با توسعه سریع علم و فناوری و دگرگونی ساختار انرژی جهانی، انرژی های تجدیدپذیر کلید توسعه انرژی در آینده شده است. باتری های لیتیوم یونیبه عنوان منابع باتری ثانویه، از دهه 1990 به سرعت توسعه یافته است. مزایای چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی و سازگاری با محیط زیست باعث شده است که آنها به طور گسترده در وسایل نقلیه انرژی جدید، محصولات الکترونیکی و سیستم های ذخیره انرژی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، باتری‌های لیتیوم یونی به تدریج به یک ابزار تحقیقاتی مهم در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر تبدیل شده‌اند و به افزایش سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در خانه کمک می‌کنند. استقرار این نوع سیستم ها باعث بهبود پایداری سیستم های قدرت و همچنین صرفه جویی در هزینه ها شده است.
در اینجا، ما بیشتر به مزایا و معایب استفاده از باتری‌های لیتیوم یونی برای ذخیره‌سازی انرژی مسکونی، از جمله عملکرد باتری، هزینه، ایمنی و اثرات زیست‌محیطی خواهیم پرداخت.
فهرست مندرجات
ساختار باتری لیتیوم یون
توسعه باتری لیتیوم یون برای ذخیره سازی خانگی
مشکلات باتری های لیتیوم یون خانگی
تحقیقات مداوم در مورد باتری های لیتیوم یون
چشم انداز بازار باتری لیتیوم یون داخلی
مشوق هایی برای صاحبان خانه برای استفاده از باتری های لیتیوم یونی
چند نکته در مورد خرید باتری
ساختار باتری لیتیوم یون
باتری لیتیوم یونی نوعی باتری ثانویه (باتری قابل شارژ) است که عمدتاً متکی به یون های لیتیوم است که بین الکترودهای مثبت و منفی حرکت می کنند. باتری‌های لیتیوم یونی معمولاً از سلول‌ها، فیوز (یا PTC)، بردهای محافظ، پوسته‌ها و برخی لوازم جانبی تشکیل شده‌اند. برد حفاظتی عمدتاً از تراشه های حفاظتی، لوله های MOS، مقاومت ها، خازن ها و بردهای PCB تشکیل شده است. در این میان سلول به یک سلول الکتروشیمیایی منفرد اطلاق می شود که حاوی الکترودهای مثبت و منفی، الکترولیت ها، دیافراگم و غیره است. مواد فعالی که برای ایجاد الکترودهای مثبت استفاده می‌شوند، عموماً منگنات لیتیوم، لیتیوم کبالت، لیتیوم نیکل کبالت منگنات یا لیتیوم فسفات آهن هستند. گرافیت یا کربن با ساختار گرافیت مشابه برای الکترودهای منفی استفاده می شود. الکترولیت آلی یک حلال کربناته حل شده در لیتیوم هگزافلورو فسفات است. باتری های لیتیوم یون پلیمری از یک الکترولیت ژل مانند استفاده می کنند.
دوچرخه های برقی معمولاً از لیتیوم نیکل کبالت منگنات (همچنین به عنوان سه تایی شناخته می شود) به اضافه مقدار کمی منگنات لیتیوم استفاده می کنند. دیافراگم یک لایه پلیمری شکل با ساختار ریز متخلخل است که به یون های لیتیوم اجازه عبور آزادانه می دهد اما الکترون ها را مسدود می کند. انواع متداول از پلی اتیلن (PE)، پلی پروپیلن (PP) یا فیلم کامپوزیت آن، دیافراگم سه لایه PP/PE/PP ساخته شده اند. پوسته باتری معمولا از یک پوسته فولادی، پوسته آلومینیومی، پوسته آهنی با روکش نیکل، فیلم آلومینیومی پلاستیکی و غیره تشکیل شده است، در حالی که درپوش دارای پایانه های مثبت و منفی باتری است.
توسعه باتری لیتیوم یون برای ذخیره سازی خانگی
تکنولوژی محصول
در سال‌های اخیر، با پیشرفت و بلوغ تدریجی فناوری باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های لیتیوم یون داخلی از نظر ظرفیت، ایمنی، عمر چرخه و غیره پیشرفت‌های فنی قابل توجهی داشته‌اند. در حال حاضر، چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یونی خانگی 200 تا 300 وات ساعت بر کیلوگرم است و برخی از محصولات پیشرفته حتی از 350 وات ساعت بر کیلوگرم نیز فراتر می‌روند. علاوه بر این، ارتقای مداوم فناوری سیستم مدیریت باتری (BMS) به این معنی است که ایمنی باتری‌های لیتیوم یون نیز در حال بهبود است.
