Por que China pode dominar a produción de baterías de iones de litio

É o ión de litio a batería ideal?

Durante moitos anos, o níquel-cadmio fora a única batería adecuada para equipos portátiles desde comunicacións sen fíos ata computación móbil.A principios dos anos 90 xurdiron níquel-metal-hidruro e ión-litio, loitando cara a cara para conseguir a aceptación dos clientes.Hoxe, o ión de litio é a química de baterías de máis rápido crecemento e máis prometedora.

O mundo está cada vez máis electrificado.Non só os países en desenvolvemento están aumentando a dispoñibilidade de electricidade para as súas poboacións, senón que a electrificación da infraestrutura de transporte existente avanza a un ritmo acelerado.Para 2040, prevese que máis da metade dos coches nas estradas funcionarán con electricidade.

Breve historia das baterías

As baterías forman parte da nosa vida diaria durante moito tempo.A primeira batería verdadeira do mundo foi inventada en 1800 polo físico italiano Alessandro Volta.O invento representou un avance notable, pero desde ese momento só houbo un puñado de innovacións significativas.

A primeira foi a batería de chumbo-ácido, que se inventou en 1859. Esta foi a primeira batería recargable e aínda é a batería máis común que se usa para arrancar motores de combustión interna na actualidade.

Houbo algúns deseños de batería innovadores nos últimos dous séculos, pero non foi ata 1980 cando se inventou un verdadeiro cambio de xogo.Foi entón cando os avances da Universidade de Oxford e da Universidade de Stanford levaron ao desenvolvemento da batería de ión-litio.Sony comercializou a primeira batería de iones de litio en 1991.

Que ten de especial o litio?

O litio é un metal especial en moitos sentidos.É lixeiro e suave, tan suave que se pode cortar cun coitelo de cociña e de tan baixa densidade que flota na auga.Tamén é sólido a unha ampla gama de temperaturas, cun dos puntos de fusión máis baixos de todos os metais e un alto punto de ebulición.

Do mesmo xeito que os seus compañeiros de metal alcalino, o sodio, o litio reacciona coa auga en forma vistosa.A combinación de Li e H2O forma hidróxido de litio e hidróxeno, que normalmente estala en chama vermella.

Hai moitos aspectos Batería de iones de litio seguridade nos seus procesos de deseño, incluíndo estrutura segura da batería, materias primas seguras, funcións de protección e certificacións de seguridade.Cando foi entrevistado por China Electronics News, Su Jinran, enxeñeiro-xefe adxunto, dixo que a seguridade do produto comezou no deseño do produto, polo que seleccionar os materiais de electrodos, separadores e electrólitos adecuados é a primeira prioridade para o deseño seguro da batería.Para os materiais do ánodo da batería, os materiais ternarios, o manganeso litio e o fosfato de ferro de litio, que foron amplamente utilizados no deseño da batería e obtiveron un rendemento satisfactorio, son máis seguros que o cobaltato de litio tradicional e o níquel litio.

As baterías de iones de litio son populares porque teñen unha serie de vantaxes importantes sobre as tecnoloxías da competencia:

● Xeralmente son moito máis lixeiras que outros tipos de baterías recargables do mesmo tamaño.Os electrodos dunha batería de ión-litio están feitos de litio e carbono lixeiros.O litio tamén é un elemento altamente reactivo, o que significa que se pode almacenar moita enerxía nos seus enlaces atómicos.Isto tradúcese nunha densidade de enerxía moi alta para as baterías de ión-litio.Aquí tes unha forma de obter unha perspectiva sobre a densidade de enerxía.Unha batería de iones de litio típica pode almacenar 150 vatios-hora de electricidade en 1 quilo de batería.Unha batería de NiMH (níquel-hidruro metálico) pode almacenar quizais 100 vatios-hora por quilogramo, aínda que de 60 a 70 vatios-hora poden ser máis típicos.Unha batería de chumbo-ácido só pode almacenar 25 vatios-hora por quilogramo.Usando tecnoloxía de chumbo-ácido, son necesarios 6 quilos para almacenar a mesma cantidade de enerxía que pode soportar unha batería de ión-litio de 1 quilogramo.Esa é unha gran diferenza [fonte: Everything2.com ].

