科学技術の急速な発展と世界的なエネルギー構造の変革に伴い、再生可能エネルギーは将来のエネルギー開発の鍵となっています。 リチウムイオン電池、二次電池源として、1990 年代から急速に発展しました。高エネルギー密度、長いサイクル寿命、環境に優しいという利点により、新エネルギー自動車、電子製品、エネルギー貯蔵システムに広く使用されています。さらに、リチウムイオン電池は再生可能エネルギー業界において徐々に重要な研究ツールとなり、家庭用エネルギー貯蔵システムの普及に拍車をかけています。このようなタイプのシステムの確立により、電力システムの安定性が向上し、コストも削減されました。
ここでは、電池の性能、コスト、安全性、環境への影響など、住宅用エネルギー貯蔵にリチウムイオン電池を使用することの長所と短所をさらに詳しく掘り下げていきます。
目次
リチウムイオン電池の構造
家庭用蓄電池用リチウムイオン電池の開発
家庭用リチウムイオン電池の問題点
リチウムイオン電池の研究が進行中
国内リチウムイオン電池市場の見通し
住宅所有者に対するリチウムイオン電池の使用に対する奨励金
バッテリーを購入する際のヒント
リチウムイオン電池の構造
リチウムイオン電池は、主に正極と負極の間を移動するリチウムイオンに依存する二次電池 (充電式電池) の一種です。リチウムイオン電池は通常、セル、ヒューズ (または PTC)、保護ボード、シェル、およびいくつかの付属品で構成されています。保護基板は主に保護チップ、MOSチューブ、抵抗、コンデンサ、PCB基板で構成されています。一方、セルとは、正負の電極、電解質、隔膜などを含む単一の電気化学セルを指します。正極の作成に使用される活物質は、一般にマンガン酸リチウム、コバルトリチウム、マンガン酸ニッケルコバルトリチウム、またはリン酸鉄リチウムです。負極にはグラファイト、または同様のグラファイト構造を持つ炭素が使用されます。有機電解質は、六フッ化リン酸リチウムに溶解した炭酸塩溶媒です。ポリマーリチウムイオン電池はゲル状の電解質を使用します。
電動自転車は通常、マンガン酸リチウム ニッケル コバルト (三成分とも呼ばれます) と少量のマンガン酸リチウムを使用します。ダイヤフラムは、リチウムイオンは自由に通過できますが、電子はブロックする微多孔構造を備えた成形ポリマーフィルムです。一般的な材質は、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、またはその複合フィルムであるPP/PE/PPの三層ダイヤフラムです。バッテリーシェルは通常、スチールシェル、アルミニウムシェル、ニッケルメッキ鉄シェル、アルミニウムプラスチックフィルムなどで構成されており、キャップにはバッテリーのプラスとマイナスの端子が付いています。
家庭用蓄電池用リチウムイオン電池の開発
製品技術
近年、リチウムイオン電池技術の段階的な発展と成熟に伴い、国内のリチウムイオン電池は容量、安全性、サイクル寿命などの面で大きな技術的進歩を遂げています。現在、家庭用リチウムイオン電池のエネルギー密度は200～300Wh/kgが主流で、ハイエンド製品では350Wh/kgを超えるものもあります。さらに、バッテリー管理システム (BMS) 技術の継続的なアップグレードにより、リチウムイオンバッテリーの安全性も向上しています。
市場規模
近年、リチウムイオン電池市場規模は急速な拡大傾向を示しており、世界の家庭用リチウムイオン電池市場は1年の2010億米ドルから10年には2020億米ドルにまで成長しています。関連報道によると、イオン電池市場は主に中国、日本、韓国に集中しており、アジア太平洋地域が世界市場シェアの70％以上を占めている。一方、欧州地域は世界市場の 10 ～ 15% にすぎず、欧州市場が大きな発展の可能性を秘めていることを示しています。
コスト削減
リチウムイオン電池のコスト削減には多くの側面が関係しており、メーカーは技術、材料の改善、生産の最適化によって電池の性能を向上させ、電池のコストを削減し続けています。将来的には、研究の深化と技術の成熟に伴い、リチウムイオン電池の製造コストもさらに低下すると考えられます。