مقیاس بازار
در سال‌های اخیر، اندازه بازار باتری‌های لیتیوم یونی روند گسترش سریعی را نشان می‌دهد، به طوری که بازار جهانی باتری‌های لیتیوم یون خانگی از 1 میلیارد دلار در سال 2010 به 10 میلیارد دلار در سال 2020 رشد کرده است. بر اساس گزارش‌های مربوطه، در حال حاضر، بازار باتری‌های لیتیوم یونی عمدتاً در چین، ژاپن و کره جنوبی متمرکز شده است. به اشتراک بگذارید در همین حال، منطقه اروپا تنها 70 تا 10 درصد از بازار جهانی را به خود اختصاص داده است که نشان می دهد بازار اروپا پتانسیل توسعه زیادی دارد.
کاهش هزینه
کاهش هزینه باتری‌های لیتیوم یون جنبه‌های زیادی را در بر می‌گیرد و سازندگان به بهبود عملکرد باتری و کاهش هزینه‌های باتری با استفاده از فناوری، بهبود مواد و بهینه‌سازی تولید ادامه می‌دهند. در آینده، با عمیق‌تر شدن تحقیقات و بلوغ فناوری، هزینه تولید باتری‌های لیتیوم یونی نیز کاهش بیشتری خواهد یافت.
مشکلات باتری های لیتیوم یون خانگی
هزینه
با تداوم بلوغ فناوری باتری لیتیوم یون، هزینه های تولید سال به سال کاهش یافته است. اما به دلیل توزیع نابرابر مواد خام، نوسانات قیمت می تواند قابل توجه باشد و هزینه باتری های لیتیوم یونی را بیشتر از باتری های سنتی می کند که رقابت آن را در کاربردهای بزرگ محدود می کند.
دوام
عمر باتری های لیتیوم یونی با تعداد چرخه ها، سرعت شارژ و دشارژ، دما و عوامل دیگر تعیین می شود. با افزایش تعداد چرخه های باتری، ظرفیت باتری و توان خروجی ممکن است کاهش یابد.
مسائل زیست محیطی
در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی برای مصارف خانگی امکانات زیادی را فراهم می‌کنند، اما با مشکلات زیست محیطی خاصی نیز همراه هستند. و اگرچه بسیاری از تولید کنندگان باتری های لیتیوم یونی فرآیندهای تولید سبز را اتخاذ کرده اند، هنوز خطر زیست محیطی خاصی در درمان باتری های لیتیوم یون ضایعات وجود دارد. به عنوان مثال، باتری‌های ضایعاتی حاوی فلزات سنگین مضری هستند که اگر به درستی مورد استفاده قرار نگیرند، احتمالاً می‌توانند باعث آلودگی خاک، منابع آب و اکوسیستم شوند.
خطرات ایمنی
باتری‌های لیتیوم یونی که تحت شارژ و دشارژ بیش از حد، دماهای بالا، اکستروژن و سایر شرایط خاص قرار می‌گیرند، ممکن است دچار فرار حرارتی، آتش‌سوزی و سایر حوادث ایمنی شوند. علیرغم پیشرفت های مداوم در فناوری سیستم مدیریت باتری (BMS)، ایمنی باتری های لیتیوم یونی تا حد زیادی بهبود یافته است. اما در موارد شدید، هنوز احتمال بروز حوادث ایمنی وجود دارد.
تحقیقات مداوم در مورد باتری های لیتیوم یون
باتری های لیتیوم یون به عنوان یک دستگاه ذخیره انرژی کارآمد و نسبتا دوستدار محیط زیست، در سال های اخیر مورد توجه و تحقیقات گسترده ای قرار گرفته اند. تحقیقات کنونی عمدتاً به سمت بهینه‌سازی مواد، ساختار، مدیریت باتری، فناوری شارژ سریع، ایمنی و سایر جنبه‌ها است.
نوآوری مواد
محققان در حال بررسی مواد جدید الکترود مثبت و منفی برای بهبود چگالی انرژی، عمر و ایمنی باتری ها بوده اند. به عنوان مثال، مواد سیلیکونی ممکن است به زودی جایگزین گرافیت سنتی برای الکترودهای منفی شود و در نتیجه چگالی انرژی باتری ها را بهبود بخشد. در همان زمان، محققان همچنین در حال بررسی مواد کاتدی جدید، مانند مواد غنی از لیتیوم و مواد غنی از لیتیوم لایه‌ای، برای بهبود چگالی انرژی و عمر باتری‌ها هستند.
