De ce China poate domina producția de baterii litiu-ion

Este litiu-ion bateria ideală?

Timp de mulți ani, nichel-cadmiul a fost singura baterie potrivită pentru echipamente portabile, de la comunicații fără fir la computere mobile.Nichel-metal-hidrură și litiu-ion au apărut La începutul anilor 1990, luptând nas la nas pentru a câștiga acceptarea clienților.Astăzi, litiu-ion este cea mai rapidă creștere și cea mai promițătoare chimie a bateriei.

Lumea devine din ce în ce mai electrificată.Nu numai că țările în curs de dezvoltare cresc disponibilitatea de energie electrică pentru populațiile lor, dar electrificarea infrastructurii de transport existente se desfășoară într-un ritm rapid.Până în 2040, se estimează că peste jumătate dintre mașinile de pe drumuri vor fi alimentate cu energie electrică.

O scurtă istorie a bateriilor

Bateriile au făcut parte din viața noastră de zi cu zi de mult timp.Prima baterie adevărată din lume a fost inventată în 1800 de către fizicianul italian Alessandro Volta.Invenția a reprezentat o descoperire remarcabilă, dar de atunci au existat doar o mână de inovații semnificative.

Prima a fost bateria plumb-acid, care a fost inventată în 1859. Aceasta a fost prima baterie reîncărcabilă și este încă cea mai comună baterie folosită pentru pornirea motoarelor cu ardere internă astăzi.

Au existat câteva modele inovatoare de baterii în ultimele două secole, dar abia în 1980 a fost inventat un adevărat schimbător de jocuri.Atunci descoperirile de la Universitatea din Oxford și Universitatea Stanford au dus la dezvoltarea bateriei cu litiu-ion.Sony a comercializat prima baterie litiu-ion în 1991.

Ce este atât de special la litiu?

Litiul este un metal special din multe puncte de vedere.Este ușor și moale - atât de moale încât poate fi tăiat cu un cuțit de bucătărie și densitate atât de scăzută încât plutește pe apă.De asemenea, este solid la o gamă largă de temperaturi, cu unul dintre cele mai scăzute puncte de topire dintre toate metalele și un punct de fierbere ridicat.

La fel ca și metalul alcalin, sodiul, litiul reacționează cu apa într-o formă vizibilă.Combinația de Li și H2O formează hidroxid de litiu și hidrogen, care de obicei izbucnesc în flacără roșie.

Există multe aspecte pentru Baterie litiu-ion siguranță pe parcursul proceselor sale de proiectare, inclusiv structura sigură a bateriei, materii prime sigure, funcții de protecție și certificări de siguranță.Intervievat de China Electronics News, domnul Su Jinran, inginer-șef adjunct, a spus că siguranța produsului a început în proiectarea produsului, prin urmare selectarea materialelor potrivite pentru electrozi, separatori și electroliți sunt prima prioritate pentru proiectarea în siguranță a bateriilor.Pentru materialele anodului bateriei, materialele ternare, litiul mangan și fosfatul de fier litiu, care au fost utilizate pe scară largă în proiectarea bateriilor și au avut performanțe satisfăcătoare, sunt mai sigure decât cobaltatul de litiu tradițional și nichelul litiu.

Bateriile litiu-ion sunt populare deoarece au o serie de avantaje importante față de tehnologiile concurente:

● Sunt, în general, mult mai ușoare decât alte tipuri de baterii reîncărcabile de aceeași dimensiune.Electrozii unei baterii litiu-ion sunt fabricați din litiu ușor și carbon.Litiul este, de asemenea, un element foarte reactiv, ceea ce înseamnă că o mulțime de energie poate fi stocată în legăturile sale atomice.Acest lucru se traduce printr-o densitate de energie foarte mare pentru bateriile litiu-ion.Iată o modalitate de a obține o perspectivă asupra densității energetice.O baterie obișnuită cu litiu-ion poate stoca 150 wați-oră de energie electrică într-un kilogram de baterie.Un pachet de baterii NiMH (nichel-hidrură metalică) poate stoca aproximativ 100 de wați-oră pe kilogram, deși 60 până la 70 de wați-oră ar putea fi mai tipic.O baterie plumb-acid poate stoca doar 25 de wați-oră pe kilogram.Folosind tehnologia plumb-acid, este nevoie de 6 kilograme pentru a stoca aceeași cantitate de energie pe care o poate suporta o baterie litiu-ion de 1 kilogram.Aceasta este o diferență uriașă [sursa: Everything2.com ].

