Zakaj lahko Kitajska prevladuje v proizvodnji litij-ionskih baterij

Ali je litij-ionska idealna baterija?

Dolga leta je bila nikelj-kadmijeva edina primerna baterija za prenosno opremo od brezžičnih komunikacij do mobilnega računalništva.Nikelj-metal-hidrid in litij-ion sta se pojavila v zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja, ko sta se iz nosa v nos borila, da bi pridobila sprejemljivost strank.Danes je litij-ionska baterija najhitreje rastoča in najbolj obetavna kemija.

Svet postaja vse bolj naelektren.Ne samo, da države v razvoju povečujejo razpoložljivost električne energije za svoje prebivalstvo, ampak tudi elektrifikacija obstoječe prometne infrastrukture poteka hitro.Do leta 2040 naj bi več kot polovico avtomobilov na cestah poganjala elektrika.

Kratka zgodovina baterij

Baterije so že dolgo del našega vsakdana.Prvo pravo baterijo na svetu je leta 1800 izumil italijanski fizik Alessandro Volta.Izum je pomenil izjemen preboj, a od takrat je bilo le nekaj pomembnih inovacij.

Prva je bila svinčeno-kislinska baterija, ki so jo izumili leta 1859. To je bila prva polnilna baterija in je še danes najpogostejša baterija, ki se uporablja za zagon motorjev z notranjim zgorevanjem.

V zadnjih dveh stoletjih je bilo nekaj inovativnih modelov baterij, vendar so šele leta 1980 izumili pravo spremembo.Takrat so preboji na Univerzi v Oxfordu in Univerzi Stanford pripeljali do razvoja litij-ionske baterije.Sony je leta 1991 komercializiral prvo litij-ionsko baterijo.

Kaj je tako posebnega pri litiju?

Litij je v mnogih pogledih posebna kovina.Je lahek in mehak — tako mehak, da ga je mogoče rezati s kuhinjskim nožem, in tako nizke gostote, da lebdi na vodi.Prav tako je trdna pri širokem razponu temperatur, z enim najnižjih tališč med vsemi kovinami in visokim vreliščem.

Tako kot alkalijska kovina, natrij, litij reagira z vodo v vidni obliki.Kombinacija Li in H2O tvorita litijev hidroksid in vodik, ki običajno izbruhneta v rdeč plamen.

Obstaja veliko vidikov Litij-ionska baterija varnost v celotnem procesu načrtovanja, vključno z varno strukturo baterije, varnimi surovinami, zaščitnimi funkcijami in varnostnimi certifikati.V intervjuju za China Electronics News je gospod Su Jinran, namestnik glavnega inženirja， dejal, da se je varnost izdelka začela pri načrtovanju izdelka, zato je izbira pravih materialov za elektrode, separatorjev in elektrolitov prva prednostna naloga za varno načrtovanje baterije.Pri baterijskih anodnih materialih so trikomponentni materiali, manganov litij in litijev železov fosfat, ki so bili pogosto uporabljeni pri načrtovanju baterij in so dosegli zadovoljivo delovanje, bolj varni kot tradicionalni litijev kobaltat in nikelj-litij.

Litij-ionske baterije so priljubljene, ker imajo številne pomembne prednosti pred konkurenčnimi tehnologijami:

● Na splošno so veliko lažje od drugih vrst baterij za ponovno polnjenje iste velikosti.Elektrode litij-ionske baterije so izdelane iz lahkega litija in ogljika.Litij je tudi zelo reaktiven element, kar pomeni, da se lahko v njegovih atomskih vezeh shrani veliko energije.To pomeni zelo visoko energijsko gostoto za litij-ionske baterije.Tukaj je način, kako dobiti pogled na energijsko gostoto.Tipična litij-ionska baterija lahko shrani 150 vatnih ur električne energije v 1 kilogramu baterije.Baterija NiMH (nikelj-metal-hidrid) lahko shrani približno 100 vatnih ur na kilogram, čeprav je morda bolj tipično od 60 do 70 vatnih ur.Svinčeno-kislinski akumulator lahko shrani samo 25 vatnih ur na kilogram.Z uporabo svinčeno-kislinske tehnologije je potrebnih 6 kilogramov za shranjevanje enake količine energije, kot jo lahko prenese 1-kilogramska litij-ionska baterija.To je velika razlika [vir: Vse2.com ].

● Zadržijo svoj naboj.Litij-ionska baterija izgubi le približno 5 odstotkov napolnjenosti na mesec, v primerjavi z 20-odstotno izgubo na mesec pri baterijah NiMH.