الکترولیت های جامد
الکترولیت های جامد یکی از فناوری های کلیدی در باتری های نسل بعدی هستند. در مقایسه با الکترولیت های مایع مورد استفاده در باتری های لیتیوم یون سنتی، الکترولیت های جامد ایمنی بالاتر و چگالی انرژی بالاتری دارند. در حال حاضر، محققان در حال بررسی توسعه الکترولیت های جامد کم هزینه و با رسانایی یونی بالا برای جایگزینی الکترولیت های مایع سنتی هستند.
سیستم های مدیریت باتری
سیستم مدیریت باتری جزء مهمی در میزان مصرف انرژی باتری‌های لیتیوم یونی است که باعث افزایش عمر باتری و بهبود ایمنی می‌شود. محققان برای دستیابی به کنترل دقیق و مدیریت بهینه باتری ها بر روی سیستم های مدیریت هوشمند باتری کار می کنند.
فناوری های شارژ سریع
فناوری شارژ سریع می تواند زمان شارژ باتری را کوتاه کند و کارایی استفاده را بهبود بخشد. محققان در حال مطالعه فناوری‌های شارژ کارآمدتر، مانند شارژ پالس و شارژ بی‌سیم، برای دستیابی به سرعت شارژ سریع‌تر و راندمان شارژ بالاتر هستند.
چشم انداز بازار باتری لیتیوم یون داخلی
نیازهای تبدیل انرژی: با پیشرفت تحول انرژی جهانی، منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد به تدریج به جریان اصلی تبدیل شده اند. باتری‌های لیتیوم یون داخلی به ذخیره این منابع انرژی متناوب کمک می‌کنند و خانوارها را قادر می‌سازند تا به منبع انرژی خودکفا دست یابند و وابستگی خود را به منابع انرژی فسیلی سنتی کاهش دهند.
محبوبیت خودروهای برقی: با توسعه سریع بازار خودروهای الکتریکی، سیستم ذخیره انرژی باتری لیتیوم یون خانگی را می توان برای استفاده به عنوان یک تسهیلات پشتیبانی برای وسایل نقلیه الکتریکی، ارائه راه حل های ذخیره انرژی و بهبود بیشتر برد و عملکرد آنها تطبیق داد.
سیاست قیمت برق پیک دره: بسیاری از کشورها و مناطق، سیاست‌های قیمت برق اوج دره را برای تشویق کاربران به شارژ با قیمت‌های پایین و استفاده از برق در ساعات اوج مصرف اجرا می‌کنند. باتری‌های لیتیوم یون خانگی می‌توانند به کاربران کمک کنند تا از سیاست‌های قیمت‌گذاری اوج برق برای کاهش هزینه‌های انرژی استفاده کامل کنند.
ارتقای هدف بی طرفی کربن: کشورهای سراسر جهان اهداف بی طرفی کربن را برای ارتقای تنظیم ساختار انرژی و کاهش انتشار کربن پیشنهاد کرده اند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری‌های لیتیوم یون خانگی می‌توانند کارایی انرژی را بهبود بخشند، انتشار کربن را کاهش دهند و به جهان در دستیابی به بی‌طرفی کربن کمک کنند.
نوآوری فناوری: با پیشرفت مداوم در توسعه فناوری باتری‌های لیتیوم یون، ظرفیت، ایمنی، عمر چرخه و سایر جنبه‌های عملکرد آنها بیشتر بهبود می‌یابد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و رقابت در بازار را بهبود می‌بخشد.
مشوق هایی برای صاحبان خانه برای استفاده از باتری های لیتیوم یونی
ژاپن
وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت ژاپن (METI) با بودجه ای در حدود 98.3 میلیون دلار، 66 درصد یارانه برای خانوارها و مشاغلی که باتری های الکترونیکی لیتیومی نصب می کنند، ارائه می دهد. با در نظر گرفتن باتری‌های سولفور سدیم، دولت ژاپن نه تنها در تحقیقات اولیه و توسعه، بیش از 50 درصد بودجه را تأمین می‌کند، بلکه از فناوری، بازار، پروژه‌های نمایشی و سایر جنبه‌ها حمایت مالی می‌کند و پس از عملیات تجاری به یارانه‌های خود ادامه می‌دهد.
