Zašto Kina može dominirati proizvodnjom litij-ionskih baterija

Je li litij-ionska idealna baterija?

Dugi niz godina nikal-kadmij je bio jedina prikladna baterija za prijenosnu opremu od bežičnih komunikacija do mobilnog računalstva.Nikal-metal-hidrid i litij-ion pojavili su se ranih 1990-ih, boreći se nos do nosa kako bi pridobili prihvaćanje kupaca.Danas je litij-ionska kemija baterija koja najbrže raste i najviše obećava.

Svijet postaje sve više naelektriziran.Ne samo da zemlje u razvoju povećavaju dostupnost električne energije svom stanovništvu, već se i elektrifikacija postojeće prometne infrastrukture odvija velikom brzinom.Predviđa se da će do 2040. više od polovice automobila na cestama biti pogonjeno električnom energijom.

Kratka povijest baterija

Baterije su već dugo dio naše svakodnevice.Prvu pravu bateriju na svijetu izumio je 1800. godine talijanski fizičar Alessandro Volta.Izum je predstavljao izvanredan napredak, ali od tada je bilo samo nekoliko značajnih inovacija.

Prva je bila olovna baterija, koja je izumljena 1859. Ovo je bila prva punjiva baterija i još uvijek je najčešća baterija koja se danas koristi za pokretanje motora s unutarnjim izgaranjem.

Bilo je nekoliko inovativnih dizajna baterija u posljednja dva stoljeća, ali tek je 1980. izumljena stvar koja je promijenila pravila igre.Tada su otkrića na Sveučilištu Oxford i Stanford dovela do razvoja litij-ionske baterije.Sony je komercijalizirao prvu litij-ionsku bateriju 1991.

Što je tako posebno kod litija?

Litij je po mnogo čemu poseban metal.Lagan je i mekan — toliko mekan da se može rezati kuhinjskim nožem i tako niske gustoće da pluta na vodi.Također je čvrst na širokom rasponu temperatura, s jednom od najnižih tališta od svih metala i visokim vrelištem.

Poput svog srodnog alkalijskog metala, natrija, litij reagira s vodom u upečatljivom obliku.Kombinacija Li i H2O tvori litijev hidroksid i vodik, koji obično izgore u crvenom plamenu.

Postoji mnogo aspekata Litij-ionska baterija sigurnost u svim procesima projektiranja, uključujući sigurnu strukturu baterije, sigurne sirovine, zaštitne funkcije i sigurnosne certifikate.U intervjuu za China Electronics News, g. Su Jinran, zamjenik glavnog inženjera， rekao je da sigurnost proizvoda počinje u dizajnu proizvoda, stoga je odabir pravih materijala za elektrode, separatora i elektrolita prvi prioritet za siguran dizajn baterija.Za anodne materijale baterija, ternarni materijali, mangan-litij i litij-željezo-fosfat, koji su naširoko korišteni u dizajnu baterija i dali su zadovoljavajuće performanse, sigurniji su od tradicionalnog litij-kobaltata i nikal-litija.

Litij-ionske baterije popularne su jer imaju niz važnih prednosti u odnosu na konkurentske tehnologije:

● Općenito su mnogo lakše od drugih vrsta punjivih baterija iste veličine.Elektrode litij-ionske baterije izrađene su od laganog litija i ugljika.Litij je također vrlo reaktivan element, što znači da se mnogo energije može pohraniti u njegovim atomskim vezama.To se prevodi u vrlo visoku gustoću energije za litij-ionske baterije.Evo načina da dobijete perspektivu gustoće energije.Tipična litij-ionska baterija može pohraniti 150 watt-sati električne energije u 1 kilogram baterije.NiMH (nikl-metal-hidrid) baterija može pohraniti možda 100 watt-sati po kilogramu, iako bi tipičnije bilo 60 do 70 watt-sati.Olovni akumulator može pohraniti samo 25 watt-sati po kilogramu.Koristeći tehnologiju olovne kiseline, potrebno je 6 kilograma za pohranu iste količine energije koju može podnijeti litij-ionska baterija od 1 kilograma.To je velika razlika [izvor: Sve2.com ].

● Zadržavaju svoj naboj.Litij-ionska baterija gubi samo oko 5 posto napunjenosti mjesečno, u usporedbi s gubitkom od 20 posto mjesečno za NiMH baterije.

