Чаму Кітай можа дамінаваць у вытворчасці літый-іённых батарэй

Ці з'яўляецца літый-іённы акумулятар ідэальным?

На працягу многіх гадоў нікель-кадміевая батарэя была адзінай прыдатнай батарэяй для партатыўнага абсталявання ад бесправадной сувязі да мабільных вылічэнняў.Нікель-метал-гідрыдныя і літый-іённыя з'явіліся ў пачатку 1990-х гадоў, змагаючыся нос да носа, каб заваяваць прызнанне кліентаў.Сёння літый-іённыя з'яўляюцца найбольш хутка растучай і перспектыўнай хіміяй акумулятараў.

Свет становіцца ўсё больш электрыфікаваным.Краіны, якія развіваюцца, не толькі павялічваюць даступнасць электраэнергіі для свайго насельніцтва, але і электрыфікацыя існуючай транспартнай інфраструктуры ідзе хуткімі тэмпамі.Прагназуецца, што да 2040 года больш за палову аўтамабіляў на дарогах будуць працаваць на электрычнасці.

Кароткая гісторыя акумулятараў

Акумулятары ўжо даўно сталі часткай нашага паўсядзённага жыцця.Першая ў свеце сапраўдная батарэя была вынайдзена ў 1800 годзе італьянскім фізікам Алесандра Вольта.Вынаходніцтва стала выдатным прарывам, але з таго часу было толькі некалькі значных новаўвядзенняў.

Першай была свінцова-кіслотная батарэя, якая была вынайдзена ў 1859 годзе. Гэта была першая акумулятарная батарэя, якая да гэтага часу з'яўляецца самай распаўсюджанай батарэяй, якая выкарыстоўваецца для запуску рухавікоў унутранага згарання.

За апошнія два стагоддзі было некалькі інавацыйных канструкцый батарэй, але толькі ў 1980 годзе было вынайдзена сапраўднае змяненне гульні.Менавіта тады прарывы ​​ў Оксфардскім і Стэнфардскім універсітэтах прывялі да распрацоўкі літый-іённай батарэі.Sony выпусціла першую літый-іённую батарэю ў 1991 годзе.

Што такога асаблівага ў літыі?

Літый у многіх адносінах з'яўляецца асаблівым металам.Ён лёгкі і мяккі — такі мяккі, што яго можна рэзаць кухонным нажом, і настолькі нізкі па шчыльнасці, што плавае на вадзе.Ён таксама цвёрды ў шырокім дыяпазоне тэмператур, з адной з самых нізкіх тэмператур плаўлення сярод усіх металаў і высокай тэмпературай кіпення.

Як і яго сабрат шчолачны метал, натрый, літый рэагуе з вадой у эфектнай форме.Спалучэнне Li і H2O утварае гідраксід літыя і вадарод, якія звычайна ўспыхваюць чырвоным полымем.

Ёсць шмат аспектаў Літый-іённы акумулятар бяспека ва ўсіх працэсах праектавання, уключаючы бяспечную структуру батарэі, бяспечную сыравіну, ахоўныя функцыі і сертыфікаты бяспекі.У інтэрв'ю China Electronics News г-н Су Цзіньран, намеснік галоўнага інжынера, сказаў, што бяспека прадукту пачынаецца з распрацоўкі прадукту, таму выбар правільных электродных матэрыялаў, сепаратараў і электралітаў з'яўляецца першым прыярытэтам для бяспечнага праектавання батарэі.Для анодных матэрыялаў батарэі трохкомпонентныя матэрыялы, літый-марганец і фасфат літыя-жалеза, якія шырока выкарыстоўваюцца ў распрацоўцы батарэй і даюць здавальняючыя характарыстыкі, больш бяспечныя, чым традыцыйныя кобальтат літыя і літый-нікель.

