ประเภทของแบตเตอรี่ลิทธิียม การใช้งานและความปลอดภัยเพื่อความยั่งยืน

ลองจินตนาการถึงเมืองในอนาคต: รถไฟฟ้าที่เงียบสงบและมีประสิทธิภาพเคลื่อนไหวผ่านถนน เครือข่ายอัจฉริยะที่ยืนสูงอยู่ระหว่างอาคารใจกลางของวิสัยทัศน์นี้คือตัวนําพลังงานที่สําคัญด้วยผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนที่หลากหลายในตลาด, วิธีการหนึ่งนําทางความแตกต่างระหว่างพวกเขาปัจจัยอะไรที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกแบตเตอรี่สําหรับการใช้งานเฉพาะเจาะจง? บทความนี้นําเสนอการสํารวจอย่างลึกซึ้งของชนิดของแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออน คุณสมบัติ การใช้งานและความปลอดภัย เพื่อส่งเสริมการตัดสินใจที่มีความรู้ในภูมิทัศน์พลังงานที่เปลี่ยนแปลง.

ในฐานะแบตเตอรี่รองรับการชาร์จใหม่ แบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนได้รับการนํามาใช้อย่างแพร่หลายในหลายสาขา เนื่องจากอายุการใช้งานยาวนาน ขนาดคอมแพคต์ และคุณสมบัติของน้ําหนักเบาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค เช่น สมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์เล็ปโต๊ป ไปยังการใช้งานขนาดใหญ่ เช่น รถไฟฟ้าและระบบเก็บพลังงานธาตุไลเตียมไอออนได้กลายเป็นสิ่งจําเป็น ด้วยเป้าหมายการนิวเทรัลคาร์บอนทั่วโลกและการนําพลังงานที่สามารถปรับปรุงได้มากขึ้น ความต้องการของตลาดสําหรับธาตุไลเตียมไอออนยังคงเพิ่มขึ้นตาม 360iResearch, ตลาดแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 45.95 พันล้านดอลลาร์ในปี 2023 และคาดว่าจะถึง 106.25 พันล้านดอลลาร์ในปี 2030 แสดงถึงศักยภาพการเติบโตที่สําคัญ

แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนประกอบด้วยสี่ส่วนประกอบ คือ คาโทด, อานอด, เอเลคโทรลิต และตัวแยกอิเล็กทรอลิตช่วยในการขนย้ายไอออน, และตัวแยกกันป้องกันการสัมผัสตรงระหว่างอิเล็กทรอนด์เพื่อหลีกเลี่ยงวงจรสั้นไอนลิเดียมเคลื่อนไหวจากแคธอดผ่านเอเลคโทรลิตและแยกแยก เพื่อฝังในวัสดุแอนโดกระบวนการปล่อยของแบตเตอรี่จะย้อนย้อนการเคลื่อนไหวนี้ โดยยอนลิตียมจะกลับไปที่แคธอด การเคลื่อนไหวไปกลับนี้ทําให้วงจรการชาร์จ-การปล่อยของแบตเตอรี่เป็นไปได้

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่นิเคลแคดมิอุมและแอซิดลอยแบบดั้งเดิม แบตเตอรี่ลิตียมไอออนมีข้อดีที่ชัดเจน:

• ความหนาแน่นของพลังงานสูงพวกมันเก็บพลังงานมากกว่าต่อหน่วยปริมาณหรือน้ําหนัก ทําให้รถไฟฟ้าและอุปกรณ์พกพาที่เบากว่า สามารถใช้งานได้นานขึ้น
• ระยะเวลาใช้งานยาว:พวกมันทนต่อการชาร์จ-ชาร์จเป็นร้อยๆ ถึงพันๆ รอบ ด้วยการลดประสิทธิภาพอย่างน้อย
• อัตราการปล่อยตัวเองที่ต่ําพวกเขาเก็บชาร์จได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อไม่ได้ใช้งาน เพื่อให้อุปกรณ์พร้อมใช้งาน
• ไม่มีอาการความจําสามารถชาร์จใหม่ได้ตลอดเวลา โดยไม่จําเป็นต้องปล่อยไฟได้เต็มที่

ความหลากหลายของแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนเนื่องมาจากความแตกต่างในวัสดุคาโทด ประเภทหลัก ๆ ได้แก่

• ลิทธิียมโคบัลต์โอ๊กไซด์ (LCO):แบตเตอรี่ LCO ที่เคยเป็นชนิดที่ใช้กันมากที่สุด มีความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่มีปัญหาเรื่องความปลอดภัยและค่าใช้จ่ายสูง ทําให้ถูกแทนที่โดยเทคโนโลยีใหม่ๆ
• ลิทธิียมแมนแกนเซสออกไซด์ (LMO):เป็นที่รู้จักกับความมั่นคงทางความร้อนและความปลอดภัยที่ดีเยี่ยม ด้วยต้นทุนที่ต่ํากว่า แต่จํากัดด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ํากว่าและอายุการใช้งานที่สั้นกว่า
• ลิทธิียมนิเคิลออกไซด์ (LNO):มีความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก แต่มีอันตรายต่อความปลอดภัยและความไม่มั่นคงทางความร้อนที่สําคัญ และยังคงอยู่ในช่วงการพัฒนา
• นิเคิลโคบัลตอลูมิเนียม (NCA):การเสริมด้วยโคบัลตและอลูมิเนียมเพื่อความมั่นคงที่ดีขึ้น แบตเตอรี่ NCA ผสมผสานความหนาแน่นของพลังงานสูงกับอายุการใช้งานยาว ทําให้มันเป็นที่นิยมในรถไฟฟ้า Tesla
• ลิทธิียมเหล็กฟอสฟาต (LFP):ให้ความมั่นคงทางอุณหภูมิ, ความปลอดภัย และประสิทธิภาพในด้านค่าใช้จ่ายอย่างยอดเยี่ยม ด้วยอายุการใช้งานระยะยาว แต่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ํากว่า
• นิเคิลแมนแกนเซสโคบอลท์ (NMC):ประเภทที่หลากหลายที่สุด แบตเตอรี่ NMC ประหยัดความหนาแน่นของพลังงาน ความปลอดภัย และราคาผ่านอัตราส่วนที่ปรับได้ของ นิเคิล มังแกนเซส และโคบัลตเครื่องมือไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค

วัสดุแอโนดปัจจุบันประกอบด้วย:

• กราฟิต:วัสดุแอโนดที่พบได้ทั่วไปที่สุด เนื่องจากราคาถูกและผลงานที่มั่นคง แม้จะมีศักยภาพจํากัดสําหรับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่า
• ลิทธิียมไทเนต (LTO):ให้ความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่พิเศษ ด้วยความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็ว แต่ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นและความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ํากว่า จํากัดการใช้งานเพื่อการใช้งานเฉพาะอย่างยิ่ง เช่น รถบัสไฟฟ้าและการเก็บพลังงาน
• วัสดุที่มีฐานซิลิคอน:ให้ความหนาแน่นพลังงานในทฤษฎีสูงมาก แต่มีปัญหาในการขยายระหว่างจักรยาน, ปัจจุบันใช้ในรูปแบบประกอบกับกราฟิต
• โลหะลิทธิียม:วัสดุแอโนดที่เหมาะสมกับความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด แต่มีปัญหาเรื่องความปลอดภัย เช่น การสร้างดันดริท ยังคงอยู่ในช่วงการพัฒนา

แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนถูกแบ่งตามรูปแบบของเอเลคโทรลิต:

• แบตเตอรี่ไฟฟ้าเหลว:ประเภทที่แพร่หลายที่สุด ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง และมีต้นทุนต่ํา แต่มีความเสี่ยงในการเผาไหม้
• แบตเตอรี่สภาพแข็ง:ใช้ไฟฟ้าไฟฟ้าแข็งเพื่อความปลอดภัยและความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้น ถือว่าเป็นเทคโนโลยีรุ่นต่อไป แม้ว่าปัจจุบันจะเผชิญกับความท้าทายด้านค่าใช้จ่ายและเทคนิค
• แบตเตอรี่พอลิเมอร์ลิตียม:ใช้พอลิเมอร์เอเลคโทรลิต เพื่อปัจจัยรูปแบบที่ยืดหยุ่นและความปลอดภัยที่ดีขึ้น ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค แต่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ํากว่า

การตั้งค่าทางกายภาพประกอบด้วย

• กล่องกระบอก:มาตรฐานและมีประหยัด ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์น็อปโตป
• กล่องพริสมาติก:ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและการประกอบโมดูลที่ง่ายขึ้น เป็นสิ่งที่ชอบสําหรับรถไฟฟ้าและการเก็บพลังงาน
• เซลล์กระเป๋าน้ําหนักเบาและยืดหยุ่น มีความปลอดภัยสูงสําหรับสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต

อิเล็กทรอลิทอินทรีย์ที่เผาไหม้ได้ในแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนทําให้เกิดความเสี่ยงจากการหลุดไปจากอุณหภูมิภายใต้สภาพการชาร์จเกิน, การชาร์จเกิน, การตัดสายสั้น, หรืออุณหภูมิสูง

• การเลือกวัสดุคาโทดที่มีความมั่นคงทางอุณหภูมิ เช่น LFP หรือ LTO
• การนําตัวอิเล็กทรอลิตในสภาพแข็ง
• เครื่องประกอบเครื่องอัดลมความปลอดภัยและเคลือบแยก
• การนําระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่แข็งแกร่งมาใช้ในการติดตามในเวลาจริง

แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออน ให้พลังงานแก่สาขาต่างๆ

• อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค (สมาร์ทโฟน, โน๊ตพ็อต, กล้อง)
• เครื่องมือไฟฟ้า (เครื่องเจาะ, เครื่องเจาะ, เครื่องตัด skru)
• รถไฟฟ้า (BEV, HEV, PHEV)
• ระบบเก็บพลังงาน (ที่อยู่อาศัย, การค้า, ระดับเครือ)
• การบินอวกาศ (เครื่องบินไร้คนขับ ดาวเทียม สถานีอวกาศ)
• อุปกรณ์ทางการแพทย์ (อุปกรณ์พกพาและอุปกรณ์ปลูก)

แบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนที่หมดอายุมีโลหะมีค่า เช่น ลิทธิียม โคบาลต์ และนิเคิล การกําจัดที่ไม่ถูกต้องทําให้ทรัพยากรสูญเสียและสร้างอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม วิธีการรีไซเคิลปัจจุบันประกอบด้วย

• พีโรเมทัลลูจีการสกัดโลหะในอุณหภูมิสูง สร้างการปล่อยก๊าซที่สําคัญ
• ไฮโดรเมทัลลูจิก:กระบวนการล้างเคมีที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ํากว่า

การเลือกแบตเตอรี่ลิทธิียมไอออนที่เหมาะสมต้องประเมิน:

• ความต้องการเฉพาะการใช้งาน (ความหนาแน่นของพลังงาน/พลังงาน ความปลอดภัย ระยะอายุ)
• ความจํากัดในงบประมาณ
• ความปลอดภัย
• ความต้องการระยะเวลา
• ขนาดและน้ําหนักจํากัด

ในฐานะเทคโนโลยีในการเก็บพลังงานที่เปลี่ยนแปลง แบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนยังคงพัฒนาผ่านการนวัตกรรมด้านวัสดุและความก้าวหน้าด้านการผลิตการใช้งานที่ขยายตัวของพวกเขาจะมีบทบาทสําคัญในการบรรลุความเป็นนิวเทรัลคาร์บอนและสร้างระบบพลังงานที่ยั่งยืนทั่วโลก.