Зашто Кина може доминирати у производњи литијум-јонских батерија

Да ли је литијум-јонска идеална батерија?

Дуги низ година, никл-кадмијум је био једина погодна батерија за преносиву опрему од бежичних комуникација до мобилних рачунара.Никл-метал-хидрид и литијум-јон појавили су се раних 1990-их, борећи се нос на нос да би стекли прихватање купаца.Данас је литијум-јонска хемија батерија која се најбрже развија и која највише обећава.

Свет се све више наелектрише.Не само да земље у развоју повећавају доступност електричне енергије свом становништву, већ се електрификација постојеће транспортне инфраструктуре одвија великом брзином.Предвиђено је да ће до 2040. године више од половине аутомобила на путевима бити на струју.

Кратка историја батерија

Батерије су већ дуго део нашег свакодневног живота.Прву праву батерију на свету изумео је 1800. године италијански физичар Алесандро Волта.Проналазак је представљао изузетан пробој, али од тада је било само неколико значајних иновација.

Прва је била оловно-киселинска батерија, која је изумљена 1859. Ово је била прва пуњива батерија и данас је најчешћа батерија која се користи за покретање мотора са унутрашњим сагоревањем.

Било је неких иновативних дизајна батерија у протекла два века, али тек 1980. године је измишљена ствар која мења игру.Тада су продори на Универзитетима Оксфорд и Станфорд довели до развоја литијум-јонске батерије.Сони је комерцијализовао прву литијум-јонску батерију 1991. године.

Шта је тако посебно у вези са литијумом?

Литијум је посебан метал на много начина.Лаган је и мекан — тако мекан да се може сећи кухињским ножем и тако мале густине да плута на води.Такође је чврст на широком распону температура, са једном од најнижих тачака топљења свих метала и високом тачком кључања.

Као и његов колега алкални метал, натријум, литијум реагује са водом у упадљивом облику.Комбинација Ли и Х2О формира литијум хидроксид и водоник, који обично избијају у црвени пламен.

Постоји много аспеката да Литијум јонска батерија сигурност током процеса пројектовања, укључујући сигурну структуру батерија, безбедне сировине, заштитне функције и безбедносне сертификате.У интервјуу за Цхина Елецтроницс Невс, господин Су Јинран, заменик главног инжењера, рекао је да је безбедност производа почела у дизајну производа, па је стога одабир правих материјала за електроде, сепаратора и електролита први приоритет за сигуран дизајн батерија.За материјале аноде батерије, тернарни материјали, манган литијум и литијум гвожђе фосфат, који су нашироко коришћени у дизајну батерија и дали су задовољавајуће перформансе, сигурнији су од традиционалних литијум кобалтата и никл литијума.

Литијум-јонске батерије су популарне јер имају низ важних предности у односу на конкурентске технологије:

● Генерално су много лакше од других типова пуњивих батерија исте величине.Електроде литијум-јонске батерије су направљене од лаганог литијума и угљеника.Литијум је такође веома реактиван елемент, што значи да се много енергије може ускладиштити у његовим атомским везама.Ово се преводи у веома високу густину енергије за литијум-јонске батерије.Ево начина да добијете перспективу о густини енергије.Типична литијум-јонска батерија може да ускладишти 150 ват-часова електричне енергије у 1 килограм батерије.НиМХ (никл-метал хидрид) батерија може да складишти можда 100 ват-сати по килограму, иако би 60 до 70 ват-сати могло бити типичније.Оловна батерија може да складишти само 25 ват-часова по килограму.Користећи технологију оловне киселине, потребно је 6 килограма за складиштење исте количине енергије коју литијум-јонска батерија од 1 килограма може да поднесе.То је огромна разлика [извор: Еверитхинг2.цом ].

● Они држе своју контролу.Литијум-јонска батерија губи само око 5 процената напуњености месечно, у поређењу са губитком од 20 процената месечно за НиМХ батерије.

● Немају меморијски ефекат, што значи да не морате да их потпуно испразните пре поновног пуњења, као код неких других хемија батерија.

● Литијум-јонске батерије могу да поднесу стотине циклуса пуњења/пражњења.

● То не значи да су литијум-јонске батерије беспрекорне.Они такође имају неколико недостатака:

● Почињу да деградирају чим напусте фабрику.Трајаће само две или три године од датума производње без обзира да ли их користите или не.

● Изузетно су осетљиви на високе температуре.Топлота узрокује да се литијум-јонске батерије разграђују много брже него иначе.

● Ако потпуно испразните литијум-јонску батерију, она је уништена.

● Литијум-јонска батерија мора имати уграђени рачунар за управљање батеријом.То их чини још скупљим него што јесу.

● Постоји мала шанса да ће се, ако литијум-јонска батерија поквари, запалити.

Стандардна поставка заснована на иновацијама

Због сложености сигурносног механизма литијум-јонских батерија, посебно утицаја на безбедност након поновне употребе батерија, процес разумевања безбедности литијум-јонских батерија и постављања њених стандарда треба да буде постепен и прогресиван.Такође треба размотрити развој и примену техника екстерне контроле.Су је то предложила као поставку Литијум јонска батерија Безбедносни стандарди су високо технички посао, и професионалци за постављање стандарда из тела за стандардизацију батерија и технички стручњаци из индустрије батерија, корисника и области електронске контроле треба да учествују у процесу, укључујући и експерименталне радове верификације.

Виши инжењер са Кинеског института за стандардизацију електронике, господин Сун Чуанхао, рекао је да се литијум-јонске батерије тренутно могу поделити на типове енергије и типове снаге.Како се ова два производа разликују у материјалима и структури дизајна, њихове методе испитивања и захтеви су различити, чак и под истим безбедносним условима.Такозване преносиве батерије припадају енергетском типу, укључујући литијум-јонске батерије које се користе у мобилним телефонима, лаптоповима, дигиталним камерама и видео камерама, док је батерија типа за напајање за електричне алате, електричне бицикле и електрична возила.

