Kāpēc Ķīna var dominēt litija jonu akumulatoru ražošanā

Vai litija jonu akumulators ir ideāls?

Daudzus gadus niķeļa-kadmija akumulators bija vienīgais piemērotais akumulators pārnēsājamām iekārtām no bezvadu sakariem līdz mobilajai skaitļošanai.Niķeļa-metāla hidrīda un litija jonu parādīšanās 1990. gadu sākumā cīnījās viens pret otru, lai iegūtu klientu piekrišanu.Mūsdienās litija jonu ir visstraujāk augošā un daudzsološākā akumulatoru ķīmija.

Pasaule kļūst arvien elektrificētāka.Jaunattīstības valstis ne tikai palielina elektroenerģijas pieejamību saviem iedzīvotājiem, bet arī esošās transporta infrastruktūras elektrifikācija notiek strauji.Tiek prognozēts, ka līdz 2040. gadam vairāk nekā puse automašīnu uz ceļiem darbosies ar elektrību.

Īsa akumulatoru vēsture

Baterijas jau ilgu laiku ir bijušas mūsu ikdienas sastāvdaļa.Pasaulē pirmo īsto akumulatoru 1800. gadā izgudroja itāļu fiziķis Alesandro Volta.Izgudrojums bija ievērojams izrāviens, taču kopš tā laika ir bijuši tikai daži būtiski jauninājumi.

Pirmais bija svina-skābes akumulators, kas tika izgudrots 1859. gadā. Šis bija pirmais uzlādējamais akumulators un joprojām ir visizplatītākais akumulators, ko izmanto iekšdedzes dzinēju iedarbināšanai.

Pēdējo divu gadsimtu laikā ir bijuši daži inovatīvi akumulatoru modeļi, taču tikai 1980. gadā tika izgudrots īsts spēļu pārveidotājs.Tas bija tad, kad sasniegumi Oksfordas Universitātē un Stenfordas Universitātē noveda pie litija jonu akumulatora izstrādes.Sony komercializēja pirmo litija jonu akumulatoru 1991. gadā.

Kas ir tik īpašs litijā?

Litijs daudzos veidos ir īpašs metāls.Tas ir viegls un mīksts — tik mīksts, ka to var sagriezt ar virtuves nazi, un tik zems blīvums, ka peld virs ūdens.Tas ir arī ciets plašā temperatūru diapazonā ar vienu no zemākajiem metālu kušanas punktiem un augstu viršanas temperatūru.

Tāpat kā citi sārmu metāli, nātrijs, litijs košā formā reaģē ar ūdeni.Li un H2O kombinācija veido litija hidroksīdu un ūdeņradi, kas parasti uzliesmo sarkanā liesmā.

Ir daudz aspektu Litija jonu akumulators drošība visos tā projektēšanas procesos, tostarp droša akumulatora struktūra, droši izejmateriāli, aizsargfunkcijas un drošības sertifikāti.Intervējot China Electronics News, galvenā inženiera vietnieks Su Jinran kungs teica, ka produktu drošība sākās ar izstrādājuma dizainu, tāpēc pareizo elektrodu materiālu, separatoru un elektrolītu izvēle ir pirmā prioritāte drošai akumulatoru konstrukcijai.Akumulatora anoda materiāliem trīskāršie materiāli, mangāna litijs un litija dzelzs fosfāts, kas ir plaši izmantoti akumulatoru konstrukcijā un nodrošina apmierinošu veiktspēju, ir drošāki nekā tradicionālais litija kobaltāts un niķeļa litijs.

Litija jonu akumulatori ir populāri, jo tiem ir vairākas svarīgas priekšrocības salīdzinājumā ar konkurējošām tehnoloģijām:

● Parasti tās ir daudz vieglākas nekā cita veida tāda paša izmēra uzlādējamās baterijas.Litija jonu akumulatora elektrodi ir izgatavoti no viegla litija un oglekļa.Litijs ir arī ļoti reaktīvs elements, kas nozīmē, ka tā atomu saitēs var uzkrāties daudz enerģijas.Tas nozīmē ļoti augstu enerģijas blīvumu litija jonu akumulatoriem.Šis ir veids, kā iegūt perspektīvu par enerģijas blīvumu.Tipisks litija jonu akumulators var uzglabāt 150 vatstundas elektroenerģijas 1 kilogramā akumulatora.NiMH (niķeļa-metāla hidrīda) akumulators var uzglabāt, iespējams, 100 vatstundas uz kilogramu, lai gan 60 līdz 70 vatstundas varētu būt raksturīgākas.Svina-skābes akumulators var uzglabāt tikai 25 vatstundas uz kilogramu.Izmantojot svina-skābes tehnoloģiju, ir nepieciešami 6 kilogrami, lai uzglabātu tādu pašu enerģijas daudzumu, kādu spēj izturēt 1 kilogramu smags litija jonu akumulators.Tā ir milzīga atšķirība [avots: Viss2.com ].

● Viņi tur savu atbildību.Litija jonu akumulators mēnesī zaudē tikai aptuveni 5 procentus no uzlādes, salīdzinot ar 20 procentu zudumu mēnesī NiMH akumulatoriem.

