Pam y gall Tsieina dra-arglwyddiaethu ar Gynhyrchu Batri Lithiwm-ion

Ai Lithiwm-ion yw'r Batri Delfrydol?

Am nifer o flynyddoedd, nicel-cadmiwm oedd yr unig fatri addas ar gyfer offer cludadwy o gyfathrebu diwifr i gyfrifiadura symudol.Daeth nicel-metel-hydrid a lithiwm-ion i'r amlwg Yn gynnar yn y 1990au, ymladd trwyn-i-trwyn i ennill derbyniad cwsmer.Heddiw, lithiwm-ion yw'r cemeg batri sy'n tyfu gyflymaf a mwyaf addawol.

Mae'r byd yn dod yn fwyfwy trydan.Nid yn unig y mae gwledydd sy'n datblygu yn cynyddu argaeledd trydan i'w poblogaethau, ond mae trydaneiddio'r seilwaith trafnidiaeth presennol yn mynd rhagddo'n gyflym.Erbyn 2040, rhagwelir y bydd dros hanner y ceir ar y ffyrdd yn cael eu pweru gan drydan.

Hanes Byr o Batris

Mae batris wedi bod yn rhan o'n bywydau bob dydd ers amser maith.Dyfeisiwyd gwir fatri cyntaf y byd yn 1800 gan y ffisegydd Eidalaidd Alessandro Volta.Roedd y ddyfais yn ddatblygiad rhyfeddol, ond ers hynny dim ond llond llaw o arloesiadau arwyddocaol sydd wedi bod.

Y cyntaf oedd y batri plwm-asid, a ddyfeisiwyd ym 1859. Hwn oedd y batri aildrydanadwy cyntaf ac mae'n dal i fod y batri mwyaf cyffredin a ddefnyddir i ddechrau peiriannau tanio mewnol heddiw.

Bu rhai dyluniadau batri arloesol yn ystod y ddwy ganrif ddiwethaf, ond nid tan 1980 y ddyfeisiwyd newidiwr gêm go iawn.Dyna pryd yr arweiniodd datblygiadau arloesol ym Mhrifysgol Rhydychen a Phrifysgol Stanford at ddatblygiad y batri lithiwm-ion.Masnachodd Sony y batri lithiwm-ion cyntaf ym 1991.

Beth sydd mor arbennig am lithiwm?

Mae lithiwm yn fetel arbennig mewn sawl ffordd.Mae'n ysgafn ac yn feddal - mor feddal fel y gellir ei dorri â chyllell gegin ac mor isel mewn dwysedd fel ei fod yn arnofio ar ddŵr.Mae hefyd yn solet ar ystod eang o dymheredd, gydag un o'r pwyntiau toddi isaf o'r holl fetelau a phwynt berwi uchel.

Fel ei gyd-fetel alcali, sodiwm, mae lithiwm yn adweithio â dŵr ar ffurf showy.Mae combo Li a H2O yn ffurfio lithiwm hydrocsid a hydrogen, sydd fel arfer yn byrstio i fflam coch.

Mae llawer o agweddau i Batri lithiwm-ion diogelwch trwy gydol ei brosesau dylunio, gan gynnwys strwythur batri diogel, deunyddiau crai diogel, swyddogaethau amddiffynnol ac ardystiadau diogelwch.Pan gafodd ei gyfweld gan China Electronics News, dywedodd Mr Su Jinran, dirprwy brif beiriannydd, fod diogelwch cynnyrch wedi dechrau wrth ddylunio cynnyrch, felly dewis y deunyddiau electrod cywir, gwahanyddion ac electrolytau yw'r flaenoriaeth gyntaf ar gyfer dylunio batri diogel.Ar gyfer deunyddiau anod batri, mae deunyddiau teiran, lithiwm manganîs a ffosffad haearn lithiwm, sydd wedi'u defnyddio'n helaeth mewn dylunio batri ac wedi rhoi perfformiad boddhaol, yn fwy diogel na lithiwm cobaltate lithiwm traddodiadol a nicel lithiwm.

