Çin Neden Lityum İyon Pil Üretimine Hakim Olabilir?

Lityum İyon İdeal Pil midir?

Uzun yıllar boyunca nikel-kadmiyum, kablosuz iletişimden mobil bilgisayarlara kadar taşınabilir ekipmanlar için uygun olan tek pildi. Nikel-metal-hidrit ve lityum-iyon, 1990'ların başında müşterinin kabulünü kazanmak için burun buruna mücadele ederek ortaya çıktı. Günümüzde lityum iyon, en hızlı büyüyen ve en umut verici pil kimyasıdır.

Dünya giderek daha fazla elektrikleniyor. Gelişmekte olan ülkeler yalnızca nüfuslarına elektrik erişimini artırmakla kalmıyor, aynı zamanda mevcut ulaşım altyapısının elektrifikasyonu da hızlı bir şekilde ilerliyor. 2040 yılına kadar yollardaki araçların yarısından fazlasının elektrikle çalışacağı öngörülüyor.

Pillerin Kısa Tarihi

Piller uzun zamandır günlük hayatımızın bir parçası olmuştur. Dünyanın ilk gerçek pili 1800 yılında İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından icat edildi. Buluş kayda değer bir atılımı temsil ediyordu, ancak o zamandan bu yana yalnızca bir avuç önemli yenilik yapıldı.

Bunlardan ilki, 1859'da icat edilen kurşun-asit aküydü. Bu, ilk şarj edilebilir aküydü ve bugün hala içten yanmalı motorları çalıştırmak için kullanılan en yaygın aküdür.

Geçtiğimiz iki yüzyılda bazı yenilikçi pil tasarımları oldu, ancak gerçek anlamda oyun değiştiricinin icat edilmesi 1980 yılına kadar mümkün olmadı. İşte o zaman Oxford Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi'ndeki atılımlar lityum iyon pilin geliştirilmesine yol açtı. Sony, 1991 yılında ilk lityum iyon pili piyasaya sürdü.

Lityum hakkında bu kadar özel olan ne?

Lityum birçok yönden özel bir metaldir. Hafif ve yumuşaktır; mutfak bıçağıyla kesilebilecek kadar yumuşaktır ve yoğunluğu o kadar düşüktür ki suyun üzerinde yüzer. Ayrıca tüm metaller arasında en düşük erime noktalarından biri ve yüksek kaynama noktasıyla geniş bir sıcaklık aralığında katıdır.

Diğer alkali metali olan sodyum gibi lityum da suyla gösterişli bir biçimde reaksiyona girer. Li ve H2O'nun birleşimi, genellikle kırmızı alevle patlayan lityum hidroksit ve hidrojeni oluşturur.

Birçok yönü var Lityum iyon pil Güvenli akü yapısı, güvenli hammaddeler, koruyucu işlevler ve güvenlik sertifikaları da dahil olmak üzere tasarım süreçleri boyunca güvenlik. China Electronics News ile röportaj yaptığında baş mühendis yardımcısı Bay Su Jinran, ürün güvenliğinin ürün tasarımında başladığını, bu nedenle doğru elektrot malzemelerinin, ayırıcıların ve elektrolitlerin seçilmesinin güvenli pil tasarımı için ilk öncelik olduğunu söyledi. Pil anot malzemeleri için, pil tasarımında yaygın olarak kullanılan ve tatmin edici performans sağlayan üçlü malzemeler, manganez lityum ve lityum demir fosfat, geleneksel lityum kobaltat ve nikel lityumdan daha güvenlidir.

Lityum-iyon piller popülerdir çünkü rakip teknolojilere göre çok sayıda önemli avantaja sahiptirler:

● Genellikle aynı boyuttaki diğer şarj edilebilir pil türlerinden çok daha hafiftirler. Lityum iyon pilin elektrotları hafif lityum ve karbondan yapılmıştır. Lityum aynı zamanda oldukça reaktif bir elementtir, yani atomik bağlarında çok fazla enerji depolanabilir. Bu, lityum iyon piller için çok yüksek bir enerji yoğunluğu anlamına gelir. İşte enerji yoğunluğuna dair bir bakış açısı edinmenin bir yolu. Tipik bir lityum iyon pil, 1 kilogram pilde 150 watt-saat elektrik depolayabiliyor. Bir NiMH (nikel-metal hidrit) pil paketi kilogram başına belki 100 watt-saat depolayabilir, ancak 60 ila 70 watt-saat daha tipik olabilir. Kurşun-asit batarya kilogram başına yalnızca 25 watt-saat depolayabilir. Kurşun-asit teknolojisini kullanarak, 1 kilogramlık bir lityum iyon pilin kaldırabileceği miktardaki enerjiyi depolamak için 6 kilogram gerekir. Bu çok büyük bir fark [kaynak: Herşey2.com ]

● Yüklerini korurlar. Lityum iyon pil takımı şarjının ayda yalnızca yüzde 5'ini kaybederken, NiMH piller için bu oran ayda yüzde 20'dir.

