1. Текущото управление на литиевите батерии
Високата енергийна плътност на лития:Лекото тегло и високият електрохимичен потенциал на лития позволява разработването на по-малки и по-дълготрайни-електрически батерии и електроника.
Ценова-ефективност чрез мащаб:С десетилетия опит в производството, LIB станаха фундаментално по-евтини за производство в големи количества от повечето други технологии, което позволява на LIB да бъдат ценово-конкурентни в ежедневните потребителски продукти от среден-клас.
Установена (световна) инфраструктура за LIB:Обширни мрежи за поддръжка на LIB, включително станции за презареждане на електрически превозни средства и-системи за съхранение на енергия в комунални услуги, се развиха широко в течение на няколко десетилетия.
Въпреки настоящото им господство в този сектор, има няколко уязвимости, които съществуват по отношение на LIB технологията. Съществуват сериозни опасения относно отрицателното въздействие на добива на литий върху околната среда, изчерпването на ценните водни ресурси и концентрацията на литий. В момента Китай контролира повече от 60% от глобалния капацитет за рафиниране на литий, което създава рискове за веригата на доставки за други страни.
2. Предизвикателства, тласкащи лития към остаряване
A. Екологични и етични съображения
Добивът на литий има изключително голямо въздействие върху околната среда, тъй като методът за извличане на литий е чрез дълбок добив (това се извършва на дълбочини, по-големи от 1,5 km), което е рядко, но има огромен екологичен отпечатък и използва прекомерно количество вода (до 1 m ltr (почти 500 000 галона) за 1 метричен тон произведен литий). Тъй като водата е изключително ограничена в райони, където се добива литий (напр. пустинята Атакама в Северно Чили), необходимостта от повече вода създава по-голямо напрежение върху наличното снабдяване с прясна вода.
B. Недостатъци на производителността
Въпреки че литиево-йонните батерии са най-ефективната форма на батерия по отношение на енергийна плътност, те имат специфични ограничения:
1. Дълги времена за зареждане – По-голямата част от парка на електрическите превозни средства (EV) изисква зареждане от 30 минути до няколко часа, за да се постигне пълно зареждане.
2. Студено време – производителността на литиево-йонните батерии е намалена с 60% под точката на замръзване и следователно електромобилите може да имат намалена употреба в климатични условия със студено време.
3. Безопасност – Thermal Runaway може да се случи в резултат на висока енергия от литиево-йонни батерии, обикновено причинявайки пожар, експлозия и т.н., въпреки че случаите на тези събития са редки, но в приложения с висока енергия те съществуват.
В. Геополитически уязвимости
В резултат на огромния капацитет на Китай за производство на батерии в световен мащаб и капацитет за рафиниране на литий, Съединените щати, Европейският съюз и други западни сили в по-малка степен инвестират значително в местното производство на батерии, за да намалят зависимостта си от китайските доставки на батерии.
3. Нововъзникващи технологии, предизвикващи господството на лития
А. Батерии в твърдо- състояние
Батериите, базирани на твърдо-технология, сменят твърдо{1}}електролити вместо течни електролити, както се използва в типичните литиево-йонни батерии. Следователно технологията за твърдо-батерии има няколко предимства пред технологията за литиево-йонни батерии, които включват:
Списъкът по-долу дава представа за някои от основните причини, които движат прехода на пазара на автомобилни батерии от технология за батерии в течно към-твърдо състояние. Следващите точки показват, че преходът към технологията за-твърдотелни батерии ще настъпи бързо в автомобилния сектор.
Безопасност: Въпреки че батериите с течен електролит представляват повишен риск от пожар и опасни химикали по време на производството, няма производство на потенциално опасни химикали, произведени от производството на твърдо{0}}батерии.
Енергийна плътност: В сравнение със съществуващата литиево-йонна технология, която може да съхранява между 250 и 300 Wh/kg енергия, твърдо{3}}батерията има потенциала да съхранява до 500 Wh/kg.
Време за зареждане: За разлика от традиционните литиево-йонни батерии, които обикновено изискват часове за пълно зареждане, бе установено, че експерименталните твърдотелни-батерии изискват само 15 минути.
