Kwa Nini China Inaweza Kutawala Uzalishaji wa Betri ya Lithium-ioni

Je, Lithium-ion ndiyo Betri Bora?

Kwa miaka mingi, nickel-cadmium imekuwa betri pekee inayofaa kwa vifaa vya kubebeka kutoka kwa mawasiliano ya wireless hadi kompyuta ya rununu.Nickel-metal-hydride na lithiamu-ion ziliibuka Mapema miaka ya 1990, kupigana pua-kwa-pua ili kupata kukubalika kwa mteja.Leo, lithiamu-ioni ndio kemia ya betri inayokua kwa kasi zaidi na inayoahidi zaidi.

Dunia inazidi kuwa na umeme.Sio tu kwamba nchi zinazoendelea zinaongeza upatikanaji wa umeme kwa wakazi wao, lakini uwekaji umeme wa miundombinu iliyopo ya usafirishaji unaendelea kwa kasi kubwa.Kufikia 2040, zaidi ya nusu ya magari kwenye barabara yanakadiriwa kuwa na umeme.

Historia fupi ya Betri

Betri zimekuwa sehemu ya maisha yetu ya kila siku kwa muda mrefu.Betri ya kwanza ya kweli duniani ilivumbuliwa mwaka wa 1800 na mwanafizikia wa Italia Alessandro Volta.Uvumbuzi huo uliwakilisha mafanikio ya ajabu, lakini tangu wakati huo kumekuwa na uvumbuzi mdogo tu muhimu.

Ya kwanza ilikuwa betri ya asidi ya risasi, ambayo ilivumbuliwa mwaka wa 1859. Hii ilikuwa betri ya kwanza inayoweza kuchajiwa tena na bado ndiyo betri inayotumiwa sana kuwasha injini za mwako wa ndani leo.

Kumekuwa na miundo bunifu ya betri katika karne mbili zilizopita, lakini haikuwa hadi 1980 ambapo kibadilisha mchezo halisi kilivumbuliwa.Hiyo ilikuwa wakati mafanikio katika Chuo Kikuu cha Oxford na Chuo Kikuu cha Stanford yalisababisha maendeleo ya betri ya lithiamu-ioni.Sony iliuza betri ya kwanza ya lithiamu-ion mnamo 1991.

Ni nini maalum kuhusu lithiamu?

Lithiamu ni chuma maalum kwa njia nyingi.Ni nyepesi na laini - laini sana hivi kwamba inaweza kukatwa kwa kisu cha jikoni na msongamano mdogo sana hivi kwamba inaelea juu ya maji.Pia ni thabiti katika anuwai ya halijoto, ikiwa na mojawapo ya sehemu za chini zaidi za kuyeyuka za metali zote na kiwango cha juu cha kuchemka.

Kama vile metali nyingine ya alkali, sodiamu, lithiamu humenyuka pamoja na maji katika hali ya kujionyesha.Mchanganyiko wa Li na H2O huunda hidroksidi ya lithiamu na hidrojeni, ambayo kwa kawaida hupasuka na kuwa mwali mwekundu.

Kuna vipengele vingi vya Betri ya lithiamu-ion usalama katika michakato yake yote ya usanifu, ikijumuisha muundo wa betri salama, malighafi salama, kazi za kinga na uidhinishaji wa usalama.Alipohojiwa na China Electronics News, Bw Su Jinran, naibu mhandisi mkuu, alisema kuwa usalama wa bidhaa ulianza katika muundo wa bidhaa, kwa hiyo kuchagua nyenzo sahihi za elektrodi, vitenganishi na elektroliti ndio kipaumbele cha kwanza kwa muundo salama wa betri.Kwa nyenzo za anodi ya betri, nyenzo za ternary, lithiamu ya manganese na fosfati ya chuma ya lithiamu, ambazo zimetumika sana katika muundo wa betri na kutoa utendaji wa kuridhisha, ni salama zaidi kuliko lithiamu ya jadi ya lithiamu na lithiamu ya nikeli.