● Hafıza etkisi yoktur; bu, diğer bazı pil kimyalarında olduğu gibi yeniden şarj etmeden önce bunları tamamen boşaltmanız gerekmediği anlamına gelir.

● Lityum iyon piller yüzlerce şarj/deşarj döngüsünü gerçekleştirebilir.

● Bu, lityum iyon pillerin kusursuz olduğu anlamına gelmez. Bunların da birkaç dezavantajı var:

● Fabrikadan çıktıkları anda bozulmaya başlarlar. Kullansanız da kullanmasanız da üretim tarihinden itibaren yalnızca iki veya üç yıl dayanırlar.

● Yüksek sıcaklıklara karşı son derece hassastırlar. Isı, lityum iyon pil paketlerinin normalde olduğundan çok daha hızlı bozulmasına neden olur.

● Lityum iyon pili tamamen boşaltırsanız bozulur.

● Lityum iyon akü paketinde, aküyü yönetebilecek bir araç bilgisayarı bulunmalıdır. Bu da onları olduğundan daha pahalı hale getiriyor.

● Lityum iyon pil takımının arızalanması durumunda alev alması ihtimali çok düşüktür.

İnovasyona dayalı standart belirleme

Lityum-iyon pil güvenlik mekanizmasının karmaşıklığı ve özellikle pillerin yeniden kullanılmasının güvenlik üzerindeki etkisi nedeniyle, Lityum-iyon pil güvenliğini anlama ve standartlarını belirleme süreci kademeli ve ilerici olmalıdır. Ayrıca dış kontrol tekniklerinin geliştirilmesi ve uygulanması da dikkate alınmalıdır. Su ayar olarak bunu önerdi Lityum iyon pil Güvenlik standartları son derece teknik bir iştir, hem pil standardizasyon kuruluşlarından standart belirleme profesyonelleri hem de pil endüstrisinden teknik uzmanlar, kullanıcılar ve elektronik kontrol alanları, deneysel doğrulama çalışmaları da dahil olmak üzere sürece katılmalıdır.

Çin Elektronik Standardizasyon Enstitüsü'nden kıdemli mühendis Bay Sun Chuanhao, Lityum-iyon pillerin şu anda enerji türlerine ve güç türlerine bölünebileceğini söyledi. Bu iki ürünün malzeme ve tasarım yapılarında farklılıklar olduğundan, test yöntemleri ve gereksinimleri aynı güvenlik koşulları altında bile farklılık gösterir. Taşınabilir piller olarak adlandırılan piller, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, dijital kameralar ve video kameralarda kullanılan Lityum-iyon pilleri içeren enerji türüne aitken, güç tipi piller ise elektrikli el aletleri, elektrikli bisikletler ve elektrikli araçlar içindir.

Araştırma kuruluşu BloombergNEF'e göre, hacim ağırlıklı ortalama lityum iyon pil paketi fiyatı (hücre ve pil dahil) 2010-18'e göre %85 düşerek ortalama 176 $/kWh'ye ulaştı. BloombergNEF ayrıca fiyatların 2024 yılına kadar 94 $/kWh'ye, 2030 yılına kadar ise 62 $/kWh'ye düşeceğini öngörüyor.

Bu azalan maliyet eğrisinin, hizmetlerinde pil kullanan herhangi bir şirket veya enerji depolamaya ihtiyaç duyan şirketler (örneğin, enerji üreticileri) için önemli sonuçları vardır. Bugüne kadar lityum iyon pil satışlarının çoğu tüketici elektroniği sektöründe gerçekleşti, ancak gelecekteki satışlar giderek elektrikli otomobillerden kaynaklanacak.

Bugün yollardaki çoğu araba hala kurşun asitli akü ve içten yanmalı motor kullanıyor. Ancak lityum iyon pillerle çalışan elektrikli araçların satışları son beş yılda on kattan fazla arttı. Dahası, giderek daha fazla ülke, gelecekte elektrikli araçların kişisel ulaşımda hakim olacağı beklentisiyle içten yanmalı araçlara gelecekte yasaklar koyuyor.

Bu elbette gelecekte pillere olan talebin çok daha fazla olacağı anlamına geliyor. Öyle ki elektrikli araç üreticisi Tesla, Panasonic ile ortaklaşa yeni lityum iyon pil fabrikaları kurmak için milyarlarca dolar yatırım yapıyor. Bununla birlikte ABD lityum iyon pil üreticileri pazar payında geride kalıyor.

Lityum iyon piller için ilgili bir büyüme pazarı, forkliftler, süpürücüler ve temizleme makineleri, havaalanı yer desteği uygulamaları ve otomatik yönlendirmeli araçlar (AGV'ler) gibi ağır endüstriyel uygulamalardadır. Bu niş uygulamalara tarihsel olarak kurşun asitli aküler ve içten yanmalı motorlar hizmet ediyordu, ancak ekonomi hızla lityum iyon akülerin lehine değişti.