家庭用リチウムイオン電池の問題点
費用
リチウムイオン電池技術の継続的な成熟に伴い、生産コストは年々低下しています。しかし、原材料の流通が不均等であるため、価格変動が大きくなる可能性があり、リチウムイオン電池のコストが従来の電池よりも高くなり、大規模用途での競争力が制限されます。
耐久性
リチウムイオン電池の寿命は、サイクル数、充放電率、温度などの要因によって決まります。バッテリーのサイクル数が増加すると、バッテリーの容量と出力が低下する場合があります。
環境問題
家庭用リチウムイオン電池は利便性が高い一方で、環境問題も抱えています。また、多くのリチウムイオン電池メーカーはグリーン生産プロセスを採用していますが、廃リチウムイオン電池の処理には依然として一定の環境リスクが存在します。たとえば、廃バッテリーには有害な重金属が含まれており、適切に処理しないと土壌、水源、生態系の汚染を引き起こす可能性があります。
安全上の危険
リチウムイオン電池は、過剰な充放電、高温、押し出しなどの特殊な条件下で使用すると、熱暴走、火災、その他の安全上の事故が発生する可能性があります。バッテリー管理システム (BMS) テクノロジーは継続的に改善されていますが、リチウムイオンバッテリーの安全性は大幅に向上しています。しかし、極端な場合には、安全上の事故が発生する可能性が依然としてあります。
リチウムイオン電池の研究が進行中
効率的で比較的環境に優しいエネルギー貯蔵装置として、リチウムイオン電池は近年、広範囲にわたる注目と研究を集めています。現在の研究は主に、材料、構造、バッテリー管理、急速充電技術、安全性などの側面の最適化に向けられています。
素材革新
研究者たちは、電池のエネルギー密度、寿命、安全性を向上させるために、新しい正極材料と負極材料を探索してきました。たとえば、負極としてシリコン材料が間もなく従来のグラファイトに取って代わり、それによって電池のエネルギー密度が向上する可能性があります。同時に研究者らは、電池のエネルギー密度と寿命を改善するために、リチウムリッチ材料や層状リチウムリッチ材料などの新しい正極材料も探索している。
固体電解質
固体電解質は次世代電池のキーテクノロジーの1つです。従来のリチウムイオン電池で使用される液体電解質と比較して、固体電解質は安全性が高く、エネルギー密度が高くなります。現在、研究者らは、従来の液体電解質に代わる、低コストで高イオン伝導性の固体電解質の開発を研究しています。
バッテリー管理システム
バッテリー管理システムは、リチウムイオンバッテリーのエネルギー利用率において重要な要素であり、バッテリー寿命を延ばし、安全性を向上させます。研究者たちは、バッテリーの正確な制御と最適な管理を実現するために、よりインテリジェントなバッテリー管理システムの開発に取り組んでいます。
急速充電技術
急速充電技術により、バッテリーの充電時間を短縮し、使用効率を向上させることができます。研究者は、より高速な充電速度とより高い充電効率を実現するために、パルス充電やワイヤレス充電などのより効率的な充電技術を研究しています。
国内リチウムイオン電池市場の見通し
エネルギー変革のニーズ: 世界的なエネルギー変革の進展に伴い、太陽エネルギーや風力エネルギーなどの再生可能エネルギーが徐々に主流になってきています。家庭用リチウムイオン電池は、これらの断続的なエネルギー源の貯蔵に役立ち、家庭が自給自足のエネルギー供給を実現し、従来の化石エネルギー源への依存を減らすことができます。
電気自動車の人気: 電気自動車市場の急速な発展に伴い、家庭用リチウムイオン電池エネルギー貯蔵システムは電気自動車のサポート設備として使用できるようになり、エネルギー貯蔵ソリューションを提供し、航続距離と性能をさらに向上させることができます。
ピークバレー電力料金政策: 多くの国や地域では、ユーザーが低価格で充電し、ピーク時に電力を使用することを奨励するために、ピークバレー電力料金政策が実施されています。家庭用リチウムイオン電池は、ユーザーがピークバレー電力価格政策を最大限に活用してエネルギーコストを削減するのに役立ちます。
