چرا باتری‌های لیتیوم-یون در الکترونیک مصرفی، خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی غالب هستند؟

باتری‌های لیتیوم-یون (باتری‌های ثانویه) در عرض کمی بیش از سی سال، از ابتدا توسعه سریعی را تجربه کرده‌اند و به صنعت گسترده و متنوع باتری لیتیوم تبدیل شده‌اند که به طور گسترده استفاده می‌شود، عملکرد بالایی دارد، سازگار با محیط زیست است و ارتباط نزدیکی با تولید و زندگی روزمره ما دارد. این امر باعث ایجاد یک بازار هزار میلیارد دلاری و صنعت انرژی جدید باتری لیتیوم با چشمانداز بسیار گسترده توسعه شده است.

باتری‌های لیتیوم-یون کاربردهای گسترده‌ای دارند که می‌توان آنها را در دسته‌های اصلی زیر خلاصه کرد: الکترونیک مصرفی (باتری لیتیوم-یون دیجیتال) , وسایل نقلیه نوین انرژی (باتری لیتیوم-یون قدرت) ، و ایستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی (باتری لیتیوم-یون ذخیره‌سازی انرژی) . این سه حوزه کاربرد، بخش عمده‌ای از مصارف باتری لیتیوم-یون را تشکیل می‌دهند. در ادامه، آنها را بر اساس سناریوهای مختلف کاربردی معرفی خواهیم کرد.

الف. باتری‌های لیتیوم-یون دیجیتال

در حال حاضر، کاربرد باتری‌های لیتیوم-یون در الکترونیک مصرفی نسبتاً بالغ شده است و محصولات مرتبط به سرعت به‌روزرسانی و جایگزین می‌شوند؛ بنابراین نیازهای مربوط به عمر باتری لیتیوم به‌ویژه زیاد نیست. تمرکز اصلی تحقیق و توسعه باتری‌های دیجیتال لیتیوم-یون، بهبود انرژی ویژه، توان ویژه و ایمنی است تا عمر باتری دستگاه‌های الکترونیکی افزایش یابد و سرعت شارژ و عملکرد ایمنی بهبود پیدا کند. برای دستیابی به این هدف، دانشمندان در حال بررسی استفاده از سیلیکون دوپه‌شده با گرافیت برای دستیابی به انرژی ویژه بالاتر باتری هستند، در عین حال با افزودن مواد دارای هدایت الکتریکی و یونی بالا به مواد الکترود و استفاده از جداکننده‌های سرامیکی، سرعت شارژ و عملکرد ایمنی باتری را بهبود می‌دهند.

کاربردهای رایج باتری‌های دیجیتال لیتیوم-یون شامل: لپ‌تاپ، تلفن‌های هوشمند، ساعت‌های هوشمند، دستبند هوشمند، تبلت، پهپاد، هدست بلوتوثی، بلندگوی بلوتوثی، پاوربانک، دوربین‌های اکشن، سیگارهای الکترونیکی، محصولات بزرگسالان و غیره.

II. باتری‌های لیتیوم-یون قدرت

با تکامل فزاینده زنجیره صنعتی باتری لیتیوم-یون در کشور من و تشدید رقابت در این صنعت، باتری‌های لیتیوم-یون قدرت کشور من در حال حاضر دارای مزیت قابل توجهی از نظر هزینه هستند. در زمینه خودروهای نیروی جدید، هزینه‌های تولید و بهره‌برداری باتری‌های لیتیوم-یون اکنون با سیستم‌های قدرت موتور احتراقی رقابت می‌کنند. از نظر هزینه‌های بهره‌برداری، با مصرف ۲۰ کیلووات‌ساعت (kWh) در هر ۱۰۰ کیلومتر، هزینه شارژ باتری تنها حدود ۲۰ یوان است، در حالی که بر اساس قیمت بنزین، هزینه سوخت در هر ۱۰۰ کیلومتر ممکن است از ۵۰ یوان فراتر رود. در سال ۲۰۲۴، سهم فروش ماهانه خودروهای نیروی جدید در کشور من برای اولین بار از خودروهای بنزینی پیشی گرفت که نشان‌دهنده تبدیل شدن خودروهای نیروی جدید به محصول اصلی بازار و یک نقطه عطف مهم در دگرگونی و تحول صنعت خودروسازی جهانی است.