Betri za lithiamu-ion ni maarufu kwa sababu zina faida kadhaa muhimu juu ya teknolojia shindani:

● Kwa ujumla ni nyepesi zaidi kuliko aina nyingine za betri zinazoweza kuchajiwa za ukubwa sawa.Electrodes ya betri ya lithiamu-ioni hufanywa kwa lithiamu nyepesi na kaboni.Lithiamu pia ni kipengele tendaji sana, ikimaanisha kuwa nishati nyingi inaweza kuhifadhiwa katika vifungo vyake vya atomiki.Hii hutafsiri kuwa msongamano mkubwa sana wa nishati kwa betri za lithiamu-ioni.Hapa kuna njia ya kupata mtazamo juu ya wiani wa nishati.Betri ya kawaida ya lithiamu-ioni inaweza kuhifadhi saa za wati 150 za umeme katika kilo 1 ya betri.Kifurushi cha betri cha NiMH (nikeli-metal hidridi) kinaweza kuhifadhi labda saa 100 za wati kwa kilo, ingawa saa 60 hadi 70 za wati zinaweza kuwa za kawaida zaidi.Betri ya asidi ya risasi inaweza kuhifadhi saa 25 za wati tu kwa kilo.Kwa kutumia teknolojia ya asidi ya risasi, inachukua kilo 6 kuhifadhi kiasi sawa cha nishati ambacho betri ya lithiamu-ioni ya kilo 1 inaweza kushughulikia.Hiyo ni tofauti kubwa [chanzo: Kila kitu2.com ].

● Wanashikilia dhamana yao.Kifurushi cha betri ya lithiamu-ioni hupoteza takriban asilimia 5 tu ya malipo yake kwa mwezi, ikilinganishwa na hasara ya asilimia 20 kwa mwezi kwa betri za NiMH.

● Hazina athari ya kumbukumbu, ambayo ina maana kwamba huhitaji kuzitoa kabisa kabla ya kuchaji upya, kama ilivyo kwa kemia nyingine za betri.

● Betri za Lithium-ion zinaweza kushughulikia mamia ya mizunguko ya malipo/kutoa.

● Hiyo haimaanishi kwamba betri za lithiamu-ioni hazina dosari.Wana hasara chache pia:

● Huanza kudhalilisha mara tu wanapotoka kiwandani.Watadumu miaka miwili au mitatu tu kuanzia tarehe ya utengenezaji iwe utazitumia au la.

● Ni nyeti sana kwa halijoto ya juu.Joto husababisha pakiti za betri za lithiamu-ioni kuharibika haraka zaidi kuliko kawaida.

● Ikiwa utatoa kabisa betri ya lithiamu-ioni, itaharibika.

● Pakiti ya betri ya lithiamu-ioni lazima iwe na kompyuta ya ubaoni ili kudhibiti betri.Hii inawafanya kuwa ghali zaidi kuliko walivyo tayari.

● Kuna uwezekano mdogo kwamba, ikiwa pakiti ya betri ya lithiamu-ioni itashindwa, itawaka.

Mipangilio ya kawaida ya msingi wa uvumbuzi

Kutokana na utata katika utaratibu wa usalama wa betri ya Lithium-ioni, hasa athari kwa usalama baada ya kutumia tena betri, mchakato wa kuelewa usalama wa betri ya Lithium-ioni na kuweka viwango vyake unapaswa kuwa wa polepole na wa kuendelea.Na maendeleo na matumizi ya mbinu za udhibiti wa nje zinapaswa pia kuzingatiwa.Su alipendekeza hiyo kama mpangilio Betri ya lithiamu-ion viwango vya usalama ni kazi ya kiufundi sana, wataalamu wa kuweka viwango kutoka mashirika ya viwango vya betri na wataalamu wa kiufundi kutoka sekta ya betri, watumiaji na maeneo ya udhibiti wa kielektroniki wanapaswa kushiriki katika mchakato huo, ikijumuisha kazi za uthibitishaji wa majaribio.

