Se dice que los protometales de la tierra son planetas que han impactado repetidamente en la tierra y han traído varios metales diferentes a la tierra. Obviamente, los planetas son demasiado arbitrarios cuando golpean y causan ciertos problemas a los residentes de la tierra, uno de los cuales es el litio. Este es el metal más utilizado en los sistemas de almacenamiento de energía electroquímica en la actualidad, pero la región más próspera de la industria de baterías de litio en la actualidad, china, está atrapada en recursos insuficientes de litio. Sin embargo, otros metales también han entrado en el territorio de las baterías uno tras otro, lo que ha hecho que el almacenamiento de energía electroquímica sea colorido.
¿El fosfato de hierro de litio y el triple, ¿ son realmente rivales?
Hablando de que las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternárias son hermanos en el campo de las baterías de iones de litio, pero en los últimos dos años, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternárias parecen tener algunas tendencias que me persiguen y no se dejan llevar. Especialmente el 18 de noviembre, después de que el Ministerio de Industria y tecnología de la información publicara las "condiciones normativas de la industria de baterías de iones de litio (edición 2021)" (borrador para comentarios) y las "medidas administrativas para el anuncio normativo de la industria de baterías de iones de litio (edición 2021)" (borrador para comentarios), la industria encontró que parece haber cierta tendencia a frenar las baterías de fosfato de hierro y litio que están avanzando a gran escala:
Las nuevas especificaciones requieren que la densidad de energía individual del proyecto de batería de energía sea ≥ 180wh / kg, y la densidad de energía de la batería sea ≥ 120wh / kg. Aunque la densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio es mucho mayor que la cifra de 120, la cifra de monómeros es un poco peligrosa, porque la densidad energética de los monómeros de las baterías de fosfato de hierro y litio convencionales todavía ronda las 160wh / kg. según este cálculo, muchos productos no pueden cumplir con los requisitos de Las nuevas regulaciones.
¿Pero, ¿ las nuevas regulaciones realmente están inhibiendo las baterías de fosfato de hierro y litio?
Todavía comienza con el material positivo. Al igual que el Fondo de la olla con sabor suave es el alma de la olla caliente, el material positivo también asume el papel del alma de la batería de litio. En el costo de fabricación de la batería, el material positivo representa alrededor del 40%.
Debido a que es tan importante, incluso las baterías de iones de litio se distinguen por el material positivo. Después de más de 30 años de desarrollo, los principales materiales de cátodo utilizados actualmente en baterías de litio han entrado en la industrialización son el cobalto de litio (lco), el Manganato de litio (lmo), el fosfato de hierro de litio (lfp) y los materiales ternários (ncm, nca). El fosfato de hierro de litio y el ternário son las dos categorías más grandes de baterías de energía, por lo que son particularmente notables. Además, la compañía Yinlong de Dong Mingzhu utiliza un material de titanato de litio (lto), pero el titanato de litio no se utiliza como material positivo, sino como material negativo. El material positivo de la batería de titanato de litio sigue siendo fosfato de hierro de litio o material ternário.
El nombre "ternaria" proviene de tres metales y se refiere al uso de níquel - cobalto - Manganato de litio (ncm) o níquel - cobalto - aluminio de litio (nca) en materiales de cátodo. Con sal de níquel, sal de cobalto y sal de manganeso (aluminio) como materias primas, la proporción de los tres tipos en él se puede ajustar de acuerdo con las necesidades reales.
En el campo de las baterías de energía, las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías ternárias compiten porque cada una tiene sus propias ventajas.
Como se puede ver en la tabla, la ventaja del fosfato de hierro de litio sobre los materiales ternários es su alta seguridad, otra ventaja es su bajo costo, y la desventaja es que la densidad energética no es tan alta como los materiales ternários.
Debido a la ventaja de costo, antes de 2017, se puede decir que las baterías de fosfato de hierro y litio en las baterías de energía eran un caballo muerto con un costo relativamente bajo. Pero en 2017, debido a que los subsidios políticos de la época fomentaban una alta densidad energética, las baterías ternárias llegaron más tarde y pronto reemplazaron la posición dominante de las baterías de fosfato de hierro y litio, alcanzando un máximo del 68% de las baterías de energía.
Sin embargo, con la disminución o incluso la desaparición de los subsidios políticos, junto con el aumento gradual de los requisitos de seguridad, el fosfato de hierro de litio ha vuelto a aumentar. desde principios del año pasado, la capacidad instalada de las baterías de fosfato de hierro de litio ha comenzado a perseguir las baterías ternárias desde el 38,3%, hasta junio de este año, la capacidad instalada de las baterías de fosfato de hierro de litio ha superado la capacidad instalada de las baterías ternárias, y hasta los datos de noviembre de este año, ha superado la capacidad instalada de las baterías ternárias durante cinco meses consecutivos.
¿Entonces, ¿ es cierto que las nuevas regulaciones del 18 de noviembre de este año vuelven a mencionar la densidad energética y repiten el viejo camino de 2017?
