Хранение энергии

Литий-ионная батарея

1. Литий-ионная батарея

A. Физические принципы работы

Ионно-литиевая аккумуляторная система представляет собой систему хранения энергии, основанную на электрохимических реакциях заряда/разрядки, которые происходят между положительным электродом (катодом), который содержит определенный литированный оксид металла, и отрицательным электродом (анод), который изготовлен из углеродного материала или соединений интеркалирования. Электроды разделяются пористыми полимерными материалами, которые обеспечивают электрон и ионический поток между собой, и погружаются в электролит, который состоит из литиевых солей (например, липф6), растворенных в органических жидкостях.

При зарядке батареи атомы лития в катоде становятся ионами и перемещаются через электролит к углеродному аноду, где они сочетаются с внешними электронами и осаждаются между углеродными слоями в виде атомов лития. Этот процесс меняется во время разгрузки.

Пример: зарядное устройство LI-ION

B. важные компоненты

Основными элементами являются следующие:

• Элементарная клетка состоит из сборки электродов, электролита и сепараторов

• Модули, состоящие из последовательной или параллельной сборки ячеек

• Аккумуляторные системы, состоящие из большой сборки модулей, системы управления батареями и системы термического управления

• Система преобразования энергии (ПК)

C.Основные данные о результативности

D. Варианты конструкции (неэкспрессивные)

 Предлагаются следующие варианты дизайна:

Различные электрохимии: LiCO2, LiNCA, LiNMC, LiFePO4, LiMn2O4, LiT0 и др.

Жидкий электролит или полимерный электролит

Различные формы ячеек: цилиндрические, призматические, дипломатической

Различная толщина электрода в зависимости от соотношения энергии и мощности

Различные системы аккумуляторов в зависимости от размера: корпус до контейнера

2. Современный сайт

Литий-ионные аккумуляторы, поступившие в продажу в начале 90-х годов, всего за несколько лет заняли 50 % рынка небольших мобильных телефонов, однако производство крупномасштабных литий-ионных аккумуляторов сопряжено с некоторыми трудностями. Производители работают над снижением стоимости литий-ионных батарей, которая, как ожидается, еще больше снизится с выходом на рынок автомобилей и накопителей энергии.

Внедрение литий-ионных батарей в стационарной технике значительно увеличилось с 2010 года, чему способствовал обширный опыт, накопленный при разработке батарей для электрических и гибридных автомобилей. В 2015 году в мире работало более 500 МВт стационарных литий-ионных батарей в установках, подключенных к электросети. Были разработаны и успешно испытаны системы, работающие совместно с распределенными возобновляемыми генераторами мощностью от нескольких кВт до нескольких МВт, а также для поддержки сети с напряжением до 1 кВ. Если первые системы использовались в демонстрационных целях, то сейчас в разных регионах мира развивается только коммерческий рынок для таких приложений.

Процессы и установки по переработке отходов позволяют достичь эффективности переработки более 50%.

3. Будущие события 

Совершенствование технологий приведет к дальнейшему увеличению плотности энергии, циклов и календарного срока службы. Наращивание промышленных мощностей для массового производства элементов и батарей промышленного размера (что обусловлено развитием автомобильного рынка, рынка накопителей энергии и других массовых рынков) приведет к снижению стоимости систем в будущем. Увеличение объема рынка приведет к большей дифференциации системных решений для различных областей применения, а также к сильной интеграции системных функций, специфичных для каждого сегмента.

 4. Актуальность в Европе

Европа является одним из ведущих континентов по использованию литий-ионных батарей в различных областях применения, включая стационарные накопители энергии, железнодорожные, морские, грузовые и автомобильные системы. В частности, на рынке накопителей энергии ведущими странами по внедрению литий-ионных батарей являются: Италия для поддержки сети T&D, Германия для самопотребления фотоэлектрических батарей и Франция в островных сетях. Большинство поставщиков литий-ионных батарей - из Азии (Корея, Китай и Япония), но есть и несколько европейских производителей литий-ионных батарей и подключаемых к сетям литий-ионных систем хранения. Другими основными европейскими игроками являются так называемые интеграторы, которые объединяют модули литий-ионных батарей от различных поставщиков батарей вместе с инверторами и системами управления.

5. Приложения

• Благодаря высокой масштабируемости и гибкости в отношении мощности и энергии, литий-ионные батареи используются в самых разных областях:

• Жилые и коммерческие здания: переключение времени и самопотребление энергии, произведенной на местном фотоэлектрическом заводе

• Распределительные сети: напряжение, мощность и поддержка аварийных ситуаций в интеллектуальных сетях

• Передающие сети: Дополнительные услуги, а именно регулирование частоты 

• Возобновляемая генерация: сглаживающие и формирующие функции, связанные с поддержкой напряжения и частоты, для обеспечения лучшей интеграции крупных возобновляемых электростанций в систему электроснабжения.

6. Источники информации

• Члены EASE

• ЕВРОБАТ

• ИСЕА RWTH Aachen

• Сафт