Зошто Кина може да доминира во производството на литиум-јонски батерии?

Дали литиум-јонската идеална батерија?

Долги години, никел-кадмиумот беше единствената соодветна батерија за пренослива опрема од безжични комуникации до мобилни компјутери.Никел-метал-хидрид и литиум-јон се појавија Во раните 1990-ти, борбата нос до нос за да се добие прифаќање од клиентите.Денес, литиум-јонот е најбрзо растечката и најперспективната хемија на батериите.

Светот се повеќе се наелектризира.Не само што земјите во развој ја зголемуваат достапноста на електрична енергија за своето население, туку и електрификацијата на постојната транспортна инфраструктура се одвива со брзо темпо.До 2040 година, повеќе од половина од автомобилите на патиштата се предвидува да се напојуваат со електрична енергија.

Кратка историја на батериите

Батериите се дел од нашето секојдневие веќе долго време.Првата вистинска батерија во светот била измислена во 1800 година од италијанскиот физичар Алесандро Волта.Пронајдокот претставува извонреден пробив, но од тоа време има само неколку значајни иновации.

Првата беше оловно-киселинската батерија, која беше измислена во 1859 година. Ова беше првата батерија на полнење и сè уште е најчестата батерија што се користи за палење мотори со внатрешно согорување денес.

Имаше некои иновативни дизајни на батерии во изминатите два века, но дури во 1980 година беше измислен вистинскиот менувач на играта.Тоа беше кога откритијата на Универзитетот во Оксфорд и Универзитетот Стенфорд доведоа до развој на литиум-јонска батерија.Сони ја комерцијализираше првата литиум-јонска батерија во 1991 година.

Што е толку посебно за литиумот?

Литиумот е посебен метал на многу начини.Лесен е и мек - толку мек што може да се исече со кујнски нож и со толку мала густина што лебди на вода.Тој е исто така цврст при широк опсег на температури, со една од најниските точки на топење од сите метали и висока точка на вриење.

Како и неговиот друг алкален метал, натриумот, литиумот реагира со вода во ефектна форма.Комбинацијата на Li и H2O формира литиум хидроксид и водород, кои обично пукаат во црвен пламен.

Постојат многу аспекти на Литиум-јонска батерија безбедност во текот на неговите процеси на дизајнирање, вклучувајќи безбедна структура на батерии, безбедни суровини, заштитни функции и безбедносни сертификати.Кога беше интервјуиран од China Electronics News, г-дин Су Џинран, заменик-главен инженер, рече дека безбедноста на производите започна во дизајнот на производот, затоа изборот на вистинските материјали за електрода, сепаратори и електролити се прв приоритет за безбеден дизајн на батерии.За анодните материјали за батерии, тројните материјали, манган литиум и литиум железо фосфат, кои се широко користени во дизајнот на батериите и дадоа задоволителни перформанси, се посигурни од традиционалните литиум кобалтат и никел литиум.

Литиум-јонските батерии се популарни бидејќи имаат голем број важни предности во однос на конкурентните технологии:

● Тие се генерално многу полесни од другите типови на батерии за полнење со иста големина.Електродите на литиум-јонската батерија се направени од лесен литиум и јаглерод.Литиумот е исто така високо реактивен елемент, што значи дека многу енергија може да се складира во неговите атомски врски.Ова се претвора во многу висока енергетска густина за литиум-јонските батерии.Еве начин да се добие перспектива за густината на енергијата.Типична литиум-јонска батерија може да складира 150 ват-часови електрична енергија во 1 килограм батерија.Пакет батерии NiMH (никел-металхидрид) може да складира можеби 100 ват-часови по килограм, иако 60 до 70 ват-часови може да бидат повообичаени.Оловно-киселинската батерија може да складира само 25 ват-часови по килограм.Користејќи ја технологијата на олово-киселина, потребни се 6 килограми за складирање на истото количество енергија што може да го поднесе литиум-јонската батерија од 1 килограм.Тоа е огромна разлика [извор: Everything2.com ].

● Тие го држат својот товар.Пакетот литиум-јонски батерии губи само околу 5 проценти од полнењето месечно, во споредба со загубата од 20 проценти месечно за NiMH батериите.

