Mengapa China Boleh Menguasai Pengeluaran Bateri Litium-ion

Adakah Litium-ion Bateri Ideal?

Selama bertahun-tahun, nikel-kadmium merupakan satu-satunya bateri yang sesuai untuk peralatan mudah alih daripada komunikasi tanpa wayar kepada pengkomputeran mudah alih.Nikel-logam-hidrida dan litium-ion muncul Pada awal 1990-an, bertarung dari hidung ke hidung untuk mendapatkan penerimaan pelanggan.Hari ini, litium-ion adalah kimia bateri yang paling pesat berkembang dan paling menjanjikan.

Dunia menjadi semakin elektrik.Bukan sahaja negara membangun meningkatkan ketersediaan tenaga elektrik kepada penduduk mereka, malah elektrifikasi infrastruktur pengangkutan sedia ada sedang berjalan dengan pantas.Menjelang 2040, lebih separuh daripada kereta di jalan raya dijangka dikuasakan oleh elektrik.

Sejarah Ringkas Bateri

Bateri telah menjadi sebahagian daripada kehidupan seharian kita sejak sekian lama.Bateri sebenar pertama di dunia telah dicipta pada tahun 1800 oleh ahli fizik Itali Alessandro Volta.Ciptaan ini mewakili satu kejayaan yang luar biasa, tetapi sejak itu hanya terdapat segelintir inovasi penting.

Yang pertama ialah bateri asid plumbum, yang telah dicipta pada tahun 1859. Ini adalah bateri boleh dicas semula pertama dan masih merupakan bateri yang paling biasa digunakan untuk memulakan enjin pembakaran dalaman hari ini.

Terdapat beberapa reka bentuk bateri yang inovatif dalam dua abad yang lalu, tetapi hanya pada tahun 1980 barulah penukar permainan sebenar dicipta.Itulah apabila kejayaan di Universiti Oxford dan Universiti Stanford membawa kepada pembangunan bateri litium-ion.Sony mengkomersialkan bateri litium-ion pertama pada tahun 1991.

Apa yang istimewa tentang litium?

Litium adalah logam istimewa dalam pelbagai cara.Ia ringan dan lembut — sangat lembut sehingga boleh dipotong dengan pisau dapur dan berketumpatan sangat rendah sehingga terapung di atas air.Ia juga pepejal pada julat suhu yang luas, dengan salah satu takat lebur terendah bagi semua logam dan takat didih yang tinggi.

Seperti logam alkali sesamanya, natrium, litium bertindak balas dengan air dalam bentuk yang menonjol.Gabungan Li dan H2O membentuk litium hidroksida dan hidrogen, yang biasanya pecah menjadi nyalaan merah.

Terdapat banyak aspek untuk Bateri litium-ion keselamatan sepanjang proses reka bentuknya, termasuk struktur bateri yang selamat, bahan mentah yang selamat, fungsi perlindungan dan pensijilan keselamatan.Ketika ditemu bual oleh China Electronics News, Encik Su Jinran, timbalan ketua jurutera, berkata bahawa keselamatan produk bermula dalam reka bentuk produk, oleh itu pemilihan bahan elektrod, pemisah dan elektrolit yang betul adalah keutamaan pertama untuk reka bentuk bateri yang selamat.Untuk bahan anod bateri, bahan ternary, litium mangan dan fosfat besi litium, yang telah digunakan secara meluas dalam reka bentuk bateri dan menghasilkan prestasi yang memuaskan, adalah lebih selamat daripada litium kobaltat dan litium nikel tradisional.

Bateri litium-ion popular kerana ia mempunyai beberapa kelebihan penting berbanding teknologi yang bersaing:

● Ia biasanya jauh lebih ringan daripada jenis bateri boleh dicas semula yang lain dengan saiz yang sama.Elektrod bateri litium-ion diperbuat daripada litium dan karbon ringan.Litium juga merupakan unsur yang sangat reaktif, bermakna banyak tenaga boleh disimpan dalam ikatan atomnya.Ini diterjemahkan kepada ketumpatan tenaga yang sangat tinggi untuk bateri litium-ion.Berikut ialah cara untuk mendapatkan perspektif tentang ketumpatan tenaga.Bateri litium-ion biasa boleh menyimpan 150 watt-jam elektrik dalam 1 kilogram bateri.Pek bateri NiMH (nikel-logam hidrida) boleh menyimpan mungkin 100 watt-jam sekilogram, walaupun 60 hingga 70 watt-jam mungkin lebih tipikal.Bateri asid plumbum boleh menyimpan hanya 25 watt-jam setiap kilogram.Menggunakan teknologi asid plumbum, diperlukan 6 kilogram untuk menyimpan jumlah tenaga yang sama yang boleh dikendalikan oleh bateri lithium-ion 1 kilogram.Itulah perbezaan yang besar [sumber: Semuanya2.com ].