Літый-іённыя акумулятары папулярныя, таму што яны валодаюць шэрагам важных пераваг перад канкуруючымі тэхналогіямі:

● Як правіла, яны значна лягчэйшыя за іншыя тыпы акумулятарных батарэй таго ж памеру.Электроды літый-іённай батарэі зроблены з лёгкага літыя і вугляроду.Літый таксама з'яўляецца вельмі рэактыўным элементам, што азначае, што шмат энергіі можа захоўвацца ў яго атамных сувязях.Гэта азначае вельмі высокую шчыльнасць энергіі для літый-іённых батарэй.Вось спосаб атрымаць погляд на шчыльнасць энергіі.Звычайная літый-іённая батарэя можа захоўваць 150 ват-гадзін электраэнергіі ў 1 кілаграме батарэі.NiMH (нікель-металгідрыдны) акумулятар можа захоўваць, магчыма, 100 ват-гадзін на кілаграм, хаця больш звычайнай можа быць ад 60 да 70 ват-гадзін.Свінцова-кіслотная батарэя можа захоўваць толькі 25 ват-гадзін на кілаграм.З выкарыстаннем свінцова-кіслотнай тэхналогіі патрабуецца 6 кілаграмаў, каб назапасіць такую ​​ж колькасць энергіі, якую можа вытрымаць літый-іённы акумулятар вагой 1 кілаграм.Гэта велізарная розніца [крыніца: Everything2.com ].

● Яны трымаюць свой зарад.Літый-іённы акумулятар губляе толькі каля 5 працэнтаў свайго зарада ў месяц у параўнанні з 20 працэнтамі страт у месяц для NiMH акумулятараў.

● Яны не маюць эфекту памяці, што азначае, што вам не трэба цалкам разраджаць іх перад зарадкай, як у выпадку з некаторымі іншымі хімічнымі рэчывамі акумулятараў.

● Літый-іённыя батарэі вытрымліваюць сотні цыклаў зарадкі/разрадкі.

● Гэта не значыць, што літый-іённыя батарэі бездакорныя.Яны таксама маюць некалькі недахопаў:

● Яны пачынаюць дэградаваць, як толькі пакідаюць завод.Яны праслужаць толькі два-тры гады з даты вырабу, незалежна ад таго, выкарыстоўваеце вы іх ці не.

● Яны вельмі адчувальныя да высокіх тэмператур.Цяпло прыводзіць да таго, што літый-іённыя акумулятары разгараюцца значна хутчэй, чым звычайна.

● Калі вы цалкам разрадзіце літый-іённы акумулятар, ён сапсаваны.

● Літый-іённы акумулятар павінен мець бартавы камп'ютар для кіравання акумулятарам.Гэта робіць іх яшчэ больш дарагімі, чым яны ёсць.

● Існуе невялікая верагоднасць таго, што калі літый-іённы акумулятар выйдзе з ладу, ён успыхне полымем.

Усталяванне стандартаў на аснове інавацый

З-за складанасці механізму бяспекі літый-іённых батарэй, асабліва ўплыву на бяспеку пасля паўторнага выкарыстання батарэй, працэс разумення бяспекі літый-іённых батарэй і ўстанаўленне яе стандартаў павінен быць паступовым і паступовым.Варта таксама разгледзець пытанне аб распрацоўцы і прымяненні метадаў знешняга кантролю.Су прапанаваў гэта ў якасці ўстаноўкі Літый-іённы акумулятар Стандарты бяспекі з'яўляюцца вельмі тэхнічнай працай, як спецыялісты па ўстанаўленні стандартаў з органаў па стандартызацыі акумулятараў, так і тэхнічныя спецыялісты з галіны акумулятараў, карыстальнікаў і электронных зон кіравання павінны ўдзельнічаць у працэсе, уключаючы эксперыментальныя работы па праверцы.