● Tiem nav atmiņas efekta, kas nozīmē, ka pirms uzlādēšanas tie nav pilnībā jāizlādē, kā tas ir ar dažām citām akumulatoru ķīmiskajām vielām.

● Litija jonu akumulatori spēj veikt simtiem uzlādes/izlādes ciklu.

● Tas nenozīmē, ka litija jonu akumulatori ir nevainojami.Viņiem ir arī daži trūkumi:

● Tie sāk noārdīties, tiklīdz iziet no rūpnīcas.Tie kalpos tikai divus vai trīs gadus no izgatavošanas datuma neatkarīgi no tā, vai tos lietojat vai nē.

● Tie ir īpaši jutīgi pret augstām temperatūrām.Karstums izraisa litija jonu akumulatoru noārdīšanos daudz ātrāk nekā parasti.

● Pilnībā izlādējot litija jonu akumulatoru, tas tiek sabojāts.

● Litija jonu akumulatora blokam jābūt iebūvētam datoram, lai pārvaldītu akumulatoru.Tas padara tos vēl dārgākus, nekā tie jau ir.

● Pastāv neliela iespēja, ka litija jonu akumulatoru bloka atteices gadījumā tas uzliesmos.

Uz jauninājumiem balstīta standarta iestatīšana

Litija jonu akumulatoru drošības mehānisma sarežģītības dēļ, jo īpaši ietekmes uz drošību pēc akumulatoru atkārtotas izmantošanas, litija jonu akumulatoru drošības izpratnes un tā standartu noteikšanas procesam jābūt pakāpeniskai un progresīvai.Un jāapsver arī ārējās kontroles metožu izstrāde un piemērošana.Su to ieteica kā iestatījumu Litija jonu akumulators drošības standartu izstrāde ir ļoti tehnisks darbs, procesā, tostarp eksperimentālās verifikācijas darbos, jāpiedalās gan standartu noteikšanas profesionāļiem no akumulatoru standartizācijas iestādēm, gan tehniskajiem speciālistiem no akumulatoru nozares, lietotājiem un elektroniskās kontroles jomām.

Ķīnas Elektronikas standartizācijas institūta vecākais inženieris Sun Chuanhao sacīja, ka litija jonu akumulatorus pašlaik var iedalīt enerģijas un jaudas veidos.Tā kā šiem diviem izstrādājumiem atšķiras materiāli un konstrukcijas struktūras, to testēšanas metodes un prasības ir atšķirīgas pat vienādos drošības apstākļos.Tā sauktās pārnēsājamās baterijas pieder pie enerģijas tipa, tostarp litija jonu akumulatoriem, ko izmanto mobilajos tālruņos, klēpjdatoros, digitālajās kamerās un videokamerās, savukārt jaudas tipa akumulatori ir paredzēti elektroinstrumentiem, elektriskajiem velosipēdiem un elektriskajiem transportlīdzekļiem.

Saskaņā ar pētniecības organizācijas BloombergNEF datiem litija jonu akumulatoru komplekta (kas ietver elementu un komplektu) vidējā apjoma svērtā cena no 2010. līdz 2018. gadam samazinājās par 85%, sasniedzot vidēji USD 176/kWh.BloombergNEF arī turpmāk prognozē, ka cenas samazināsies līdz 94 USD/kWh līdz 2024. gadam un 62 USD/kWh līdz 2030. gadam.

Šai sarūkošajai izmaksu līknei ir būtiska ietekme uz jebkuru uzņēmumu, kas izmanto akumulatorus savos pakalpojumus, vai tos, kuriem ir nepieciešams uzkrāt enerģiju (piemēram, elektroenerģijas ražotājiem).Līdz šim lielākā daļa litija jonu akumulatoru pārdošanas ir notikusi plaša patēriņa elektronikas sektorā, taču turpmāk pārdošanas apjomu arvien vairāk virzīs elektromobiļi.

Lielākā daļa automašīnu mūsdienās joprojām izmanto svina-skābes akumulatoru un iekšdedzes dzinēju.Taču ar litija jonu akumulatoriem darbināmu elektrisko transportlīdzekļu pārdošanas apjomi pēdējo piecu gadu laikā ir palielinājušies vairāk nekā desmitkārtīgi.Turklāt arvien vairāk valstu nosaka turpmākus aizliegumus automašīnām, kuru pamatā ir iekšdedzes dzinējs, cerot, ka elektriskie transportlīdzekļi galu galā dominēs personīgajā transportā.

Tas, protams, nozīmē daudz lielāku pieprasījumu pēc akumulatoriem nākotnē.Tik daudz, ka elektrisko transportlīdzekļu ražotājs Tesla sadarbībā ar Panasonic iegulda miljardus dolāru, lai izveidotu jaunas litija jonu akumulatoru rūpnīcas.Tomēr ASV litija jonu akumulatoru ražotāji atpaliek no tirgus daļas.

