Լիթիում-իոնային մարտկոցների ամբողջական ուղեցույց՝ հզորության, սպառողական և էներգիայի պահեստավորման կիրառություններ

Լիթիում-իոնային մարտկոցները կարող են բաժանվել փոքր սպառողական լիթիումային մարտկոցների (3C), սնուցման լիթիում-իոնային մարտկոցների և խոշոր էներգիայի պահեստավորման մարտկոցների՝ կախված դրանց վերջնական կիրառություններից:

I. Ուժային մարտկոց

Ուժային մարտկոցները մարտկոցներ են, որոնք էներգիա են տրամադրում ուժային սարքերին և ներկայումս արագորեն աճող կիրառման ոլորտ են ներկայացնում լիթիում-իոնային մարտկոցների համար: Դրանք լայնորեն օգտագործվում են նոր էներգիայով ավտոմեքենաներում, էլեկտրական գործիքներում, էլեկտրական հեծանիվներում և այլն: Ուժային մարտկոցները նաև էներգակուտակիչ մարտկոցների տեսակ են, որոնք հիմնականում օգտագործվում են էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում: Քանի որ ավտոմեքենաների չափսերը և զանգվածը սահմանափակ են, ինչպես նաև արագացման պահանջներ կան, ուժային մարտկոցները ավելի բարձր շահագործման պահանջներ են ներկայացնում, քան սովորական էներգակուտակիչ մարտկոցները: Այդ պահանջներին են դասվում՝ ավելի բարձր էներգախտություն, ավելի արագ լիցքավորման արագություն և ավելի մեծ արտանետման հոսանքներ, մինչդեռ սովորական էներգակուտակիչ մարտկոցների դեպքում այդպիսի խիստ պահանջներ չկան:

1. Ապրանքի հատկանիշներ

Ուժային տիպի լիթիում-իոնային մարտկոցների համար անհրաժեշտ են ավելի շատ դատողություններ լիցքավորման արագության, ընթացային հեռավորության, հուսալիության և համաձայնեցվածության վերաբերյալ՝ հաշվի առնելով երկարաժամկետ պահանջները (առնվազն 5-10 տարի)։ Էներգախտություն. Մարտկոցի տուփը կազմում է մոտ 25% մեքենայի զանգվածից, և մարտկոցի զանգվածի փոփոխությունները անմիջապես ազդում են մեքենայի էներգասպառության վրա։ Նույն լիցքի դեպքում ավելի բարձր էներգախտությամբ մարտկոցի տուփը ապահովում է ավելի երկար ընթացային հեռավորություն։ Լիցքավորման արագություն. Լիցքավորման արագությունը նույնպես կարևոր ցուցանիշ է ներկայիս ուժային մարտկոցների համար։ Հիմնական մարտկոցների արտադրողները նախագծում են 4C-ից 6C կամ ավելի բարձր լիցքավորման արագություններ՝ նվազեցնելու սպասման ժամանակը։ Անվտանգություն և համաձայնեցվածություն. Ուժային մեքենաների մարտկոցակազմերը օգտագործում են մեծ քանակով մարտկոցներ, որոնք միացված են հաջորդաբար և զուգահեռ։ Իդեալական դեպքում ուժային մարտկոցի անսարքության հավանականությունը (անվտանգություն, պահպանում, ցիկլային կյանք և այլն) պետք է լինի մեկից պակաս հարյուր միլիոնից։ Եթե այս հավանականությունը շարունակականորեն ցածր է, մարտկոցը հակ tendency է ունենալ ավելցուկային լիցքավորման և ավելցուկային լիցքի կորստի՝ կարող է հանգեցնել անվտանգության խնդիրների։

2. Դրական էլեկտրոդի տեսակը.

