Miksi Kiina voi hallita litiumioniakkujen tuotantoa

Onko litium-ioni ihanteellinen akku?

Nikkeli-kadmium oli useiden vuosien ajan ollut ainoa sopiva akku kannettaviin laitteisiin langattomasta viestinnästä matkaviestintään.Nikkeli-metallihydridi ja litium-ioni syntyivät 1990-luvun alussa taistelivat nenä-nenän saavuttaakseen asiakkaiden hyväksynnän.Nykyään litium-ioni on nopeimmin kasvava ja lupaavin akkukemia.

Maailma sähköistyy koko ajan.Kehitysmaat eivät ainoastaan ​​lisää sähkön saatavuutta väestölleen, vaan myös olemassa olevan liikenneinfrastruktuurin sähköistäminen etenee nopeaa vauhtia.Vuoteen 2040 mennessä yli puolet teillä liikennöidyistä autoista ennustetaan käyvän sähköllä.

Akkujen lyhyt historia

Akut ovat olleet osa jokapäiväistä elämäämme jo pitkään.Italialainen fyysikko Alessandro Volta keksi maailman ensimmäisen oikean akun vuonna 1800.Keksintö oli merkittävä läpimurto, mutta sen jälkeen merkittäviä innovaatioita on ollut vain kourallinen.

Ensimmäinen oli lyijyakku, joka keksittiin vuonna 1859. Tämä oli ensimmäinen ladattava akku ja on edelleen yleisin polttomoottoreiden käynnistämiseen käytetty akku.

Kahden viime vuosisadan aikana on kehitetty innovatiivisia akkumalleja, mutta todellinen pelin vaihtaja keksittiin vasta vuonna 1980.Silloin Oxfordin ja Stanfordin yliopiston läpimurrot johtivat litiumioniakun kehittämiseen.Sony julkisti ensimmäisen litiumioniakun vuonna 1991.

Mikä litiumissa on niin erikoista?

Litium on erityinen metalli monella tapaa.Se on kevyt ja pehmeä – niin pehmeä, että se voidaan leikata keittiöveitsellä, ja sen tiheys on niin pieni, että se kelluu veden päällä.Se on myös kiinteää useilla eri lämpötiloilla, ja sillä on yksi metallien alhaisimmista sulamispisteistä ja korkea kiehumispiste.

Alkalimetallin, natriumin, tapaan litium reagoi veden kanssa näyttävässä muodossa.Li:n ja H2O:n yhdistelmä muodostaa litiumhydroksidia ja vetyä, jotka tyypillisesti syttyvät punaiseksi liekiksi.

Asiassa on monia näkökohtia Litiumioniakku turvallisuus kaikissa suunnitteluprosesseissaan, mukaan lukien turvallinen akun rakenne, turvalliset raaka-aineet, suojatoiminnot ja turvallisuussertifikaatit.China Electronics Newsin haastattelemassa apulaispääinsinööri Su Jinran sanoi, että tuoteturvallisuus alkoi tuotesuunnittelussa, joten oikeiden elektrodimateriaalien, erottimien ja elektrolyyttien valitseminen on tärkeintä turvallisen akun suunnittelussa.Akun anodimateriaaleissa kolmikomponenttiset materiaalit, mangaanilitium ja litiumrautafosfaatti, joita on käytetty laajalti akun suunnittelussa ja jotka ovat tuottaneet tyydyttävän suorituskyvyn, ovat turvallisempia kuin perinteinen litiumkoboltaatti ja nikkelilitium.

Litiumioniakut ovat suosittuja, koska niillä on useita tärkeitä etuja kilpaileviin teknologioihin verrattuna:

● Ne ovat yleensä paljon kevyempiä kuin muut samankokoiset ladattavat akut.Litiumioniakun elektrodit on valmistettu kevyestä litiumista ja hiilestä.Litium on myös erittäin reaktiivinen alkuaine, mikä tarkoittaa, että sen atomisidoksiin voidaan varastoida paljon energiaa.Tämä tarkoittaa litiumioniakkujen erittäin suurta energiatiheyttä.Tässä on tapa saada perspektiivi energiatiheyteen.Tyypillinen litiumioniakku voi varastoida 150 wattituntia sähköä 1 kilogrammaan akkua.NiMH-akku (nikkelimetallihydridi) voi varastoida ehkä 100 wattituntia kiloa kohden, vaikka 60-70 wattituntia voisi olla tyypillisempi.Lyijyakku voi säilyttää vain 25 wattituntia kiloa kohden.Lyijyhappoteknologiaa käytettäessä tarvitaan 6 kiloa varastoimaan saman verran energiaa kuin 1 kilon litiumioniakku pystyy käsittelemään.Se on valtava ero [lähde: Everything2.com ].

● He pitävät vastuunsa.Litiumioniakku menettää vain noin 5 prosenttia latauksestaan ​​kuukaudessa, kun NiMH-akkujen menetys on 20 prosenttia kuukaudessa.