La respuesta es: no es así. De hecho, las nuevas regulaciones también establecen requisitos para las baterías ternárias: la capacidad específica del material ternário es ≥ 175ah / kg. En las "condiciones normativas de la industria de baterías de iones de litio edición 2021" determinadas el 10 de diciembre, la capacidad específica de los materiales ternários se redujo a ≥ 165ah / kg. En la actualidad, no hay duda de que los materiales de níquel alto de la serie Sanyuan 8 o más cumplen con los estándares, pero la capacidad específica de producción en masa de la serie Sanyuan 5 o menos puede que algunas empresas no cumplan con los estándares. Obviamente, la batería ternaria no está tranquila.
En otras palabras, el Estado plantea mayores requisitos tanto para el fosfato de hierro de litio como para los materiales ternários, que deben mostrar sus ventajas en pistas más largas.
En la actualidad, el mercado químico del fósforo, que ha estado en llamas durante muchos años, e incluso varias empresas químicas tradicionales de fósforo, incluidas xinyangfeng y yuntianhua, han entrado en el campo del fosfato de hierro y litio, y todavía hay espacio para sus grandes logros en esta pista. La densidad energética de las baterías de fosfato de hierro y litio alcanza el nivel de cumplimiento, que es la dirección de los esfuerzos de las empresas relacionadas.
Del mismo modo, las empresas de materiales ternários siguen teniendo espacio para esfuerzos técnicos sostenidos. En la actualidad, la dirección de la tecnología de materiales ternários es principalmente alto en níquel y bajo en cobalto o incluso sin cobalto. El Alto níquel es para mejorar la densidad energética, el rendimiento de Seguridad y la vida útil, mientras que el cobalto es demasiado caro. El 66% de la producción mundial de cobalto proviene de la inestable República Democrática del Congo (rdc). El 20 de diciembre, los medios extranjeros informaron que la situación actual en la República Democrática del Congo era peor, superponiendo la epidemia africana, y los precios del cobalto volverían a aumentar. Y el cobalto no participa en reacciones electroquímicas, por lo que reducir el cobalto mientras es alto en níquel es una buena manera de aumentar la densidad energética de la batería y reducir los costos.
¿¿ pueden las baterías de litio de estado sólido y las baterías de litio y azufre llevar vigas?
Con el fin de mejorar la densidad energética y la seguridad de las baterías de litio, además de los esfuerzos técnicos de las baterías de fosfato de hierro de litio y las baterías ternárias, el mundo también está explorando baterías de litio de estado sólido (incluidas las baterías de litio semisólidas) y baterías de litio y azufre.
En cuanto a las baterías de litio de Estado sólido, el titular de almacenamiento de energía lo detalló una vez en el artículo "¡ rendimiento de ciclo de hasta 45.000 veces! Cuánto tiempo falta para que las baterías de estado sólido estén en la carga?". Reemplaza los electrolitos líquidos por sustancias sólidas, aumenta la densidad de materiales de iones de litio o litio metálico, puede conducir una mayor corriente eléctrica y, a su vez, aumentar la capacidad de la batería. Debido a que no hay electrolitos en las baterías de Estado sólido, es más seguro, más pequeño en volumen y más denso en energía.
Además de la seguridad, el pequeño tamaño también es una ventaja atractiva para las baterías de Estado sólido. En las baterías tradicionales de iones de litio se necesitan diafragmas y electrolitos, que juntos ocupan casi el 40% del volumen y el 25% de la masa de la batería. El uso de electrolitos de estado sólido reduce considerablemente el espesor de la batería.
La tecnología de baterías de estado sólido también es considerada por el mercado como la tecnología de baterías de próxima generación.
Además de la batería de titanato de litio, también hay una dirección técnica de la batería de litio y azufre, que utiliza azufre como material positivo y litio como negativo. Durante la descarga, la reacción negativa es que el litio pierde electrones y se convierte en iones de litio, la reacción positiva es que el azufre y los iones de litio y la reacción electrónica generan sulfuros, y la diferencia de potencial eléctrico entre la reacción positiva y negativa es el voltaje de descarga proporcionado por la batería de litio y azufre. Bajo la acción de un voltaje externo, la reacción positiva y negativa de la batería de litio y azufre se realiza en sentido inverso, es decir, el proceso de carga. La energía específica teórica de descarga de la batería de litio y azufre es de 2600wh / kg.
Las baterías de litio de estado sólido y las baterías de litio y azufre son nuevas tecnologías prometedoras para aumentar la densidad de potencia de las baterías de litio. el costo de las baterías de litio líquido es de aproximadamente 1200 - 2000 yuanes por kilovatio hora, pero si se utiliza la tecnología existente para fabricar baterías de estado sólido suficientes para alimentar teléfonos inteligentes, su costo será tan alto como 60000 yuanes, por no hablar del costo de las baterías de estado sólido para alimentar automóviles, por lo que las baterías de litio de estado sólido y las baterías de litio y azufre todavía están lejos de la comercialización de productos.
¿¿ pueden las baterías de iones de sodio y aluminio ser más altas?
El 20 de diciembre, en respuesta a las preguntas de los inversores sobre las baterías de iones de sodio, Ningde Times dijo que la compañía había iniciado previamente el diseño de industrialización de las baterías de iones de sodio y formaría una cadena industrial básica en 2023.
