რატომ შეუძლია ჩინეთს დომინირებს ლითიუმ-იონური ბატარეების წარმოებაში

არის თუ არა ლითიუმ-იონის იდეალური ბატარეა?

მრავალი წლის განმავლობაში, ნიკელ-კადმიუმი იყო ერთადერთი შესაფერისი ბატარეა პორტატული აღჭურვილობისთვის, უკაბელო კომუნიკაციებიდან მობილურ გამოთვლებამდე.ნიკელ-მეტალის-ჰიდრიდი და ლითიუმ-იონი გაჩნდა 1990-იანი წლების დასაწყისში, ცხვირ-ცხვირთან ბრძოლა მომხმარებელთა მოწონების მოსაპოვებლად.დღეს ლითიუმ-იონი არის ყველაზე სწრაფად მზარდი და ყველაზე პერსპექტიული ბატარეის ქიმია.

სამყარო სულ უფრო ელექტრიფიცირებული ხდება.განვითარებადი ქვეყნები არა მხოლოდ ზრდიან ელექტროენერგიის ხელმისაწვდომობას მოსახლეობისთვის, არამედ არსებული სატრანსპორტო ინფრასტრუქტურის ელექტროფიკაცია სწრაფი ტემპით მიმდინარეობს.2040 წლისთვის გზებზე მანქანების ნახევარზე მეტი ელექტროენერგიით იმუშავებს.

ბატარეების მოკლე ისტორია

ბატარეები დიდი ხანია ჩვენი ყოველდღიური ცხოვრების ნაწილია.მსოფლიოში პირველი ნამდვილი ბატარეა გამოიგონა 1800 წელს იტალიელმა ფიზიკოსმა ალესანდრო ვოლტამ.გამოგონება წარმოადგენდა საოცარ მიღწევას, მაგრამ მას შემდეგ მხოლოდ რამდენიმე მნიშვნელოვანი ინოვაცია იყო.

პირველი იყო ტყვიის მჟავა ბატარეა, რომელიც გამოიგონეს 1859 წელს. ეს იყო პირველი დატენვის ბატარეა და დღესაც ყველაზე გავრცელებული ბატარეა, რომელიც გამოიყენება შიდა წვის ძრავების დასაწყებად.

ბოლო ორი საუკუნის განმავლობაში იყო რამდენიმე ინოვაციური ბატარეის დიზაინი, მაგრამ მხოლოდ 1980 წელს გამოიგონეს ნამდვილი თამაშის შემცვლელი.ეს იყო მაშინ, როდესაც ოქსფორდის უნივერსიტეტსა და სტენფორდის უნივერსიტეტში მიღწევებმა განაპირობა ლითიუმ-იონური ბატარეის განვითარება.Sony-მ პირველი ლითიუმ-იონური ბატარეის კომერციალიზაცია მოახდინა 1991 წელს.

რა არის განსაკუთრებული ლითიუმში?

ლითიუმი მრავალი თვალსაზრისით განსაკუთრებული მეტალია.ის მსუბუქი და რბილია - იმდენად რბილი, რომ შეიძლება სამზარეულოს დანით დაჭრათ და ისეთი დაბალი სიმკვრივით, რომ წყალზე ცურავს.ის ასევე მყარია ტემპერატურის ფართო დიაპაზონში, ყველა ლითონისგან ერთ-ერთი ყველაზე დაბალი დნობის წერტილით და მაღალი დუღილის წერტილით.

მისი სხვა ტუტე ლითონის, ნატრიუმის მსგავსად, ლითიუმი რეაგირებს წყალთან საჩვენებელი ფორმით.Li-სა და H2O-ს კომბინაცია წარმოქმნის ლითიუმის ჰიდროქსიდს და წყალბადს, რომლებიც, როგორც წესი, წითელ ცეცხლში იფეთქებს.

