Bakit Maaaring Mangibabaw ng China ang Produksyon ng Baterya ng Lithium-ion

Ang Lithium-ion ba ang Ideal na Baterya?

Sa loob ng maraming taon, ang nickel-cadmium ang tanging angkop na baterya para sa portable na kagamitan mula sa mga wireless na komunikasyon hanggang sa mobile computing.Lumitaw ang Nickel-metal-hydride at lithium-ion Noong unang bahagi ng 1990s, nakikipaglaban sa ilong-sa-ilong upang makuha ang pagtanggap ng customer.Ngayon, ang lithium-ion ay ang pinakamabilis na lumalago at pinaka-promising na chemistry ng baterya.

Ang mundo ay nagiging mas nakuryente.Hindi lamang pinapataas ng mga umuunlad na bansa ang pagkakaroon ng kuryente sa kanilang mga populasyon, ngunit ang elektripikasyon ng kasalukuyang imprastraktura ng transportasyon ay nagpapatuloy sa mabilis na bilis.Sa pamamagitan ng 2040, higit sa kalahati ng mga sasakyan sa mga kalsada ay inaasahang pinapagana ng kuryente.

Isang Maikling Kasaysayan ng Mga Baterya

Ang mga baterya ay naging bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay sa mahabang panahon.Ang unang totoong baterya sa mundo ay naimbento noong 1800 ng Italyano na pisiko na si Alessandro Volta.Ang imbensyon ay kumakatawan sa isang kahanga-hangang tagumpay, ngunit mula noon ay mayroon lamang isang maliit na bilang ng mga makabuluhang pagbabago.

Ang una ay ang lead-acid na baterya, na naimbento noong 1859. Ito ang unang rechargeable na baterya at ito pa rin ang pinakakaraniwang baterya na ginagamit upang simulan ang mga internal combustion engine ngayon.

Nagkaroon ng ilang makabagong disenyo ng baterya sa nakalipas na dalawang siglo, ngunit noong 1980 lamang naimbento ang isang tunay na game-changer.Iyon ay nang ang mga tagumpay sa Unibersidad ng Oxford at Stanford University ay humantong sa pagbuo ng baterya ng lithium-ion.Ipinagkomersyal ng Sony ang unang baterya ng lithium-ion noong 1991.

Ano ang espesyal sa lithium?

Ang Lithium ay isang espesyal na metal sa maraming paraan.Ito ay magaan at malambot — napakalambot na maaari itong hiwain gamit ang kutsilyo sa kusina at napakababa ng density na lumutang ito sa tubig.Ito ay solid din sa malawak na hanay ng mga temperatura, na may isa sa pinakamababang punto ng pagkatunaw ng lahat ng mga metal at isang mataas na punto ng kumukulo.

Tulad ng kapwa alkali metal nito, sodium, ang lithium ay tumutugon sa tubig sa pasikat na anyo.Ang combo ng Li at H2O ay bumubuo ng lithium hydroxide at hydrogen, na karaniwang pumuputok sa pulang apoy.

Maraming aspeto ang Lithium-ion na baterya kaligtasan sa buong proseso ng disenyo nito, kabilang ang ligtas na istraktura ng baterya, ligtas na mga hilaw na materyales, mga pag-andar ng proteksyon at mga sertipikasyon sa kaligtasan.Noong kapanayamin ng China Electronics News, sinabi ni Mr Su Jinran, deputy chief engineer， na ang kaligtasan ng produkto ay nagsimula sa disenyo ng produkto, kaya't ang pagpili ng tamang mga materyales sa elektrod, mga separator at electrolyte ang unang priyoridad para sa ligtas na disenyo ng baterya.Para sa mga materyal na anode ng baterya, ang mga materyales ng ternary, manganese lithium at lithium iron phosphate, na malawakang ginagamit sa disenyo ng baterya at nagbunga ng kasiya-siyang pagganap, ay mas secure kaysa sa tradisyonal na lithium cobaltate at nickel lithium.

