В условиях быстрого развития науки и техники и трансформации глобальной энергетической структуры возобновляемые источники энергии стали ключом к будущему развитию энергетики. Литий-ионные аккумуляторы, как источники вторичной батареи, быстро развиваются с 1990-х годов. Их преимущества, заключающиеся в высокой плотности энергии, длительном сроке службы и экологичности, позволили им широко использоваться в новых энергетических транспортных средствах, электронных продуктах и системах хранения энергии. Кроме того, литий-ионные батареи постепенно стали важным исследовательским инструментом в отрасли возобновляемых источников энергии, способствуя развитию домашних систем хранения энергии. Создание систем такого типа улучшило стабильность энергосистем, а также позволило сэкономить затраты.
Здесь мы более подробно остановимся на плюсах и минусах использования литий-ионных аккумуляторов для хранения энергии в жилых домах, включая производительность аккумуляторов, стоимость, безопасность и воздействие на окружающую среду.
Содержание
Литий-ионный аккумулятор
Разработка литий-ионных аккумуляторов для домашнего хранения
Проблемы с бытовыми литий-ионными аккумуляторами
Продолжающиеся исследования литий-ионных аккумуляторов
Перспективы отечественного рынка литий-ионных аккумуляторов
Стимулы для домовладельцев использовать литий-ионные батареи
Несколько советов по покупке аккумуляторов
Литий-ионный аккумулятор
Литий-ионная батарея — это тип вторичной батареи (перезаряжаемой батареи), в которой в основном используются ионы лития, перемещающиеся между положительным и отрицательным электродами. Литий-ионные аккумуляторы обычно состоят из элементов, предохранителя (или PTC), защитных плат, корпусов и некоторых аксессуаров. Плата защиты в основном состоит из защитных микросхем, МОП-трубок, резисторов, конденсаторов и печатных плат. Между тем, ячейка относится к одной электрохимической ячейке, содержащей положительные и отрицательные электроды, электролиты, диафрагму и так далее. Активными веществами, используемыми для создания положительных электродов, обычно являются манганат лития, литий-кобальт, литий-никель-кобальт-манганат или фосфат лития-железа. Графит или углерод с аналогичной графитовой структурой используется для отрицательных электродов. Органический электролит представляет собой карбонатный растворитель, растворенный в гексафторфосфате лития; В полимерных литий-ионных батареях используется гелеобразный электролит.
В электрических велосипедах обычно используется манганат лития, никеля и кобальта (также известный как тройной) плюс небольшое количество манганата лития. Диафрагма представляет собой профилированную полимерную пленку с микропористой структурой, которая позволяет ионам лития свободно проходить, но блокирует электроны. Распространенные разновидности изготавливаются из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) или его композитной пленки, трехслойной диафрагмы ПП/ПЭ/ПП. Корпус аккумулятора обычно состоит из стального корпуса, алюминиевого корпуса, никелированного железного корпуса, алюминиево-пластиковой пленки и т. д., а на крышке расположены положительные и отрицательные клеммы аккумулятора.
Разработка литий-ионных аккумуляторов для домашнего хранения
Технология продукта
В последние годы, с постепенным развитием и зрелостью технологии литий-ионных аккумуляторов, отечественные литий-ионные аккумуляторы достигли значительного технического прогресса с точки зрения емкости, безопасности, срока службы и так далее. В настоящее время плотность энергии обычных бытовых литий-ионных аккумуляторов составляет 200–300 Втч/кг, а некоторые высококачественные продукты даже превышают 350 Втч/кг. Кроме того, постоянное обновление технологии системы управления батареями (BMS) означает, что безопасность литий-ионных батарей также улучшается.
Масштаб рынка
В последние годы размер рынка литий-ионных аккумуляторов демонстрирует тенденцию быстрого расширения: мировой рынок литий-ионных аккумуляторов для бытовых нужд вырос с 1 миллиарда долларов США в 2010 году до 10 миллиардов долларов США в 2020 году. Согласно соответствующим отчетам, рынок ионных батарей в основном сосредоточен в Китае, Японии и Южной Корее, при этом на Азиатско-Тихоокеанский регион приходится более 70% доли мирового рынка. Между тем, на европейский регион приходится лишь 10-15% мирового рынка, что показывает, что европейский рынок имеет большой потенциал развития.
Снижение цены
Снижение стоимости литий-ионных аккумуляторов включает в себя множество аспектов, и производители продолжают улучшать характеристики аккумуляторов и снижать их стоимость за счет технологий, улучшения материалов и оптимизации производства. В будущем, по мере углубления исследований и развития технологии, себестоимость производства литий-ионных батарей также будет снижаться.