カーボンニュートラル目標の推進: 世界各国は、エネルギー構造の調整を促進し、炭素排出量を削減するために、カーボンニュートラルの目標を提案しています。家庭用リチウムイオン電池エネルギー貯蔵システムは、エネルギー効率を向上させ、炭素排出量を削減し、世界のカーボンニュートラルの達成を支援します。
技術革新： リチウムイオン電池技術開発の継続的な進歩により、その容量、安全性、サイクル寿命、およびその他の性能面がさらに向上し、コストが削減され、市場競争力が向上します。
住宅所有者に対するリチウムイオン電池の使用に対する奨励金
日本
日本の経済産業省 (METI) は、約 98.3 万米ドルの予算で、リチウム電子電池を設置する家庭および企業に 66% の補助金を提供しています。ナトリウム硫黄電池を例に挙げると、日本政府は初期の研究開発において資金の50％以上を無償で支援するだけでなく、技術、市場、実証事業などの側面も含めた支援を継続的に行っています。商業運転後に補助金を与える。
米国
連邦税額控除: 米国政府は、再生可能エネルギーおよび蓄電システムの開発を促進するために、さまざまな税額控除を提供しています。たとえば、投資税額控除 (ITC) と生産税額控除 (PTC) を使用して、家庭用エネルギー貯蔵システムの取得コストを削減できます。一方、一部の州では、電池生産への投資を誘致するために、現金奨励金、税制上の優遇措置、土地使用権など、多額の奨励金や補助金を提供しています。一部の州では、家庭用エネルギー貯蔵所の所有者が余った太陽光発電を送電網に売り戻すことを可能にする「純計量」政策を実施することで電気料金を引き下げている。
ドイツ
2013 年から 2018 年にかけて、ドイツ政府は家庭用エネルギー貯蔵に最大 30% の直接融資補助金を提供しました。エネルギー使用は主に家庭用太陽光発電に関連しているため、ドイツの有益な家庭用太陽光発電政策により家庭用エネルギー貯蔵設備の設置が促進されました。
バッテリーを購入する際のヒント
化学組成を理解する
リチウムイオン電池は通常、リチウム、コバルト、ニッケルなどの金属元素で構成されています。これらの元素の供給源と抽出プロセスを理解することは、バッテリーの環境への影響を評価するために重要です。購入者はサプライヤーにバッテリー材料に関する情報の提供を依頼し、環境に優しい抽出プロセスを使用する持続可能な供給源から製品を選択するよう努めることができます。さらに、購入者は、欧州連合の RoHS 認証や中国の新エネルギー車用電源バッテリーのトレーサビリティ管理プラットフォーム認証など、環境保護の認証を受けたブランドを探す必要があります。
容量とエネルギー密度を考慮する
購入者は、アプリケーションのニーズに適したバッテリーを選択するために、バッテリーの容量とエネルギー密度を理解する必要があります。一般に、容量とエネルギー密度が高いバッテリーは、バッテリー寿命が長くなり、軽量になります。ただし、購入者は充電時間や寿命などの要素も考慮する必要があります。
バッテリーの安全性に注意する
リチウムイオン電池は、不適切に使用または取り扱われた場合、安全上の問題を引き起こす可能性があります。したがって、購入者は、良好な安全記録があり、厳密にテストされたバッテリーブランドを選択する必要があります。輸送および保管中、購入者は関連する安全規制および基準にも従う必要があります。
充電速度を考慮する
リチウムイオン電池の充電速度も考慮すべき要素です。急速充電テクノロジーはバッテリーの充電時間を短縮し、効率を向上させることができますが、バッテリーの寿命と安全性に影響を与える可能性もあります。購入者は実際の需要に応じて適切な充電速度を選択する必要があります。
サイクル寿命を考慮する
リチウムイオン電池のサイクル寿命とは、一定の充放電条件下で使用できる回数を指します。サイクル寿命が長いバッテリーは寿命が長くなり、交換頻度や廃棄物の発生を減らすことができます。購入者は、実際の用途のニーズに応じて、サイクル寿命の長いバッテリーを選択できます。
さらに多くの貿易ソリューション、業界の概要、ビジネスアイデアに関する新鮮な視点については、必ず購読してください。 Chovm.com の記事.