● Nimajo spominskega učinka, kar pomeni, da vam jih pred ponovnim polnjenjem ni treba popolnoma izprazniti, kot pri nekaterih drugih kemičnih baterijah.

● Litij-ionske baterije lahko prenesejo na stotine ciklov polnjenja/praznjenja.

● To ne pomeni, da so litij-ionske baterije brezhibne.Imajo tudi nekaj slabosti:

● Začnejo se razgrajevati takoj, ko zapustijo tovarno.Zdržali bodo le dve ali tri leta od datuma izdelave, ne glede na to, ali jih uporabljate ali ne.

● So izjemno občutljivi na visoke temperature.Toplota povzroči, da se paketi litij-ionskih baterij razgradijo veliko hitreje, kot bi se običajno.

● Če popolnoma izpraznite litij-ionsko baterijo, je ta uničena.

● Litij-ionska baterija mora imeti vgrajen računalnik za upravljanje baterije.Zaradi tega so še dražji, kot so.

● Obstaja majhna možnost, da se v primeru okvare litij-ionske baterije vname.

Nastavitev standardov, ki temelji na inovacijah

Zaradi zapletenosti varnostnega mehanizma litij-ionske baterije, zlasti vpliva na varnost po ponovni uporabi baterij, mora biti proces razumevanja varnosti litij-ionske baterije in določanje njenih standardov postopen in postopen.Upoštevati je treba tudi razvoj in uporabo tehnik zunanjega nadzora.Su je to predlagal kot nastavitev Litij-ionska baterija Varnostni standardi so zelo tehnično delo, tako strokovnjaki za določanje standardov iz organov za standardizacijo baterij kot tehnični strokovnjaki iz industrije baterij, uporabnikov in območij elektronskega nadzora bi morali sodelovati v procesu, vključno z deli eksperimentalnega preverjanja.

Višji inženir s Kitajskega inštituta za standardizacijo elektronike, g. Sun Chuanhao, je dejal, da bi lahko litij-ionske baterije trenutno razdelili na vrste energije in vrste moči.Ker se ta dva izdelka razlikujeta v materialih in konstrukcijskih strukturah, so njune preskusne metode in zahteve različne, tudi pod enakimi varnostnimi pogoji.Tako imenovane prenosne baterije spadajo v energetski tip, vključno z litij-ionskimi baterijami, ki se uporabljajo v mobilnih telefonih, prenosnih računalnikih, digitalnih fotoaparatih in video kamerah, medtem ko je tip baterije za električno orodje, električna kolesa in električna vozila.

Po podatkih raziskovalne organizacije BloombergNEF je povprečna cena paketa litij-ionskih baterij (ki vključuje celico in paket) padla za 85 % od leta 2010 do 2018 in dosegla povprečje 176 USD/kWh.BloombergNEF nadalje predvideva, da bodo cene padle na 94 $/kWh do leta 2024 in 62 $/kWh do leta 2030.

Ta padajoča krivulja stroškov ima pomembne posledice za vsako podjetje, ki uporablja baterije v svojih storitvah, ali za tista, ki potrebujejo shranjevanje energije (npr. proizvajalci električne energije).Do danes je bila večina prodaje litij-ionskih baterij v sektorju zabavne elektronike, vendar bodo prihodnjo prodajo vedno bolj poganjali električni avtomobili.

Večina današnjih avtomobilov na cestah še vedno uporablja svinčev akumulator in motor z notranjim zgorevanjem.Toda prodaja električnih vozil, ki jih poganjajo litij-ionske baterije, se je v zadnjih petih letih povečala za več kot desetkrat.Poleg tega vedno več držav določa prihodnje prepovedi avtomobilov, ki temeljijo na notranjem zgorevanju, s pričakovanji, da bodo električna vozila sčasoma prevladala v osebnem prevozu.

To seveda pomeni veliko večje prihodnje povpraševanje po baterijah.Tako zelo, da proizvajalec električnih vozil Tesla v sodelovanju s Panasonicom vlaga milijarde dolarjev v gradnjo novih tovarn litij-ionskih baterij.Kljub temu ameriški proizvajalci litij-ionskih baterij zaostajajo v tržnem deležu.

Povezani rastoči trg za litij-ionske baterije je v težkih industrijskih aplikacijah, kot so viličarji, pometači in čistilniki, aplikacije za zemeljsko podporo na letališčih in avtomatsko vodena vozila (AGV).Tem nišnim aplikacijam so v preteklosti služile svinčeve baterije in motorji z notranjim zgorevanjem, vendar se je ekonomija hitro spremenila v korist litij-ionskih baterij.