ბევრი ასპექტია ლითიუმ-იონური ბატარეა უსაფრთხოება მისი დიზაინის პროცესში, მათ შორის უსაფრთხო ბატარეის სტრუქტურა, უსაფრთხო ნედლეული, დამცავი ფუნქციები და უსაფრთხოების სერთიფიკატები.China Electronics News-თან ინტერვიუში, ბატონმა სუ ჯინრანმა, მთავარი ინჟინრის მოადგილემ, თქვა, რომ პროდუქტის უსაფრთხოება დაიწყო პროდუქტის დიზაინში, ამიტომ სწორი ელექტროდის მასალების, გამყოფებისა და ელექტროლიტების შერჩევა პირველი პრიორიტეტია უსაფრთხო ბატარეის დიზაინისთვის.ბატარეის ანოდის მასალებისთვის, სამიანი მასალები, მანგანუმის ლითიუმი და ლითიუმის რკინის ფოსფატი, რომლებიც ფართოდ გამოიყენებოდა ბატარეის დიზაინში და აძლევდა დამაკმაყოფილებელ შესრულებას, უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე ტრადიციული ლითიუმის კობალტატი და ნიკელის ლითიუმი.

ლითიუმ-იონური ბატარეები პოპულარულია, რადგან მათ აქვთ მრავალი მნიშვნელოვანი უპირატესობა კონკურენტ ტექნოლოგიებთან შედარებით:

● ისინი ზოგადად ბევრად უფრო მსუბუქია, ვიდრე იმავე ზომის სხვა ტიპის დატენვის ბატარეები.ლითიუმ-იონური ბატარეის ელექტროდები დამზადებულია მსუბუქი ლითიუმისა და ნახშირბადისგან.ლითიუმი ასევე არის უაღრესად რეაქტიული ელემენტი, რაც იმას ნიშნავს, რომ ბევრი ენერგია შეიძლება ინახებოდეს მის ატომურ ობლიგაციებში.ეს ითარგმნება როგორც ძალიან მაღალი ენერგიის სიმკვრივე ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის.აქ არის გზა ენერგიის სიმკვრივის პერსპექტივის მისაღებად.ტიპიურ ლითიუმ-იონურ ბატარეას შეუძლია შეინახოს 150 ვტ/სთ ელექტროენერგია 1 კილოგრამ ბატარეაში.NiMH (ნიკელ-მეტალის ჰიდრიდი) ბატარეის პაკეტს შეუძლია შეინახოს 100 ვტ-სთ კილოგრამზე, თუმცა 60-დან 70 ვატ-საათამდე შეიძლება უფრო ტიპიური იყოს.ტყვიის მჟავა ბატარეას შეუძლია შეინახოს მხოლოდ 25 ვტ-სთ თითო კილოგრამზე.ტყვიის მჟავის ტექნოლოგიის გამოყენებით, 6 კილოგრამი სჭირდება იმავე რაოდენობის ენერგიის შესანახად, რასაც 1 კილოგრამიანი ლითიუმ-იონური ბატარეა შეუძლია.ეს დიდი განსხვავებაა [წყარო: Everything2.com ].

● ისინი იკავებენ თავიანთ ბრალს.ლითიუმ-იონური ბატარეის პაკეტი თვეში კარგავს დატენვის მხოლოდ 5 პროცენტს, NiMH ბატარეების 20 პროცენტთან შედარებით.

● მათ არ აქვთ მეხსიერების ეფექტი, რაც იმას ნიშნავს, რომ თქვენ არ გჭირდებათ მათი სრულად დაცლა დატენვამდე, როგორც ზოგიერთი სხვა ბატარეის ქიმიის შემთხვევაში.

● ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შეუძლიათ ასობით დატენვის/დამუხტვის ციკლი.

● ეს არ ნიშნავს, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეები უნაკლოა.მათ ასევე აქვთ რამდენიმე უარყოფითი მხარე:

● ქარხნიდან გასვლისთანავე იწყებენ დეგრადაციას.ისინი მხოლოდ ორი ან სამი წელი გაგრძელდება წარმოების დღიდან, იყენებთ თუ არა მათ.

● უკიდურესად მგრძნობიარეა მაღალი ტემპერატურის მიმართ.სიცხე იწვევს ლითიუმ-იონური ბატარეების დეგრადაციას ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე ჩვეულებრივ.

● თუ ლითიუმ-იონური ბატარეა მთლიანად დაცალკევდება, ის გაფუჭებულია.