Mhandisi mkuu kutoka Taasisi ya Viwango vya Elektroniki ya China, Bw Sun Chuanhao, alisema kuwa betri za Lithium-ion kwa sasa zinaweza kugawanywa katika aina za nishati na aina za nguvu.Kwa kuwa bidhaa hizi mbili zina tofauti katika nyenzo na miundo ya muundo, mbinu zao za majaribio na mahitaji ni tofauti, hata chini ya hali sawa za usalama.Betri zinazoitwa portable ni za aina ya nishati, ikiwa ni pamoja na betri za Lithium-ion zinazotumiwa katika simu za mkononi, laptops, kamera za digital na kamera za video, wakati betri ya aina ya nguvu ni ya zana za nguvu, baiskeli za umeme na magari ya umeme.

Kulingana na shirika la utafiti la BloombergNEF, bei ya wastani ya betri ya lithiamu-ioni yenye uzito wa kiasi (ambayo inajumuisha seli na pakiti) ilishuka kwa 85% kutoka 2010-18, na kufikia wastani wa $176/kWh.BloombergNEF itaongeza miradi kuwa bei zitashuka hadi $94/kWh kufikia 2024 na $62/kWh kufikia 2030.

Kiwango hiki cha kushuka kwa gharama kina athari muhimu kwa kampuni yoyote inayotumia betri katika huduma yake, au kwa zile zinazohitaji kuhifadhi nishati (kwa mfano, wazalishaji wa nishati).Hadi sasa, mauzo mengi ya betri ya lithiamu-ioni yamekuwa katika sekta ya umeme ya watumiaji, lakini mauzo ya baadaye yataendeshwa zaidi na magari ya umeme.

Magari mengi barabarani leo bado yanatumia betri ya asidi ya risasi na injini ya mwako wa ndani.Lakini mauzo ya magari ya umeme - yanayoendeshwa na betri za lithiamu-ioni - yameongezeka zaidi ya mara kumi katika miaka mitano iliyopita.Zaidi ya hayo, nchi zaidi na zaidi zinaweka marufuku ya baadaye ya magari kulingana na mwako wa ndani, kwa matarajio kwamba magari ya umeme hatimaye yatatawala usafiri wa kibinafsi.

Hii, bila shaka, inamaanisha mahitaji makubwa zaidi ya siku zijazo ya betri.Kiasi kwamba mtengenezaji wa magari ya umeme Tesla, kwa ushirikiano na Panasonic, inawekeza mabilioni ya dola kujenga viwanda vipya vya betri za lithiamu-ion.Walakini, watengenezaji wa betri za lithiamu-ioni za Amerika wanarudi nyuma katika sehemu ya soko.

Soko la ukuaji linalohusiana la betri za lithiamu-ioni liko katika matumizi makubwa ya viwandani kama vile malori ya kuinua, vifagiaji na visusuaji, programu za usaidizi wa ardhi ya uwanja wa ndege, na magari yanayoongozwa kiotomatiki (AGVs).Programu tumizi hizi za awali zimehudumiwa na betri za asidi ya risasi na injini za mwako za ndani, lakini uchumi umebadilika kwa haraka na kupendelea betri za lithiamu-ion.

China kwenye Kiti cha Dereva

Kulingana na uchanganuzi wa BloombergNEF, mapema 2019 kulikuwa na masaa 316 ya gigawati (GWh) ya uwezo wa utengenezaji wa seli za lithiamu ulimwenguni.China ni nyumbani kwa 73% ya uwezo huu, ikifuatiwa na Marekani, nyuma sana katika nafasi ya pili na 12% ya uwezo wa kimataifa.

Uwezo wa kimataifa unakadiriwa kukua kwa nguvu ifikapo 2025 wakati BloombergNEF inatabiri 1,211 GWh ya uwezo wa kimataifa.Uwezo nchini Marekani unatarajiwa kukua, lakini polepole kuliko uwezo wa kimataifa.Kwa hivyo, sehemu ya Amerika ya utengenezaji wa seli za lithiamu ulimwenguni inakadiriwa kupungua.