Kitajska na voznikovem sedežu

Po analizi BloombergNEF je bilo v začetku leta 2019 globalna proizvodna zmogljivost litijevih celic 316 gigavatnih ur (GWh).Na Kitajskem je 73 % te zmogljivosti, sledijo ji ZDA, daleč zadaj na drugem mestu z 12 % svetovne zmogljivosti.

Svetovna zmogljivost naj bi do leta 2025 močno rasla, ko BloombergNEF napoveduje 1211 GWh svetovne zmogljivosti.Zmogljivost v ZDA naj bi rasla, vendar počasneje od svetovne zmogljivosti.Tako naj bi se delež ZDA v svetovni proizvodnji litijevih celic zmanjšal.

Tesla poskuša to težavo rešiti z gradnjo lastnih tovarn baterij, vendar se je za podjetja, ki dobavljajo široko paleto tovrstnih baterij, kot je kalifornijski OneCharge, iskanje lokalnih dobaviteljev izkazalo za zahtevno.Pred kratkim sem govoril z izvršnim direktorjem OneCharge Alexom Pisarevom, ki je izpostavil izzive, s katerimi se sooča njegovo podjetje:

»Ameriški proizvajalci bi z veseljem uporabljali litij-ionske celice, izdelane v ZDA,« mi je rekel Pisarev, »vendar to danes ni realno.Zato jih moramo še naprej uvažati iz Kitajske.«

Kitajska ubira isto pot kot prej s sončnimi paneli.Medtem ko je sončne celice izumil ameriški inženir Russell Ohl, danes Kitajska prevladuje na svetovnem trgu solarnih panelov.Zdaj je Kitajska osredotočena na nadzor svetovne proizvodnje litij-ionskih baterij.

Ali je bolje imeti čim cenejše zelene tehnologije, tudi če to pomeni predajo proizvodnje drugim državam?Nizke cene solarnih panelov so pripomogle k eksploziji nove sončne PV rasti, kar je posledično podprlo številna delovna mesta v ZDA.Toda večina teh plošč je izdelana na Kitajskem.Trumpova administracija je poskušala to rešiti z uvedbo carin na uvožene sončne celice, vendar je tem carinam odločno nasprotovala večina sončne industrije v ZDA.

Kitajska ima veliko prednost poceni delovne sile, ki ji je omogočila prevlado v številnih proizvodnih panogah.Toda Kitajska ima tudi več zalog litija in veliko večjo proizvodnjo litija kot ZDA Leta 2018 je kitajska proizvodnja litija znašala 8000 metričnih ton, kar je tretja med vsemi državami in skoraj desetkrat večja od proizvodnje litija v ZDA.Kitajske rezerve litija so leta 2018 znašale milijon metričnih ton, kar je skoraj 30-krat več kot v ZDA.

Pot naprej

Trendi nakazujejo, da bodo litij-ionske baterije vse bolj izpodrivale svinčeve baterije v sektorjih transporta in težke opreme.To je kritičen razvoj v svetu, ki se spopada z rekordnimi emisijami ogljikovega dioksida.

Toda ali lahko ZDA s tako prednostjo tako pri proizvodnih stroških kot pri razpoložljivosti surovin tekmujejo s Kitajsko na svetovnem trgu?Če ne, ali lahko ZDA razvijejo konkurenčen trg za recikliran litij, saj naraščajoče število litij-ionskih baterij doseže konec svoje uporabne življenjske dobe?

To so pomembna vprašanja, ki jih je treba obravnavati.

Ni jasno, kako se bo Kitajska spopadla s takšnimi izzivi, a glede na njeno neusmiljeno prizadevanje za litij in strateški pomen, ki ga pripisuje kovini, bodo brez dvoma našle rešitve.V mnogih pogledih je kitajsko sprejemanje zelenega prometa dobra stvar, saj povečuje zanimanje za sektor in spodbuja konkurenčne države, da poskušajo dohiteti glede svojega deleža dobave litija in trga polnilnih baterij.Nevarnost je, da bodo še naprej zaostajali, tako da bo Kitajska imela monopol nad tem, kar bi lahko kmalu postalo glavni prometni sektor.

Sledite mi naprej Twitter oz LinkedIn .Oglejte si mojo Spletna stran ali nekaj mojega drugega dela tukaj.