● Manteñen o seu cargo.Un paquete de baterías de iones de litio só perde un 5 por cento da súa carga ao mes, en comparación cunha perda do 20 por cento ao mes para as baterías de NiMH.

● Non teñen efecto memoria, o que significa que non tes que descargalos completamente antes de recargalos, como ocorre con outras químicas de baterías.

● As baterías de ión-litio poden soportar centos de ciclos de carga/descarga.

● Iso non quere dicir que as baterías de ión-litio sexan impecables.Tamén teñen algunhas desvantaxes:

● Empezan a degradarse en canto saen da fábrica.Só durarán dous ou tres anos a partir da data de fabricación tanto se as utiliza ou non.

● Son extremadamente sensibles ás altas temperaturas.A calor fai que as baterías de iones de litio se degraden moito máis rápido do que normalmente o farían.

● Se descargas completamente unha batería de iones de litio, arruínase.

● Unha batería de ión-litio debe ter un ordenador a bordo para xestionar a batería.Isto fai que sexan aínda máis caros do que xa son.

● Existe unha pequena probabilidade de que, se unha batería de ión-litio falla, se incendie.

Establecemento de estándares baseado na innovación

Debido á complexidade do mecanismo de seguridade da batería de iones de litio, especialmente o impacto na seguridade despois de reutilizar as baterías, o proceso de comprensión da seguridade da batería de iones de litio e establecer os seus estándares debe ser gradual e progresivo.E tamén se debe considerar o desenvolvemento e aplicación de técnicas de control externo.Su suxeriu iso como escenario Batería de iones de litio As normas de seguridade son un traballo altamente técnico, tanto profesionais de normalización dos organismos de normalización de baterías como especialistas técnicos da industria de baterías, usuarios e áreas de control electrónico deben participar no proceso, incluíndo traballos de verificación experimentais.

O enxeñeiro superior do Instituto de Normalización Electrónica de China, Sun Chuanhao, dixo que actualmente as baterías de iones de litio poden dividirse en tipos de enerxía e tipos de enerxía.Como estes dous produtos teñen diferenzas en materiais e estruturas de deseño, os seus métodos de proba e requisitos son diferentes, mesmo nas mesmas condicións de seguridade.As chamadas baterías portátiles pertencen ao tipo de enerxía, incluídas as baterías de iones de litio utilizadas en teléfonos móbiles, portátiles, cámaras dixitais e cámaras de vídeo, mentres que a batería de tipo power é para ferramentas eléctricas, bicicletas eléctricas e vehículos eléctricos.

Segundo a organización de investigación BloombergNEF, o prezo medio ponderado por volume da batería de iones de litio (que inclúe a cela e o paquete) caeu un 85% entre 2010 e 2018, alcanzando unha media de 176 $/kWh.BloombergNEF proxecta ademais que os prezos caerán a 94 USD/kWh en 2024 e 62 USD/kWh en 2030.

Esta curva de custos decrecente ten implicacións importantes para calquera empresa que utilice baterías no seu servizo ou para aquelas que teñan necesidade de almacenar enerxía (por exemplo, os produtores de enerxía).Ata a data, a maioría das vendas de baterías de iones de litio foron no sector da electrónica de consumo, pero as vendas futuras estarán cada vez máis impulsadas polos coches eléctricos.

A maioría dos coches nas estradas hoxe aínda usan unha batería de chumbo-ácido e un motor de combustión interna.Pero as vendas de vehículos eléctricos, alimentados por baterías de ión-litio, multiplicáronse máis de dez nos últimos cinco anos.Ademais, cada vez son máis os países que establecen futuras prohibicións aos coches baseados na combustión interna, coa expectativa de que os vehículos eléctricos acabarán por dominar o transporte persoal.

Isto, por suposto, significa moito maior demanda futura de baterías.Tanto é así que o fabricante de vehículos eléctricos Tesla, en colaboración con Panasonic, está a investir miles de millóns de dólares para construír novas fábricas de baterías de iones de litio.Non obstante, os produtores estadounidenses de baterías de iones de litio están quedando atrás na cota de mercado.