کاربردهای باتری‌های لیتیومی قدرت شامل: خودروهای برقی انرژی نو، کشتی‌های برقی انرژی نو، هواپیماهای برقی، اتوبوس‌های برقی، ربات‌های هوشمند، سگ‌های رباتی هوشمند، وسایل نقلیه لجستیک هوشمند ( AGVs)، راکب‌های برقی، دوچرخه‌های برقی، عراده‌های برقی سه چرخ، عراده‌های گلف برقی، وسایل نقلیه گردشگری برقی و غیره.

III. باتری‌های لیتیومی ذخیره‌سازی انرژی

طرح بلندبرد برای یک سیستم انرژی جدید متمرکز بر باتری‌های لیتیومی به طور مداوم در حال گسترش است و دارای امکانات بی‌نهایتی است. با پیشرفت اهداف "دوگانه کربن"، ساختار انرژی کشور ما به طور مداوم در حال تحول به سمت مدلی سبز و کم‌کربن است. تا پایان سال ۲۰۲۴، ظرفیت نصب شده تجمعی ذخیره‌سازی انرژی نو در کشور من بیش از ۷۰ گیگاوات‌ساعت (GWh) بوده است، معادل تقریباً ۲۰ برابر مقدار آن در پایان دوره برنامه پنجم پنج‌ساله. این انقلاب ذخیره‌سازی انرژی تنها یک رقابت فناورانه نیست، بلکه یک چیدمان استراتژیک برای امنیت ملی انرژی کشور من نیز محسوب می‌شود.

سناریوهای کاربرد باتری‌های لیتیومیونی مورد استفاده در ذخیره‌سازی انرژی شامل: ذخیره‌سازی انرژی در سمت تولید – نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی فتوولتائیک، نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی بادی، نیروگاه‌های تنظیم فرکانس AGC و غیره؛ ذخیره‌سازی انرژی در سمت شبکه – ذخیره‌سازی انرژی در پست‌های تبدیل، نیروگاه‌های مجازی، نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی برای برش اوج و تنظیم فرکانس و غیره؛ ذخیره‌سازی انرژی در سمت مصرف‌کننده – ایستگاه‌های شارژ خورشیدی با قابلیت ذخیره‌سازی، نیروگاه‌های ذخیره‌سازی خانگی، منابع تغذیه پشتیبان، منابع تغذیه قابل حمل برای ذخیره‌سازی انرژی و غیره

چهارم: سایر سناریوهای کاربرد باتری‌های لیتیومیونی

کاربردهای نظامی: تامین برق عملیات میدانی، منابع تغذیه فردی سربازان، تامین برق تجهیزات اکتشافی، تامین برق لباس و کفش مقاوم در برابر سرما، تامین برق سلاح‌های با انرژی بالا و غیره

حوزه پزشکی : سونوگرافی قابل حمل، دستگاه نگهبانی فشار خون قابل حمل، اکسیمتر پالس پوشیدنی، مانیتور دستی، الکتروکاردیوگرام تک‌سرنوشت پوشیدنی و غیره

لیتیوم، ماده اولیه اصلی باتری‌های لیتیومی، از давام مدت به عنوان " نفت سفید " شناخته می‌شود و یک عنصر فلزی ضروری برای توسعه خودروهای انرژی جدید و ذخیره‌سازی انرژی شیمیایی نوین است. اهمیت آن قابل مقایسه با نفت در عصر الکتریکی است. تحلیل‌گران صنعت معتقدند که همان‌طور که نفت عصر سوخت فسیلی را رقم زد، باتری‌های لیتیومی انقلاب جدید انرژی را هدایت خواهند کرد.