Kodėl Kinija gali dominuoti ličio jonų baterijų gamyboje

Ar ličio jonų baterija yra ideali?

Daugelį metų nikelis-kadmis buvo vienintelė tinkama baterija nešiojamai įrangai nuo belaidžio ryšio iki mobiliųjų kompiuterių.Nikelio-metalo hidrido ir ličio jonų atsiradimas 1990-ųjų pradžioje kovojo iš nosies į nosį, kad gautų klientų pritarimą.Šiandien ličio jonai yra greičiausiai auganti ir perspektyviausia akumuliatorių chemija.

Pasaulis vis labiau elektrinasi.Besivystančios šalys ne tik didina elektros energijos prieinamumą savo gyventojams, bet ir sparčiai vyksta esamos transporto infrastruktūros elektrifikavimas.Prognozuojama, kad iki 2040 m. daugiau nei pusė keliuose važiuojančių automobilių bus varomi elektra.

Trumpa baterijų istorija

Baterijos jau seniai buvo mūsų kasdienio gyvenimo dalis.Pirmąją pasaulyje tikrą bateriją 1800 m. išrado italų fizikas Alessandro Volta.Išradimas buvo puikus proveržis, tačiau nuo to laiko atsirado tik keletas reikšmingų naujovių.

Pirmasis buvo švino rūgšties akumuliatorius, kuris buvo išrastas 1859 m. Tai buvo pirmasis įkraunamas akumuliatorius ir iki šiol yra labiausiai paplitęs akumuliatorius, naudojamas vidaus degimo varikliams paleisti.

Per pastaruosius du šimtmečius buvo sukurta keletas naujoviškų baterijų dizaino, tačiau tik 1980 m. buvo išrastas tikras žaidimų keitiklis.Būtent tada Oksfordo ir Stanfordo universitetų proveržiai paskatino sukurti ličio jonų bateriją.Pirmąją ličio jonų bateriją Sony pristatė 1991 m.

Kuo ypatingas litis?

Litis daugeliu atžvilgių yra ypatingas metalas.Jis lengvas ir minkštas – toks minkštas, kad jį galima pjauti virtuviniu peiliu, ir toks mažas, kad plūduriuoja ant vandens.Jis taip pat yra kietas įvairiuose temperatūrų diapazonuose, su viena žemiausių lydymosi temperatūra iš visų metalų ir aukšta virimo temperatūra.

Litis, kaip ir šarminis metalas, natris, įspūdingai reaguoja su vandeniu.Ličio ir H2O derinys sudaro ličio hidroksidą ir vandenilį, kuris paprastai sprogsta raudona liepsna.

Yra daug aspektų Ličio jonų baterija sauga visuose projektavimo procesuose, įskaitant saugią akumuliatoriaus konstrukciją, saugias žaliavas, apsaugines funkcijas ir saugos sertifikatus.„China Electronics News“ kalbintas vyriausiojo inžinieriaus pavaduotojas Su Jinranas sakė, kad gaminių sauga prasidėjo gaminant gaminį, todėl saugaus akumuliatoriaus projektavimo prioritetas yra tinkamų elektrodų medžiagų, separatorių ir elektrolitų parinkimas.Akumuliatoriaus anodo medžiagoms trikomponentės medžiagos, mangano ličio ir ličio geležies fosfatas, kurie buvo plačiai naudojami baterijų konstrukcijoje ir davė patenkinamą našumą, yra saugesni nei tradicinis ličio kobaltatas ir nikelio litis.

Ličio jonų baterijos yra populiarios, nes turi daug svarbių pranašumų, palyginti su konkuruojančiomis technologijomis:

● Paprastai jie yra daug lengvesni nei kitų tipų to paties dydžio įkraunamos baterijos.Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodai pagaminti iš lengvo ličio ir anglies.Litis taip pat yra labai reaktyvus elementas, o tai reiškia, kad jo atominėse jungtyse gali būti sukaupta daug energijos.Tai reiškia labai didelį ličio jonų akumuliatorių energijos tankį.Štai būdas gauti energijos tankio perspektyvą.Įprasta ličio jonų baterija gali sukaupti 150 vatvalandžių elektros energijos 1 kilograme baterijos.NiMH (nikelio-metalo hidrido) akumuliatoriaus blokas gali sutalpinti apie 100 vatvalandžių vienam kilogramui, nors 60–70 vatvalandžių gali būti tipiškiau.Švino rūgšties akumuliatorius gali išlaikyti tik 25 vatvalandes vienam kilogramui.Naudojant švino rūgšties technologiją, tokiam pat energijos kiekiui sukaupti reikia 6 kilogramų, kiek gali atlaikyti 1 kilogramo ličio jonų baterija.Tai didžiulis skirtumas [šaltinis: Viskas2.com ].

● Jie laikosi savo pareigų.Ličio jonų baterijų paketas per mėnesį praranda tik apie 5 procentus įkrovos, o NiMH baterijos – 20 procentų per mėnesį.

● Jie neturi atminties efekto, o tai reiškia, kad prieš įkraunant nereikia jų visiškai iškrauti, kaip ir kai kurių kitų akumuliatorių cheminių medžiagų atveju.

● Ličio jonų akumuliatoriai gali atlikti šimtus įkrovimo / iškrovimo ciklų.

● Tai nereiškia, kad ličio jonų baterijos yra nepriekaištingos.Jie taip pat turi keletą trūkumų:

● Jie pradeda irti iš karto, kai tik iškeliauja iš gamyklos.Jie tarnaus tik dvejus ar trejus metus nuo pagaminimo datos, nesvarbu, ar naudosite juos, ar ne.

● Jie itin jautrūs aukštai temperatūrai.Dėl karščio ličio jonų baterijų paketai genda daug greičiau nei įprastai.

● Jei ličio jonų akumuliatorių visiškai iškrausite, jis bus sugadintas.

● Ličio jonų akumuliatoriaus bloke turi būti įmontuotas kompiuteris, kad būtų galima valdyti akumuliatorių.Dėl to jie dar brangesni, nei yra.

● Yra nedidelė tikimybė, kad sugedus ličio jonų akumuliatoriui jis užsidegs.

Naujovėmis pagrįstas standartų nustatymas

Dėl ličio jonų akumuliatoriaus saugos mechanizmo sudėtingumo, ypač dėl poveikio saugai pakartotinai naudojant baterijas, ličio jonų akumuliatoriaus saugos supratimo ir standartų nustatymo procesas turėtų būti laipsniškas ir laipsniškas.Taip pat reikėtų apsvarstyti išorinės kontrolės metodų kūrimą ir taikymą.Su tai pasiūlė kaip nustatymą Ličio jonų baterija saugos standartų kūrimas yra labai techninis darbas, procese, įskaitant eksperimentinės patikros darbus, turėtų dalyvauti tiek standartų nustatymo specialistai iš baterijų standartizacijos įstaigų, tiek techniniai specialistai iš baterijų pramonės, vartotojų ir elektroninės kontrolės sričių.

Kinijos elektronikos standartizacijos instituto vyresnysis inžinierius Sun Chuanhao teigė, kad šiuo metu ličio jonų baterijas galima suskirstyti į energijos ir galios tipus.Kadangi šių dviejų gaminių medžiagos ir konstrukcijos skiriasi, jų bandymo metodai ir reikalavimai skiriasi net esant tokioms pačioms saugos sąlygoms.Vadinamieji nešiojamieji akumuliatoriai priklauso energijos tipui, įskaitant ličio jonų baterijas, naudojamas mobiliuosiuose telefonuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose, skaitmeniniuose fotoaparatuose ir vaizdo kamerose, o maitinimo tipo akumuliatorius yra skirtas elektriniams įrankiams, elektriniams dviračiams ir elektrinėms transporto priemonėms.

Tyrimų organizacijos „BloombergNEF“ duomenimis, vidutinė ličio jonų baterijų paketo kaina (įskaitant elementą ir pakuotę) sumažėjo 85%, palyginti su 2010–2018 m., ir vidutiniškai siekė 176 USD/kWh.„BloombergNEF“ toliau prognozuoja, kad kainos nukris iki 94 USD/kWh iki 2024 m., o iki 62 USD už kWh – iki 2030 m.

Ši mažėjančių sąnaudų kreivė turi svarbių pasekmių bet kuriai įmonei, kuri savo tarnyboje naudoja baterijas, arba toms, kurioms reikia kaupti energiją (pvz., energijos gamintojams).Iki šiol didžioji dalis ličio jonų baterijų buvo parduodama plataus vartojimo elektronikos sektoriuje, tačiau ateityje pardavimą vis labiau skatins elektromobiliai.

Dauguma šiandien keliuose važinėjančių automobilių vis dar naudoja švino-rūgšties akumuliatorių ir vidaus degimo variklį.Tačiau elektrinių transporto priemonių, varomų ličio jonų akumuliatoriais, pardavimas per pastaruosius penkerius metus išaugo daugiau nei dešimt kartų.Be to, vis daugiau šalių ateityje uždraudžia vidaus degimo varomus automobilius, tikėdamosi, kad elektrinės transporto priemonės ilgainiui dominuos asmeniniame transporte.

Tai, žinoma, reiškia daug didesnę baterijų paklausą ateityje.Tiek daug, kad elektromobilių gamintoja „Tesla“, bendradarbiaudama su „Panasonic“, investuoja milijardus dolerių naujų ličio jonų akumuliatorių gamyklų statybai.Nepaisant to, JAV ličio jonų baterijų gamintojai atsilieka rinkos dalimi.

