зрения и потребностей приложений..
Например, Никель-кадмиевые аккумуляторы могут хранить энергию при низких температурах., но плотность у них низкая, поэтому они не могут хранить большое количество энергии. По сравнению с вышеупомянутыми батареями, Никель-водородные батареи имеют более высокую емкость и более низкие затраты на техническое обслуживание по сравнению с предыдущими годами., и также будет одобрен рынком.
Литиевая энергетика — активная и горячая область исследований., и в настоящее время наиболее популярные химикаты для аккумуляторов включают:
Литий-никель-марганец-кобальт (LiNixMnyCozO2 или НМЦ)
Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (LiNiCoAlO2 или НКА)
Литий-железо-фосфат (ЛиФеПО4 или ЛФП)
Оксид лития-кобальта (LiCoO2 или LCO)
Оксид лития-марганца (LiMn2O4 или ЖМО)
Титанат лития (Li2TiO3 или ДН)
Хотя это все литиевые аккумуляторы, между ними разные различия.
2.Химические типы литий-ионных аккумуляторов
2.0 Технические термины, относящиеся к химическим типам литий-ионных аккумуляторов.
Анализировать и понимать химические типы литий-ионных аккумуляторов., сначала поймите соответствующие условия оценки, что поможет вам понять концепции и лучше сравнить.
2.0.1 Удельная энергия
Время работы, выражается в киловатт-часах на килограмм.
2.0.2 Удельная мощность
Транспортировочная способность при высоком токе, выражается в ваттах на килограмм。
2.0.3 Безопасность
Судя по температурному порогу теплового разгона
2.0.4 Производительность
Емкость, Напряжение, и сопротивление также указывают на работоспособность батареи при разных температурах..
2.0.5 Срок службы
Общее время использования полных циклов заряд-разряд аккумулятора.
2.0.6 Инвестиционная стоимость
Стоимость сырья, компоненты сборки, и инвестиции в трудовые технологии.
2.1 Оксид лития-кобальта (LiCoO2 или LCO)
- Высокая удельная энергия (плотность энергии)
- Ограниченная удельная мощность
- Низкая безопасность
- Короткий срок службы
Литий-кобальт-оксидные батареи, также известные как литий-кобальтовые или литий-ионно-кобальтовые батареи., были известны с тех пор 1991. Оксид лития-кобальта может образовывать химический состав аккумуляторов с высокой удельной энергией., с графитовым углеродом в качестве анода и оксидом кобальта в качестве катода., и слоистая структура, которая облегчает движение ионов.
Номинальное напряжение составляет 3,7 В, а плотность энергии 150 до 180 Втч/кг.
Такая высокая удельная энергия, но низкая удельная мощность означает, что ее можно подавать на маломощные нагрузки в течение длительного времени., поэтому батареи LCO обычно используются в смартфонах, таблетки, и ноутбуки.
Однако, этот тип химической батареи имеет более низкий показатель безопасности., особенно с точки зрения термической стабильности, поскольку высокая прочность может привести к перегреву аккумулятора и увеличению риска выхода из строя..
Поэтому, в сочетании с более коротким сроком службы и циклом зарядки., Аккумуляторы LCO больше не являются самым популярным выбором, поскольку различные отрасли инвестируют в другие, более экономичные аккумуляторные технологии..
Тем временем, есть особая причина, по которой добыча кобальта связана с нарушениями прав человека. Демократическая Республика Конго поставляет почти 70% мирового кобальтового сырья.
Однако, для ручного труда не существует трудового законодательства и правил техники безопасности. (мелкомасштабный) горнодобывающие работы в рамках проекта по добыче кобальта во второй по величине стране Африки. Ручной майнинг с высоким риском, использование детского труда в процессе добычи полезных ископаемых, и плохие условия труда принесли кобальтовой промышленности звание “батарея крови”.
Безкобальтовые литий-ионные аккумуляторы могут помочь нам использовать материалы для батарей, безопасные для человека..
2.2 Оксид лития-марганца (LiMn2O4 или LMO)
- Повышение безопасности
- Высокая термическая стабильность
- Ограниченный срок службы
- Средняя удельная энергия
- Умеренное соотношение мощности
LMO-аккумуляторы обычно называют литий-оксид-марганцевыми., литий-ионный марганец, и марганцевая шпинель, и известны с тех пор 1996. Его структура образует трехмерную структуру шпинели или кристаллический каркас катода из оксида лития-марганца..
Структура шпинели может улучшить движение тока и траекторию потока ионов., уменьшить внутреннее сопротивление, и повысить безопасность и стабильность.