Mae batris lithiwm-ion yn boblogaidd oherwydd bod ganddynt nifer o fanteision pwysig dros dechnolegau cystadleuol:

● Yn gyffredinol maent yn llawer ysgafnach na mathau eraill o fatris aildrydanadwy o'r un maint.Mae electrodau batri lithiwm-ion wedi'u gwneud o lithiwm ysgafn a charbon.Mae lithiwm hefyd yn elfen adweithiol iawn, sy'n golygu y gellir storio llawer o egni yn ei fondiau atomig.Mae hyn yn trosi i ddwysedd ynni uchel iawn ar gyfer batris lithiwm-ion.Dyma ffordd i gael persbectif ar ddwysedd ynni.Gall batri lithiwm-ion nodweddiadol storio 150 wat-awr o drydan mewn 1 cilogram o batri.Gall pecyn batri NiMH (hydrid nicel-metel) storio efallai 100 wat-awr y cilogram, er y gallai 60 i 70 wat-awr fod yn fwy nodweddiadol.Gall batri asid plwm storio dim ond 25 wat-awr y cilogram.Gan ddefnyddio technoleg asid plwm, mae'n cymryd 6 cilogram i storio'r un faint o ynni y gall batri lithiwm-ion 1-cilogram ei drin.Mae hynny'n wahaniaeth enfawr [ffynhonnell: Popeth2.com ].

● Maent yn dal eu gofal.Dim ond tua 5 y cant o'i dâl y mis y mae pecyn batri lithiwm-ion yn ei golli, o'i gymharu â cholled o 20 y cant y mis ar gyfer batris NiMH.

● Nid oes ganddynt unrhyw effaith cof, sy'n golygu nad oes rhaid i chi eu rhyddhau'n llwyr cyn ailwefru, fel gyda rhai cemegau batri eraill.

● Gall batris lithiwm-ion drin cannoedd o gylchredau gwefru/rhyddhau.

● Nid yw hynny'n golygu bod batris lithiwm-ion yn ddi-fai.Mae ganddyn nhw ychydig o anfanteision hefyd:

● Maent yn dechrau diraddio cyn gynted ag y byddant yn gadael y ffatri.Dim ond dwy neu dair blynedd y byddant yn para o'r dyddiad gweithgynhyrchu p'un a ydych yn eu defnyddio ai peidio.

● Maent yn hynod sensitif i dymheredd uchel.Mae gwres yn achosi i becynnau batri lithiwm-ion ddiraddio'n gynt o lawer nag y byddent fel arfer.

● Os ydych chi'n gollwng batri lithiwm-ion yn llwyr, mae'n cael ei ddifetha.

● Rhaid i becyn batri lithiwm-ion gael cyfrifiadur ar y bwrdd i reoli'r batri.Mae hyn yn eu gwneud hyd yn oed yn ddrytach nag y maent eisoes.

● Mae siawns fach, os bydd pecyn batri lithiwm-ion yn methu, y bydd yn byrstio'n fflam.

Gosodiad safonol yn seiliedig ar arloesi

Oherwydd cymhlethdod mecanwaith diogelwch batri Lithiwm-ion, yn enwedig yr effaith ar ddiogelwch ar ôl ail-ddefnyddio'r batris, dylai'r broses o ddeall diogelwch batri Lithiwm-ion a gosod ei safonau fod yn raddol ac yn flaengar.A dylid hefyd ystyried datblygu a chymhwyso technegau rheoli allanol.Awgrymodd Su hynny fel gosodiad Batri lithiwm-ion Mae safonau diogelwch yn swydd dechnegol iawn, a dylai gweithwyr proffesiynol gosod safonau o gyrff safoni batri ac arbenigwyr technegol o'r diwydiant batri, defnyddwyr a meysydd rheoli electronig gymryd rhan yn y broses, gan gynnwys gwaith gwirio arbrofol.

Dywedodd uwch beiriannydd o Sefydliad Safoni Electroneg Tsieina, Mr Sun Chuanhao, y gellid rhannu batris Lithiwm-ion ar hyn o bryd yn fathau o ynni a mathau o bŵer.Gan fod gan y ddau gynnyrch hyn wahaniaethau mewn deunyddiau a strwythurau dylunio, mae eu dulliau profi a'u gofynion yn annhebyg, hyd yn oed o dan yr un amodau diogelwch.Mae'r batris cludadwy fel y'u gelwir yn perthyn i'r math o ynni, gan gynnwys batris Lithiwm-ion a ddefnyddir mewn ffonau symudol, gliniaduron, camerâu digidol a chamerâu fideo, tra bod y batri math pŵer ar gyfer offer pŵer, beiciau trydan a cherbydau trydan.