● Nemaju efekt memorije, što znači da ih ne morate potpuno isprazniti prije ponovnog punjenja, kao kod nekih drugih kemijskih baterija.

● Litij-ionske baterije mogu podnijeti stotine ciklusa punjenja/pražnjenja.

● To ne znači da su litij-ionske baterije besprijekorne.Imaju i nekoliko nedostataka:

● Počinju propadati čim napuste tvornicu.Trajat će samo dvije ili tri godine od datuma proizvodnje bez obzira koristite li ih ili ne.

● Izuzetno su osjetljivi na visoke temperature.Toplina uzrokuje puno bržu degradaciju litij-ionskih baterija nego inače.

● Ako potpuno ispraznite litij-ionsku bateriju, ona je uništena.

● Litij-ionska baterija mora imati ugrađeno računalo za upravljanje baterijom.To ih čini još skupljima nego što već jesu.

● Postoji mala vjerojatnost da će se, ako litij-ionska baterija pokvari, zapaliti.

Postavljanje standarda temeljeno na inovacijama

Zbog složenosti sigurnosnog mehanizma litij-ionske baterije, posebno utjecaja na sigurnost nakon ponovne uporabe baterija, proces razumijevanja sigurnosti litij-ionske baterije i postavljanje njezinih standarda trebao bi biti postupan i progresivan.Također treba razmotriti razvoj i primjenu tehnika vanjske kontrole.Su je to predložio kao postavku Litij-ionska baterija sigurnosni standardi su visoko tehnički posao, i stručnjaci za postavljanje standarda iz tijela za standardizaciju baterija i tehnički stručnjaci iz industrije baterija, korisnika i elektroničkih kontrolnih područja trebali bi sudjelovati u procesu, uključujući radove na eksperimentalnoj provjeri.

Viši inženjer iz Kineskog instituta za standardizaciju elektronike, g. Sun Chuanhao, rekao je da se litij-ionske baterije trenutno mogu podijeliti na vrste energije i vrste napajanja.Budući da se ova dva proizvoda razlikuju u materijalima i strukturi dizajna, njihove metode ispitivanja i zahtjevi su različiti, čak i pod istim sigurnosnim uvjetima.Takozvane prijenosne baterije pripadaju energetskom tipu, uključujući litij-ionske baterije koje se koriste u mobilnim telefonima, prijenosnim računalima, digitalnim fotoaparatima i video kamerama, dok su power tip baterije za električne alate, električne bicikle i električna vozila.

Prema istraživačkoj organizaciji BloombergNEF, prosječna cijena paketa litij-ionskih baterija (koja uključuje ćeliju i paket) pala je 85% od 2010. do 2018., dosegnuvši prosječnih 176 USD/kWh.BloombergNEF nadalje predviđa da će cijene pasti na 94 USD/kWh do 2024. i 62 USD/kWh do 2030.

Ova opadajuća krivulja troškova ima važne implikacije za svaku tvrtku koja koristi baterije u svojim uslugama ili za one koje imaju potrebu za skladištenjem energije (npr. proizvođači električne energije).Do danas je većina prodaje litij-ionskih baterija bila u sektoru potrošačke elektronike, no buduću prodaju sve će više poticati električni automobili.

Većina današnjih automobila na cestama još uvijek koristi olovni akumulator i motor s unutarnjim izgaranjem.Ali prodaja električnih vozila — s pogonom na litij-ionske baterije — porasla je više od deset puta u posljednjih pet godina.Nadalje, sve više zemalja postavlja buduće zabrane za automobile koji se temelje na unutarnjem izgaranju, s očekivanjem da će električna vozila konačno dominirati osobnim prijevozom.

To, naravno, znači daleko veću buduću potražnju za baterijama.Toliko da proizvođač električnih vozila Tesla, u partnerstvu s Panasonicom, ulaže milijarde dolara u izgradnju novih tvornica litij-ionskih baterija.Ipak, američki proizvođači litij-ionskih baterija zaostaju u tržišnom udjelu.

Povezano rastuće tržište za litij-ionske baterije je u teškim industrijskim primjenama kao što su viličari, čistači i čistači, aplikacije za potporu u zračnim lukama i automatski vođena vozila (AGV).Ove niše primjene su kroz povijest služile olovne baterije i motori s unutarnjim izgaranjem, ali ekonomija se brzo promijenila u korist litij-ionskih baterija.

