ومع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا والتحول في هيكل الطاقة العالمي، أصبحت الطاقة المتجددة أساسية لتطوير الطاقة في المستقبل. بطاريات ليثيوم أيونتطورت، كمصادر ثانوية للبطاريات، بسرعة منذ التسعينيات. إن مزاياها المتمثلة في كثافة الطاقة العالية ودورة الحياة الطويلة والصداقة للبيئة جعلتها تستخدم على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة والمنتجات الإلكترونية وأنظمة تخزين الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون تدريجيًا أداة بحثية مهمة في صناعة الطاقة المتجددة، مما يساعد على تعزيز الزيادة في أنظمة تخزين الطاقة المنزلية. أدى إنشاء هذه الأنواع من الأنظمة إلى تحسين استقرار أنظمة الطاقة بالإضافة إلى توفير التكاليف.
هنا، سنتعمق أكثر في الجوانب الإيجابية والسلبية لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة السكنية، بما في ذلك أداء البطارية والتكلفة والسلامة والتأثير البيئي.
جدول المحتويات
هيكل بطارية ليثيوم أيون
تطوير بطارية ليثيوم أيون للتخزين المنزلي
مشاكل مع بطاريات الليثيوم أيون المنزلية
الأبحاث الجارية حول بطاريات الليثيوم أيون
آفاق سوق بطاريات الليثيوم أيون المحلية
حوافز لأصحاب المنازل لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون
بعض النصائح حول شراء البطاريات
هيكل بطارية ليثيوم أيون
بطارية الليثيوم أيون هي نوع من البطاريات الثانوية (بطارية قابلة لإعادة الشحن) تعتمد بشكل أساسي على أيونات الليثيوم التي تتحرك بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة. تتكون بطاريات الليثيوم أيون عمومًا من خلايا، ومنصهر (أو PTC)، ولوحات حماية، وأغلفة، وبعض الملحقات. تتكون لوحة الحماية بشكل أساسي من شرائح الحماية وأنابيب MOS والمقاومات والمكثفات ولوحات PCB. وفي الوقت نفسه، تشير الخلية إلى خلية كهروكيميائية واحدة تحتوي على أقطاب كهربائية موجبة وسالبة، وإلكتروليتات، وحجاب حاجز، وما إلى ذلك. المواد الفعالة المستخدمة لإنشاء أقطاب كهربائية موجبة هي بشكل عام منجنات الليثيوم أو كوبالت الليثيوم أو منجنات نيكل الليثيوم أو كوبالت الليثيوم أو فوسفات حديد الليثيوم. يُستخدم الجرافيت، أو الكربون ذو البنية الجرافيتية المشابهة، في صناعة الأقطاب الكهربائية السالبة. المنحل بالكهرباء العضوي عبارة عن مذيب كربونات مذاب في سداسي فلورو فوسفات الليثيوم. تستخدم بطاريات ليثيوم أيون البوليمر إلكتروليتًا يشبه الهلام.
تستخدم الدراجات الكهربائية عادة منجنات الليثيوم والنيكل والكوبالت (المعروف أيضًا باسم الثلاثي) بالإضافة إلى كمية صغيرة من منجنات الليثيوم. الحجاب الحاجز عبارة عن فيلم بوليمر على شكل هيكل مسامي صغير يسمح لأيونات الليثيوم بالمرور بحرية ولكنه يمنع الإلكترونات. تصنع الأصناف الشائعة من البولي إيثيلين (PE)، أو البولي بروبيلين (PP)، أو غشاء مركب من البولي إيثيلين (PP/PE/PP) ثلاثي الطبقات. يتكون غلاف البطارية عادةً من غلاف فولاذي، وغطاء من الألومنيوم، وغطاء حديدي مطلي بالنيكل، وفيلم من الألومنيوم والبلاستيك، وما إلى ذلك، بينما يتميز الغطاء بأطراف البطارية الإيجابية والسلبية.
تطوير بطارية ليثيوم أيون للتخزين المنزلي
تكنولوجيا المنتج
في السنوات الأخيرة، مع التطور التدريجي والنضج لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، حققت بطاريات الليثيوم أيون المحلية تقدمًا تقنيًا كبيرًا من حيث السعة والسلامة ودورة الحياة وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر، تتراوح كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون المنزلية السائدة بين 200 و300 وات ساعة/كجم، وتتجاوز بعض المنتجات المتطورة 350 وات ساعة/كجم. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحديث المستمر لتقنية نظام إدارة البطارية (BMS) يعني أن سلامة بطاريات الليثيوم أيون آخذة في التحسن أيضًا.
نطاق السوق
في السنوات الأخيرة، أظهر حجم سوق بطاريات الليثيوم أيون اتجاهًا سريعًا للتوسع، مع نمو السوق العالمية لبطاريات الليثيوم أيون المنزلية من مليار دولار أمريكي في عام 1 إلى 2010 مليارات دولار أمريكي في عام 10. ويتركز سوق بطاريات الأيونات بشكل رئيسي في الصين واليابان وكوريا الجنوبية، وفقًا للتقارير ذات الصلة، حيث تمثل منطقة آسيا والمحيط الهادئ أكثر من 2020٪ من حصة السوق العالمية. وفي الوقت نفسه، تمثل المنطقة الأوروبية 70-10% فقط من السوق العالمية، مما يدل على أن السوق الأوروبية تتمتع بإمكانيات تنموية كبيرة.
تقليل التكاليف
يتضمن تخفيض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون العديد من الجوانب، ويستمر المصنعون في تحسين أداء البطارية وتقليل تكاليف البطارية عن طريق التكنولوجيا وتحسين المواد وتحسين الإنتاج. في المستقبل، مع تعميق البحث ونضوج التكنولوجيا، ستنخفض أيضًا تكلفة إنتاج بطاريات الليثيوم أيون بشكل أكبر.
مشاكل مع بطاريات الليثيوم أيون المنزلية
التكلفة
ومع استمرار نضج تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، انخفضت تكاليف الإنتاج على أساس سنوي. ولكن بسبب التوزيع غير المتكافئ للمواد الخام، يمكن أن تكون تقلبات الأسعار كبيرة، مما يجعل تكلفة بطاريات الليثيوم أيون أعلى من تكلفة البطاريات التقليدية، مما يحد من قدرتها التنافسية في التطبيقات واسعة النطاق.
المتانة
يتم تحديد عمر بطاريات الليثيوم أيون من خلال عدد الدورات ومعدل الشحن والتفريغ ودرجة الحرارة وعوامل أخرى. مع زيادة عدد دورات البطارية، قد تنخفض سعة البطارية وإخراج الطاقة.
القضايا البيئية
في حين أن بطاريات الليثيوم أيون للاستخدام المنزلي توفر العديد من وسائل الراحة، إلا أنها تأتي أيضًا مع بعض المشاكل البيئية. وعلى الرغم من أن العديد من الشركات المصنعة لبطاريات الليثيوم أيون قد اعتمدت عمليات الإنتاج الخضراء، إلا أنه لا تزال هناك مخاطر بيئية معينة في معالجة نفايات بطاريات الليثيوم أيون. على سبيل المثال، تحتوي نفايات البطاريات على معادن ثقيلة ضارة، والتي إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح، يمكن أن تسبب تلوث التربة ومصادر المياه والنظم البيئية.
مخاطر السلامة
قد تتعرض بطاريات الليثيوم أيون التي تخضع لعمليات شحن وتفريغ مفرطة ودرجات حرارة عالية وقذف وظروف خاصة أخرى إلى الانفلات الحراري والحرائق وحوادث السلامة الأخرى. على الرغم من التحسينات المستمرة في تكنولوجيا نظام إدارة البطارية (BMS)، فقد تم تحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير؛ ولكن في الحالات القصوى، لا يزال هناك احتمال وقوع حوادث تتعلق بالسلامة.
الأبحاث الجارية حول بطاريات الليثيوم أيون
باعتبارها وسيلة فعالة لتخزين الطاقة وصديقة للبيئة نسبيًا، حظيت بطاريات الليثيوم أيون باهتمام وأبحاث واسعة النطاق في السنوات الأخيرة. يتم توجيه الأبحاث الحالية بشكل أساسي نحو تحسين المواد والهيكل وإدارة البطارية وتكنولوجيا الشحن السريع والسلامة والجوانب الأخرى.
الابتكار المادي
يقوم الباحثون باستكشاف مواد إلكترودات إيجابية وسلبية جديدة لتحسين كثافة الطاقة وعمر البطاريات وسلامتها. على سبيل المثال، قد تحل مواد السيليكون قريبًا محل الجرافيت التقليدي للأقطاب الكهربائية السالبة، وبالتالي تحسين كثافة طاقة البطاريات. وفي الوقت نفسه، يستكشف الباحثون أيضًا مواد كاثودية جديدة، مثل المواد الغنية بالليثيوم والمواد الغنية بالليثيوم ذات الطبقات، لتحسين كثافة الطاقة وعمر البطاريات.
الشوارد الصلبة
تعد الإلكتروليتات الصلبة إحدى التقنيات الرئيسية في بطاريات الجيل التالي. بالمقارنة مع الإلكتروليتات السائلة المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تتمتع الإلكتروليتات الصلبة بأمان أعلى وكثافة طاقة أعلى. في الوقت الحاضر، يدرس الباحثون تطوير إلكتروليتات صلبة منخفضة التكلفة وعالية التوصيل الأيونية لتحل محل الإلكتروليتات السائلة التقليدية.
أنظمة إدارة البطارية
يعد نظام إدارة البطارية عنصرًا مهمًا في معدل استخدام الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون، مما يؤدي إلى إطالة عمر البطارية وتحسين السلامة. يعمل الباحثون على أنظمة أكثر ذكاءً لإدارة البطاريات لتحقيق التحكم الدقيق والإدارة المثلى للبطاريات.
تقنيات الشحن السريع
يمكن لتقنية الشحن السريع تقليل وقت شحن البطارية وتحسين كفاءة الاستخدام. ويدرس الباحثون تقنيات شحن أكثر كفاءة، مثل الشحن النبضي والشحن اللاسلكي، لتحقيق سرعات شحن أسرع وكفاءة شحن أعلى.
آفاق سوق بطاريات الليثيوم أيون المحلية
احتياجات تحويل الطاقة: مع تقدم تحول الطاقة العالمية، أصبحت مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح تدريجيا سائدة. وتساعد بطاريات الليثيوم أيون المحلية على تخزين مصادر الطاقة المتقطعة هذه، مما يمكّن الأسر من تحقيق اكتفاء ذاتي من إمدادات الطاقة وتقليل اعتمادها على مصادر الطاقة الأحفورية التقليدية.
شعبية السيارات الكهربائية: مع التطور السريع لسوق السيارات الكهربائية، يمكن تكييف نظام تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون المنزلية لاستخدامه كمنشأة داعمة للسيارات الكهربائية، وتوفير حلول تخزين الطاقة وزيادة تحسين نطاقها وأدائها.
سياسة أسعار كهرباء وادي الذروة: تنفذ العديد من البلدان والمناطق سياسات أسعار الكهرباء في أوقات الذروة لتشجيع المستخدمين على الشحن بأسعار منخفضة واستخدام الكهرباء خلال ساعات الذروة. يمكن لبطاريات الليثيوم أيون المنزلية أن تساعد المستخدمين على الاستفادة الكاملة من سياسات تسعير الكهرباء في وادي الذروة لتقليل تكاليف الطاقة.
تعزيز هدف الحياد الكربوني: اقترحت البلدان في جميع أنحاء العالم أهداف الحياد الكربوني لتعزيز تعديل هيكل الطاقة وتقليل انبعاثات الكربون. يمكن لأنظمة تخزين طاقة بطاريات الليثيوم أيون المنزلية أن تحسن كفاءة استخدام الطاقة، وتقلل من انبعاثات الكربون، وتساعد العالم على تحقيق الحياد الكربوني.
الابتكار التكنولوجي: ومع التقدم المستمر في تطوير تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون، سيتم تحسين قدرتها وسلامتها ودورة حياتها والجوانب الأخرى للأداء بشكل أكبر، وخفض التكاليف، وتحسين القدرة التنافسية في السوق.
حوافز لأصحاب المنازل لاستخدام بطاريات الليثيوم أيون
اليابان
تقدم وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية (METI)، بميزانية تبلغ حوالي 98.3 مليون دولار أمريكي، دعمًا بنسبة 66% للأسر والشركات التي تقوم بتركيب بطاريات الليثيوم الإلكترونية. إذا أخذنا بطاريات كبريت الصوديوم كمثال، فإن الحكومة اليابانية لا تقدم فقط دعمًا ماليًا مجانيًا في البحث والتطوير المبكر، حيث توفر أكثر من 50% من الأموال، ولكنها تقدم أيضًا الدعم بما في ذلك التكنولوجيا والسوق والمشاريع التجريبية وجوانب أخرى، وتستمر في ذلك. تقديم الإعانات بعد تشغيلها تجارياً.
الولايات المتحدة
الإعفاءات الضريبية الفيدرالية: تقدم الحكومة الأمريكية مجموعة من الإعفاءات الضريبية لتشجيع تطوير الطاقة المتجددة وأنظمة التخزين. على سبيل المثال، يمكن استخدام الائتمان الضريبي للاستثمار (ITC) والائتمان الضريبي للإنتاج (PTC) لتقليل تكلفة شراء نظام تخزين الطاقة المنزلي. وفي الوقت نفسه، تقدم بعض الولايات حوافز وإعانات كبيرة لجذب الاستثمار في إنتاج البطاريات، بما في ذلك الحوافز النقدية، والحوافز الضريبية، وحقوق استخدام الأراضي. تقوم بعض الولايات أيضًا بخفض فواتير الكهرباء من خلال تنفيذ سياسات "القياس الصافي" التي تسمح لأصحاب تخزين الطاقة المنزلية ببيع الطاقة الشمسية الزائدة مرة أخرى إلى الشبكة.
ألمانيا
بين عامي 2013 و2018، قدمت الحكومة الألمانية ما يصل إلى 30% من إعانات القروض المباشرة لتخزين الطاقة المنزلية، ولأن استخدام الطاقة يرتبط بشكل أساسي بالخلايا الكهروضوئية المنزلية، فقد شجعت السياسات الكهروضوئية المنزلية المفيدة في ألمانيا على إنشاء منشآت تخزين الطاقة المنزلية.
بعض النصائح حول شراء البطاريات
فهم التركيب الكيميائي
تتكون بطاريات الليثيوم أيون عادة من عناصر معدنية مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل. يعد فهم مصدر هذه العناصر وعملية استخلاصها أمرًا مهمًا لتقييم التأثير البيئي للبطارية. ويمكن للمشترين أن يطلبوا من الموردين تقديم معلومات عن مواد البطارية، ومحاولة اختيار المنتجات من مصادر مستدامة تستخدم عمليات استخلاص صديقة للبيئة. بالإضافة إلى ذلك، يجب على المشترين البحث عن العلامات التجارية التي تم اعتمادها لحماية البيئة، مثل شهادة RoHS من الاتحاد الأوروبي وشهادة منصة إدارة تتبع بطاريات سيارات الطاقة الجديدة في الصين.
النظر في القدرة وكثافة الطاقة
يجب على المشترين فهم سعة البطارية وكثافة الطاقة من أجل اختيار البطارية المناسبة لاحتياجات التطبيقات الخاصة بهم. بشكل عام، يمكن للبطاريات ذات السعات العالية وكثافة الطاقة أن توفر عمرًا أطول للبطارية وتكون أخف وزنًا. ومع ذلك، يجب على المشترين أيضًا مراعاة عوامل مثل وقت الشحن وعمره.
انتبه لسلامة البطارية
يمكن أن تتسبب بطاريات الليثيوم أيون في وقوع حوادث تتعلق بالسلامة عند استخدامها أو التعامل معها بشكل غير صحيح. لذلك، يجب على المشترين اختيار علامة تجارية للبطارية تتمتع بسجل أمان جيد وتم اختبارها بدقة. أثناء النقل والتخزين، يجب على المشتري أيضًا اتباع لوائح ومعايير السلامة ذات الصلة.
النظر في سرعة الشحن
تعد سرعة شحن بطاريات الليثيوم أيون أحد العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار أيضًا. يمكن لتقنية الشحن السريع تقليل وقت شحن البطارية وتحسين الكفاءة، ولكنها قد يكون لها أيضًا تأثير على عمر البطارية وسلامتها. يجب على المشتري اختيار سرعة الشحن المناسبة حسب الطلب الفعلي.
النظر في دورة الحياة
يشير عمر دورة بطارية الليثيوم أيون إلى عدد المرات التي يمكن استخدامها فيها في ظل ظروف شحن وتفريغ معينة. يمكن للبطارية ذات دورة الحياة الطويلة أن توفر عمر خدمة أطول، مما يقلل من تكرار الاستبدال وتوليد النفايات. يمكن للمشترين اختيار البطاريات ذات دورة الحياة الطويلة وفقًا لاحتياجات التطبيق الفعلية.
لمزيد من الحلول التجارية، ولمحات عامة عن الصناعة، ووجهات نظر جديدة حول أفكار الأعمال، تأكد من الاشتراك فيها يقرأ موقع Alibaba.com.