● Ei își păstrează sarcina.Un pachet de baterii litiu-ion pierde doar aproximativ 5% din încărcare pe lună, comparativ cu o pierdere de 20% pe lună pentru bateriile NiMH.

● Nu au efect de memorie, ceea ce înseamnă că nu trebuie să le descărcați complet înainte de reîncărcare, ca și în cazul altor componente chimice ale bateriei.

● Bateriile litiu-ion pot gestiona sute de cicluri de încărcare/descărcare.

● Asta nu înseamnă că bateriile litiu-ion sunt impecabile.Au și câteva dezavantaje:

● Încep să se degradeze imediat ce ies din fabrică.Acestea vor dura doar doi sau trei ani de la data fabricației, indiferent dacă le folosiți sau nu.

● Sunt extrem de sensibili la temperaturi ridicate.Căldura face ca pachetele de baterii litiu-ion să se degradeze mult mai repede decât ar face-o în mod normal.

● Dacă descărcați complet o baterie litiu-ion, aceasta se distruge.

● Un acumulator litiu-ion trebuie să aibă un computer de bord pentru a gestiona bateria.Acest lucru le face și mai scumpe decât sunt deja.

● Există o mică șansă ca, dacă un acumulator litiu-ion se defectează, acesta să ia foc.

Setare standard bazată pe inovație

Datorită complexității mecanismului de siguranță a bateriei cu litiu-ion, în special impactul asupra siguranței după reutilizarea bateriilor, procesul de înțelegere a siguranței bateriilor cu litiu-ion și stabilirea standardelor acesteia ar trebui să fie gradual și progresiv.Și dezvoltarea și aplicarea tehnicilor de control extern ar trebui, de asemenea, luate în considerare.Su a sugerat asta ca decor Baterie litiu-ion standardele de siguranță este o muncă extrem de tehnică, atât profesioniștii de stabilire a standardelor de la organismele de standardizare a bateriilor, cât și specialiștii tehnici din industria bateriilor, utilizatorii și zonele de control electronic ar trebui să participe la proces, inclusiv lucrările experimentale de verificare.

Inginerul principal de la Institutul de Standardizare Electronică din China, domnul Sun Chuanhao, a spus că bateriile cu litiu-ion în prezent pot fi împărțite în tipuri de energie și tipuri de putere.Deoarece aceste două produse au diferențe în materiale și structuri de proiectare, metodele și cerințele lor de testare sunt diferite, chiar și în aceleași condiții de siguranță.Așa-numitele baterii portabile aparțin tipului energetic, inclusiv bateriile Litiu-ion utilizate în telefoane mobile, laptop-uri, camere digitale și camere video, în timp ce bateria de tip power este pentru scule electrice, biciclete electrice și vehicule electrice.

Potrivit organizației de cercetare BloombergNEF, prețul mediu ponderat în funcție de volum a acumulatorului litiu-ion (care include celula și pachetul) a scăzut cu 85% între 2010-18, atingând o medie de 176 USD/kWh.BloombergNEF prevede că prețurile vor scădea la 94 USD/kWh până în 2024 și 62 USD/kWh până în 2030.

Această curbă de cost în scădere are implicații importante pentru orice companie care utilizează baterii în serviciul său sau pentru cele care au nevoie să stocheze energie (de exemplu, producătorii de energie).Până în prezent, majoritatea vânzărilor de baterii litiu-ion au fost în sectorul electronicelor de larg consum, dar vânzările viitoare vor fi din ce în ce mai susținute de mașinile electrice.

Majoritatea mașinilor de pe drumuri încă folosesc o baterie plumb-acid și un motor cu ardere internă.Dar vânzările de vehicule electrice – alimentate cu baterii litiu-ion – au crescut de peste zece ori în ultimii cinci ani.Mai mult, tot mai multe țări stabilesc interdicții viitoare asupra mașinilor bazate pe ardere internă, cu așteptarea ca vehiculele electrice să domine în cele din urmă transportul personal.

Acest lucru înseamnă, desigur, o cerere mult mai mare în viitor pentru baterii.Atât de mult încât producătorul de vehicule electrice Tesla, în parteneriat cu Panasonic, investește miliarde de dolari pentru a construi noi fabrici de baterii litiu-ion.Cu toate acestea, producătorii de baterii litiu-ion din SUA sunt în urmă în cota de piață.