Ang mga bateryang Lithium-ion ay sikat dahil mayroon silang ilang mahahalagang pakinabang sa mga nakikipagkumpitensyang teknolohiya:

● Karaniwang mas magaan ang mga ito kaysa sa iba pang mga uri ng mga rechargeable na baterya na may parehong laki.Ang mga electrodes ng lithium-ion na baterya ay gawa sa magaan na lithium at carbon.Ang Lithium ay isa ring napaka-reaktibong elemento, ibig sabihin, maraming enerhiya ang maaaring maimbak sa mga atomic bond nito.Isinasalin ito sa napakataas na density ng enerhiya para sa mga baterya ng lithium-ion.Narito ang isang paraan upang makakuha ng pananaw sa density ng enerhiya.Ang isang karaniwang lithium-ion na baterya ay maaaring mag-imbak ng 150 watt-hours ng kuryente sa 1 kilo ng baterya.Ang isang NiMH (nickel-metal hydride) na baterya pack ay maaaring mag-imbak ng marahil 100 watt-hours bawat kilo, bagaman 60 hanggang 70 watt-hours ay maaaring mas karaniwan.Ang lead-acid na baterya ay maaari lamang mag-imbak ng 25 watt-hours kada kilo.Gamit ang teknolohiyang lead-acid, kailangan ng 6 na kilo upang maiimbak ang parehong dami ng enerhiya na kayang hawakan ng isang 1-kilogram na lithium-ion na baterya.Iyan ay isang malaking pagkakaiba [source: Lahat2.com ].

● Hawak nila ang kanilang tungkulin.Ang isang lithium-ion na baterya pack ay nawawalan lamang ng halos 5 porsiyento ng singil nito bawat buwan, kumpara sa isang 20 porsiyentong pagkawala bawat buwan para sa mga baterya ng NiMH.

● Ang mga ito ay walang epekto sa memorya, na nangangahulugan na hindi mo kailangang ganap na i-discharge ang mga ito bago mag-recharge, tulad ng iba pang mga kemikal ng baterya.

● Ang mga bateryang Lithium-ion ay kayang humawak ng daan-daang cycle ng charge/discharge.

● Hindi ibig sabihin na ang mga baterya ng lithium-ion ay walang kamali-mali.Mayroon din silang ilang mga disadvantages:

● Nagsisimula silang mapahamak sa sandaling umalis sila sa pabrika.Ang mga ito ay tatagal lamang ng dalawa o tatlong taon mula sa petsa ng paggawa kung gagamitin mo ang mga ito o hindi.

● Ang mga ito ay lubhang sensitibo sa mataas na temperatura.Ang init ay nagiging sanhi ng pagkasira ng mga lithium-ion na baterya pack nang mas mabilis kaysa sa karaniwan.

● Kung ganap mong na-discharge ang isang lithium-ion na baterya, ito ay sira.

● Ang lithium-ion battery pack ay dapat may on-board na computer para pamahalaan ang baterya.Dahil dito, mas mahal pa sila kaysa dati.

● May maliit na pagkakataon na, kung mabigo ang lithium-ion battery pack, ito ay magliyab.

Pamantayan na nakabatay sa pagbabago

Dahil sa pagiging kumplikado sa mekanismo ng kaligtasan ng baterya ng Lithium-ion, lalo na ang epekto sa kaligtasan pagkatapos muling gamitin ang mga baterya, ang proseso ng pag-unawa sa kaligtasan ng baterya ng Lithium-ion at pagtatakda ng mga pamantayan nito ay dapat na unti-unti at progresibo.At dapat ding isaalang-alang ang pagbuo at aplikasyon ng mga panlabas na pamamaraan ng kontrol.Iminungkahi ni Su iyon bilang setting Lithium-ion na baterya Ang mga pamantayan sa kaligtasan ay isang mataas na teknikal na trabaho, parehong mga propesyonal sa pagtatakda ng pamantayan mula sa mga katawan ng standardisasyon ng baterya at mga teknikal na espesyalista mula sa industriya ng baterya, mga gumagamit at mga lugar ng kontrol sa elektroniko ay dapat lumahok sa proseso, kabilang ang mga gawaing pang-eksperimentong pag-verify.