Промяна на пазара: Както съобщават OEM производителите, много от тях са в процес на разработване и производство на солиден -пакет батерии, който ще бъде достъпен за пазара някъде през следващите 5 до 7 години (2027-2030 г.).
Б. Натриево-йонни батерии
Натриево-йонните (Na-ion) батерии и литиево-йонните (Li-ion) батерии се различават по това, че натрият е по-изобилен и по-евтин от литиевите. Предимствата на натриево-йонните батерии пред литиево-йонните батерии включват:
1. Цена - Производствената цена на Na-ion батериите е приблизително 70% по-ниска от тази на Li-ion батериите.
2. Екологично -съобразно - Количеството вода, необходимо за отстраняване на натрия, е 682 пъти по-малко от необходимото за отстраняване на лития.
3. Работа при студено време - Na-ion батериите могат да работят при изключително ниски температури до -30 градуса по Целзий.
4. Целеви пазар - Компании като Faradion и CATL са си поставили за цел да въведат технологията за натриеви-йони в многостепенното EV и-мрежово съхранение на енергия. Използвайки технологията за батерии Na-ion, тези компании ще се съсредоточат върху клиенти,-чувствителни към разходите.
C. Graphene-Подобрени батерии
Графенът, който е направен от един слой въглеродни атоми, може да подобри производителността на батерията по следните начини:
По-бързо зареждане: Графеновите суперкондензатори могат да позволят на смартфон или таблет да бъдат напълно заредени за приблизително 15 секунди.
По-високи цикли на използване: За разлика от литиево-йонните батерии, които са ограничени до 500-2000 цикъла, графеновата батерия може да постигне 10 000 цикъла.
Графеновите батерии, устойчиви на студено време, ще продължат да функционират добре при екстремно ниски -40 до високи 80 градуса по Целзий.
До 2030 г. графеновите батерии, които в момента са в процес на експериментално тестване, могат напълно да трансформират възможностите за съхранение на енергия за възобновяеми енергийни източници и електрически автомобили.
4. Ще оцелеят ли литиевите батерии? Сценарий за съвместно съществуване
Поради експерименталната фаза, графеновите батерии може да позволят драстична промяна към нови форми на съхранение на енергия във възобновяема енергия и електрически превозни средства до 2030 г. Дори и с прогнозите за края на света около литиевите батерии, тяхното изчезване изглежда много малко вероятно, като прогнозите клонят към техните технологии, съжителстващи с нови иновации.
Няколко пазарни ниши все още ще зависят силно от литиево-йонните батерии поради тяхната висока енергийна плътност, като авиацията и космонавтиката с новото електрическо вертикално излитане-и кацане (eVTOL). В допълнение, чрез използване на хибридни системи или хибридни комбинации от литиеви с твърдо-или натриево-йонни батерии, комбинацията от химия би осигурила няколко предимства, включително подобрена цена, безопасност, производителност и т.н. Например, бъдещите електрически превозни средства на BMW вероятно ще използват твърдо-и литиево-йонни клетки в комбинация като средство за оползотворяване на съответните предимства на всяка технология.
Освен това, иновациите в рециклирането на литиеви клетки, включително плана на Китай да рециклира 1,2 милиона тона до 2025 г., ще удължат живота на литиевите клетки, като същевременно се дължат на икономии на разходи и енергия от по-малко добив.
5. Пътят напред: Балансиране на иновациите и практичност
Еволюцията към система с „пост{0}}литиева батерия“ зависи от три основни фактора:
1. Конкурентоспособност на разходите – за да могат полупроводниковите-батерии и натриево-йонните батерии да спечелят значителен пазарен дял, те трябва да достигнат еквивалента на $100 за kWh, за да стане ценообразуването сравнимо с литиево-йонните батерии.
2. Мащабируемост – твърдо{1}}производствените инсталации, като линията CATL 20GWh, трябва да могат да се мащабират от пилотна инсталация до масово производство (цел за 2027 г.).
3. Политическа подкрепа – Правителствените политики трябва да бъдат въведени за насърчаване и стимулиране на научноизследователска и развойна дейност и инфраструктура за рециклиране, която може да намали или елиминира риска от веригата за доставки, свързан с литий.