● Niissä ei ole muistiefektiä, mikä tarkoittaa, että sinun ei tarvitse purkaa niitä kokonaan ennen lataamista, kuten joissakin muissa akkukemioissa.

● Litiumioniakut kestävät satoja lataus-/purkausjaksoja.

● Tämä ei tarkoita, että litiumioniakut olisivat virheettömiä.Niissä on myös muutamia haittoja:

● Ne alkavat hajota heti, kun ne lähtevät tehtaalta.Ne kestävät vain kaksi tai kolme vuotta valmistuspäivästä riippumatta siitä, käytätkö niitä vai et.

● Ne ovat erittäin herkkiä korkeille lämpötiloille.Kuumuus saa litiumioniakut hajoamaan paljon nopeammin kuin normaalisti.

● Jos litiumioniakku tyhjenee kokonaan, se on pilalla.

● Litiumioniakussa on oltava sisäinen tietokone akun hallintaa varten.Tämä tekee niistä vieläkin kalliimpia kuin ne jo ovat.

● On pieni mahdollisuus, että jos litiumioniakku epäonnistuu, se syttyy tuleen.

Innovaatiopohjainen standardiasetus

Koska litiumioniakkujen turvamekanismi on monimutkainen, erityisesti sen vaikutus turvallisuuteen akkujen uudelleenkäytön jälkeen, litiumioniakkujen turvallisuuden ymmärtämisprosessin ja sen standardien asettamisen tulisi olla asteittaista ja progressiivista.Myös ulkoisten valvontatekniikoiden kehittämistä ja soveltamista tulisi harkita.Su ehdotti sitä asetukseksi Litiumioniakku turvallisuusstandardien tekeminen on erittäin teknistä työtä, niin akkujen standardointielinten standardointiammattilaisten kuin akkuteollisuuden teknisten asiantuntijoiden, käyttäjien ja elektroniikkavalvonta-alueiden tulee osallistua prosessiin, mukaan lukien kokeelliset tarkastustyöt.

Kiinan elektroniikan standardointiinstituutin vanhempi insinööri Sun Chuanhao sanoi, että litiumioniakut voidaan tällä hetkellä jakaa energiatyyppeihin ja tehotyyppeihin.Koska näillä kahdella tuotteella on eroja materiaaleissa ja suunnittelurakenteissa, niiden testausmenetelmät ja -vaatimukset ovat erilaisia ​​jopa samoissa turvallisuusolosuhteissa.Niin sanotut kannettavat akut kuuluvat energiatyyppiin, mukaan lukien matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa, digikameroissa ja videokameroissa käytettävät litiumioniakut, kun taas tehotyyppiset akut on tarkoitettu sähkötyökaluihin, sähköpyöriin ja sähköajoneuvoihin.

Tutkimusorganisaatio BloombergNEF:n mukaan litiumioniakun tilavuuspainotettu keskihinta (johon sisältyy kenno ja pakkaus) laski 85 % vuodesta 2010-18 ja oli keskimäärin 176 dollaria/kWh.BloombergNEF arvioi edelleen, että hinnat putoavat 94 dollariin/kWh vuoteen 2024 mennessä ja 62 dollariin/kWh vuoteen 2030 mennessä.

Tällä laskevalla kustannuskäyrällä on tärkeitä seurauksia kaikille yrityksille, jotka käyttävät akkuja palveluissaan tai niille, jotka tarvitsevat energian varastointia (esim. sähköntuottajat).Toistaiseksi suurin osa litiumioniakkujen myynnistä on tapahtunut kulutuselektroniikkasektorilla, mutta tulevaisuuden myynti ohjaa yhä enemmän sähköautoja.

Useimmat teillä liikkuvat autot käyttävät edelleen lyijyakkua ja polttomoottoria.Mutta litiumioniakuilla toimivien sähköajoneuvojen myynti on lisääntynyt yli kymmenkertaiseksi viimeisen viiden vuoden aikana.Lisäksi yhä useammat maat asettavat tulevia kieltoja polttoautoille sillä odotuksella, että sähköajoneuvot tulevat lopulta hallitsemaan henkilökohtaista liikennettä.

Tämä tarkoittaa tietysti paljon suurempaa tulevaisuuden akkujen kysyntää.Niin paljon, että sähköajoneuvojen valmistaja Tesla investoi yhteistyössä Panasonicin kanssa miljardeja dollareita uusien litiumioniakkutehtaiden rakentamiseen.Siitä huolimatta Yhdysvaltain litiumioniakkujen valmistajat jäävät jälkeen markkinaosuudeltaan.

Tähän liittyvät litiumioniakkujen kasvumarkkinat ovat raskaan teollisuuden sovelluksissa, kuten nostotrukeissa, lakaisukoneissa ja pesureissa, lentokenttien maatukisovelluksia ja automaattiohjattuja ajoneuvoja (AGV).Näitä niche-sovelluksia ovat perinteisesti palvelleet lyijyakut ja polttomoottorit, mutta talous on nopeasti muuttunut litiumioniakkujen hyväksi.