Tan pronto como se comparan las baterías de iones de sodio y las baterías de iones de litio, se pueden ver sus ventajas de inmediato: la Alta abundancia de sodio, a diferencia de los recursos de litio, se estira en muchas partes del planeta, lo que también trae un costo relativamente bajo de las baterías de iones de sodio. Otra ventaja es la fuerte adaptabilidad ambiental, y la probabilidad de no caer la cadena en un ambiente de baja temperatura es mayor que la de los vehículos de nueva energía con baterías de iones de litio instaladas. Pero al mismo tiempo, también tiene una debilidad fatal: la baja densidad de energía.
En un momento en que la densidad energética de las baterías de iones de litio tiene que sonreír avergonzado por los requisitos de resistencia, la densidad energética actual de las baterías de iones de sodio solo puede decir que es un poco insoportable mirar hacia otro lado los requisitos de resistencia. Sin embargo, en la era ningde, hay una manera de adoptar el modo "híbrido" para garantizar el suministro de energía antes de que la densidad energética de las baterías de iones de sodio no pueda aumentarse a gran escala a través de la tecnología. Sin embargo, esta mezcla no se mezcla con gasolina, sino con sodio y litio.
En julio de este año, cuando Ningde Times anunció que el desarrollo de baterías de iones de sodio había comenzado, anunció la solución de baterías ab: las baterías de iones de sodio y las baterías de iones de litio pueden integrarse simultáneamente en el mismo sistema de baterías, mezclando las dos baterías en una cierta proporción y disposición, conectando en serie y en paralelo, y luego realizando el control equilibrado de diferentes sistemas de baterías a través de algoritmos precisos de bms, lo que puede compensar las deficiencias de densidad energética de las baterías de iones de sodio en esta etapa, pero también aprovechar sus ventajas de alta potencia y bajo rendimiento a baja temperatura, por lo que el sistema de baterías de litio - sodio puede adaptarse a más escenarios de aplicación.
En la actualidad, además de la era ningde, no hay muchas baterías de iones de sodio en china, a diferencia de las empresas de baterías de iones de litio, que están en pleno apogeo. Una vez hubo comentarios de que la era Ningde es el núcleo de toda la cadena industrial de baterías de energía. La elección de la pista de baterías de iones de sodio en la era Ningde también desempeñará un papel de liderazgo fundamental en el desarrollo de baterías de iones de sodio.
Las noticias actuales de las baterías de iones de aluminio provienen más de la compañía india saturnose. Sin embargo, el desarrollo de esta tecnología también fue relativamente temprano.
El principio y la ecuación química de la batería de iones de aluminio son relativamente simples: con aluminio de alta pureza como negativo, oxígeno como positivo y hidróxido de potasio (koh) o solución acuosa de hidróxido de sodio (naoh) como electrolito. El aluminio absorbe oxígeno del aire y produce reacciones químicas cuando la batería se descarga, y el aluminio y el oxígeno se convierten en alúmina.
Las baterías de iones de aluminio se pueden cargar completamente en muy poco tiempo y se pueden cargar 7.500 veces repetidamente. en la superficie, este tipo de baterías son una fuente de alimentación libre de contaminación, a largo plazo, estable y confiable. Pero desde que comenzó el desarrollo en la década de 1960, no se ha aplicado a gran escala porque las baterías de aluminio tienen un defecto fatal: no son tan resistentes a la corrosión como las baterías de litio. Si no se utilizan baterías de iones de litio durante un mes, perderán el 5% de la electricidad, mientras que las baterías de aluminio perderán el 80% de la electricidad debido a la corrosión del aluminio.
La corrosión anódica de las baterías de aluminio durante la descarga produce hidrógeno, lo que no solo causará un consumo excesivo de materiales anódicos, sino que también aumentará la pérdida de electricidad en el interior de la batería. La respuesta de los científicos es mezclar aluminio metálico de alta pureza con elementos de aleación específicos para mejorar la resistencia positiva a la corrosión del aluminio metálico o agregar inhibidores de corrosión a los electrolitos.
La compañía saturnose, que anunció a principios de diciembre que lograría la producción en masa de baterías de aluminio, fue descubierta como una compañía fundada en abril de este año, con escepticismo mundial de que podría superar el "efecto corrosivo" en más de medio año. Sin embargo, saturnose afirma que ha estado llevando a cabo ataques técnicos en secreto durante cinco años.
Si los verdaderos fabricantes de baterías de aluminio pueden lograr resultados fructíferos en la producción en masa, inevitablemente se convertirán en una nueva fuerza en el almacenamiento de energía electroquímica.
Por el momento, las baterías de litio siguen muy por delante de la tecnología, el fosfato de hierro de litio y el triple uno antes y después no se permiten, se necesitan esfuerzos en la pista para cumplir con los requisitos del Ministerio de Industria y tecnología de la información, las baterías de sodio y aluminio también están dando pasos tentativos, si se pueden dar pasos lo suficientemente grandes, también es muy probable que superen las baterías de litio.
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