Литий-марганцевая конструкция максимально увеличила срок службы батареи., безопасность, и удельная мощность. Благодаря химическому составу гибридных батарей, который может продлить срок службы батареи и улучшить удельную энергию батареи., многие электромобили, такие как BMW i3 и Nissan Leaf, выбрали комбинацию LMO-NMC.. Компонент LMO обеспечивает высокий ток во время ускорения., в то время как NMC увеличивает запас хода.
2.3 Литий-железо-фосфат (ЛиФеПО4 или ЛФП)
- Высокая безопасность
- Высокая удельная мощность
- Длительный цикл жизни
- Низкая удельная энергия
Литий-железофосфат представляет собой разновидность LiFePO4 или ЛФП батарея, а открытие фосфата в качестве катодного материала привело к разработке перезаряжаемых литиевых батарей..
После десятилетий разработки и применения, теперь это стало популярным материалом.
Аккумуляторы LFP в основном используются для хранения энергии и других приложений, требующих высокой безопасности., Высокая мощность, и долгий срок службы. Номинальное напряжение аккумуляторов LiFePO4 ниже, что приводит к более низкой удельной энергии, чем у кобальтовых литий-ионных батарей..
Хотя плотность энергии по химическому составу у этой батареи несколько ниже (3.2В/Ячейка), у него долгий срок службы, более низкая стоимость, и безопаснее.
Он может выдерживать даже очень большие перепады температур., что делает его популярным в отраслях с высокими нагрузками и суровыми условиями эксплуатации.. Он имеет хорошие электрохимические характеристики и большую устойчивость к перезарядке аккумуляторов., а также популярен в оборудовании, используемом в стационарных местах высокой прочности..
Развитие химических технологий аккумуляторов сделало замену традиционных аккумуляторов неизбежным шагом.. Например, Литий-фосфатные аккумуляторы могут заменить свинцово-кислотные стартерные аккумуляторы. – Литий-фосфатные батареи хорошо работают, когда четыре батареи соединены последовательно., создавая напряжение, равное напряжению, генерируемому шестью свинцово-кислотными батареями, соединенными последовательно..
Это также отражает превосходные характеристики и экономическую целесообразность аккумуляторов LiFePO4..
2.4 Литий-никель-марганец-кобальт (LiNixMnyCozO2 или NMC)
- Высокая удельная мощность
- Высокая удельная энергия
- Высокая безопасность
- Средняя стоимость
- В целом хорошая производительность
Литий-никель-марганец-кобальт является одним из ведущих химических материалов на рынке аккумуляторов среди других материалов.. Батареи, также известный как NMC, НКМ, и т. д., могут использоваться как энергетические батареи или силовые батареи.
Аккумулятор NMC является одним из самых успешных комбинированных аккумуляторов с никель-марганцево-кобальтовым литий-ионным катодом..
За счет более низких издержек производства, он также может обеспечивать высокую удельную энергию и имеет хорошую безопасность.. О 2000 циклы зарядки доказывают, что он также имеет отличный срок службы.
Его номинальное напряжение составляет 3,6 В, а плотность энергии — 150–220 Втч/кг., что делает его высококачественным выбором в индустрии электромобилей.. Сочетание преимуществ никеля (высокая удельная энергия) и марганец (формирование шпинелевых структур для достижения низкого внутреннего сопротивления), Аккумуляторы NMC широко используются в таких отраслях, как электрические велосипеды., электрические транспортные средства, и медицинское оборудование.
NMC также имеет самую низкую скорость самонагрева среди шести конфигураций., и он легкий, маленький размер, и высокая емкость хранения энергии делают его одним из идеальных вариантов для производителей..
Химический состав NMC может быть настроен на содержание различных количеств.. Формула NMC обычно состоит из 33% никель, 33% марганец, и 33% кобальт. Кобальт становится все более дорогим, и его закупки становится все труднее поддерживать., поскольку мир стремится свести к минимуму использование кобальта.
Таким образом, уникальное сочетание 1-1-1 делает батареи NMC хорошим выбором из-за низкого содержания кобальта и более низких затрат на сырье.. Поэтому, это популярный выбор в отраслях, которые полагаются на частые циклы для широкого применения., например, крупномасштабное производство аккумуляторов для автомобилей и систем хранения энергии. (ЭСС).
Другими успешными комбинированными структурами в рыночных приложениях являются NMC811 и NMC622., и серия NMC постоянно расширяется, чтобы адаптироваться к электрохимическим системам смешанных ионов лития NMC, представленным на рынке..
2.5 Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (LiNiCoAlO2 или НКА)
- Высокая удельная энергия
- Длительный срок службы
- Отличная мощность и производительность
- Стоимость и безопасность относительно низкие по сравнению с другими
Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (НКА) батареи имеют сходство с NMC в том, что они имеют высокую удельную энергию и хорошие показатели удельной мощности.. В исследовании, сравнивающем удельную энергию свинца на основе, на основе никеля, и системы на основе лития, было обнаружено, что литий-алюминий (НКА) имеет наибольшую удельную энергию, и NCA имеет высокий срок службы, превышающий 2000 циклы зарядки.
Плотность энергии 200–260 Втч/кг и номинальное напряжение 3,6 В делают NCA идеальным выбором для энергосистем., хотя этот химический состав требует большего внимания к вопросам безопасности и является дорогостоящим.
Потому что батареи NCA достигают более высокой стабильности за счет добавления алюминия., но в аккумуляторных химических материалах, чем выше содержание никеля, тем выше удельная энергия, и тем хуже стабильность батареи. Поэтому, Аккумуляторы NCA должны принимать дополнительные меры безопасности для обеспечения качества аккумуляторов и безопасности пользователей..
NCA может подавать относительно большие токи в течение длительного времени и поддерживать высокие скорости зарядки для быстрой зарядки.. Сконфигурированные аккумуляторы можно использовать для высокопроизводительных электромобилей или тяжелых внедорожных электромобилей. (OHEV), превращение NCA в кандидатный материал для энергетических систем электромобилей.
2.6 Титанат лития (Li2TiO3 или LTO)
- Отличная безопасность
- Быстрая зарядка
- Длительный срок службы
- Низкая удельная энергия
С момента выхода на рынок в 2008, Литий-титановые аккумуляторы являются одними из самых безопасных литий-ионных аккумуляторов с отличными характеристиками., такие как термическая стабильность при высоких температурах и высоком токе разряда (10 раз номинальная мощность).
Цикл зарядки составляет около 15000 раз, и срок службы больше, чем у литий-железо-фосфата.
В батареях LTO, титанат лития заменяет графит в аноде, в то время как оксид лития-марганца или NMC выступает в качестве катодного материала. По сравнению с традиционными кобальтовыми литий-ионными батареями, Литий-титановые батареи имеют нулевую деформацию, и не будет формировать SEI (интерфейс твердого электролита) пленочное или литиевое покрытие во время низкотемпературной зарядки и быстрой зарядки, обеспечение эффективности его реакции.
Титанат лития имеет хорошую удельную мощность и производительность в широком диапазоне температур., но его двумя основными недостатками являются стоимость производства и меньшая удельная мощность по сравнению с другими типами данных..
LTO используется в аэрокосмической и военной технике., а также применение солнечной энергии, и в этой области химии аккумуляторов еще есть возможности для дальнейшего развития..
Заключение
Как Джон Б.. Гуденаф однажды сказал, “Наука – это международный язык.”. Именно этот язык будет продолжать способствовать инновациям., и инновационные технологии привели к постоянному развитию и жизнеспособности мирового рынка литий-ионных аккумуляторов..
Производители аккумуляторов постоянно инвестируют в исследования и разработки литий-ионных аккумуляторов, чтобы раскрыть потенциал новых типов литий-ионных аккумуляторов.. Вот только шесть популярных химических типов литий-ионных аккумуляторов., и я верю, что после их прочтения у вас появится более глубокое понимание.
Батареи LCO являются наиболее часто используемыми батареями в портативных электронных устройствах..
Батареи LMO обеспечивают более высокий ток, чем батареи LCO., и NMC стал основным катодным химикатом для многих применений из-за его более низкой стоимости по сравнению с другими батареями на основе кобальта.. Аккумуляторы LTO заряжаются быстрее, в то время как батареи LFP очень стабильны и безопасны даже при полной зарядке. NCA хорошо работает в приложениях с высокими нагрузками и имеет длительный срок службы батареи., что делает его идеальным выбором для производителей электромобилей..
Можно сказать, что каждый из них имеет свои сильные стороны и отличительные характеристики., и сценарии их применения тоже разные. Литий-ионные аккумуляторы являются одними из широко используемых аккумуляторов на современном рынке и в настоящее время доминируют на рынке вторичных аккумуляторов..
И на рынке аккумуляторов есть еще большее и широкое пространство для развития., такие как исследования и разработки натрий-ионных батарей, которая входит в десятку лучших новых технологий в химической области в 2022.
Профессор Ся Хуэй из Нанкинского технологического университета в Китае, в сотрудничестве с отечественными и зарубежными командами, добился значительных успехов в исследовании катодных материалов на основе марганца., который также является многообещающим будущим рынком аккумуляторов для редактора.
Точно так же, как человеческая история постоянно создаётся, технологические инновации также постоянно обновляются, и мы можем продолжать вместе уделять внимание разработке аккумуляторов.