Sürücü Koltuğunda Çin

BloombergNEF tarafından yapılan bir analize göre, 2019'un başlarında küresel lityum hücre üretim kapasitesi 316 gigawatt-saat (GWh) idi. Bu kapasitenin yüzde 73'üne Çin ev sahipliği yaparken, onu yüzde 12'lik küresel kapasiteyle ABD takip ediyor.

BloombergNEF'in 1.211 GWh küresel kapasite öngördüğü küresel kapasitenin 2025 yılına kadar güçlü bir şekilde büyüyeceği öngörülüyor. ABD'deki kapasitenin artması bekleniyor, ancak küresel kapasiteden daha yavaş. Bu nedenle ABD'nin küresel lityum pil üretimindeki payının küçülmesi öngörülüyor.

Tesla, kendi pil fabrikalarını kurarak bu sorunu çözmeye çalışıyor ancak Kaliforniya merkezli OneCharge gibi bu tür pillerin geniş bir yelpazesini tedarik eden şirketler için yerel tedarikçileri bulmanın zor olduğu kanıtlandı. Geçenlerde OneCharge CEO'su Alex Pisarev ile konuştum ve şirketin karşılaştığı zorlukları vurguladı:

Pisarev bana "Amerikalı üreticiler ABD yapımı lityum iyon pilleri kullanmaktan mutluluk duyacaktır" dedi, "ancak bu bugün gerçekçi değil. Bu yüzden bunları Çin'den ithal etmeye devam etmeliyiz.”

Çin, daha önce güneş panelleri konusunda izlediği yolu izliyor. Güneş pilleri Amerikalı mühendis Russell Ohl tarafından icat edilmiş olsa da, bugün küresel güneş paneli pazarına Çin hakimdir. Artık Çin, dünyanın lityum iyon pil üretimini kontrol etmeye odaklanmış durumda.

Üretimin diğer ülkelere teslim edilmesi anlamına gelse bile, mümkün olan en ucuz yeşil teknolojilere sahip olmak tercih edilir mi? Düşük güneş paneli fiyatları, yeni güneş enerjisi PV büyümesinde patlamaya yardımcı oldu ve bu da ABD'deki birçok istihdamı destekledi. Ancak bu panellerin büyük kısmı Çin'de üretiliyor. Trump Yönetimi ithal güneş panellerine vergi uygulayarak bu sorunu çözmeye çalıştı ancak ABD güneş enerjisi endüstrisinin çoğu bu tarifelere şiddetle karşı çıktı.

Çin, birçok imalat sektörüne hakim olmasını sağlayan ucuz işgücü avantajına sahip. Ancak Çin aynı zamanda ABD'den daha fazla lityum rezervine ve çok daha fazla lityum üretimine sahip. 2018'de Çin'in lityum üretimi 8.000 metrik tondu; bu, tüm ülkeler arasında üçüncü ve ABD lityum üretiminin neredeyse on katıydı. 2018'de Çin'in lityum rezervleri bir milyon metrik tondu; bu da ABD seviyelerinin neredeyse 30 katıydı.

İleriye Giden Yol

Trendler, lityum iyon pillerin ulaşım ve ağır ekipman sektörlerinde kurşun asitli pillerin yerini giderek daha fazla alacağını gösteriyor. Bu, rekor düzeyde karbondioksit emisyonuyla boğuşan bir dünyada kritik bir gelişme.

Ancak hem üretim maliyetleri hem de hammadde bulunabilirliği açısından böylesine bir avantaja sahip olan ABD, dünya pazarında Çin ile rekabet edebilir mi? Değilse, artan sayıda lityum iyon pil kullanım ömrünün sonuna yaklaşırken ABD geri dönüştürülmüş lityum için rekabetçi bir pazar geliştirebilir mi?

Bunlar ele alınması gereken önemli sorulardır.

Çin'in bu tür zorluklarla nasıl başa çıkacağı belli değil, ancak amansız lityum arayışı ve metale atfettiği stratejik önem göz önüne alındığında, şüphesiz çözümler bulunacaktır. Birçok açıdan Çin'in yeşil ulaşımı benimsemesi iyi bir şey çünkü sektöre olan ilgiyi artırıyor ve rakip ülkeleri lityum tedariki ve şarj edilebilir pil pazarındaki payları açısından yakalamaya teşvik ediyor. Tehlike şu ki, geride kalmaya devam ederek Çin'i yakında ana akım ulaşım sektörü haline gelebilecek tekel haline getirecekler.

Beni takip et heyecan veya LinkedIn . şuraya göz at web sitesi veya buradaki diğer çalışmalarımdan bazıları.