Saistītais litija jonu akumulatoru tirgus izaugsmes jomā ir smagas rūpnieciskās lietojumprogrammas, piemēram, pacēlāji, tīrītāji un skruberi, lidostu zemes atbalsta lietojumprogrammas un automātiski vadāmi transportlīdzekļi (AGV).Šos nišas lietojumus vēsturiski izmantoja svina-skābes akumulatori un iekšdedzes dzinēji, taču ekonomika ir strauji mainījusies par labu litija jonu akumulatoriem.

Ķīna vadītāja sēdeklī

Saskaņā ar BloombergNEF analīzi 2019. gada sākumā pasaules litija elementu ražošanas jauda bija 316 gigavatstundas (GWh).Ķīna ir mājvieta 73% no šīs jaudas, kam seko ASV, tālu atpaliekot otrajā vietā ar 12% no pasaules jaudas.

Tiek prognozēts, ka globālā jauda strauji pieaugs līdz 2025. gadam, kad BloombergNEF prognozē 1211 GWh globālās jaudas.Tiek prognozēts, ka jauda ASV pieaugs, taču lēnāk nekā globālā jauda.Tādējādi tiek prognozēts, ka ASV daļa pasaules litija elementu ražošanā saruks.

Tesla cenšas risināt šo problēmu, veidojot savas akumulatoru rūpnīcas, taču uzņēmumiem, kas piegādā plašu šāda veida akumulatoru klāstu, piemēram, Kalifornijā bāzētajam OneCharge, vietējo piegādātāju atrašana ir izrādījusies sarežģīta.Es nesen runāju ar OneCharge izpilddirektoru Aleksu Pisarevu, kurš uzsvēra izaicinājumus, ar kuriem viņa uzņēmums ir saskāries:

"Amerikāņu ražotāji labprāt izmantotu ASV ražotas litija jonu šūnas," man teica Pisarevs, "taču šodien tas nav reāli.Tāpēc mums ir jāturpina to importēšana no Ķīnas.

Ķīna iet to pašu ceļu, ko tā darīja iepriekš ar saules paneļiem.Kamēr saules baterijas izgudroja amerikāņu inženieris Rasels Ohls, šodien Ķīna dominē pasaules saules paneļu tirgū.Tagad Ķīna koncentrējas uz pasaules litija jonu akumulatoru ražošanas kontroli.

Vai ir vēlams izmantot lētākās iespējamās zaļās tehnoloģijas, pat ja tas nozīmē ražošanas nodošanu citām valstīm?Zemās saules paneļu cenas ir veicinājušas jaunu saules fotoelementu pieaugumu, un tas, savukārt, ir veicinājis daudzas darbavietas ASV.Bet lielākā daļa šo paneļu ir ražoti Ķīnā.Trampa administrācija ir mēģinājusi to risināt, nosakot tarifus importētajiem saules paneļiem, taču pret šiem tarifiem enerģiski iebilda lielākā daļa ASV saules enerģijas nozares.

Ķīnai ir liela priekšrocība – lēts darbaspēks, kas ļāvis tai dominēt daudzās ražošanas nozarēs.Taču Ķīnai ir arī vairāk litija rezervju un daudz lielāka litija produkcija nekā ASV. 2018. gadā Ķīnas litija ražošanas apjoms bija 8000 metriskās tonnas, kas ir trešā vieta starp visām valstīm un gandrīz desmit reizes pārsniedz litija ražošanu ASV.Ķīnas litija rezerves 2018. gadā bija viens miljons metrisko tonnu, kas ir gandrīz 30 reizes vairāk nekā ASV.

Ceļš uz priekšu

Tendences liecina, ka litija jonu akumulatori arvien vairāk izstums svina-skābes akumulatorus transporta un smagā aprīkojuma sektorā.Tas ir kritisks notikums pasaulē, kas cīnās ar rekordlielām oglekļa dioksīda emisijām.

Bet ar šādu priekšrocību gan ražošanas izmaksās, gan izejvielu pieejamības ziņā ASV var konkurēt ar Ķīnu pasaules tirgū?Ja nē, jo arvien lielākam litija jonu akumulatoru skaitam beidzas to lietošanas laiks, vai ASV var izveidot konkurētspējīgu pārstrādātā litija tirgu?

Tie ir svarīgi jautājumi, kas jārisina.

Nav skaidrs, kā Ķīna tiks galā ar šādiem izaicinājumiem, taču, ņemot vērā tās nerimstošo centienus pēc litija un stratēģisko nozīmi, ko tā piešķir metālam, risinājumi, bez šaubām, tiks atrasti.Daudzējādā ziņā Ķīnas zaļā transporta izmantošana ir laba lieta, jo tas paplašina interesi par šo nozari un mudina konkurējošās valstis mēģināt panākt savu litija piegādes un uzlādējamo akumulatoru tirgus daļu.Briesmas ir tādas, ka tās turpina atpalikt, atstājot Ķīnai monopolu pār to, kas drīzumā varētu kļūt par galveno transporta nozari.

Sekojiet man tālāk Twitter vai LinkedIn .Apskati manu tīmekļa vietne vai kādu citu manu darbu šeit.