Старэйшы інжынер з Кітайскага інстытута стандартызацыі электронікі, г-н Сунь Чуанхао, сказаў, што літый-іённыя батарэі ў цяперашні час можна падзяліць на тыпы энергіі і тыпы магутнасці.Паколькі гэтыя два прадукты маюць адрозненні ў матэрыялах і канструкцыі, іх метады выпрабаванняў і патрабаванні адрозніваюцца, нават пры аднолькавых умовах бяспекі.Так званыя партатыўныя акумулятары адносяцца да энергетычнага тыпу, у тым ліку літый-іённыя акумулятары, якія выкарыстоўваюцца ў мабільных тэлефонах, ноўтбуках, лічбавых камерах і відэакамерах, у той час як акумулятар сілавога тыпу прызначаны для электраінструментаў, электрычных ровараў і электрамабіляў.

Па дадзеных даследчай арганізацыі BloombergNEF, сярэднеўзважаная па аб'ёме цана літый-іённага акумулятара (уключаючы элемент і блок) упала на 85% з 2010 па 2018 гг., дасягнуўшы ў сярэднім 176 долараў за кВт/гадз.Далей BloombergNEF прагназуе, што цэны ўпадуць да 94 долараў за кВт-гадзіну да 2024 года і да 62 долараў за кВт-гадзіну да 2030 года.

Гэтая крывая зніжэння выдаткаў мае важныя наступствы для любой кампаніі, якая выкарыстоўвае акумулятары ў сваіх паслугах, або для тых, хто мае патрэбу ў назапашванні энергіі (напрыклад, вытворцы электраэнергіі).На сённяшні дзень большасць продажаў літый-іённых акумулятараў прыходзіцца на сектар спажывецкай электронікі, але будучыя продажы будуць усё больш абумоўлівацца электрамабілямі.

У большасці сучасных аўтамабіляў на дарогах па-ранейшаму выкарыстоўваюцца свінцова-кіслотныя акумулятары і рухавік унутранага згарання.Але продажы электрамабіляў, якія працуюць ад літый-іённых акумулятараў, за апошнія пяць гадоў выраслі больш чым у дзесяць разоў.Акрамя таго, усё больш і больш краін у будучым забараняюць аўтамабілі з сістэмай унутранага згарання, разлічваючы, што электрычныя транспартныя сродкі ў канчатковым выніку будуць дамінаваць у асабістым транспарце.

Гэта, вядома, азначае значна большы будучы попыт на батарэі.Настолькі, што вытворца электрамабіляў Tesla ў партнёрстве з Panasonic інвесціруе мільярды долараў у будаўніцтва новых заводаў па вытворчасці літый-іённых батарэй.Тым не менш амерыканскія вытворцы літый-іённых акумулятараў адстаюць па долі рынку.

Адпаведны рынак літый-іённых акумулятараў, які развіваецца, знаходзіцца ў цяжкіх прамысловых прымяненнях, такіх як пагрузчыкі, падмятальныя машыны і скрубберы, прымяненне наземнай падтрымкі ў аэрапортах і аўтаматычныя кіраваныя транспартныя сродкі (AGV).Гэтыя нішавыя дадаткі гістарычна абслугоўваліся свінцова-кіслотнымі батарэямі і рухавікамі ўнутранага згарання, але эканоміка хутка зрушылася на карысць літый-іённых батарэй.

Кітай на сядзенні кіроўцы

Згодна з аналізам BloombergNEF, у пачатку 2019 года сусветныя магутнасці па вытворчасці літыевых элементаў складалі 316 гігават-гадзін (ГВт-гадзін).У Кітаі знаходзіцца 73% гэтай магутнасці, за ёй ідуць ЗША, якія знаходзяцца далёка ззаду з 12% сусветнай магутнасці.

Прагназуецца, што да 2025 г. сусветная магутнасць будзе рэзка расці, калі BloombergNEF прагназуе 1211 ГВт-г сусветнай магутнасці.Прагназуецца, што магутнасць у ЗША будзе расці, але павольней, чым сусветная магутнасць.Такім чынам, прагназуецца, што доля ЗША ў сусветнай вытворчасці літыевых элементаў будзе скарачацца.