● Mereka memegang tanggungjawab mereka.Pek bateri litium-ion kehilangan hanya kira-kira 5 peratus daripada casnya sebulan, berbanding kehilangan 20 peratus sebulan untuk bateri NiMH.

● Ia tidak mempunyai kesan ingatan, yang bermakna anda tidak perlu melepaskannya sepenuhnya sebelum mengecas semula, seperti beberapa bahan kimia bateri yang lain.

● Bateri litium-ion boleh mengendalikan beratus-ratus kitaran pengecasan/nyahcas.

● Itu bukan bermakna bateri litium-ion adalah sempurna.Mereka juga mempunyai beberapa kelemahan:

● Mereka mula merendahkan martabat sebaik sahaja mereka meninggalkan kilang.Mereka hanya akan bertahan dua atau tiga tahun dari tarikh pembuatan sama ada anda menggunakannya atau tidak.

● Ia amat sensitif kepada suhu tinggi.Haba menyebabkan pek bateri litium-ion merosot lebih cepat daripada biasanya.

● Jika anda menyahcas bateri litium-ion sepenuhnya, ia akan rosak.

● Pek bateri litium-ion mesti mempunyai komputer on-board untuk menguruskan bateri.Ini menjadikan mereka lebih mahal daripada yang sedia ada.

● Terdapat kemungkinan kecil, jika pek bateri litium-ion gagal, ia akan terbakar.

Penetapan standard berasaskan inovasi

Disebabkan oleh kerumitan dalam mekanisme keselamatan bateri Litium-ion, terutamanya kesan terhadap keselamatan selepas menggunakan semula bateri, proses memahami keselamatan bateri Litium-ion dan menetapkan piawaiannya haruslah beransur-ansur dan progresif.Dan pembangunan dan aplikasi teknik kawalan luaran juga harus dipertimbangkan.Su mencadangkan itu sebagai penetapan Bateri litium-ion piawaian keselamatan ialah tugas yang sangat teknikal, kedua-dua profesional penetapan standard dari badan penyeragaman bateri dan pakar teknikal dari industri bateri, pengguna dan kawasan kawalan elektronik harus mengambil bahagian dalam proses tersebut, termasuk kerja-kerja pengesahan percubaan.

Jurutera kanan dari China Electronics Standardization Institute, Encik Sun Chuanhao, berkata bahawa bateri Litium-ion pada masa ini boleh dibahagikan kepada jenis tenaga dan jenis kuasa.Memandangkan kedua-dua produk ini mempunyai perbezaan dalam bahan dan struktur reka bentuk, kaedah dan keperluan ujian mereka adalah berbeza, walaupun dalam keadaan keselamatan yang sama.Bateri mudah alih yang dipanggil tergolong dalam jenis tenaga, termasuk bateri Litium-ion yang digunakan dalam telefon bimbit, komputer riba, kamera digital dan kamera video, manakala bateri jenis kuasa adalah untuk alat kuasa, basikal elektrik dan kenderaan elektrik.

Menurut organisasi penyelidikan BloombergNEF, harga pek bateri lithium-ion purata berwajaran volum (termasuk sel dan pek) jatuh 85% dari 2010-18, mencapai purata $176/kWj.BloombergNEF mengunjurkan lagi bahawa harga akan jatuh kepada $94/kWj menjelang 2024 dan $62/kWj menjelang 2030.

Keluk kos menurun ini mempunyai implikasi penting bagi mana-mana syarikat yang menggunakan bateri dalam perkhidmatannya, atau bagi mereka yang mempunyai keperluan untuk menyimpan tenaga (cth, pengeluar kuasa).Sehingga kini, kebanyakan jualan bateri litium-ion adalah dalam sektor elektronik pengguna, tetapi jualan masa depan akan semakin didorong oleh kereta elektrik.

Kebanyakan kereta di jalan raya hari ini masih menggunakan bateri asid plumbum dan enjin pembakaran dalaman.Tetapi jualan kenderaan elektrik - dikuasakan oleh bateri litium-ion - telah meningkat lebih daripada sepuluh kali ganda dalam tempoh lima tahun yang lalu.Selanjutnya, semakin banyak negara menetapkan larangan masa depan terhadap kereta berdasarkan pembakaran dalaman, dengan jangkaan bahawa kenderaan elektrik akhirnya akan menguasai pengangkutan peribadi.

Ini, sudah tentu, bermakna permintaan masa depan yang jauh lebih besar untuk bateri.Sehinggakan pembuat kenderaan elektrik Tesla, dengan kerjasama Panasonic, melabur berbilion-bilion dolar untuk membina kilang bateri litium-ion baharu.Namun begitu, pengeluar bateri litium-ion AS ketinggalan dalam bahagian pasaran.