● ლითიუმ-იონური ბატარეის პაკეტს უნდა ჰქონდეს ბორტ კომპიუტერი ბატარეის მართვისთვის.ეს მათ კიდევ უფრო ძვირს ხდის, ვიდრე უკვე არის.

● არის მცირე შანსი იმისა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეის შეფუთვა აალდება.

ინოვაციებზე დაფუძნებული სტანდარტის პარამეტრი

ლითიუმ-იონური ბატარეის უსაფრთხოების მექანიზმის სირთულის გამო, განსაკუთრებით ბატარეების ხელახალი გამოყენების შემდეგ უსაფრთხოებაზე ზემოქმედების გამო, ლითიუმ-იონური ბატარეის უსაფრთხოების გაგების პროცესი და მისი სტანდარტების დადგენა უნდა იყოს ეტაპობრივი და პროგრესული.ასევე გასათვალისწინებელია გარე კონტროლის ტექნიკის შემუშავება და გამოყენება.სუმ შემოგვთავაზა ეს, როგორც პარამეტრი ლითიუმ-იონური ბატარეა უსაფრთხოების სტანდარტები უაღრესად ტექნიკური სამუშაოა. პროცესში მონაწილეობა უნდა მიიღონ როგორც ბატარეის სტანდარტიზაციის ორგანოების სტანდარტების დამდგენი პროფესიონალებმა, ასევე ბატარეის ინდუსტრიის ტექნიკურმა სპეციალისტებმა, მომხმარებლებმა და ელექტრონული კონტროლის სფეროებში, მათ შორის ექსპერიმენტული შემოწმების სამუშაოები.

ჩინეთის ელექტრონიკის სტანდარტიზაციის ინსტიტუტის უფროსმა ინჟინერმა, ბ-ნმა სუნ ჩუანჰაომ, თქვა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეები ამჟამად შეიძლება დაიყოს ენერგიის ტიპებად და ენერგიის ტიპებად.ვინაიდან ამ ორ პროდუქტს აქვს განსხვავებები მასალებისა და დიზაინის სტრუქტურებში, მათი ტესტირების მეთოდები და მოთხოვნები განსხვავებულია, თუნდაც იგივე უსაფრთხოების პირობებში.ეგრეთ წოდებული პორტატული ბატარეები მიეკუთვნება ენერგეტიკულ ტიპს, მათ შორის ლითიუმ-იონური ბატარეები, რომლებიც გამოიყენება მობილურ ტელეფონებში, ლეპტოპებში, ციფრულ კამერებსა და ვიდეოკამერებში, ხოლო დენის ტიპის ბატარეა განკუთვნილია ელექტრო ხელსაწყოებისთვის, ელექტრო ველოსიპედებისთვის და ელექტრო მანქანებისთვის.

კვლევითი ორგანიზაციის BloombergNEF-ის თანახმად, მოცულობითი საშუალო ლითიუმ-იონური ბატარეის ფასი (რომელიც მოიცავს უჯრედსა და პაკეტს) 85%-ით დაეცა 2010-18 წლებში და მიაღწია საშუალოდ $176/კვტ/სთ-ს.BloombergNEF-ის პროგნოზით, 2024 წლისთვის ფასები 94 დოლარამდე/კვტ/სთ-მდე დაეცემა, ხოლო 2030 წლისთვის 62 დოლარამდე/კვტ/სთ-მდე.

ეს კლებადი ხარჯების მრუდს აქვს მნიშვნელოვანი შედეგები ნებისმიერი კომპანიისთვის, რომელიც იყენებს ბატარეებს თავის მომსახურებაში, ან მათთვის, ვისაც აქვს ენერგიის შენახვა (მაგ., ელექტროენერგიის მწარმოებლები).დღეისათვის ლითიუმ-იონური ბატარეების გაყიდვების უმეტესი ნაწილი სამომხმარებლო ელექტრონიკის სექტორში იყო, მაგრამ მომავალი გაყიდვები სულ უფრო მეტად ელექტრო მანქანებით იქნება განპირობებული.