Un mercado de crecemento relacionado para baterías de ión-litio está en aplicacións industriais pesadas, como carretillas elevadoras, varredoras e fregadoras, aplicacións de apoio en terra para aeroportos e vehículos guiados automáticos (AGV).Estes nichos de aplicacións foron servidos historicamente por baterías de chumbo-ácido e motores de combustión interna, pero a economía cambiou rapidamente a favor das baterías de ión-litio.

China no asento do condutor

Segundo unha análise de BloombergNEF, a principios de 2019 había 316 gigavatios-hora (GWh) de capacidade global de fabricación de células de litio.China alberga o 73% desta capacidade, seguida de EEUU, moi por detrás no segundo lugar cun 12% da capacidade global.

Prevese que a capacidade global crecerá de forma robusta para 2025, cando BloombergNEF prevé 1.211 GWh de capacidade global.Espérase que a capacidade nos Estados Unidos medre, pero máis lento que a capacidade global.Así, prevese que a participación dos Estados Unidos na fabricación global de células de litio diminuira.

Tesla está intentando resolver este problema construíndo as súas propias fábricas de baterías, pero para as empresas que fornecen unha ampla gama deste tipo de baterías, como OneCharge, con sede en California, demostrou ser un reto atopar provedores locais.Recentemente falei co CEO de OneCharge, Alex Pisarev, quen destacou os retos aos que se enfrontou a súa empresa:

"Os fabricantes estadounidenses estarían encantados de usar células de iones de litio fabricadas en Estados Unidos", díxome Pisarev, "pero isto non é realista hoxe.Así que temos que seguir importándoos de China".

China está tomando o mesmo camiño que fixo anteriormente cos paneis solares.Aínda que as células solares foron inventadas polo enxeñeiro estadounidense Russell Ohl, hoxe China domina o mercado global de paneis solares.Agora China céntrase en controlar a produción mundial de baterías de iones de litio.

É preferible contar coas tecnoloxías verdes máis baratas posibles, aínda que iso signifique ceder a fabricación a outros países?Os baixos prezos dos paneis solares axudaron a impulsar unha explosión de novos crecementos fotovoltaicos e iso, á súa vez, apoiou moitos postos de traballo en Estados Unidos.Pero a maior parte deses paneis están feitos en China.A Administración Trump intentou resolver isto aplicando aranceis aos paneis solares importados, pero a maioría da industria solar estadounidense opúxose enérgicamente a estas tarifas.

China ten unha gran vantaxe de man de obra barata, o que lle permitiu dominar moitas industrias manufactureras.Pero China tamén ten máis reservas de litio e unha produción de litio moito maior que os EE. UU. En 2018, a produción de litio chinesa foi de 8.000 toneladas métricas, o terceiro lugar entre todos os países e case dez veces a produción de litio dos Estados Unidos.As reservas de litio chinesas en 2018 foron dun millón de toneladas métricas, case 30 veces os niveis estadounidenses.

O Camiño Adiante

As tendencias sinalan que as baterías de ión-litio desprazarán cada vez máis ás baterías de chumbo-ácido nos sectores do transporte e dos equipos pesados.Este é un desenvolvemento crítico nun mundo que loita cunhas emisións récord de dióxido de carbono.

Pero con tanta vantaxe tanto nos custos de fabricación como na dispoñibilidade de materias primas, pode EEUU competir con China no mercado mundial?Se non é así, a medida que un número crecente de baterías de ión-litio chega ao final da súa vida útil, pode EE. UU. desenvolver un mercado competitivo para o litio reciclado?

Estas son preguntas importantes que hai que abordar.

Non está claro como China afrontará estes desafíos, pero dada a súa incesante procura do litio e a importancia estratéxica que lle outorga ao metal, sen dúbida atoparanse solucións.En moitos sentidos, a adopción de China do transporte ecolóxico é unha boa cousa, xa que amplía o interese no sector e estimula aos países competidores a tentar poñerse ao día en canto á súa participación no subministro de litio e no mercado das baterías recargables.O perigo é que sigan quedando atrás, deixando a China cun monopolio sobre o que pronto podería converterse nun sector do transporte principal.

Sígueme Twitter ou LinkedIn .Consulta o meu sitio web ou algún dos meus traballos aquí.