Susijusi auganti ličio jonų akumuliatorių rinka yra sunkiosios pramonės reikmėms, pvz., keltuvams, šlavimo mašinoms ir valytuvams, oro uostų antžeminei pagalbai ir automatinėms transporto priemonėms (AGV).Šioms nišinėms reikmėms istoriškai naudojosi švino rūgšties akumuliatoriai ir vidaus degimo varikliai, tačiau ekonomika greitai pasikeitė ličio jonų akumuliatorių naudai.

Kinija vairuotojo sėdynėje

Remiantis BloombergNEF analize, 2019 m. pradžioje pasauliniai ličio elementų gamybos pajėgumai buvo 316 gigavatvalandžių (GWh).73 % šių pajėgumų turi Kinija, antroje vietoje atsilieka JAV ir užima 12 % pasaulinių pajėgumų.

Prognozuojama, kad pasauliniai pajėgumai sparčiai augs iki 2025 m., kai BloombergNEF prognozuoja 1 211 GWh pasaulinių pajėgumų.Prognozuojama, kad pajėgumai JAV augs, bet lėčiau nei pasauliniai pajėgumai.Taigi prognozuojama, kad JAV dalis pasaulinėje ličio elementų gamyboje mažės.

„Tesla“ bando išspręsti šią problemą statydama savo akumuliatorių gamyklas, tačiau įmonėms, tiekiančioms platų šių tipų akumuliatorių asortimentą, pavyzdžiui, Kalifornijoje įsikūrusiai „OneCharge“, vietinių tiekėjų paieška pasirodė esanti sudėtinga.Neseniai kalbėjausi su „OneCharge“ generaliniu direktoriumi Alexu Pisarevu, kuris pabrėžė iššūkius, su kuriais susidūrė jo įmonė:

„Amerikos gamintojai mielai naudotų JAV pagamintus ličio jonų elementus, – man pasakė Pisarevas, – bet šiandien tai nerealu.Taigi turime ir toliau importuoti juos iš Kinijos.

Kinija eina tuo pačiu keliu, kaip ir anksčiau su saulės baterijomis.Nors saulės elementus išrado amerikiečių inžinierius Russellas Ohlas, šiandien Kinija dominuoja pasaulinėje saulės baterijų rinkoje.Dabar Kinija sutelkia dėmesį į pasaulinės ličio jonų baterijų gamybos kontrolę.

Ar geriau turėti kuo pigesnes ekologiškas technologijas, net jei tai reikštų gamybos perdavimą kitoms šalims?Žemos saulės baterijų kainos padėjo paskatinti naujų saulės PV augimą, o tai savo ruožtu padėjo sukurti daug darbo vietų JAV.Tačiau didžioji šių plokščių dalis yra pagaminta Kinijoje.Trumpo administracija bandė tai išspręsti nustatydama tarifus importuotoms saulės baterijų plokštėms, tačiau šiems tarifams griežtai priešinosi dauguma JAV saulės energijos pramonės atstovų.

Kinija turi didelį pranašumą – pigi darbo jėga, kuri leido jai dominuoti daugelyje gamybos pramonės šakų.Tačiau Kinija taip pat turi daugiau ličio atsargų ir daug didesnę ličio gamybą nei JAV. 2018 m. Kinijos ličio gamyba buvo 8 000 metrinių tonų, trečia tarp visų šalių ir beveik dešimt kartų daugiau nei JAV ličio gamyba.Kinijos ličio atsargos 2018 m. sudarė vieną milijoną metrinių tonų, beveik 30 kartų daugiau nei JAV.

Kelias pirmyn

Tendencijos rodo, kad ličio jonų akumuliatoriai vis labiau išstums švino-rūgšties baterijas transporto ir sunkiosios įrangos sektoriuose.Tai labai svarbus pokytis pasaulyje, kovojančiame su rekordiniu anglies dioksido išmetimu.

Tačiau turėdama tokį pranašumą tiek gamybos kaštų, tiek žaliavų prieinamumo atžvilgiu, ar JAV gali konkuruoti su Kinija pasaulinėje rinkoje?Ar JAV gali sukurti konkurencingą perdirbto ličio rinką, jei ne, didėjant ličio jonų baterijų skaičiui baigiantis naudoti?

Tai svarbūs klausimai, kuriuos reikia išspręsti.

Neaišku, kaip Kinija susidoros su tokiais iššūkiais, tačiau, atsižvelgiant į jos nenumaldomą ličio siekį ir strateginę metalo svarbą, sprendimai, be abejo, bus rasti.Daugeliu atžvilgių Kinijos ėmimasis ekologiško transporto yra geras dalykas, nes tai padidina susidomėjimą šiuo sektoriumi ir skatina konkurentes šalis stengtis pasivyti savo ličio tiekimo ir įkraunamų baterijų rinkos dalį.Kyla pavojus, kad jie ir toliau atsiliks, palikdami Kinijai monopolį, kuris netrukus gali tapti pagrindiniu transporto sektoriumi.

Sek mane Twitter arba LinkedIn .Patikrinkite mano Interneto svetainė ar kiti mano darbai čia.