დღეს გზებზე მანქანების უმეტესობა კვლავ იყენებს ტყვიის მჟავას ბატარეას და შიდა წვის ძრავას.მაგრამ ელექტრო მანქანების გაყიდვები - რომლებიც იკვებება ლითიუმ-იონური ბატარეებით - ათჯერ გაიზარდა ბოლო ხუთი წლის განმავლობაში.გარდა ამისა, უფრო და უფრო მეტი ქვეყანა აწესებს სამომავლო აკრძალვებს მანქანებზე შიდა წვის საფუძველზე, იმ მოლოდინით, რომ ელექტრო მანქანები საბოლოოდ დომინირებენ პერსონალურ ტრანსპორტში.

ეს, რა თქმა უნდა, ნიშნავს ბატარეებზე ბევრად მეტ მოთხოვნას მომავალში.იმდენად, რამდენადაც ელექტრომობილების მწარმოებელი Tesla, Panasonic-თან პარტნიორობით, მილიარდობით დოლარის ინვესტიციას ახორციელებს ლითიუმ-იონური ბატარეების ახალი ქარხნების ასაშენებლად.მიუხედავად ამისა, აშშ-ს ლითიუმ-იონური ბატარეების მწარმოებლები ჩამორჩებიან ბაზრის წილს.

ლითიუმ-იონური ბატარეების დაკავშირებული მზარდი ბაზარი არის მძიმე სამრეწველო აპლიკაციებში, როგორიცაა ამწეები, სვიპერები და სკრაბერები, აეროპორტის სახმელეთო მხარდაჭერის აპლიკაციები და ავტომატური მართვადი მანქანები (AGVs).ამ ნიშა აპლიკაციებს ისტორიულად ემსახურება ტყვიის მჟავა ბატარეები და შიდა წვის ძრავები, მაგრამ ეკონომიკა სწრაფად შეიცვალა ლითიუმ-იონური ბატარეების სასარგებლოდ.

ჩინეთი მძღოლის სავარძელში

BloombergNEF-ის ანალიზის მიხედვით, 2019 წლის დასაწყისში იყო 316 გიგავატ-საათი (GWh) ლითიუმის უჯრედების წარმოების გლობალური სიმძლავრე.ჩინეთს აქვს ამ სიმძლავრის 73%, რასაც მოჰყვება აშშ, რომელიც ბევრად ჩამორჩება მეორე ადგილს გლობალური სიმძლავრის 12%-ით.

პროგნოზირებულია, რომ გლობალური სიმძლავრე მკვეთრად გაიზრდება 2025 წლისთვის, როდესაც BloombergNEF პროგნოზირებს გლობალური სიმძლავრის 1,211 გვტ.სთ.აშშ-ში სიმძლავრე გაიზრდება, მაგრამ უფრო ნელა, ვიდრე გლობალური სიმძლავრე.ამრიგად, აშშ-ს წილი ლითიუმის უჯრედების გლობალურ წარმოებაში სავარაუდოდ შემცირდება.

Tesla ცდილობს მოაგვაროს ეს პრობლემა ბატარეების საკუთარი ქარხნების აშენებით, მაგრამ კომპანიებისთვის, რომლებიც აწვდიან ამ ტიპის ბატარეების ფართო სპექტრს, როგორიცაა კალიფორნიის OneCharge, ადგილობრივი მომწოდებლების პოვნა რთული აღმოჩნდა.ახლახან ვესაუბრე OneCharge-ის აღმასრულებელ დირექტორს ალექს პისარევს, რომელმაც ხაზი გაუსვა იმ გამოწვევებს, რომელთა წინაშეც დგას მისი კომპანია:

„ამერიკელი მწარმოებლები სიამოვნებით გამოიყენებდნენ აშშ-ში წარმოებულ ლითიუმ-იონურ უჯრედებს“, მითხრა პისარეევმა, „მაგრამ ეს დღეს რეალისტური არ არის.ასე რომ, ჩვენ უნდა გავაგრძელოთ მათი იმპორტი ჩინეთიდან. ”

ჩინეთი იმავე გზას ადგას, როგორც ადრე მზის პანელებით.მიუხედავად იმისა, რომ მზის უჯრედები გამოიგონა ამერიკელმა ინჟინერმა რასელ ოლმა, დღეს ჩინეთი დომინირებს მზის პანელების გლობალურ ბაზარზე.ახლა ჩინეთი ორიენტირებულია ლითიუმის იონური ბატარეების მსოფლიო წარმოების კონტროლზე.