Ang senior engineer mula sa China Electronics Standardization Institute, Mr Sun Chuanhao, ay nagsabi na ang mga Lithium-ion na baterya ay kasalukuyang maaaring hatiin sa mga uri ng enerhiya at mga uri ng kuryente.Dahil ang dalawang produktong ito ay may pagkakaiba sa mga materyales at istruktura ng disenyo, ang kanilang mga pamamaraan at kinakailangan sa pagsubok ay hindi magkatulad, kahit na sa ilalim ng parehong mga kundisyon sa kaligtasan.Ang tinatawag na mga portable na baterya ay nabibilang sa uri ng enerhiya, kabilang ang mga Lithium-ion na baterya na ginagamit sa mga mobile phone, laptop, digital camera at video camera, habang ang power type na baterya ay para sa mga power tool, electric bike at electric vehicle.

Ayon sa research organization na BloombergNEF, ang volume-weighted average na presyo ng lithium-ion battery pack (na kinabibilangan ng cell at ang pack) ay bumagsak ng 85% mula 2010-18, na umabot sa average na $176/kWh.Ang BloombergNEF ay karagdagang proyekto na ang mga presyo ay bababa sa $94/kWh sa 2024 at $62/kWh sa 2030.

Ang bumababang kurba ng gastos na ito ay may mahalagang implikasyon para sa anumang kumpanyang gumagamit ng mga baterya sa serbisyo nito, o para sa mga nangangailangang mag-imbak ng enerhiya (hal., mga power producer).Sa ngayon, karamihan sa mga benta ng baterya ng lithium-ion ay nasa sektor ng consumer electronics, ngunit ang mga benta sa hinaharap ay lalo pang dadalhin ng mga electric car.

Karamihan sa mga sasakyan sa mga kalsada ngayon ay gumagamit pa rin ng lead-acid na baterya at panloob na combustion engine.Ngunit ang mga benta ng mga de-kuryenteng sasakyan - na pinapagana ng mga baterya ng lithium-ion - ay tumaas nang higit sa sampung beses sa nakalipas na limang taon.Dagdag pa, parami nang parami ang mga bansa na nagtatakda ng mga pagbabawal sa hinaharap sa mga kotse batay sa panloob na pagkasunog, na may pag-asa na ang mga de-koryenteng sasakyan ay sa kalaunan ay mangibabaw sa personal na transportasyon.

Ito, siyempre, ay nangangahulugan ng mas malaking pangangailangan sa hinaharap para sa mga baterya.Kaya't ang tagagawa ng de-koryenteng sasakyan na si Tesla, sa pakikipagtulungan sa Panasonic, ay namumuhunan ng bilyun-bilyong dolyar upang magtayo ng mga bagong pabrika ng baterya ng lithium-ion.Gayunpaman, ang mga producer ng baterya ng lithium-ion ng US ay nahuhuli sa bahagi ng merkado.

Ang isang kaugnay na merkado ng paglago para sa mga baterya ng lithium-ion ay nasa mabibigat na pang-industriya na aplikasyon tulad ng mga lift truck, sweeper at scrubber, mga application ng suporta sa lupa sa paliparan, at mga awtomatikong guided vehicle (AGV).Ang mga niche application na ito ay dating pinagsilbihan ng mga lead-acid na baterya at mga internal combustion engine, ngunit ang ekonomiya ay mabilis na lumipat sa pabor ng mga baterya ng lithium-ion.

China sa Driver's Seat

Ayon sa pagsusuri ng BloombergNEF, noong unang bahagi ng 2019 mayroong 316 gigawatt-hours (GWh) ng pandaigdigang kapasidad sa paggawa ng lithium cell.Ang China ay tahanan ng 73% ng kapasidad na ito, na sinusundan ng US, na malayo sa pangalawang lugar na may 12% ng pandaigdigang kapasidad.

Ang pandaigdigang kapasidad ay inaasahang lalago nang malakas sa 2025 kapag ang BloombergNEF ay nagtataya ng 1,211 GWh ng pandaigdigang kapasidad.Ang kapasidad sa US ay inaasahang lalago, ngunit mas mabagal kaysa sa pandaigdigang kapasidad.Kaya, ang bahagi ng US sa pandaigdigang paggawa ng lithium cell ay inaasahang bababa.