Kina na vozačkom mjestu

Prema analizi BloombergNEF-a, početkom 2019. bilo je 316 gigavat-sati (GWh) globalnih proizvodnih kapaciteta litijevih ćelija.U Kini se nalazi 73% ovog kapaciteta, a slijede SAD, daleko iza na drugom mjestu s 12% globalnog kapaciteta.

Predviđa se da će globalni kapacitet snažno rasti do 2025. kada BloombergNEF predviđa 1.211 GWh globalnog kapaciteta.Predviđa se da će kapacitet u SAD-u rasti, ali sporije od globalnog kapaciteta.Stoga se predviđa da će se američki udio u globalnoj proizvodnji litijevih ćelija smanjiti.

Tesla pokušava riješiti ovaj problem izgradnjom vlastitih tvornica baterija, ali za tvrtke koje isporučuju širok raspon ovih vrsta baterija, kao što je kalifornijski OneCharge, pronalaženje lokalnih dobavljača pokazalo se izazovnim.Nedavno sam razgovarao s izvršnim direktorom OneChargea Alexom Pisarevom, koji je istaknuo izazove s kojima se njegova tvrtka susrela:

“Američki proizvođači rado bi koristili litij-ionske ćelije proizvedene u SAD-u,” rekao mi je Pisarev, “ali to danas nije realno.Stoga ih moramo nastaviti uvoziti iz Kine.”

Kina ide istim putem kojim je prije krenula sa solarnim pločama.Dok je solarne ćelije izumio američki inženjer Russell Ohl, danas Kina dominira globalnim tržištem solarnih panela.Sada je Kina usredotočena na kontrolu svjetske proizvodnje litij-ionskih baterija.

Je li poželjno imati najjeftinije moguće zelene tehnologije, čak i ako to znači prepuštanje proizvodnje drugim zemljama?Niske cijene solarnih panela pomogle su potaknuti eksploziju novog solarnog fotonaponskog rasta, a to je zauzvrat podržalo brojna radna mjesta u SAD-u.Ali većina tih panela proizvedena je u Kini.Trumpova administracija pokušala je to riješiti postavljanjem carina na uvezene solarne panele, ali tim se carinama snažno protivila većina američke solarne industrije.

Kina ima veliku prednost jeftine radne snage, što joj je omogućilo da dominira mnogim proizvodnim industrijama.Ali Kina također ima više rezervi litija i mnogo veću proizvodnju litija od SAD-a. U 2018. kineska proizvodnja litija iznosila je 8000 metričkih tona, treća među svim zemljama i gotovo deset puta veća od proizvodnje litija u SAD-u.Kineske rezerve litija u 2018. iznosile su milijun metričkih tona, što je gotovo 30 puta više od američkih razina.

Put naprijed

Trendovi signaliziraju da će litij-ionske baterije sve više istiskivati ​​olovne baterije u sektoru prijevoza i teške opreme.Ovo je ključni razvoj u svijetu koji se bori s rekordnim emisijama ugljičnog dioksida.

Ali s takvom prednošću u troškovima proizvodnje i dostupnosti sirovina, može li se SAD natjecati s Kinom na svjetskom tržištu?Ako ne, kako sve veći broj litij-ionskih baterija dolazi do kraja svog vijeka trajanja, može li SAD razviti konkurentno tržište za reciklirani litij?

To su važna pitanja kojima se treba pozabaviti.

Nejasno je kako će se Kina nositi s takvim izazovima, ali s obzirom na neumornu potragu za litijem i stratešku važnost koju pridaje tom metalu, rješenja će se bez sumnje pronaći.Na mnogo načina, kinesko prihvaćanje zelenog transporta je dobra stvar, jer proširuje interes za sektor i potiče konkurentske nacije da pokušaju sustići u smislu njihovog udjela u opskrbi litijem i tržištu punjivih baterija.Opasnost je da nastave zaostajati, ostavljajući Kinu s monopolom nad onim što bi uskoro moglo postati glavni prometni sektor.

Prati me na Cvrkut ili LinkedIn .Pogledajte moje web stranica ili neki moj drugi rad ovdje.