არის თუ არა სასურველი ყველაზე იაფი მწვანე ტექნოლოგიების არსებობა, თუნდაც ეს ნიშნავს წარმოების სხვა ქვეყნებისთვის გადაცემას?მზის პანელების დაბალმა ფასებმა ხელი შეუწყო ახალი მზის PV ზრდის აფეთქებას და ამან, თავის მხრივ, მხარი დაუჭირა აშშ-ში ბევრ სამუშაოს.მაგრამ ამ პანელების უმეტესი ნაწილი დამზადებულია ჩინეთში.ტრამპის ადმინისტრაცია ცდილობდა ამ პრობლემის მოგვარებას იმპორტირებულ მზის პანელებზე ტარიფების დაწესებით, მაგრამ ამ ტარიფებს კატეგორიულად ეწინააღმდეგებოდა აშშ-ს მზის ინდუსტრიის უმეტესობა.

ჩინეთს აქვს იაფი მუშახელის მთავარი უპირატესობა, რამაც საშუალება მისცა მას დომინირებდეს ბევრ საწარმოო ინდუსტრიაში.მაგრამ ჩინეთს ასევე აქვს ლითიუმის უფრო მეტი მარაგი და გაცილებით მეტი ლითიუმის წარმოება, ვიდრე აშშ-ს 2018 წელს, ჩინეთის ლითიუმის წარმოება შეადგენდა 8000 მეტრულ ტონას, მესამეს ყველა ქვეყანას შორის და თითქმის ათჯერ აშშ-ს ლითიუმის წარმოებას.ჩინეთის ლითიუმის მარაგი 2018 წელს შეადგენდა მილიონ მეტრულ ტონას, რაც თითქმის 30-ჯერ აღემატება აშშ-ს დონეს.

გზა წინ

ტენდენციები მიუთითებს იმაზე, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეები სულ უფრო მეტად ჩაანაცვლებს ტყვიის მჟავას ბატარეებს ტრანსპორტირებისა და მძიმე აღჭურვილობის სექტორებში.ეს არის კრიტიკული განვითარება მსოფლიოში, რომელიც ებრძვის ნახშირორჟანგის რეკორდულ ემისიას.

მაგრამ ასეთი უპირატესობით, როგორც წარმოების ხარჯებში, ასევე ნედლეულის ხელმისაწვდომობაში, შეუძლია თუ არა აშშ კონკურენციას გაუწიოს ჩინეთს მსოფლიო ბაზარზე?თუ არა, რადგან ლითიუმ-იონური ბატარეების მზარდი რაოდენობა მიაღწევს მათი გამოყენების ვადის ბოლოს, შეუძლია თუ არა აშშ-ს განავითაროს კონკურენტული ბაზარი რეციკლირებული ლითიუმისთვის?

ეს არის მნიშვნელოვანი კითხვები, რომელთა მოგვარებაც საჭიროა.

გაურკვეველია, როგორ გაუმკლავდება ჩინეთი ასეთ გამოწვევებს, მაგრამ თუ გავითვალისწინებთ ლითიუმის დაუნდობელ დევნას და სტრატეგიულ მნიშვნელობას, რომელიც მას ანიჭებს ლითონს, გადაწყვეტილებები უდავოდ მოიძებნება.მრავალი თვალსაზრისით, ჩინეთის მიერ მწვანე ტრანსპორტის გამოყენება კარგია, რადგან ის ზრდის ინტერესს სექტორის მიმართ და უბიძგებს კონკურენტ ქვეყნებს, შეეცადონ დაეწიონ ლითიუმის მიწოდების წილს და დატენვის ბატარეის ბაზარს.საშიშროება ის არის, რომ ისინი აგრძელებენ ჩამორჩენას, რაც ჩინეთს ტოვებს მონოპოლიით იმაზე, რაც მალე შეიძლება გახდეს მთავარი ტრანსპორტის სექტორი.

გამომყევი Twitter ან LinkedIn .შეამოწმეთ ჩემი ვებგვერდი ან ჩემი სხვა ნამუშევარი აქ.