O piață în creștere a bateriilor litiu-ion este cea a aplicațiilor industriale grele, cum ar fi stivuitoare, mașini de măturat și epuratoare, aplicații de sprijin la sol pentru aeroport și vehicule cu ghidare automată (AGV).Aceste aplicații de nișă au fost deservite istoric de bateriile cu plumb-acid și motoarele cu ardere internă, dar economia s-a schimbat rapid în favoarea bateriilor litiu-ion.

China pe scaunul șoferului

Potrivit unei analize realizate de BloombergNEF, la începutul anului 2019 existau 316 gigawați-oră (GWh) de capacitate globală de producție a celulelor cu litiu.China găzduiește 73% din această capacitate, urmată de SUA, cu mult în urmă pe locul doi, cu 12% din capacitatea globală.

Se estimează că capacitatea globală va crește puternic până în 2025, când BloombergNEF estimează 1.211 GWh de capacitate globală.Se estimează că capacitatea din SUA va crește, dar mai lent decât capacitatea globală.Astfel, se preconizează că ponderea SUA în producția globală de celule cu litiu se va micșora.

Tesla încearcă să abordeze această problemă prin construirea propriilor fabrici de baterii, dar pentru companiile care furnizează o gamă largă de aceste tipuri de baterii, cum ar fi OneCharge din California, găsirea furnizorilor locali s-a dovedit a fi o provocare.Am vorbit recent cu CEO-ul OneCharge, Alex Pisarev, care a evidențiat provocările cu care s-a confruntat compania sa:

„Producătorii americani ar fi bucuroși să folosească celule litiu-ion fabricate în SUA”, mi-a spus Pisarev, „dar asta nu este realist astăzi.Așa că trebuie să continuăm să le importăm din China.”

China urmează aceeași cale pe care a făcut-o anterior cu panourile solare.În timp ce celulele solare au fost inventate de inginerul american Russell Ohl, astăzi China domină piața globală a panourilor solare.Acum, China se concentrează pe controlul producției mondiale de baterii cu ioni de litiu.

Este de preferat să avem cele mai ieftine tehnologii verzi posibile, chiar dacă asta înseamnă predarea producției către alte țări?Prețurile scăzute ale panourilor solare au contribuit la o explozie a noilor creșteri solare PV și, la rândul său, aceasta a susținut multe locuri de muncă din SUA.Dar cea mai mare parte a acestor panouri sunt fabricate în China.Administrația Trump a încercat să rezolve acest lucru prin aplicarea de tarife la panourile solare importate, dar aceste tarife au fost opuse cu fermitate de majoritatea industriei solare din SUA.

China are un avantaj major de forță de muncă ieftină, ceea ce i-a permis să domine multe industrii de producție.Dar China are, de asemenea, mai multe rezerve de litiu și o producție mult mai mare de litiu decât SUA. În 2018, producția de litiu din China a fost de 8.000 de tone metrice, a treia dintre toate țările și de aproape zece ori producția de litiu din SUA.Rezervele de litiu din China în 2018 au fost de un milion de tone metrice, de aproape 30 de ori mai mari decât cele din SUA.

Calea Înainte

Tendințele semnalează că bateriile cu litiu-ion vor înlocui din ce în ce mai mult bateriile cu plumb-acid în sectorul transporturilor și al echipamentelor grele.Aceasta este o evoluție critică într-o lume care se confruntă cu emisii record de dioxid de carbon.

Dar cu un asemenea avantaj atât în ​​ceea ce privește costurile de producție, cât și disponibilitatea materiilor prime, poate SUA să concureze cu China pe piața mondială?Dacă nu, pe măsură ce un număr tot mai mare de baterii litiu-ion ajung la sfârșitul duratei de viață, SUA pot dezvolta o piață competitivă pentru litiu reciclat?

Acestea sunt întrebări importante care trebuie abordate.

Nu este clar cum China va face față unor astfel de provocări, dar având în vedere căutarea neobosită de litiu și importanța strategică pe care o acordă metalului, vor fi găsite fără îndoială soluții.În multe privințe, adoptarea de către China a transportului ecologic este un lucru bun, deoarece extinde interesul pentru sector și stimulează națiunile concurente să încerce să recupereze din urmă în ceea ce privește cota lor de aprovizionare cu litiu și piața bateriilor reîncărcabile.Pericolul este că ei continuă să rămână în urmă, lăsând China cu un monopol asupra a ceea ce ar putea deveni în curând un sector de transport de masă.

Urmăriți-mă Stare de nervozitate sau LinkedIn .Verifică-mi site-ul web sau unele dintre celelalte lucrări ale mele de aici.