● Немаат мемориски ефект, што значи дека не мора целосно да ги испразните пред да ги наполните, како со некои други хемикалии на батеријата.

● Литиум-јонските батерии можат да поднесат стотици циклуси на полнење/празнење.

● Тоа не значи дека литиум-јонските батерии се беспрекорни.Тие имаат и неколку недостатоци:

● Почнуваат да се деградираат штом ќе излезат од фабриката.Тие ќе траат само две или три години од датумот на производство, без разлика дали ги користите или не.

● Исклучително се чувствителни на високи температури.Топлината предизвикува литиум-јонските батерии да се распаѓаат многу побрзо отколку што вообичаено би.

l Ако целосно ја испразните литиум-јонската батерија, таа е уништена.

l Пакетот литиум-јонски батерии мора да има вграден компјутер за управување со батеријата.Ова ги прави уште поскапи отколку што се веќе.

l Постои мала шанса, ако не успее литиум-јонската батерија, да се запали.

Стандардна поставка заснована на иновации

Поради сложеноста на безбедносниот механизам за литиум-јонски батерии, особено влијанието врз безбедноста по повторното користење на батериите, процесот на разбирање на безбедноста на литиум-јонските батерии и поставувањето на нејзините стандарди треба да биде постепен и прогресивен.Исто така, треба да се разгледа развојот и примената на техники за надворешна контрола.Су го предложи тоа како поставка Литиум-јонска батерија безбедносните стандарди се високо техничка работа, и професионалци за поставување стандарди од телата за стандардизација на батерии и технички специјалисти од индустријата за батерии, корисниците и областите за електронска контрола треба да учествуваат во процесот, вклучително и експериментални работи за верификација.

Вишиот инженер од кинескиот Институт за стандардизација на електроника, г-дин Сун Чуанхао, рече дека литиум-јонските батерии во моментов можат да се поделат на видови енергија и типови на енергија.Бидејќи овие два производи имаат разлики во материјалите и структурата на дизајнот, нивните методи и барања за тестирање се различни, дури и под исти безбедносни услови.Таканаречените преносливи батерии припаѓаат на енергетскиот тип, вклучувајќи ги и литиум-јонските батерии што се користат во мобилни телефони, лаптопи, дигитални камери и видео камери, додека батеријата од типот напојување е за електрични алати, електрични велосипеди и електрични возила.

Според истражувачката организација BloombergNEF, просечната цена на литиум-јонските батерии според волуменот (која ги вклучува ќелијата и пакетот) паднала за 85% од 2010-18 година, достигнувајќи просечни 176 долари/kWh.BloombergNEF понатаму проектира дека цените ќе паднат на 94 долари/kWh до 2024 година и 62 долари/kWh до 2030 година.

Оваа крива на опаѓање на трошоците има важни импликации за секоја компанија која користи батерии во својата услуга или за оние кои имаат потреба да складираат енергија (на пример, производители на електрична енергија).До денес, најголем дел од продажбата на литиум-јонски батерии е во секторот за потрошувачка електроника, но идната продажба се повеќе ќе биде поттикната од електричните автомобили.

Повеќето автомобили на патиштата денес сè уште користат оловно-киселински акумулатор и мотор со внатрешно согорување.Но, продажбата на електрични возила - напојувани од литиум-јонски батерии - се зголеми за повеќе од десет пати во последните пет години.Понатаму, се повеќе земји поставуваат идни забрани за автомобили засновани на внатрешно согорување, со очекување дека електричните возила на крајот ќе доминираат во личниот транспорт.

Ова, се разбира, значи многу поголема идна побарувачка за батерии.Толку многу што производителот на електрични возила Tesla, во партнерство со Panasonic, инвестира милијарди долари за изградба на нови фабрики за литиум-јонски батерии.Сепак, американските производители на литиум-јонски батерии заостануваат во уделот на пазарот.