Ներկայումս շուկայում հիմնական էլեկտրական մարտկոցների տեսակներն են եռակի լիթիումային մարտկոցները, LiFePO4 մարտկոցները և LiMn2O4 մարտկոցները: Ընդհանուր էլեկտրական մարտկոցների համատեղելիության տեսանկյունից՝ շուկայում գերակշռում են եռակի լիթիումային և LiFePO4 մարտկոցները: Իհարկե, էլեկտրական մարտկոցների ոլորտում նշանակալի է մեկ այլ կաթոդային նյութ՝ NCA (նիկել-կոբալտ-ալյումին) (8:1,5:0,5), որն ունի բարձր միավորների էներգային խտություն, սակայն նաև շատ բարձր մուտքային արգելակներ:

II. Սպառողական մարտկոցներ

Լիթիում-իոնային մարտկոցների համար սպառողական մարտկոցները մեկ այլ կարևոր կիրառման ոլորտ են: Լիթիում-իոնային սպառողական մարտկոցները հիմնականում օգտագործվում են սպառողական էլեկտրոնիկայի արտադրանքներում, ինչպիսիք են բջջային հեռախոսները, նոթբուքները, թվային լուսանկարչական ապարատները, թվային տեսախցիկները, էլեկտրական էներգիայի բանկերը և էլեկտրական խաղալիքները՝ այսպես կոչված «3C արտադրանքները»՝ լիթիում-իոնային մարտկոցային էլեմենտների և մոդուլների համար: Դրանք հիմնականում բաժանվում են գլանաձև, պրիզմային և պոլիմերային մարտկոցների: Գլանաձև լիթիում-իոնային մարտկոցներն ունեն ավելի մեծ տրամագիծ, ինչը սահմանափակում է վերջնական սպառողական էլեկտրոնային արտադրանքների հաստությունը, իսկ պրիզմային լիթիում-իոնային մարտկոցներն ունեն համեմատաբար ֆիքսված դիզայն և դժվար են թույլատրում նրանց հաստության նվազեցում: Ուստի այս երկու տեսակի լիթիում-իոնային մարտկոցներն էլ չեն կարող բավարարել որոշ սպառողական էլեկտրոնային արտադրանքների համար բարակ, թեթև, փոփոխական չափսի մարտկոցների պահանջները: Պոլիմերային մարտկոցները օգտագործում են ալյումին-պլաստիկ թաղանթ որպես կազմ, ինչը դարձնում է դրանք թեթև, անվտանգ և առաջարկում ավելի ճկուն դիզայնի տարբերակներ ու բարձր էներգախտություն, դարձնելով այն ավելի հարմար սպառողական էլեկտրոնային արտադրանքների համար բարակ, թեթև, փոփոխական չափսի և անվտանգ մարտկոցների պահանջների համար: Ուստի պոլիմերային մարտկոցները ներկայումս ամենատարածված տեսակի սպառողական լիթիում-իոնային մարտկոցներն են: Սպառողական մարտկոցների արդյունաբերությունը հասունացած է, և ընդհանուր պահանջարկը համեմատաբար կայուն է:

1. Ապրանքի հատկանիշներ

Սպառողական լիթիում-իոնային մարտկոցները համեմատաբար պակաս խիստ շահագործման պայմաններ ունեն և չեն պահանջում երկարաժամկետ հուսալիություն: Նրանք սովորաբար օգտագործվում են առանձին և չեն պետք զուգավորվել այլ մարտկոցների հետ, ուստի համապատասխանության պահանջները շատ բարձր չեն: Այնուամենայնիվ՝ սպառողական ապրանքների, ինչպիսիք են հեռախոսներն ու պլանշետները, սահմանափակ տարածքի և թանկարժեքության պատճառով սպառողական լիթիում-իոնային մարտկոցները չափսի, տարողության և էներգախտության նկատմամբ խիստ պահանջներ են առաջադրում: Բարձրակարգ սպառողական մարտկոցները օգտագործում են ամենաառաջադեմ տեխնոլոգիաներն ու նյութերը, մինչդեռ ուժային մարտկոցների համար ավելի առաջադեմ պետք է լինեն պրոցեսների կառավարումը, համապատասխանության վերահսկումը և որակի կառավարումը: Սպառողական ապրանքների համար շրջանառության կյանքի պահանջները այնքան երկար չեն, որքան ուժային մարտկոցների և էներգակուտակիչների համար: Օրինակ՝ 2-3 տարի օգտագործելուց հետո մենք նկատում ենք, որ հեռախոսի մարտկոցի տարողությունը նվազել է մինչև 80%, հիմնականում այն պատճառով, որ մեծամասնությամբ հեռախոսները օրական մեկ կամ երկու անգամ են լիցքավորվում: Սա նշանակում է, որ հեռախոսի տարողությունը 3 տարուց պակաս ժամանակահատվածում ընկնում է 80%-ից ներքև, և այդ պահին կա՛մ պետք է մարտկոցը, կա՛մ հեռախոսը փոխարինվի:

2. Դրական էլեկտրոդի տեսակը.