Pasaran pertumbuhan yang berkaitan untuk bateri litium-ion adalah dalam aplikasi industri berat seperti trak lif, penyapu dan penyental, aplikasi sokongan darat lapangan terbang dan kenderaan berpandu automatik (AGV).Aplikasi khusus ini telah digunakan secara historis oleh bateri asid plumbum dan enjin pembakaran dalaman, tetapi ekonomi telah berubah dengan pantas memihak kepada bateri litium-ion.

China di Kerusi Pemandu

Menurut analisis oleh BloombergNEF, pada awal 2019 terdapat 316 gigawatt-hours (GWh) kapasiti pembuatan sel litium global.China adalah rumah kepada 73% daripada kapasiti ini, diikuti oleh AS, jauh di belakang di tempat kedua dengan 12% daripada kapasiti global.

Kapasiti global diunjurkan berkembang pesat menjelang 2025 apabila BloombergNEF meramalkan kapasiti global 1,211 GWj.Kapasiti di AS dijangka berkembang, tetapi lebih perlahan daripada kapasiti global.Oleh itu, bahagian AS dalam pembuatan sel litium global diunjurkan mengecut.

Tesla cuba menangani masalah ini dengan membina kilang baterinya sendiri, tetapi bagi syarikat yang membekalkan pelbagai jenis bateri ini, seperti OneCharge yang berpangkalan di California, mencari pembekal tempatan terbukti mencabar.Saya baru-baru ini bercakap dengan Ketua Pegawai Eksekutif OneCharge Alex Pisarev, yang menonjolkan cabaran yang dihadapi syarikatnya:

"Pengilang Amerika akan gembira menggunakan sel litium-ion buatan AS," Pisarev memberitahu saya, "tetapi ini tidak realistik hari ini.Jadi kita perlu terus mengimport mereka dari China.”

China mengambil jalan yang sama seperti sebelum ini dengan panel solar.Walaupun sel solar dicipta oleh jurutera Amerika Russell Ohl, hari ini China menguasai pasaran panel solar global.Kini China memberi tumpuan untuk mengawal pengeluaran bateri ion litium dunia.

Adakah lebih baik untuk memiliki teknologi hijau yang paling murah, walaupun itu bermakna menyerahkan pembuatan kepada negara lain?Harga panel solar yang rendah telah membantu memacu ledakan pertumbuhan PV solar baharu, dan itu seterusnya menyokong banyak pekerjaan AS.Tetapi sebahagian besar panel tersebut dibuat di China.Pentadbiran Trump telah cuba menangani perkara ini dengan meletakkan tarif pada panel solar yang diimport, tetapi tarif ini telah ditentang keras oleh kebanyakan industri solar AS.

China mempunyai kelebihan utama buruh murah, yang membolehkannya menguasai banyak industri pembuatan.Tetapi China juga mempunyai lebih banyak rizab litium dan pengeluaran litium yang jauh lebih besar daripada AS Pada 2018, pengeluaran litium China ialah 8,000 tan metrik, ketiga di antara semua negara dan hampir sepuluh kali pengeluaran litium AS.Rizab litium China pada 2018 ialah satu juta tan metrik, hampir 30 kali ganda paras AS.

Laluan Ke Hadapan

Trend memberi isyarat bahawa bateri litium-ion akan semakin menggantikan bateri asid plumbum dalam sektor pengangkutan dan peralatan berat.Ini adalah perkembangan kritikal dalam dunia yang bergelut dengan pelepasan karbon dioksida rekod.

Tetapi dengan kelebihan sedemikian dalam kedua-dua kos pembuatan dan ketersediaan bahan mentah, bolehkah AS bersaing dengan China di pasaran dunia?Jika tidak, apabila bilangan bateri litium-ion yang semakin meningkat mencapai penghujung hayat boleh gunanya, bolehkah AS membangunkan pasaran yang kompetitif untuk litium kitar semula?

Ini adalah persoalan penting yang perlu ditangani.

Tidak jelas bagaimana China akan menangani cabaran sedemikian, tetapi memandangkan usahanya yang tidak henti-henti terhadap litium, dan kepentingan strategik yang melekat pada logam itu, penyelesaian pasti akan ditemui.Dalam banyak cara, pelukan China terhadap pengangkutan hijau adalah satu perkara yang baik, kerana ia mengembangkan minat dalam sektor itu dan mendorong negara pesaing untuk cuba mengejar dari segi bahagian bekalan litium mereka dan pasaran bateri boleh dicas semula.Bahayanya ialah mereka terus ketinggalan, meninggalkan China dengan monopoli ke atas apa yang tidak lama lagi boleh menjadi sektor pengangkutan arus perdana.

Ikut saya Twitter atau LinkedIn .Semak saya laman web atau beberapa kerja saya yang lain di sini.