Yn ôl y sefydliad ymchwil BloombergNEF, gostyngodd pris pecyn batri lithiwm-ion cyfartalog pwysol cyfaint (sy'n cynnwys y gell a'r pecyn) 85% o 2010-18, gan gyrraedd cyfartaledd o $ 176 / kWh.Mae BloombergNEF yn rhagweld ymhellach y bydd prisiau'n disgyn i $94/kWh erbyn 2024 a $62/kWh erbyn 2030.

Mae gan y gromlin gost gostyngol hon oblygiadau pwysig i unrhyw gwmni sy'n defnyddio batris yn ei wasanaeth, neu i'r rhai sydd angen storio ynni (ee cynhyrchwyr pŵer).Hyd yn hyn, mae'r rhan fwyaf o werthiannau batri lithiwm-ion wedi bod yn y sector electroneg defnyddwyr, ond bydd gwerthiant yn y dyfodol yn cael ei yrru'n gynyddol gan geir trydan.

Mae'r rhan fwyaf o geir ar y ffyrdd heddiw yn dal i ddefnyddio batri asid plwm ac injan hylosgi mewnol.Ond mae gwerthiant cerbydau trydan - sy'n cael eu pweru gan fatris lithiwm-ion - wedi cynyddu fwy na deg gwaith yn ystod y pum mlynedd diwethaf.Ymhellach, mae mwy a mwy o wledydd yn gosod gwaharddiadau ar geir yn y dyfodol yn seiliedig ar hylosgi mewnol, gyda'r disgwyliad y bydd cerbydau trydan yn dominyddu cludiant personol yn y pen draw.

Mae hyn, wrth gwrs, yn golygu llawer mwy o alw am fatris yn y dyfodol.Cymaint felly fel bod y gwneuthurwr cerbydau trydan Tesla, mewn partneriaeth â Panasonic, yn buddsoddi biliynau o ddoleri i adeiladu ffatrïoedd batri lithiwm-ion newydd.Serch hynny, mae cynhyrchwyr batri lithiwm-ion yr Unol Daleithiau ar ei hôl hi o ran cyfran y farchnad.

Mae marchnad dwf gysylltiedig ar gyfer batris lithiwm-ion mewn cymwysiadau diwydiannol trwm megis tryciau codi, ysgubwyr a sgwrwyr, cymwysiadau cynnal tir maes awyr, a cherbydau tywys awtomatig (AGVs).Yn hanesyddol, mae'r cymwysiadau arbenigol hyn wedi'u gwasanaethu gan fatris asid plwm a pheiriannau hylosgi mewnol, ond mae'r economeg wedi symud yn gyflym o blaid batris lithiwm-ion.

Tsieina yn Sedd y Gyrrwr

Yn ôl dadansoddiad gan BloombergNEF, yn gynnar yn 2019 roedd 316 gigawat-awr (GWh) o gapasiti gweithgynhyrchu celloedd lithiwm byd-eang.Mae Tsieina yn gartref i 73% o'r gallu hwn, ac yna'r Unol Daleithiau, ymhell ar ei hôl hi yn yr ail safle gyda 12% o gapasiti byd-eang.

Rhagwelir y bydd gallu byd-eang yn tyfu'n gadarn erbyn 2025 pan fydd BloombergNEF yn rhagweld 1,211 GWh o gapasiti byd-eang.Rhagwelir y bydd cynhwysedd yn yr UD yn tyfu, ond yn arafach na chapasiti byd-eang.Felly, rhagwelir y bydd cyfran yr UD o weithgynhyrchu celloedd lithiwm byd-eang yn crebachu.

