เหตุใดจีนจึงสามารถครองการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้

ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ในอุดมคติหรือไม่?

หลายปีที่ผ่านมา นิกเกิล-แคดเมียมเป็นแบตเตอรี่ชนิดเดียวที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพา ตั้งแต่การสื่อสารไร้สายไปจนถึงคอมพิวเตอร์เคลื่อนที่นิกเกิล-เมทัล-ไฮไดรด์และลิเธียม-ไอออนถือกำเนิดขึ้นในต้นปี 1990 โดยต้องต่อสู้แบบหน้าต่อตาเพื่อให้ได้รับการยอมรับจากลูกค้าปัจจุบัน ลิเธียมไอออนเป็นเคมีของแบตเตอรี่ที่เติบโตเร็วที่สุดและมีแนวโน้มมากที่สุด

โลกกำลังกลายเป็นกระแสไฟมากขึ้นประเทศกำลังพัฒนาไม่เพียงเพิ่มความพร้อมใช้ไฟฟ้าให้กับประชากรของตนเท่านั้น แต่การใช้ไฟฟ้าของโครงสร้างพื้นฐานการคมนาคมที่มีอยู่กำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็วภายในปี 2583 รถยนต์มากกว่าครึ่งหนึ่งบนท้องถนนคาดว่าจะใช้พลังงานไฟฟ้า

ประวัติโดยย่อของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่เป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันของเรามาเป็นเวลานานแบตเตอรี่ที่แท้จริงก้อนแรกของโลกถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1800 โดยนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Alessandro Voltaสิ่งประดิษฐ์นี้ถือเป็นความก้าวหน้าอันน่าทึ่ง แต่นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ก็มีนวัตกรรมที่สำคัญเพียงไม่กี่อย่างเท่านั้น

แบตเตอรี่แบบแรกคือแบตเตอรี่ตะกั่วกรดซึ่งประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2402 นี่เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ก้อนแรกและยังคงเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้กันทั่วไปในการสตาร์ทเครื่องยนต์สันดาปภายในในปัจจุบัน

ในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมามีการออกแบบแบตเตอรี่ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ แต่จนกระทั่งถึงปี 1980 ผู้เปลี่ยนเกมอย่างแท้จริงได้ถูกสร้างขึ้นนั่นคือช่วงเวลาที่ความก้าวหน้าของมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดและมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดนำไปสู่การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนSony จำหน่ายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนตัวแรกในปี 1991

มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับลิเธียม?

ลิเธียมเป็นโลหะพิเศษในหลายๆ ด้านมันเบาและนุ่ม — นุ่มมากจนสามารถตัดด้วยมีดทำครัวได้ และมีความหนาแน่นต่ำมากจนลอยอยู่บนน้ำนอกจากนี้ยังแข็งตัวในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย โดยมีจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดแห่งหนึ่งในบรรดาโลหะทั้งหมดและมีจุดเดือดสูง

เช่นเดียวกับโลหะอัลคาไลอื่นๆ โซเดียม ลิเธียมทำปฏิกิริยากับน้ำในรูปแบบฉูดฉาดคอมโบของ Li และ H2O ก่อให้เกิดลิเธียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจน ซึ่งโดยทั่วไปจะระเบิดเป็นเปลวไฟสีแดง

มีหลายแง่มุมด้วยกัน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ความปลอดภัยตลอดกระบวนการออกแบบ รวมถึงโครงสร้างแบตเตอรี่ที่ปลอดภัย วัตถุดิบที่ปลอดภัย ฟังก์ชั่นการป้องกัน และการรับรองความปลอดภัยเมื่อสัมภาษณ์โดย China Electronics News นาย Su Jinran รองหัวหน้าวิศวกร กล่าวว่าความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์เริ่มต้นในการออกแบบผลิตภัณฑ์ ดังนั้นการเลือกวัสดุอิเล็กโทรด ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกสำหรับการออกแบบแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยสำหรับวัสดุแอโนดของแบตเตอรี่ วัสดุแบบไตรภาค ลิเธียมแมงกานีสและลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบแบตเตอรี่และให้ประสิทธิภาพที่น่าพอใจ มีความปลอดภัยมากกว่าลิเธียมโคบอลต์เทตและลิเธียมนิกเกิลแบบดั้งเดิม

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับความนิยมเนื่องจากมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการเหนือเทคโนโลยีของคู่แข่ง:

● โดยทั่วไปแล้วจะเบากว่าแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟประเภทอื่นๆ ที่มีขนาดเท่ากันมากอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำจากลิเธียมและคาร์บอนน้ำหนักเบาลิเธียมยังเป็นองค์ประกอบที่มีปฏิกิริยาสูง ซึ่งหมายความว่าพลังงานจำนวนมากสามารถเก็บไว้ในพันธะอะตอมได้ซึ่งส่งผลให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานสูงมากนี่เป็นวิธีในการรับมุมมองเกี่ยวกับความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ 150 วัตต์-ชั่วโมงในแบตเตอรี่ 1 กิโลกรัมชุดแบตเตอรี่ NiMH (นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์) สามารถกักเก็บพลังงานได้ 100 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม แม้ว่า 60 ถึง 70 วัตต์-ชั่วโมงอาจเป็นเรื่องปกติมากกว่าก็ตามแบตเตอรี่ตะกั่วกรดสามารถเก็บพลังงานได้เพียง 25 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัมเมื่อใช้เทคโนโลยีกรดตะกั่ว จะต้องใช้เวลา 6 กิโลกรัมในการกักเก็บพลังงานในปริมาณเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 1 กิโลกรัมที่สามารถจัดการได้นั่นเป็นความแตกต่างอย่างมาก [ที่มา: ทุกอย่าง2.com ]

● พวกเขารับผิดชอบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสูญเสียประจุเพียง 5 เปอร์เซ็นต์ต่อเดือน เทียบกับแบตเตอรี่ NiMH ที่สูญเสีย 20 เปอร์เซ็นต์ต่อเดือน

● ไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องคายประจุจนหมดก่อนที่จะชาร์จใหม่ เช่นเดียวกับเคมีของแบตเตอรี่อื่นๆ

● แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถรองรับรอบการชาร์จ/คายประจุได้หลายร้อยรอบ

● ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่มีตำหนิพวกเขามีข้อเสียบางประการเช่นกัน:

● พวกมันเริ่มเสื่อมคุณภาพทันทีที่ออกจากโรงงานโดยจะมีอายุการใช้งานเพียงสองหรือสามปีนับจากวันที่ผลิตไม่ว่าคุณจะใช้หรือไม่ก็ตาม

● มีความไวต่ออุณหภูมิสูงมากความร้อนทำให้ชุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติมาก

● หากคุณคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจนหมด แบตเตอรี่จะเสียหาย

● แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต้องมีคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดเพื่อจัดการแบตเตอรี่ทำให้มีราคาแพงกว่าที่เคยเป็นมา

● มีโอกาสเล็กน้อยที่หากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้งานไม่ได้ แบตเตอรี่จะลุกไหม้

การตั้งค่ามาตรฐานตามนวัตกรรม

เนื่องจากความซับซ้อนในกลไกความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบต่อความปลอดภัยหลังจากนำแบตเตอรี่กลับมาใช้ใหม่ กระบวนการทำความเข้าใจความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและการกำหนดมาตรฐานจึงควรเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปและก้าวหน้าและควรพิจารณาการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคนิคการควบคุมภายนอกด้วยซูแนะนำว่าเป็นการตั้งค่า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มาตรฐานความปลอดภัยเป็นงานที่ต้องใช้เทคนิคสูง ทั้งผู้เชี่ยวชาญด้านการตั้งค่ามาตรฐานจากหน่วยงานกำหนดมาตรฐานแบตเตอรี่และผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคจากอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ ผู้ใช้ และพื้นที่ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ควรมีส่วนร่วมในกระบวนการนี้ รวมถึงงานตรวจสอบเชิงทดลองด้วย

นายซุน ชวนห่าว วิศวกรอาวุโสจากสถาบันมาตรฐานอิเล็กทรอนิกส์แห่งประเทศจีน กล่าวว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็นประเภทพลังงานและประเภทพลังงานได้เนื่องจากผลิตภัณฑ์ทั้งสองนี้มีความแตกต่างในด้านวัสดุและโครงสร้างการออกแบบ วิธีการทดสอบและข้อกำหนดจึงไม่เหมือนกัน แม้ว่าจะอยู่ภายใต้เงื่อนไขความปลอดภัยเดียวกันก็ตามแบตเตอรี่แบบพกพาที่เรียกว่าแบตเตอรี่พกพาอยู่ในประเภทพลังงาน รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ในโทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป กล้องดิจิทัล และกล้องวิดีโอ ในขณะที่แบตเตอรี่ประเภทพลังงานมีไว้สำหรับเครื่องมือไฟฟ้า จักรยานไฟฟ้า และยานพาหนะไฟฟ้า