Према истраживачкој организацији БлоомбергНЕФ, просечна цена литијум-јонске батерије (која укључује ћелију и пакет) је пала за 85% од 2010. до 2018. године, достижући у просеку 176 УСД/кВх.БлоомбергНЕФ даље предвиђа да ће цене пасти на 94 УСД/кВх до 2024. и 62 УСД/кВх до 2030. године.

Ова опадајућа крива трошкова има важне импликације за сваку компанију која користи батерије у својој служби, или за оне које имају потребу да складиште енергију (нпр. произвођачи електричне енергије).До данас, већина продаје литијум-јонских батерија била је у сектору потрошачке електронике, али ће будућу продају све више покретати електрични аутомобили.

Већина аутомобила данас на путевима и даље користи оловну батерију и мотор са унутрашњим сагоревањем.Али продаја електричних возила — напајаних литијум-јонским батеријама — порасла је више од десет пута у последњих пет година.Даље, све више земаља поставља будуће забране за аутомобиле засноване на унутрашњим сагоревањем, уз очекивање да ће електрична возила на крају доминирати личним превозом.

То, наравно, значи далеко већу будућу потражњу за батеријама.Толико да произвођач електричних возила Тесла, у партнерству са Панасоником, улаже милијарде долара у изградњу нових фабрика литијум-јонских батерија.Ипак, амерички произвођачи литијум-јонских батерија заостају у тржишном уделу.

Сродно растуће тржиште за литијум-јонске батерије је у тешким индустријским апликацијама као што су камиони за подизање, машине за чишћење и чистачи, апликације за подршку на аеродрому и возила са аутоматским навођењем (АГВ).Ове нишне апликације су историјски служиле оловно-киселинским батеријама и моторима са унутрашњим сагоревањем, али се економија брзо померила у корист литијум-јонских батерија.

Кина на седишту возача

Према анализи БлоомбергНЕФ-а, почетком 2019. било је 316 гигават-сати (ГВх) глобалног производног капацитета литијумских ћелија.Кина има 73% овог капацитета, а следе САД, далеко иза на другом месту са 12% глобалних капацитета.

Предвиђа се да ће глобални капацитет снажно расти до 2025. године када БлоомбергНЕФ предвиђа 1.211 ГВх глобалног капацитета.Предвиђа се да ће капацитети у САД расти, али спорије од глобалних капацитета.Стога се предвиђа да ће се амерички удео у глобалној производњи литијумских ћелија смањити.

Тесла покушава да реши овај проблем изградњом сопствених фабрика батерија, али за компаније које испоручују широк спектар ових врста батерија, као што је ОнеЦхарге из Калифорније, показало се да је проналажење локалних добављача изазовно.Недавно сам разговарао са извршним директором ОнеЦхарге Алексом Писаревим, који је истакао изазове са којима се његова компанија суочила:

„Амерички произвођачи би радо користили литијум-јонске ћелије америчке производње“, рекао ми је Писарев, „али то данас није реално.Зато морамо да наставимо да их увозимо из Кине.”

Кина иде истим путем који је раније радила са соларним панелима.Док је соларне ћелије изумео амерички инжењер Расел Охл, данас Кина доминира на глобалном тржишту соларних панела.Сада је Кина фокусирана на контролу светске производње литијум-јонских батерија.

Да ли је боље имати најјефтиније могуће зелене технологије, чак и ако то значи предају производње другим земљама?Ниске цене соларних панела су помогле да се покрене експлозија раста нових соларних фотонапона, а то је, заузврат, подржало многа радна места у САД.Али већина тих панела је направљена у Кини.Трампова администрација је покушала да се позабави овим питањем постављањем тарифа на увезене соларне панеле, али се тим тарифама оштро противила већина америчке соларне индустрије.

Кина има велику предност јефтине радне снаге, што јој је омогућило да доминира у многим производним индустријама.Али Кина такође има више резерви литијума и много већу производњу литијума од САД. У 2018. кинеска производња литијума била је 8.000 метричких тона, трећа међу свим земљама и скоро десет пута већа производња литијума у ​​САД.Кинеске резерве литијума у ​​2018. биле су милион метричких тона, скоро 30 пута више него у САД.

Тхе Патх Форвард

Трендови сигнализирају да ће литијум-јонске батерије све више заменити оловно-киселинске батерије у сектору транспорта и тешке опреме.Ово је критичан развој у свету који се бори са рекордним емисијама угљен-диоксида.

Али са таквом предношћу иу трошковима производње и доступности сировина, могу ли САД да се такмиче са Кином на светском тржишту?Ако не, како све већи број литијум-јонских батерија долази до краја свог употребног века, могу ли САД развити конкурентно тржиште за рециклирани литијум?

Ово су важна питања која треба да се позабаве.

Нејасно је како ће се Кина носити са таквим изазовима, али с обзиром на њену немилосрдну потрагу за литијумом и стратешки значај који придаје металу, решења ће без сумње бити пронађена.На много начина, кинеско прихватање зеленог транспорта је добра ствар, јер проширује интересовање за сектор и подстиче конкурентске земље да покушају да сустигну у погледу свог удела у снабдевању литијумом и тржишту пуњивих батерија.Опасност је да они и даље заостају, остављајући Кину монопол над оним што би ускоро могло постати главни транспортни сектор.

Прати ме; прати ме у Твиттер или ЛинкедИн .Погледај моје веб сајт или неки мој други рад овде.