Проблемы с бытовыми литий-ионными аккумуляторами
Цена
Благодаря продолжающемуся развитию технологии литий-ионных аккумуляторов производственные затраты снижаются из года в год. Но из-за неравномерного распределения сырья колебания цен могут быть значительными, в результате чего стоимость литий-ионных батарей выше, чем у традиционных батарей, что ограничивает их конкурентоспособность при крупномасштабном применении.
Долговечность
Срок службы литий-ионных аккумуляторов определяется количеством циклов, скоростью заряда и разряда, температурой и другими факторами. По мере увеличения количества циклов работы батареи емкость и выходная мощность батареи могут уменьшаться.
Экологические проблемы
Хотя литий-ионные аккумуляторы для бытового использования обеспечивают множество удобств, они также сопряжены с определенными экологическими проблемами. И хотя многие производители литий-ионных аккумуляторов внедрили экологически чистые производственные процессы, при переработке отходов литий-ионных аккумуляторов все еще существует определенный экологический риск. Например, отработанные батареи содержат вредные тяжелые металлы, которые при неправильном обращении могут привести к загрязнению почвы, водных источников и экосистем.
Угроза безопасности
Литий-ионные батареи, которые подвергаются чрезмерным зарядам и разрядам, высоким температурам, экструзии и другим особым условиям, могут подвергаться тепловому разгону, возгоранию и другим несчастным случаям. Несмотря на постоянное совершенствование технологии системы управления батареями (BMS), безопасность литий-ионных батарей значительно улучшилась; но в крайних случаях все же существует вероятность несчастных случаев.
Продолжающиеся исследования литий-ионных аккумуляторов
Как эффективное и относительно экологически чистое устройство для хранения энергии, литий-ионные аккумуляторы в последние годы привлекли широкое внимание и исследования. Текущие исследования в основном направлены на оптимизацию материалов, конструкции, управления батареями, технологии быстрой зарядки, безопасности и других аспектов.
Материальная инновация
Исследователи изучают новые материалы положительных и отрицательных электродов, чтобы улучшить плотность энергии, срок службы и безопасность батарей. Например, кремниевые материалы вскоре могут заменить традиционный графит для отрицательных электродов, тем самым улучшая плотность энергии батарей. В то же время исследователи также изучают новые катодные материалы, такие как материалы с высоким содержанием лития и слоистые материалы с высоким содержанием лития, чтобы улучшить плотность энергии и срок службы батарей.
Твердые электролиты
Твердые электролиты являются одной из ключевых технологий в батареях следующего поколения. По сравнению с жидкими электролитами, используемыми в традиционных литий-ионных батареях, твердые электролиты имеют более высокую безопасность и более высокую плотность энергии. В настоящее время исследователи изучают разработку недорогих твердых электролитов с высокой ионной проводимостью для замены традиционных жидких электролитов.
Системы управления батареями
Система управления батареями является важным компонентом коэффициента использования энергии литий-ионных батарей, продлевая срок их службы и повышая безопасность. Исследователи работают над более интеллектуальными системами управления батареями, чтобы добиться точного контроля и оптимального управления батареями.
Технологии быстрой зарядки
Технология быстрой зарядки может сократить время зарядки аккумулятора и повысить эффективность использования. Исследователи изучают более эффективные технологии зарядки, такие как импульсная зарядка и беспроводная зарядка, чтобы добиться более быстрой скорости зарядки и более высокой эффективности зарядки.
Перспективы отечественного рынка литий-ионных аккумуляторов
Потребности в преобразовании энергии: С развитием глобальной энергетической трансформации возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра, постепенно становятся мейнстримом. Бытовые литий-ионные аккумуляторы помогают хранить эти прерывистые источники энергии, позволяя домохозяйствам достичь самодостаточного энергоснабжения и снизить зависимость от традиционных ископаемых источников энергии.
Популярность электромобилей: С быстрым развитием рынка электромобилей бытовая система хранения энергии на литий-ионных батареях может быть адаптирована для использования в качестве вспомогательного средства для электромобилей, предоставляя решения для хранения энергии и дополнительно улучшая их запас хода и производительность.
Пиковая ценовая политика на электроэнергию: Многие страны и регионы реализуют политику цен на электроэнергию в часы пик, чтобы побудить пользователей взимать плату по низким ценам и использовать электроэнергию в часы пик. Домашние литий-ионные аккумуляторы могут помочь пользователям в полной мере воспользоваться преимуществами политики ценообразования на электроэнергию в пиковые периоды, чтобы снизить затраты на электроэнергию.