จากข้อมูลขององค์กรวิจัย BloombergNEF ราคาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยเฉลี่ยโดยปริมาตร (ซึ่งรวมถึงเซลล์และแพ็ค) ลดลง 85% จากปี 2010-18 สู่ระดับเฉลี่ย 176 ดอลลาร์/kWhBloombergNEF คาดการณ์เพิ่มเติมว่าราคาจะลดลงเหลือ 94 ดอลลาร์/kWh ภายในปี 2567 และ 62 ดอลลาร์/kWh ภายในปี 2573

เส้นต้นทุนที่ลดลงนี้มีผลกระทบที่สำคัญต่อบริษัทใดๆ ที่ใช้แบตเตอรี่ในการให้บริการ หรือสำหรับบริษัทที่ต้องการกักเก็บพลังงาน (เช่น ผู้ผลิตไฟฟ้า)ปัจจุบัน ยอดขายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่อยู่ในกลุ่มสินค้าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แต่ยอดขายในอนาคตจะถูกขับเคลื่อนด้วยรถยนต์ไฟฟ้ามากขึ้น

รถยนต์ส่วนใหญ่บนท้องถนนในปัจจุบันยังคงใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดและเครื่องยนต์สันดาปภายในแต่ยอดขายรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนั้นเพิ่มขึ้นมากกว่าสิบเท่าในช่วงห้าปีที่ผ่านมานอกจากนี้ ประเทศต่างๆ จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังกำหนดการห้ามใช้รถยนต์ในอนาคตโดยอิงจากการเผาไหม้ภายใน โดยคาดหวังว่าในที่สุดยานพาหนะไฟฟ้าจะครองการขนส่งส่วนบุคคล

แน่นอนว่าสิ่งนี้หมายถึงความต้องการแบตเตอรี่ที่เพิ่มมากขึ้นในอนาคตมากจนผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า Tesla ร่วมมือกับ Panasonic กำลังลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์เพื่อสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแห่งใหม่อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในสหรัฐฯ ก็มีส่วนแบ่งตลาดตามหลัง

ตลาดการเติบโตที่เกี่ยวข้องสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่ในการใช้งานในอุตสาหกรรมหนัก เช่น รถยก เครื่องกวาดและเครื่องฟอก การใช้งานสนับสนุนภาคพื้นดินในสนามบิน และยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ (AGV)ในอดีต การใช้งานเฉพาะกลุ่มเหล่านี้ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดและเครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่เศรษฐศาสตร์ได้เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วโดยหันมานิยมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ประเทศจีนในที่นั่งคนขับ

จากการวิเคราะห์ของ BloombergNEF ในช่วงต้นปี 2019 มีกำลังการผลิตเซลล์ลิเธียมทั่วโลกอยู่ที่ 316 กิกะวัตต์-ชั่วโมง (GWh)ประเทศจีนมีกำลังการผลิต 73% ของกำลังการผลิตนี้ ตามมาด้วยสหรัฐอเมริกา ซึ่งตามหลังมากเป็นอันดับสองด้วยกำลังการผลิต 12% ทั่วโลก

กำลังการผลิตทั่วโลกคาดว่าจะเติบโตอย่างแข็งแกร่งภายในปี 2568 เมื่อ BloombergNEF คาดการณ์กำลังการผลิตทั่วโลกที่ 1,211 GWhกำลังการผลิตในสหรัฐอเมริกาคาดว่าจะเติบโต แต่ช้ากว่ากำลังการผลิตทั่วโลกดังนั้นส่วนแบ่งการผลิตเซลล์ลิเธียมทั่วโลกของสหรัฐอเมริกาจึงคาดว่าจะหดตัว

Tesla พยายามแก้ไขปัญหานี้ด้วยการสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่ของตัวเอง แต่สำหรับบริษัทที่ผลิตแบตเตอรี่ประเภทนี้หลายประเภท เช่น OneCharge ในแคลิฟอร์เนีย การค้นหาซัพพลายเออร์ในท้องถิ่นถือเป็นเรื่องท้าทายเมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันได้พูดคุยกับ Alex Pisarev ซีอีโอของ OneCharge ซึ่งเน้นย้ำถึงความท้าทายที่บริษัทของเขาต้องเผชิญ:

“ผู้ผลิตในอเมริกายินดีใช้เซลล์ลิเธียมไอออนที่ผลิตในสหรัฐฯ” Pisarev บอกฉัน “แต่ในปัจจุบันนี้ไม่เป็นความจริงดังนั้นเราจึงต้องนำเข้ามันจากประเทศจีนต่อไป”

จีนกำลังใช้เส้นทางเดียวกันกับแผงโซลาร์เซลล์ก่อนหน้านี้ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์ถูกคิดค้นโดยวิศวกรชาวอเมริกัน Russell Ohl แต่ปัจจุบันจีนครองตลาดแผงโซลาร์เซลล์ทั่วโลกขณะนี้จีนกำลังมุ่งเน้นไปที่การควบคุมการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของโลก

จะดีกว่าไหมที่จะมีเทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ถูกที่สุด แม้ว่านั่นจะหมายถึงการยอมจำนนต่อการผลิตให้กับประเทศอื่นก็ตามราคาแผงโซลาร์เซลล์ที่ต่ำได้ช่วยผลักดันการเติบโตของพลังงานแสงอาทิตย์ PV ใหม่ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และนั่นก็ช่วยสนับสนุนงานจำนวนมากในสหรัฐฯ ด้วยเช่นกันแต่แผงพวกนี้ส่วนใหญ่ผลิตในจีนฝ่ายบริหารของทรัมป์ได้พยายามที่จะแก้ไขปัญหานี้ด้วยการกำหนดภาษีสำหรับแผงโซลาร์เซลล์นำเข้า แต่ภาษีเหล่านี้ได้รับการคัดค้านอย่างรุนแรงจากอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกา

จีนมีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือแรงงานราคาถูก ซึ่งทำให้จีนสามารถครองอุตสาหกรรมการผลิตจำนวนมากได้แต่จีนยังมีปริมาณสำรองลิเธียมมากกว่าและมีการผลิตลิเธียมมากกว่าสหรัฐอเมริกามาก ในปี 2561 การผลิตลิเธียมของจีนอยู่ที่ 8,000 ตัน ซึ่งเป็นอันดับสามในบรรดาประเทศทั้งหมด และเกือบสิบเท่าของการผลิตลิเธียมของสหรัฐฯปริมาณสำรองลิเธียมของจีนในปี 2561 อยู่ที่ 1 ล้านเมตริกตัน เกือบ 30 เท่าของระดับของสหรัฐอเมริกา

เส้นทางข้างหน้า

แนวโน้มดังกล่าวส่งสัญญาณว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมาแทนที่แบตเตอรี่ตะกั่วกรดในภาคการขนส่งและเครื่องจักรกลหนักมากขึ้นนี่คือการพัฒนาที่สำคัญในโลกที่ต้องต่อสู้กับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นประวัติการณ์

แต่ด้วยความได้เปรียบทั้งในด้านต้นทุนการผลิตและความพร้อมของวัตถุดิบ สหรัฐฯ จะสามารถแข่งขันกับจีนในตลาดโลกได้หรือไม่?ถ้าไม่เช่นนั้น เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีจำนวนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ หมดอายุการใช้งาน สหรัฐอเมริกาจะสามารถพัฒนาตลาดที่มีการแข่งขันสำหรับลิเธียมรีไซเคิลได้หรือไม่

นี่เป็นคำถามสำคัญที่ต้องแก้ไข

ยังไม่ชัดเจนว่าจีนจะจัดการกับความท้าทายดังกล่าวอย่างไร แต่ด้วยการแสวงหาลิเธียมอย่างไม่หยุดยั้ง และความสำคัญเชิงกลยุทธ์ที่จีนแนบไปกับโลหะ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะพบวิธีแก้ปัญหาในหลาย ๆ ด้าน การที่จีนยอมรับการขนส่งสีเขียวเป็นสิ่งที่ดี เนื่องจากเป็นการขยายความสนใจในภาคส่วนนี้ และกระตุ้นให้ประเทศคู่แข่งพยายามไล่ตามส่วนแบ่งของอุปทานลิเธียมและตลาดแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้อันตรายก็คือพวกเขายังคงล้าหลัง ปล่อยให้จีนผูกขาดสิ่งที่อาจกลายเป็นภาคการขนส่งกระแสหลักในไม่ช้า

ติดตามฉันต่อไป ทวิตเตอร์ หรือ ลิงค์อิน .ตรวจสอบของฉัน เว็บไซต์ หรืองานอื่นๆ ของฉันที่นี่