Waarom China Litium-ioon-batteryproduksie kan oorheers

Is litiumioon die ideale battery?

Vir baie jare was nikkel-kadmium die enigste geskikte battery vir draagbare toerusting van draadlose kommunikasie tot mobiele rekenaars.Nikkel-metaalhidried en litium-ioon het in die vroeë 1990's na vore gekom, neus-tot-neus geveg om die kliënt se aanvaarding te verkry.Vandag is litium-ioon die vinnigste groeiende en mees belowende batterychemie.

Die wêreld word al hoe meer geëlektrifiseer.Nie net verhoog ontwikkelende lande die beskikbaarheid van elektrisiteit aan hul bevolking nie, maar die elektrifisering van bestaande vervoerinfrastruktuur vorder in 'n vinnige tempo.Teen 2040 sal meer as die helfte van die motors op die paaie na verwagting deur elektrisiteit aangedryf word.

'n Kort geskiedenis van batterye

Batterye is al lank deel van ons daaglikse lewe.Die wêreld se eerste ware battery is in 1800 deur die Italiaanse fisikus Alessandro Volta uitgevind.Die uitvinding het 'n merkwaardige deurbraak verteenwoordig, maar sedert daardie tyd was daar net 'n handjievol betekenisvolle innovasies.

Die eerste was die loodsuurbattery, wat in 1859 uitgevind is. Dit was die eerste herlaaibare battery en is vandag steeds die mees algemene battery wat gebruik word om binnebrandenjins te begin.

Daar was 'n paar innoverende batteryontwerpe in die afgelope twee eeue, maar dit was eers in 1980 dat 'n ware spelwisselaar uitgevind is.Dit was toe deurbrake by die Universiteit van Oxford en Stanford Universiteit gelei het tot die ontwikkeling van die litium-ioonbattery.Sony het die eerste litium-ioonbattery in 1991 gekommersialiseer.

Wat is so spesiaal aan litium?

Litium is in baie opsigte 'n spesiale metaal.Dit is lig en sag — so sag dat dit met 'n kombuismes gesny kan word en so laag in digtheid dat dit op water dryf.Dit is ook solied by 'n wye reeks temperature, met een van die laagste smeltpunte van alle metale en 'n hoë kookpunt.

Soos sy ander alkalimetaal, natrium, reageer litium met water in 'n opvallende vorm.Die kombinasie van Li en H2O vorm litiumhidroksied en waterstof, wat tipies in rooi vlam uitbars.

Daar is baie aspekte aan Litium-ioon battery veiligheid regdeur sy ontwerpprosesse, insluitend veilige batterystruktuur, veilige grondstowwe, beskermende funksies en veiligheidssertifisering.Toe 'n onderhoud deur China Electronics News gevoer is, het mnr Su Jinran, adjunk-hoofingenieur, gesê dat produkveiligheid in produkontwerp begin het, daarom is die keuse van die regte elektrodemateriaal, skeiers en elektroliete die eerste prioriteit vir veilige batteryontwerp.Vir battery anode materiale, ternêre materiale, mangaan litium en litium yster fosfaat, wat wyd gebruik is in battery ontwerp en bevredigende werkverrigting gelewer het, is veiliger as tradisionele litium kobaltaat en nikkel litium.

Litiumioonbatterye is gewild omdat dit 'n aantal belangrike voordele bo mededingende tegnologieë inhou:

● Hulle is oor die algemeen baie ligter as ander soorte herlaaibare batterye van dieselfde grootte.Die elektrodes van 'n litium-ioon battery is gemaak van liggewig litium en koolstof.Litium is ook 'n hoogs reaktiewe element, wat beteken dat baie energie in sy atoombindings gestoor kan word.Dit kom neer op 'n baie hoë energiedigtheid vir litium-ioonbatterye.Hier is 'n manier om 'n perspektief op energiedigtheid te kry.’n Tipiese litiumioonbattery kan 150 watt-uur elektrisiteit in 1 kilogram battery stoor.'n NiMH (nikkel-metaalhidried) batterypak kan dalk 100 watt-uur per kilogram stoor, hoewel 60 tot 70 watt-uur meer tipies kan wees.’n Loodsuurbattery kan slegs 25 watt-uur per kilogram stoor.Deur loodsuurtegnologie te gebruik, neem dit 6 kilogram om dieselfde hoeveelheid energie te stoor wat ’n 1 kilogram litiumioonbattery kan hanteer.Dit is 'n groot verskil [bron: Alles2.com ].

● Hulle hou hul beheer.'n Litium-ioon-batterypak verloor slegs sowat 5 persent van sy lading per maand, in vergelyking met 'n verlies van 20 persent per maand vir NiMH-batterye.

● Hulle het geen geheue-effek nie, wat beteken dat jy hulle nie heeltemal hoef te ontlaai voordat hulle herlaai word nie, soos met sommige ander batterychemie.

● Litiumioonbatterye kan honderde laai-/ontladingsiklusse hanteer.

● Dit is nie te sê dat litiumioonbatterye foutloos is nie.Hulle het ook 'n paar nadele:

● Hulle begin verneder sodra hulle die fabriek verlaat.Hulle sal net twee of drie jaar hou vanaf die vervaardigingsdatum of jy dit gebruik of nie.

● Hulle is uiters sensitief vir hoë temperature.Hitte veroorsaak dat litium-ioon batterypakke baie vinniger afbreek as wat hulle normaalweg sou doen.

● As jy ’n litiumioonbattery heeltemal ontlaai, is dit verwoes.

● ’n Litiumioonbatterypak moet ’n aanboordrekenaar hê om die battery te bestuur.Dit maak hulle selfs duurder as wat hulle reeds is.

● Daar is 'n klein kans dat, as 'n litiumioonbatterypak misluk, dit in vlam sal uitbars.

Innovasie-gebaseerde standaardinstelling

As gevolg van die kompleksiteit in die litium-ioon-batteryveiligheidsmeganisme, veral die impak op veiligheid na hergebruik van die batterye, moet die proses om litiumioonbatteryveiligheid te verstaan ​​en die standaarde daarvan te stel geleidelik en progressief wees.En die ontwikkeling en toepassing van eksterne beheertegnieke moet ook oorweeg word.Su het dit as instelling voorgestel Litium-ioon battery veiligheidstandaarde is 'n hoogs tegniese werk, sowel standaardstellingsprofessionele van batterystandaardiseringsliggame as tegniese spesialiste van die batterybedryf, gebruikers en elektroniese beheerareas moet aan die proses deelneem, insluitend eksperimentele verifikasiewerke.

Senior ingenieur van China Electronics Standardization Institute, mnr Sun Chuanhao, het gesê dat litiumioonbatterye tans in energietipes en kragtipes verdeel kan word.Aangesien hierdie twee produkte verskille in materiale en ontwerpstrukture het, is hul toetsmetodes en vereistes verskillend, selfs onder dieselfde veiligheidstoestande.Die sogenaamde draagbare batterye behoort tot die energietipe, insluitend Litium-ioonbatterye wat in selfone, skootrekenaars, digitale kameras en videokameras gebruik word, terwyl die kragtipe battery vir kraggereedskap, elektriese fietse en elektriese voertuie is.

Volgens die navorsingsorganisasie BloombergNEF het die volume-geweegde gemiddelde litium-ioon-batterypakprys (wat diesel en die pak insluit) vanaf 2010-’18 met 85% gedaal en gemiddeld $176/kWh bereik.BloombergNEF projekteer verder dat pryse tot $94/kWh teen 2024 en $62/kWh teen 2030 sal daal.

Hierdie dalende kostekromme het belangrike implikasies vir enige maatskappy wat batterye in sy diens gebruik, of vir diegene wat 'n behoefte het om energie te stoor (bv. kragprodusente).Tot op hede was die meeste litiumioonbatteryeverkope in die verbruikerselektronika-sektor, maar toekomstige verkope sal toenemend deur elektriese motors aangedryf word.

Die meeste motors op die paaie gebruik vandag steeds 'n loodsuurbattery en 'n binnebrandenjin.Maar die verkope van elektriese voertuie - aangedryf deur litium-ioon-batterye - het die afgelope vyf jaar meer as tienvoudig toegeneem.Verder stel meer en meer lande toekomstige verbod op motors op grond van binnebrand, met die verwagting dat elektriese voertuie uiteindelik persoonlike vervoer sal oorheers.

Dit beteken natuurlik veel groter toekomstige vraag na batterye.Soveel so dat elektriese voertuigvervaardiger Tesla, in vennootskap met Panasonic, miljarde dollars belê om nuwe litiumioonbatteryfabrieke te bou.Nietemin, Amerikaanse litium-ioon battery vervaardigers raak agter in markaandeel.

’n Verwante groeimark vir litium-ioonbatterye is in swaar nywerheidstoepassings soos hysbakvragmotors, vee- en skropwassers, lughawegrondondersteuningstoepassings en outomatiese geleide voertuie (AGV's).Hierdie nistoepassings is histories deur loodsuurbatterye en binnebrandenjins bedien, maar die ekonomie het vinnig verskuif ten gunste van litiumioonbatterye.

China in die bestuurdersitplek

Volgens 'n ontleding deur BloombergNEF was daar vroeg in 2019 316 gigawatt-uur (GWh) se globale litiumselvervaardigingskapasiteit.China is die tuiste van 73% van hierdie kapasiteit, gevolg deur die VSA, ver agter in die tweede plek met 12% van die globale kapasiteit.

Globale kapasiteit sal na verwagting sterk groei teen 2025 wanneer BloombergNEF 1 211 GWh globale kapasiteit voorspel.Kapasiteit in die VSA sal na verwagting groei, maar stadiger as globale kapasiteit.Dus, die Amerikaanse aandeel van die wêreldwye litiumselvervaardiging sal na verwagting krimp.

Tesla probeer hierdie probleem aanspreek deur sy eie batteryfabrieke te bou, maar vir maatskappye wat 'n wye reeks van hierdie tipe batterye verskaf, soos Kalifornië-gebaseerde OneCharge, was dit 'n uitdaging om plaaslike verskaffers te vind.Ek het onlangs met Alex Pisarev, uitvoerende hoof van OneCharge, gepraat, wat die uitdagings uitgelig het wat sy maatskappy in die gesig gestaar het:

"Amerikaanse vervaardigers sal bly wees om Amerikaanse vervaardigde litium-ioon-selle te gebruik," het Pisarev vir my gesê, "maar dit is nie vandag realisties nie.Ons moet dus voortgaan om dit van China af in te voer.”

China neem dieselfde pad as wat hy voorheen met sonpanele gedoen het.Terwyl sonselle deur die Amerikaanse ingenieur Russell Ohl uitgevind is, oorheers China vandag die wêreldwye sonpaneelmark.Nou fokus China daarop om die wêreld se produksie van litiumioonbatterye te beheer.

Is dit verkieslik om die goedkoopste moontlike groen tegnologieë te hê, selfs al beteken dit dat vervaardiging aan ander lande moet oorgee?Lae sonpaneelpryse het gehelp om 'n ontploffing van nuwe sonkrag-PV-groei te veroorsaak, en dit het op sy beurt baie Amerikaanse werkgeleenthede ondersteun.Maar die grootste deel van daardie panele word in China gemaak.Die Trump-administrasie het probeer om dit aan te spreek deur tariewe op ingevoerde sonpanele te plaas, maar hierdie tariewe is heftig deur die meeste van die Amerikaanse sonkragbedryf teengestaan.

China het 'n groot voordeel van goedkoop arbeid, wat dit toegelaat het om baie vervaardigingsbedrywe te oorheers.Maar China het ook meer litiumreserwes en baie groter litiumproduksie as die VSA In 2018 was Chinese litiumproduksie 8 000 metrieke ton, derde onder alle lande en byna tien keer Amerikaanse litiumproduksie.Chinese litiumreserwes in 2018 was een miljoen metrieke ton, byna 30 keer Amerikaanse vlakke.

Die pad vorentoe

Die neigings dui daarop dat litium-ioonbatterye toenemend loodsuurbatterye in die vervoer- en swaartoerustingsektore sal verplaas.Dit is 'n kritieke ontwikkeling in 'n wêreld wat worstel met rekord koolstofdioksiedvrystellings.

Maar met so 'n voordeel in beide vervaardigingskoste en beskikbaarheid van grondstowwe, kan die VSA op die wêreldmark met China meeding?Indien nie, kan die VSA 'n mededingende mark vir herwonne litium ontwikkel namate die groeiende aantal litium-ioonbatterye die einde van hul bruikbare leeftyd bereik?

Dit is belangrike vrae wat aangespreek moet word.

Dit is onduidelik hoe China sulke uitdagings sal hanteer, maar gegewe sy meedoënlose strewe na litium, en die strategiese belangrikheid wat dit aan die metaal heg, sal oplossings ongetwyfeld gevind word.In baie opsigte is China se omhelsing van groen vervoer 'n goeie ding, want dit vergroot belangstelling in die sektor en spoor mededingende nasies aan om te probeer inhaal in terme van hul aandeel in litiumvoorraad en die herlaaibare batterymark.Die gevaar is dat hulle steeds agterbly, wat China met 'n monopolie laat oor wat binnekort 'n hoofstroomvervoersektor kan word.

Volg my verder Twitter of LinkedIn .Kyk na my webwerf of van my ander werk hier.