Kiina kuljettajan istuimella

BloombergNEF:n analyysin mukaan vuoden 2019 alussa maailmanlaajuista litiumkennojen valmistuskapasiteettia oli 316 gigawattituntia (GWh).Kiinassa on 73 prosenttia tästä kapasiteetista, ja sen jälkeen Yhdysvallat on selvästi jäljessä toisella sijalla 12 prosentin kapasiteetilla maailmanlaajuisesti.

Globaalin kapasiteetin ennustetaan kasvavan voimakkaasti vuoteen 2025 mennessä, kun BloombergNEF ennustaa 1 211 GWh maailmanlaajuista kapasiteettia.Yhdysvaltojen kapasiteetin ennustetaan kasvavan, mutta hitaammin kuin globaali kapasiteetti.Näin ollen Yhdysvaltain osuuden litiumkennojen valmistuksesta maailmanlaajuisesti ennustetaan pienenevän.

Tesla yrittää ratkaista tämän ongelman rakentamalla omia akkutehtaita, mutta yrityksille, jotka toimittavat laajan valikoiman tämäntyyppisiä akkuja, kuten Kaliforniassa sijaitsevalle OneChargelle, paikallisten toimittajien löytäminen on osoittautunut haastavaksi.Puhuin äskettäin OneChargen toimitusjohtajan Alex Pisarevin kanssa, joka korosti yrityksensä kohtaamia haasteita:

"Amerikkalaiset valmistajat käyttäisivät mielellään Yhdysvalloissa valmistettuja litiumionikennoja", Pisarev sanoi, "mutta tämä ei ole realistista nykyään.Joten meidän on jatkettava niiden tuontia Kiinasta."

Kiina kulkee samaa polkua kuin aiemmin aurinkopaneeleilla.Vaikka aurinkokennot keksi amerikkalainen insinööri Russell Ohl, Kiina hallitsee nykyään maailmanlaajuisia aurinkopaneelimarkkinoita.Nyt Kiina keskittyy hallitsemaan maailman litiumioniakkujen tuotantoa.

Onko edullista käyttää halvinta mahdollista vihreää teknologiaa, vaikka se tarkoittaisi tuotannon luovuttamista muille maille?Aurinkopaneelien alhaiset hinnat ovat auttaneet ajamaan räjähdysmäisesti uutta aurinkoenergian kasvua, ja se on puolestaan ​​tukenut monia työpaikkoja Yhdysvalloissa.Mutta suurin osa näistä paneeleista on valmistettu Kiinassa.Trumpin hallinto on yrittänyt puuttua tähän asettamalla tulleja tuontiaurinkopaneeleille, mutta suurin osa Yhdysvaltain aurinkoenergiateollisuudesta on vastustanut näitä tulleja voimakkaasti.

Kiinalla on suuri etu halpatyövoiman ansiosta, minkä ansiosta se on voinut hallita monia valmistusteollisuutta.Mutta Kiinalla on myös enemmän litiumvarantoja ja paljon suurempi litiumin tuotanto kuin Yhdysvalloissa Vuonna 2018 Kiinan litiumin tuotanto oli 8 000 tonnia, kolmanneksi kaikista maista ja lähes kymmenen kertaa Yhdysvaltain litiumin tuotanto.Kiinan litiumvarannot olivat vuonna 2018 miljoona tonnia, mikä on lähes 30 kertaa Yhdysvaltojen taso.

Polku Eteenpäin

Trendit osoittavat, että litiumioniakut syrjäyttävät yhä enemmän lyijyakkuja kuljetus- ja raskaan kaluston aloilla.Tämä on kriittinen kehitys maailmassa, joka kamppailee ennätyksellisten hiilidioksidipäästöjen kanssa.

Mutta tällä edulla sekä valmistuskustannuksissa että raaka-aineiden saatavuudessa voiko Yhdysvallat kilpailla Kiinan kanssa maailmanmarkkinoilla?Jos ei, kun kasvava määrä litiumioniakkuja saavuttaa käyttöikänsä lopussa, voiko Yhdysvallat kehittää kilpailevat markkinat kierrätetylle litiumille?

Nämä ovat tärkeitä kysymyksiä, joihin on puututtava.

On epäselvää, kuinka Kiina selviytyy tällaisista haasteista, mutta kun otetaan huomioon sen säälimätön litiumin tavoittelu ja sen metallille antama strateginen merkitys, ratkaisuja epäilemättä löydetään.Kiinan omaksuminen vihreään liikenteeseen on monella tapaa hyvä asia, sillä se lisää kiinnostusta alaa kohtaan ja kannustaa kilpailevia maita pyrkimään kuromaan kiinni osuudellaan litiumin toimittamisesta ja ladattavien akkujen markkinoista.Vaarana on, että ne jäävät edelleen jälkeen ja jättävät Kiinalle monopolin alalla, josta voi pian tulla valtavirran liikennesektori.

Seuraa minua Viserrys tai LinkedIn .Katso minun verkkosivusto tai joitain muita töitäni täällä.