ایالات متحده
اعتبارات مالیاتی فدرال: دولت ایالات متحده طیف وسیعی از اعتبارات مالیاتی را برای ترویج توسعه انرژی های تجدیدپذیر و سیستم های ذخیره سازی ارائه می دهد. به عنوان مثال، اعتبار مالیات سرمایه گذاری (ITC) و اعتبار مالیات تولید (PTC) می تواند برای کاهش هزینه خرید یک سیستم ذخیره انرژی خانگی استفاده شود. در همین حال، برخی از ایالت ها مشوق ها و یارانه های قابل توجهی را برای جذب سرمایه گذاری در تولید باتری ارائه می دهند، از جمله مشوق های نقدی، مشوق های مالیاتی و حقوق استفاده از زمین. برخی از ایالت‌ها همچنین با اجرای سیاست‌های «نت‌سنجی» که به صاحبان ذخیره‌سازی انرژی خانه اجازه می‌دهد تا نیروی خورشیدی اضافی را به شبکه بفروشند، قبوض برق را کاهش می‌دهند.
آلمان
بین سال‌های 2013 و 2018، دولت آلمان تا 30 درصد یارانه مستقیم وام برای ذخیره‌سازی انرژی خانوار ارائه کرد، و از آنجایی که مصرف انرژی عمدتاً مربوط به فتوولتائیک‌های خانگی است، سیاست‌های مفید فتوولتائیک خانگی آلمان، تأسیسات ذخیره‌سازی انرژی خانگی را ارتقا داده است.
چند نکته در مورد خرید باتری
ترکیب شیمیایی را درک کنید
باتری های لیتیوم یون معمولاً از عناصر فلزی مانند لیتیوم، کبالت و نیکل تشکیل شده اند. درک منبع و فرآیند استخراج این عناصر برای ارزیابی اثرات زیست محیطی باتری مهم است. خریداران می توانند از تامین کنندگان بخواهند که اطلاعاتی در مورد مواد باتری ارائه دهند و سعی کنند محصولاتی را از منابع پایدار انتخاب کنند که از فرآیندهای استخراج سازگار با محیط زیست استفاده می کنند. علاوه بر این، خریداران باید به دنبال برندهایی باشند که دارای گواهینامه حفاظت از محیط زیست هستند، مانند گواهینامه RoHS اتحادیه اروپا و گواهینامه پلت فرم مدیریت ردیابی قابلیت ردیابی باتری خودروهای انرژی جدید چین.
ظرفیت و چگالی انرژی را در نظر بگیرید
خریداران باید ظرفیت و چگالی انرژی باتری را درک کنند تا باتری مناسب را برای نیازهای کاربردی خود انتخاب کنند. به طور کلی، باتری هایی با ظرفیت و چگالی انرژی بالا می توانند عمر باتری طولانی تری داشته باشند و وزن سبک تری دارند. با این حال، خریداران باید عواملی مانند زمان شارژ و طول عمر را نیز در نظر بگیرند.
به ایمنی باتری توجه کنید
باتری‌های لیتیوم یون در صورت استفاده نادرست یا استفاده نادرست می‌توانند باعث بروز حوادث ایمنی شوند. بنابراین، خریداران باید یک مارک باتری را انتخاب کنند که سابقه ایمنی خوبی داشته باشد و به شدت آزمایش شده باشد. در هنگام حمل و نقل و نگهداری، خریدار باید مقررات و استانداردهای ایمنی مربوطه را نیز رعایت کند.
سرعت شارژ را در نظر بگیرید
سرعت شارژ باتری های لیتیوم یون نیز عاملی است که باید در نظر گرفته شود. فناوری شارژ سریع می تواند زمان شارژ باتری را کوتاه کند و کارایی آن را بهبود بخشد، اما ممکن است بر عمر و ایمنی باتری نیز تأثیر بگذارد. خریدار باید سرعت شارژ مناسب را با توجه به تقاضای واقعی انتخاب کند.
عمر چرخه را در نظر بگیرید
عمر چرخه باتری لیتیوم یونی به تعداد دفعاتی که می توان از آن در شرایط شارژ و دشارژ خاصی استفاده کرد اشاره دارد. باتری با عمر چرخه طولانی می تواند عمر طولانی تری داشته باشد که باعث کاهش دفعات تعویض و تولید زباله می شود. خریداران می توانند باتری هایی با عمر چرخه طولانی را با توجه به نیازهای کاربردی واقعی انتخاب کنند.
برای راه‌حل‌های تجاری بیشتر، مروری بر صنعت، و دیدگاه‌های تازه درباره ایده‌های تجاری، حتماً مشترک شوید Cooig.com می خواند.