Mae Tesla yn ceisio mynd i'r afael â'r broblem hon trwy adeiladu ei ffatrïoedd batri ei hun, ond i gwmnïau sy'n cyflenwi ystod eang o'r mathau hyn o fatris, fel OneCharge o California, mae dod o hyd i gyflenwyr lleol wedi bod yn heriol.Siaradais yn ddiweddar â Phrif Swyddog Gweithredol OneCharge, Alex Pisarev, a dynnodd sylw at yr heriau y mae ei gwmni wedi’u hwynebu:

“Byddai gweithgynhyrchwyr Americanaidd yn hapus i ddefnyddio celloedd lithiwm-ion a wnaed yn yr Unol Daleithiau,” meddai Pisarev wrthyf, “ond nid yw hyn yn realistig heddiw.Felly mae'n rhaid i ni barhau i'w mewnforio o China. ”

Mae Tsieina yn cymryd yr un llwybr ag y gwnaeth yn flaenorol gyda phaneli solar.Er bod celloedd solar wedi'u dyfeisio gan beiriannydd Americanaidd Russell Ohl, heddiw mae Tsieina yn dominyddu'r farchnad paneli solar byd-eang.Nawr mae Tsieina yn canolbwyntio ar reoli cynhyrchiad batris ïon lithiwm y byd.

A yw'n well cael y technolegau gwyrdd rhataf posibl, hyd yn oed os yw hynny'n golygu ildio gweithgynhyrchu i wledydd eraill?Mae prisiau paneli solar isel wedi helpu i yrru ffrwydrad o dwf PV solar newydd, ac mae hynny, yn ei dro, wedi cefnogi llawer o swyddi yn yr Unol Daleithiau.Ond mae mwyafrif y paneli hynny yn cael eu gwneud yn Tsieina.Mae Gweinyddiaeth Trump wedi ceisio mynd i'r afael â hyn trwy osod tariffau ar baneli solar a fewnforir, ond mae'r rhan fwyaf o ddiwydiant solar yr Unol Daleithiau wedi gwrthwynebu'r tariffau hyn yn frwd.

Mae gan Tsieina fantais fawr o lafur rhad, sydd wedi caniatáu iddo ddominyddu llawer o ddiwydiannau gweithgynhyrchu.Ond mae gan Tsieina hefyd fwy o gronfeydd wrth gefn lithiwm a chynhyrchiad lithiwm llawer mwy na'r Unol Daleithiau Yn 2018, roedd cynhyrchiad lithiwm Tsieineaidd yn 8,000 o dunelli metrig, yn drydydd ymhlith yr holl wledydd a bron i ddeg gwaith o gynhyrchu lithiwm yr Unol Daleithiau.Roedd cronfeydd wrth gefn lithiwm Tsieineaidd yn 2018 yn filiwn o dunelli metrig, bron i 30 gwaith o lefelau'r UD.

Y Llwybr Ymlaen

Mae'r tueddiadau'n arwydd y bydd batris lithiwm-ion yn disodli batris asid plwm yn gynyddol yn y sectorau cludo ac offer trwm.Mae hwn yn ddatblygiad hollbwysig mewn byd sy’n mynd i’r afael â’r allyriadau carbon deuocsid uchaf erioed.

Ond gyda chymaint o fantais mewn costau gweithgynhyrchu ac argaeledd deunydd crai, a all yr Unol Daleithiau gystadlu â Tsieina ym marchnad y byd?Os na, wrth i niferoedd cynyddol o fatris lithiwm-ion gyrraedd diwedd eu hoes y gellir eu defnyddio, a all yr Unol Daleithiau ddatblygu marchnad gystadleuol ar gyfer lithiwm wedi'i ailgylchu?

Mae’r rhain yn gwestiynau pwysig y mae angen mynd i’r afael â nhw.

Nid yw'n glir sut y bydd Tsieina yn delio â heriau o'r fath, ond o ystyried ei ymgais ddi-baid am lithiwm, a'r pwysigrwydd strategol y mae'n ei roi i'r metel, mae'n ddiamau y bydd atebion i'w cael.Mewn sawl ffordd, mae cofleidio trafnidiaeth werdd Tsieina yn beth da, gan ei fod yn ehangu diddordeb yn y sector ac yn sbarduno cenhedloedd cystadleuwyr i geisio dal i fyny o ran eu cyfran o gyflenwad lithiwm a'r farchnad batris aildrydanadwy.Y perygl yw eu bod yn parhau i lusgo ar ei hôl hi, gan adael Tsieina â monopoli dros yr hyn a allai ddod yn sector trafnidiaeth prif ffrwd yn fuan.

Dilynwch fi ymlaen Trydar neu LinkedIn .Edrychwch ar fy gwefan neu rywfaint o fy ngwaith arall yma.