Tesla inajaribu kushughulikia tatizo hili kwa kujenga viwanda vyake vya kutengeneza betri, lakini kwa makampuni yanayosambaza aina mbalimbali za betri, kama vile OneCharge ya California, kupata wasambazaji wa ndani kumeonekana kuwa changamoto.Hivi majuzi nilizungumza na Mkurugenzi Mtendaji wa OneCharge Alex Pisarev, ambaye aliangazia changamoto ambazo kampuni yake imekumbana nazo:

"Watengenezaji wa Amerika wangefurahi kutumia seli za lithiamu-ioni zilizotengenezwa Amerika," Pisarev aliniambia, "lakini hii sio kweli leo.Kwa hivyo lazima tuendelee kuagiza kutoka China.

Uchina inachukua njia ile ile ambayo ilifanya hapo awali na paneli za jua.Wakati seli za jua zilivumbuliwa na mhandisi wa Amerika Russell Ohl, leo Uchina inatawala soko la paneli za jua ulimwenguni.Sasa China imejikita katika kudhibiti uzalishaji duniani wa betri za lithiamu ion.

Je, ni vyema kuwa na teknolojia ya bei nafuu zaidi ya kijani kibichi, hata kama hiyo inamaanisha kusalimisha utengenezaji kwa nchi nyingine?Bei za chini za paneli za jua zimesaidia kukuza mlipuko wa ukuaji mpya wa nishati ya jua ya PV, na hiyo, kwa upande wake, imesaidia kazi nyingi za Amerika.Lakini wingi wa paneli hizo hufanywa nchini China.Utawala wa Trump umejaribu kushughulikia hili kwa kuweka ushuru kwenye paneli za jua zinazoagizwa, lakini ushuru huu umepingwa vikali na tasnia nyingi za jua za Amerika.

Uchina ina faida kubwa ya kazi ya bei nafuu, ambayo imeiruhusu kutawala tasnia nyingi za utengenezaji.Lakini China pia ina akiba nyingi za lithiamu na uzalishaji mkubwa zaidi wa lithiamu kuliko Marekani Mnamo mwaka wa 2018, uzalishaji wa lithiamu wa China ulikuwa tani 8,000 za metriki, tatu kati ya nchi zote na karibu mara kumi uzalishaji wa lithiamu wa Marekani.Akiba ya lithiamu ya Uchina mnamo 2018 ilikuwa tani milioni moja za metri, karibu mara 30 viwango vya Amerika.

Njia ya Mbele

Mitindo hiyo inaashiria kuwa betri za lithiamu-ioni zitazidi kuondoa betri za asidi ya risasi katika sekta ya usafirishaji na vifaa vizito.Haya ni maendeleo muhimu katika ulimwengu unaokabiliana na rekodi ya utoaji wa kaboni dioksidi.

Lakini kwa faida kama hiyo katika gharama za utengenezaji na upatikanaji wa malighafi, je, Marekani inaweza kushindana na Uchina katika soko la dunia?Ikiwa sivyo, idadi inayoongezeka ya betri za lithiamu-ioni inapofikia mwisho wa maisha yao ya kutumika, je, Marekani inaweza kuendeleza soko la ushindani la lithiamu iliyosindikwa tena?

Haya ni maswali muhimu yanayohitaji kushughulikiwa.

Haijulikani ni jinsi gani China itakabiliana na changamoto hizo, lakini kutokana na harakati zake za kutaka kutumia lithiamu bila kuchoka, na umuhimu wa kimkakati unaouweka kwenye chuma hicho, bila shaka suluhu zitapatikana.Kwa njia nyingi, China kukumbatia usafiri wa kijani ni jambo zuri, kwani inapanua shauku katika sekta hiyo na kuhimiza mataifa washindani kujaribu kufikia sehemu yao ya usambazaji wa lithiamu na soko la betri zinazoweza kuchajiwa tena.Hatari ni kwamba wanaendelea kubaki nyuma, wakiiacha China ikiwa na ukiritimba wa kile ambacho kinaweza kuwa sekta kuu ya uchukuzi hivi karibuni.

Nifuate Twitter au LinkedIn .Angalia yangu tovuti au baadhi ya kazi zangu zingine hapa.