Литиевойонни батерии

Литиевойонни батерии, статискика, прогнози, пазар

Интересни неща се случват на пазара на литиевойонни батерии в световен мащаб. За съжаление твърде малко компании правят обстойни проучвани и прогнози. Към момента най-подробните данни се предоставят от Grand View Research. Изследванията им включват обобщаващи данни за потреблението на литиевойонните батерии в световен мащаб.

Защо е интересно?

Определено си заслужава да следим тенденциите. До скоро САЩ бяха без алтернатива в налагането на батерии за електрокари и електрически складови машини на пазара. Беше лесно, каквото става в щатите, след някой и друг месец се случва и на пазара в Европа. За добро или не, посоката е ясна. По средата на периода (2024г) Китай, САЩ, големите икономики на Южна Америка и арабските страни, слагат Европа в малкия си джоб.

Какво казват числата?

В графиката са посочени данните до 2023 г. и прогноза за периода до 2030г. През 2022 г., глобалният размер на перспективите за пазара на литиевойонни батерии (всички видове) е бил оценен на 43 390,5 милиарда щатски долара се очакваръст със сложен годишен темп на растеж (CAGR) от 19,2% от 2023 до 2030г.

Глобална статистика на пазара на литиевойонни батерии, 2018-2030 г. ( USD/млрд.)

Отчитайки това, че литиевойонните батерии бяха технология, която навлезе преди около 7-8 години, може да видим плавното нарастване до тази година. Дали прогнозираният разтеж ще се реализира предстои да разберем.

Нека да видим кои са водещите:

Китай, ОАЕ, Саудитска Арабия, Аржентина, Бразилия, САЩ. Това са the big 6. За Китай няма никаква изненада. Държат концесиите на най-големите находища на литий в Южна Америка и избощо се справят чудесно с логистиката в целия цикъл добив-производство-готов продулт-доставка-рециклиране. За съжаление не съм съвсем наясно какви точно регулации има пазара там.

Говорим за пари, но срещу тези пари стои реален енергиен капацитет

Какво означава това? Общият капацитет на инсталираните литиевойонни батерии в световен мащаб възлиза на 2,225 TWh през 2023 г. Тази цифра се очаква да достигне 3,5  до края на 2024 г. Към ноември тази година е била 3,476 TWh.

Игра с числа

Да си припомним, че 1 TW е равен на 1 000 000 000 000 W. За да придобием представа за общия енергиен капацитет ще дам още няколко примерa:

1. Електромобили: 1 TWh може да осигури енергия за около 5 милиона електрически автомобила, ако приемем, че всеки автомобил консумира около 200 кВтч за всеки  1,000 километра пробег (оптимален вариант);
2. Обикновени батерии тип 2 АА.  Сметката е проста – 1 батерийка е с капацитет 2,5 W, следователно цялата тази енергия можем да я приравним на 1,4 трилиона батерийки тип АА;

От  посочените данни е ясно, че към момента този вид енергия е доста сегментирана, ще видим по-нататък как ще се развива.  Дори и да си утрои капацитета (според прогнозите), приложението отново ще е ограничено, поради високата цена. Чудесно е, че има и още много други технологии, които тепърва ще се налагат.

Видове

Литиевойонните батерии са няколко вида – литиевополимерни, литиево-железо-фосфатни и литиевойонни.

Литиево-железофосфатни батерии

Тоиз тип се батерии се ползват при електромобили, при електокари и складова техника  за това нека ги разгледаме малко по-подробно.  Да видим на какъв принцип работят, каква е структурата им и химичният състав. Така и така даваме една камара пари за тях 🙂

 

LiFePO4 батерията, се състои от катод, направен от литиево-железен фосфат, анод, обикновено съставен от графит, и електролит, който улеснява потока на литиеви йони между двата електрода. Кристална структура на LiFePO4 позволява стабилно освобождаване и поглъщане на литиеви йони по време на всеки цикъл заряд-разряд.

Катодът в LiFePO4 батерия се състои основно от литиево-железен фосфат, който е известен със своята висока термична стабилност и безопасност в сравнение с други материали като кобалтов оксид, използвани в традиционните литиево-йонни батерии. Анодът се състои от графит, често срещан избор поради способността му да вмъква ефективно литиевите йони. Електролитът, използван в този тип батерии  е незапалим органичен разтворител или полимерен гел, който позволява движението на литиевите йони.

Предимства и недостатъци

Предимства:

1. Високата термична стабилност на LiFePO4 батериите е значително предимство пред другите видове литиеви батерии. Това  намалява риска от термични реакции, които могат да доведат до пожари или експлозии на батерията. Предпочитани за приложения, където безопасността е от първостепенно значение, като например в индустриални батерии (електрокари/ AGV батерия) или система за съхранение на енергия (C&I ESS/морска ESS), където се използват големи пакети батерии;.
2. Притежават дълъг цикъл на живот в сравнение с традиционните литиевойонни батерии. Благодарение на здравата кристална структура на литиево-железния фосфат,  могат да издържат хиляди цикли на зареждане-разреждане с минимално намаляване на капацитета. Тази дълготрайност ги прави рентабилни решения за приложения, изискващи надеждни източници на захранване за продължителен период от време.
3. LiFePO4 батериите се считат за по-щадящи околната среда. В тях не се влагат тежки метали като кобалт или никел, намиращи се в конвенционалните литиевойонни клетки. Този екологичен аспект ги прави добър избор за решения за устойчиво съхранение на енергия.

Недостатъци:

1. По-ниска енергийна плътност в сравнение с други литиеви батерии. Забележителен недостатък на LiFePO4 батериите е тяхната по-ниска енергийна плътност в сравнение с други видове базирани, които съдържат химикали като никел-кобалт-алуминиев оксид (NCA) или никел-манган-кобалтов оксид (NMC). По-ниска енергийна плътност се изразява в намалени специфични енергийни нива на единица тегло или обем.
2. По-високи разходи. Друг недостатък е относително по-високата им производствена цена в сравнение със стандартните литиевойонни опции ( никел или кобалт) Производственият процес за качествени LiFePO4 клетки включва усъвършенствани производствени техники и материали, които допълнително оскъпяват. Човешкият фактор, като труд също е от значение.
3. Изследване на химията и структурата на литиевойонните батерии. В една Li-on батерия, катодът е направен от литиево-кобалтов оксид (LiCoO2), докато анодът е от графит. Електролитът обикновено е литиева сол, разтворена в разтворител, улесняваща движението на литиевите йони между катода и анода по време на циклите на зареждане и разреждане. Този уникален електролитен състав позволява ефективен трансфер на енергия в клетката на батерията. За това и този тип батерии са най-лесни и оптимални за рециклиране. Защото може да се изпари електролита без да причинява вреди на околната среда и без да замърсява атмосферата.

Няколко думи за рециклирането като цяло

Факт е, че рециклирането на батериите куца най-много заради регулациите. Както вече знаем, различните видове литиевойонните батерии с голям капацитет са с различен електролит. В тази статия съм се спряла по-подробно на проблема с рециклирането им. накратко, няма единен алгоритъм за това. А това си остава сериозен проблем. При това не толкова зелен. Бъдещето ще покаже, доколко и как ще се реализиарт прогнозите.