Продвижение цели углеродной нейтральности: Страны всего мира предложили цели углеродной нейтральности, чтобы способствовать корректировке энергетической структуры и сокращению выбросов углерода. Бытовые системы хранения энергии на литий-ионных батареях могут повысить энергоэффективность, сократить выбросы углекислого газа и помочь миру достичь углеродной нейтральности.
Технологическая инновация: Благодаря постоянному прогрессу в разработке технологий литий-ионных аккумуляторов их емкость, безопасность, срок службы и другие аспекты производительности будут и дальше улучшаться, сокращаться затраты и повышаться конкурентоспособность на рынке.
Стимулы для домовладельцев использовать литий-ионные батареи
Япония
Министерство экономики, торговли и промышленности Японии (METI) с бюджетом около 98.3 млн долларов США предоставляет 66% субсидий домохозяйствам и предприятиям, которые устанавливают литиевые электронные батареи. Взяв в качестве примера натриево-серные батареи, японское правительство не только предоставляет бесплатную финансовую поддержку на ранних этапах исследований и разработок, предоставляя более 50% средств, но также предоставляет поддержку, включая технологии, рынок, демонстрационные проекты и другие аспекты, и продолжает предоставлять субсидии после его коммерческой эксплуатации.
США
Федеральные налоговые льготы: Правительство США предлагает ряд налоговых льгот для содействия развитию возобновляемых источников энергии и систем хранения. Например, инвестиционный налоговый кредит (ITC) и производственный налоговый кредит (PTC) можно использовать для снижения стоимости приобретения домашней системы хранения энергии. Между тем, некоторые штаты предлагают существенные стимулы и субсидии для привлечения инвестиций в производство аккумуляторов, включая денежные льготы, налоговые льготы и права землепользования. Некоторые штаты также снижают счета за электроэнергию, внедряя политику «чистых измерений», которая позволяет владельцам домашних накопителей энергии продавать излишки солнечной энергии обратно в сеть.
Германия
В период с 2013 по 2018 год правительство Германии предоставило до 30% прямых кредитных субсидий на накопление энергии в домашних хозяйствах, а поскольку использование энергии в основном связано с бытовыми фотоэлектрическими установками, выгодная политика Германии в области бытовых фотоэлектрических систем способствовала развитию установок по хранению энергии в домашних хозяйствах.
Несколько советов по покупке аккумуляторов
Разобраться в химическом составе
Литий-ионные аккумуляторы обычно состоят из металлических элементов, таких как литий, кобальт и никель. Понимание источника и процесса извлечения этих элементов важно для оценки воздействия батареи на окружающую среду. Покупатели могут попросить поставщиков предоставить информацию о материалах для аккумуляторов и попытаться выбрать продукцию из устойчивых источников, в которых используются экологически безопасные процессы экстракции. Кроме того, покупателям следует искать бренды, которые были сертифицированы для защиты окружающей среды, такие как сертификация RoHS Европейского Союза и сертификация китайской платформы управления отслеживанием аккумуляторов для новых энергетических транспортных средств.
Учитывайте емкость и плотность энергии
Покупатели должны понимать емкость и плотность энергии аккумулятора, чтобы выбрать аккумулятор, соответствующий их потребностям. В целом, батареи с высокой емкостью и плотностью энергии могут обеспечить более длительный срок службы и имеют меньший вес. Однако покупатели также должны учитывать такие факторы, как время зарядки и срок службы.
Обратите внимание на безопасность аккумулятора
Литий-ионные аккумуляторы могут привести к нарушениям безопасности при неправильном использовании или обращении. Поэтому покупатели должны выбирать аккумуляторы той марки, которая имеет хорошие показатели безопасности и прошла строгие испытания. Во время транспортировки и хранения покупатель также должен соблюдать соответствующие правила и стандарты безопасности.
Учитывайте скорость зарядки
Скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов также является фактором, который следует учитывать. Технология быстрой зарядки может сократить время зарядки аккумулятора и повысить эффективность, но также может повлиять на срок службы аккумулятора и безопасность. Покупатель должен выбрать подходящую скорость зарядки в соответствии с фактическим спросом.
Учитывайте цикл жизни
Срок службы литий-ионного аккумулятора — это количество раз, которое его можно использовать при определенных условиях зарядки и разрядки. Батарея с длительным сроком службы может обеспечить более длительный срок службы, что снижает частоту замены и образование отходов. Покупатели могут выбрать батареи с длительным сроком службы в соответствии с фактическими потребностями применения.
Чтобы получить больше торговых решений, обзоров отрасли и свежих взглядов на бизнес-идеи, обязательно подпишитесь на Chovm.com читает.