Кампанія Tesla спрабуе вырашыць гэтую праблему, будуючы ўласныя заводы па вытворчасці акумулятараў, але для кампаній, якія пастаўляюць шырокі асартымент такіх тыпаў батарэй, такіх як каліфарнійская OneCharge, знайсці мясцовых пастаўшчыкоў аказалася складанай задачай.Нядаўна я размаўляў з генеральным дырэктарам OneCharge Алексам Пісаравым, які падкрэсліў праблемы, з якімі сутыкнулася яго кампанія:

«Амерыканскія вытворцы былі б рады выкарыстоўваць літый-іённыя элементы амерыканскай вытворчасці, - сказаў мне Пісараў, - але сёння гэта нерэальна.Такім чынам, мы павінны працягваць імпартаваць іх з Кітая».

Кітай ідзе тым жа шляхам, што і раней з сонечнымі батарэямі.У той час як сонечныя элементы былі вынайдзены амерыканскім інжынерам Расэлам Олам, сёння Кітай дамінуе на сусветным рынку сонечных батарэй.Зараз Кітай сканцэнтраваны на кантролі за сусветнай вытворчасцю літый-іённых акумулятараў.

Ці лепш мець самыя танныя з магчымых зялёных тэхналогій, нават калі гэта азначае здачу вытворчасці іншым краінам?Нізкія цэны на сонечныя панэлі спрыялі рэзкаму росту новых сонечных фотаэлектрыкаў, і гэта, у сваю чаргу, падтрымала шмат працоўных месцаў у ЗША.Але асноўная частка гэтых панэляў вырабляецца ў Кітаі.Адміністрацыя Трампа паспрабавала вырашыць гэтую праблему, увёўшы тарыфы на імпартаваныя сонечныя панэлі, але гэтыя тарыфы рашуча супраціўляліся большай частцы сонечнай прамысловасці ЗША.

Кітай мае вялікую перавагу ў выглядзе таннай працоўнай сілы, што дазволіла яму дамінаваць у многіх галінах прамысловасці.Але ў Кітая таксама больш запасаў літыя і значна большая вытворчасць літыя, чым у ЗША. У 2018 годзе вытворчасць літыя ў Кітаі склала 8000 метрычных тон, што займае трэцяе месца сярод усіх краін і амаль у дзесяць разоў перавышае вытворчасць літыя ў ЗША.Кітайскія запасы літыя ў 2018 годзе склалі адзін мільён тон, што амаль у 30 разоў перавышае ўзровень ЗША.

Шлях наперад

Тэндэнцыі паказваюць, што літый-іённыя батарэі будуць усё больш выцясняць свінцова-кіслотныя батарэі ў сектарах транспарту і цяжкага абсталявання.Гэта важная падзея ў свеце, які змагаецца з рэкорднымі выкідамі вуглякіслага газу.

Але з такой перавагай як у вытворчых выдатках, так і ў наяўнасці сыравіны, ці могуць ЗША канкураваць з Кітаем на сусветным рынку?У адваротным выпадку, калі ўсё большая колькасць літый-іённых акумулятараў дасягае канца тэрміну службы, ці могуць ЗША развіць канкурэнтны рынак перапрацаванага літыя?

Гэта важныя пытанні, якія трэба вырашыць.

Незразумела, як Кітай будзе змагацца з такімі праблемамі, але, улічваючы яго нястомную пагоню за літыем і стратэгічнае значэнне, якое ён надае гэтаму металу, рашэнні, несумненна, будуць знойдзены.Шмат у чым прыняцце Кітаем экалагічна чыстага транспарту - гэта добра, бо гэта павялічвае цікавасць да гэтага сектара і падштурхоўвае краіны-канкурэнты паспрабаваць дагнаць упушчанае з пункту гледжання іх долі паставак літыя і рынку акумулятарных батарэй.Небяспека ў тым, што яны працягваюць адставаць, пакідаючы Кітаю манаполію на тое, што неўзабаве можа стаць асноўным транспартным сектарам.

Сачыце за мной Twitter або LinkedIn .Праверце мой сайт або некаторыя з маіх іншых работ тут.