Поврзан раст на пазарот за литиум-јонски батерии е во тешките индустриски апликации како што се камиони за кревање, чистачи и чистачи, апликации за поддршка на аеродромот на земја и возила со автоматско наведување (AGV).Овие ниши апликации историски се служеа со оловно-киселински батерии и мотори со внатрешно согорување, но економијата брзо се промени во корист на литиум-јонските батерии.

Кина на возачкото седиште

Според анализата на BloombergNEF, на почетокот на 2019 година имало 316 гигават-часови (GWh) глобален капацитет за производство на литиумски ќелии.Кина е дом на 73% од овој капацитет, а потоа следат САД, кои се далеку зад второто место со 12% од глобалниот капацитет.

Се предвидува глобалниот капацитет да порасне силно до 2025 година, кога BloombergNEF предвидува 1.211 GWh глобален капацитет.Капацитетот во САД се предвидува да расте, но побавно од глобалниот капацитет.Така, уделот на САД во глобалното производство на литиумски ќелии се предвидува да се намали.

Тесла се обидува да го реши овој проблем со изградба на свои фабрики за батерии, но за компаниите кои снабдуваат широк спектар на овие типови батерии, како што е OneCharge со седиште во Калифорнија, се покажа дека е предизвик да се најдат локални добавувачи.Неодамна разговарав со извршниот директор на OneCharge, Алекс Писарев, кој ги истакна предизвиците со кои се соочи неговата компанија:

„Американските производители би биле среќни да користат литиум-јонски ќелии произведени во САД“, ми рече Писарев, „но тоа денес не е реално.Затоа мораме да продолжиме да ги увезуваме од Кина“.

Кина тргнува по истиот пат како и претходно со соларните панели.Додека соларните ќелии беа измислени од американскиот инженер Расел Ол, денес Кина доминира на глобалниот пазар на соларни панели.Сега Кина е фокусирана на контролирање на светското производство на литиум-јонски батерии.

Дали е подобро да се имаат најевтините можни зелени технологии, дури и ако тоа значи да се предаде производството на други земји?Ниските цени на соларни панели помогнаа да се поттикне експлозијата на растот на новите соларни PV, а тоа, пак, поддржа многу работни места во САД.Но, најголемиот дел од тие панели се направени во Кина.Администрацијата на Трамп се обиде да го реши ова со воведување тарифи на увезените соларни панели, но овие тарифи беа енергично спротивставени од поголемиот дел од американската соларна индустрија.

Кина има голема предност во евтината работна сила, што и овозможи да доминира во многу производствени индустрии.Но, Кина, исто така, има повеќе резерви на литиум и многу поголемо производство на литиум од САД Во 2018 година, кинеското производство на литиум беше 8.000 метрички тони, трето меѓу сите земји и речиси десет пати повеќе од производството на литиум во САД.Кинеските резерви на литиум во 2018 година беа еден милион метрички тони, речиси 30 пати повеќе од нивото на САД.

Патот напред

Трендовите сигнализираат дека литиум-јонските батерии сè повеќе ќе ги поместуваат оловните батерии во секторите за транспорт и тешка опрема.Ова е критичен развој во светот кој се бори со рекордни емисии на јаглерод диоксид.

Но, со таква предност и во трошоците за производство и во достапноста на суровините, дали САД можат да се натпреваруваат со Кина на светскиот пазар?Ако не, додека растечкиот број на литиум-јонски батерии го завршуваат својот употреблив век, дали САД можат да развијат конкурентен пазар за рециклиран литиум?

Ова се важни прашања кои треба да се решат.

Не е јасно како Кина ќе се справи со ваквите предизвици, но со оглед на нејзината немилосрдна потрага по литиум и стратешкото значење што му го придава на металот, без сомнение ќе се најдат решенија.На многу начини, кинеската прегратка на зелениот транспорт е добра работа, бидејќи го проширува интересот во секторот и ги поттикнува нациите конкуренти да се обидат да го достигнат нивниот удел во снабдувањето со литиум и пазарот на батерии за полнење.Опасноста е што тие продолжуваат да заостануваат, оставајќи ја Кина со монопол над она што наскоро би можело да стане главен транспортен сектор.

Следете ме понатаму Твитер или LinkedIn .Проверете го мојот веб-страница или некоја друга моја работа овде.