Sinusubukan ng Tesla na tugunan ang problemang ito sa pamamagitan ng pagtatayo ng sarili nitong mga pabrika ng baterya, ngunit para sa mga kumpanyang nagbibigay ng malawak na hanay ng mga ganitong uri ng baterya, gaya ng OneCharge na nakabase sa California, ang paghahanap ng mga lokal na supplier ay napatunayang mahirap.Nakausap ko kamakailan ang CEO ng OneCharge na si Alex Pisarev, na nag-highlight sa mga hamon na kinaharap ng kanyang kumpanya:

"Ang mga tagagawa ng Amerika ay magiging masaya na gumamit ng mga cell ng lithium-ion na ginawa ng US," sabi sa akin ni Pisarev, "ngunit hindi ito makatotohanan ngayon.Kaya kailangan nating ipagpatuloy ang pag-import ng mga ito mula sa China.

Tinatahak ng China ang parehong landas na ginawa nito dati sa mga solar panel.Habang ang mga solar cell ay naimbento ng American engineer na si Russell Ohl, ngayon ay nangingibabaw ang China sa pandaigdigang merkado ng solar panel.Ngayon ang China ay nakatuon sa pagkontrol sa produksyon ng mundo ng mga baterya ng lithium ion.

Mas mainam bang magkaroon ng pinakamurang posibleng berdeng teknolohiya, kahit na nangangahulugan iyon ng pagsuko ng paggawa sa ibang mga bansa?Ang mababang presyo ng solar panel ay nakatulong sa pag-udyok ng isang pagsabog ng bagong paglago ng solar PV, at iyon naman, ay sumuporta sa maraming trabaho sa US.Ngunit ang karamihan sa mga panel na iyon ay ginawa sa China.Sinubukan ng Trump Administration na tugunan ito sa pamamagitan ng paglalagay ng mga taripa sa mga na-import na solar panel, ngunit ang mga taripa na ito ay mahigpit na tinutulan ng karamihan sa industriya ng solar ng US.

Ang Tsina ay may malaking bentahe ng murang paggawa, na nagbigay-daan dito na mangibabaw sa maraming industriya ng pagmamanupaktura.Ngunit ang China ay mayroon ding mas maraming reserbang lithium at mas malaking produksyon ng lithium kaysa sa US Noong 2018, ang produksyon ng lithium ng China ay 8,000 metriko tonelada, pangatlo sa lahat ng mga bansa at halos sampung beses na produksyon ng lithium ng US.Ang mga reserbang lithium ng China noong 2018 ay isang milyong metrikong tonelada, halos 30 beses na antas ng US.

Ang Pasulong na Landas

Ang mga uso ay nagpapahiwatig na ang mga lithium-ion na baterya ay lalong magpapalipat-lipat ng mga lead-acid na baterya sa sektor ng transportasyon at mabibigat na kagamitan.Ito ay isang kritikal na pag-unlad sa isang mundo na nakikipagbuno sa mga record na paglabas ng carbon dioxide.

Ngunit sa gayong kalamangan sa parehong mga gastos sa pagmamanupaktura at pagkakaroon ng hilaw na materyal, maaari bang makipagkumpitensya ang US sa China sa pandaigdigang merkado?Kung hindi, habang lumalaki ang bilang ng mga baterya ng lithium-ion na umabot sa katapusan ng kanilang magagamit na buhay, maaari bang bumuo ang US ng isang mapagkumpitensyang merkado para sa recycled lithium?

Ito ay mga mahahalagang katanungan na kailangang matugunan.

Hindi malinaw kung paano haharapin ng Tsina ang mga ganitong hamon, ngunit dahil sa walang humpay na paghahangad nito sa lithium, at ang estratehikong kahalagahan na ikinakabit nito sa metal, walang dudang mahahanap ang mga solusyon.Sa maraming paraan, ang pagyakap ng China sa berdeng transportasyon ay isang magandang bagay, dahil pinalalawak nito ang interes sa sektor at hinihikayat ang mga bansang kakumpitensya na subukang abutin sa mga tuntunin ng kanilang bahagi ng supply ng lithium at ang rechargeable na merkado ng baterya.Ang panganib ay patuloy silang nahuhuli, na iniiwan ang China na may monopolyo sa kung ano ang maaaring maging pangunahing sektor ng transportasyon.

Sundan mo ako Twitter o LinkedIn .Tingnan ang aking website o ilan sa aking iba pang gawain dito.