Լիթիում-կոբալտտի օքսիդը (LCO) դեռևս գերիշխում է սպառողական մարտկոցների շուկայում: Չնայած եռակի NCM-ը (Ոչ լիթիում-կոբալտ օքսիդ) առաջարկում է բարձր տեսակարար տարողություն, բայց այն հեշտությամբ չի փոխարինում LCO-ին՝ բարձր լարման դեպքում գազ արտադրելու պատճառով: Չնայած LCO կատոդային նյութերն ունեն թերություններ, ինչպիսիք են բարձր արժեքը (շնորհիվ թանկարժեք կոբալտի), ցածր ցիկլային կատարումը և անվտանգության խնդիրները, նրանց բարձր լցման խտությունն ու բարձր շահագործման լարումը դեռևս առավելություն են տալիս ուլտրաբարակ էլեկտրոնային ապրանքներում: Պահանջարկը կայուն է միջին և բարձր կարգավիճակի սմարթֆոններում, նոթբուքներում և պլանշետներում: Ավելին, 5G հեռախոսների մարտկոցի տարողության ավելացումը և թռչող սարքեր, TWS ականջակալներ, էլեկտրոնային սիգարետներ նման նոր սպառողական էլեկտրոնիկայի հայտնվելը բոլորովին քաշում են LCO կատոդային նյութերի շուկայի պահանջարկը: LCO-ն ունի ամենաբարձր լցման խտությունը, ինչը սպառողական էլեկտրոնիկայի սահմանափակ ծավալում ապահովում է ամենաբարձր ծավալային էներգախտությունը: Լավ լցման խտությունը, ծավալային էներգախտությունը, ցիկլային կատարումը, բարձր/ցածր ջերմաստիճանային կատարումը, ինչպես նաև LCO-ի էներգախտությունը լիցքավորման կտրուկ պոտենցիալը բարձրացնելով ավելացնելու հնարավորությունը դարձնում են բարձր լարման և բարձր լցման խտության LCO նյութերը ապագայի ուղղություն:

III. Էներգիայի պահեստավորման մարտկոցներ

Էներգիայի պահեստավորման մարտկոցները վերաբերում են էլեկտրական էներգիան քիմիական էներգիայի վերածող մարտկոցներին: Ներկայումս էներգիայի պահեստավորման մարտկոցների շուկան հիմնականում ներառում է երկու խոշոր կիրառման ոլորտ՝ էլեկտրաէներգիայի պահեստավորում և կենցաղային էներգիայի պահեստավորում: Էլեկտրաէներգիայի պահեստավորման մարտկոցները իրենց էությամբ էլեկտրաէներգիայի պահեստավորման տեխնոլոգիա են, այսինքն՝ էլեկտրական էներգիան պահեստավորելու տեխնոլոգիան: Կիրառման դեպքերին են դասվում ջրամբարային պահեստավորումը, մարտկոցային պահեստավորումը, մեխանիկական պահեստավորումը և սեղմված օդի պահեստավորումը, որոնք կարող են կիրառվել տարբեր արդյունաբերական ոլորտներում: Կենցաղային էներգիայի պահեստավորման մարտկոցները սովորաբար նախատեսված են արտաքին օգտագործման համար՝ օրինակ՝ տնային էլեկտրամատակարարման ընդհատման ժամանակ կամ հանրապետության մեջ ճամփորդելիս, երբ անսպասելի պահանջների համար անհրաժեշտ է մեծ տարողությամբ և երկարատև աշխատանքային ժամանակով էներգիայի պահեստավորման մարտկոց:

1. Ապրանքի հատկանիշներ

Էներգիայի պահեստավորման լիթիումային մարտկոցները ավելի բարձր պահանջներ են ներկայացնում կյանքի տևողության նկատմամբ: Նոր էներգիայով ավտոմեքենաների կյանքի տևողությունը, ընդհանուր առմամբ, 5-8 տարի է, իսկ էներգիայի պահեստավորման նախագծերը, որպես կանոն, ուղղված են 10 տարիից ավել կյանքի տևողության հասնելուն: ՈՒժային լիթիումային մարտկոցների ցիկլային կյանքը 1000-2000 ցիկլ է, իսկ էներգիայի պահեստավորման լիթիումային մարտկոցների դեպքում ցիկլային կյանքը, որպես կանոն, պետք է լինի 5000 ցիկլից ավել: Սա պայմանավորված է նրանով, որ էներգիայի պահեստավորման մարտկոցները ծավալային էներգետիկ խտությունն ու զանգվածային էներգետիկ խտությունը առաջնային չեն համարում, այլ ավելի շատ կենտրոնանում են անվտանգության և արժեքի վրա: Ներառյալ նյութերի հատկությունների տեսանկյունից՝ լիթիում-երկաթ-ֆոսֆատը ավելի լավ ջերմային կայունություն և նյութի արժեք ունի, քան երեքշարք լիթիումային մարտկոցները, իսկ նրա ցիկլային կյանքը արդեն հասել է գրեթե 10,000 ցիկլի, ուստի այն ավելի ու ավելի լայն կիրառություն է գտնում համաշխարհային էներգիայի պահեստավորման շուկայում:

2. Դրական էլեկտրոդի տեսակը.

Կան որոշ տարբերություններ հզորության լիթիումային մարտկոցների և էներգիայի պահեստավորման լիթիումային մարտկոցների միջև, սակայն ինքնին էլեմենտի տեսանկյունից երկուսն էլ կարող են թվացել օգտագործել լիթիումի երկաթի ֆոսֆատային (LFP) մարտկոցներ և եռակի լիթիումային մարտկոցներ: Այնուամենայնիվ, էներգիայի պահեստավորման կիրառություններում հիմնականում միայն LFP մարտկոցներն են օգտագործվում: Դա հիմնականում պայմանավորված է էներգիայի պահեստավորման կայաններում հաճախադեպ տեղի ունեցող անվտանգության դեպքերով: Էներգիայի պահեստավորման համար նախատեսված լիթիումային մարտկոցները բարձր էներգախտություն չեն պահանջում, սակայն պահանջում են բարձր անվտանգություն, քանի որ էլեկտրոքիմիական էներգիայի պահեստավորման համակարգերը պարունակում են հարյուրավորից մինչև տասնյակ հազարավոր մարտկոցներ: Եթե հրդեհ է բռնկվում և տարածվում, իրավիճակը շատ դժվար է վերահսկել: 2022 թվականի հունիսի 29-ին Ազգային էներգետիկայի վարչությունը հրապարակեց «Էլեկտրաէներգիայի արտադրության վթարների կանխարգելման քսանհինգ հիմնական պահանջներ» թեմայով նախագիծ, որտեղ նշված էր, որ խոշոր մասշտաբի էլեկտրոքիմիական էներգիայի պահեստավորման կայաններում չպետք է օգտագործվեն եռակի լիթիումային մարտկոցներ կամ նատրիում-ծծմբի մարտկոցներ և չպետք է օգտագործվեն վերամշակված հզորության մարտկոցներ: Ուստի էներգիայի պահեստավորման մարտկոցները հիմնականում բաղկացած են LFP-ից:

ամփոփում:

Սպառողական մարտկոցների շուկան հիմնականում կայունացել է, իսկ հետազոտություններն ուղղված են ծավալային էներգախտության և մեծ տարողության հասնելուն: Առաջատար էլեկտրական մարտկոցների շուկայական բաժինը հիմնականում ձևավորված է, սակայն փոքր մասը դեռևս վերակառուցման փուլում է: Ներկայումս էլեկտրական մարտկոցների հիմնական ուշադրությունը կենտրոնացված է ընթացքի երկարացման և լիցքավորման արագության ավելացման վրա: Էներգակուտակիչ մարտկոցների մոտ նույնպես հատուկ նոր մշակումներ չկան, հիմնականում ձգտում են չափազանց մեծ տարողությունների՝ 280Ա/ժ-ից մինչև 314Ա/ժ և այժմ՝ CATL-ի ու Haichen-ի 587Ա/ժ կամ Sungrow-ի 684Ա/ժ: