Com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia e a transformação da estrutura energética global, as energias renováveis tornaram-se fundamentais para o desenvolvimento energético futuro. Baterias de lítio, como fontes secundárias de bateria, desenvolveram-se rapidamente desde a década de 1990. Suas vantagens de alta densidade de energia, ciclo de vida longo e respeito ao meio ambiente fizeram com que eles se tornassem amplamente utilizados em novos veículos de energia, produtos eletrônicos e sistemas de armazenamento de energia. Além disso, as baterias de iões de lítio tornaram-se gradualmente numa importante ferramenta de investigação na indústria das energias renováveis, ajudando a alimentar o aumento dos sistemas domésticos de armazenamento de energia. O estabelecimento desses tipos de sistema melhorou a estabilidade dos sistemas de energia, bem como economizou custos.
Aqui, nos aprofundaremos nas vantagens e desvantagens do uso de baterias de íons de lítio para armazenamento residencial de energia, incluindo desempenho, custo, segurança e impacto ambiental da bateria.
Conteúdo
Estrutura da bateria de íons de lítio
Desenvolvimento de bateria de íon de lítio para armazenamento doméstico
Problemas com baterias domésticas de íon de lítio
Pesquisa em andamento de baterias de íon de lítio
Perspectivas do mercado doméstico de baterias de íons de lítio
Incentivos para os proprietários usarem baterias de íon de lítio
Algumas dicas sobre como comprar baterias
Estrutura da bateria de íons de lítio
Uma bateria de íons de lítio é um tipo de bateria secundária (bateria recarregável) que depende principalmente de íons de lítio que se movem entre os eletrodos positivo e negativo. As baterias de íon de lítio são geralmente compostas de células, um fusível (ou PTC), placas de proteção, invólucros e alguns acessórios. A placa de proteção é composta principalmente por chips de proteção, tubos MOS, resistores, capacitores e placas PCB. A célula, por sua vez, refere-se a uma única célula eletroquímica contendo eletrodos positivos e negativos, eletrólitos, um diafragma e assim por diante. As substâncias ativas usadas para criar eletrodos positivos são geralmente manganato de lítio, cobalto de lítio, manganato de lítio-níquel-cobalto ou fosfato de ferro-lítio. Grafite, ou carbono com estrutura de grafite semelhante, é usado para os eletrodos negativos. O eletrólito orgânico é um solvente carbonato dissolvido em hexafluorofosfato de lítio; as baterias de polímero de íon-lítio usam um eletrólito semelhante a um gel.
As bicicletas elétricas geralmente usam manganato de lítio-níquel-cobalto (também conhecido como ternário) mais uma pequena quantidade de manganato de lítio. O diafragma é um filme polimérico moldado com uma estrutura microporosa que permite que os íons de lítio passem livremente, mas bloqueia os elétrons. As variedades comuns são feitas de polietileno (PE), polipropileno (PP) ou seu filme composto, diafragma de três camadas PP/PE/PP. O invólucro da bateria geralmente é composto de um invólucro de aço, invólucro de alumínio, invólucro de ferro niquelado, filme plástico de alumínio, etc., enquanto a tampa apresenta os terminais positivo e negativo da bateria.
Desenvolvimento de bateria de íon de lítio para armazenamento doméstico
Tecnologia de produto
Nos últimos anos, com o desenvolvimento gradual e a maturidade da tecnologia de baterias de íons de lítio, as baterias domésticas de íons de lítio fizeram progressos técnicos significativos em termos de capacidade, segurança, ciclo de vida e assim por diante. Atualmente, a densidade de energia das principais baterias de íons de lítio para uso doméstico é de 200-300Wh/kg, e alguns produtos de última geração chegam a ultrapassar 350Wh/kg. Além disso, a atualização contínua da tecnologia do sistema de gestão de baterias (BMS) significa que a segurança das baterias de iões de lítio também está a melhorar.
Escala de mercado
Nos últimos anos, o tamanho do mercado de baterias de íons de lítio tem mostrado uma tendência de rápida expansão, com o mercado global de baterias domésticas de íons de lítio crescendo de US$ 1 bilhão em 2010 para US$ 10 bilhões em 2020. Atualmente, o mercado de baterias de íons de lítio O mercado de baterias iônicas está concentrado principalmente na China, Japão e Coreia do Sul, de acordo com relatórios relevantes, com a região Ásia-Pacífico respondendo por mais de 70% da participação no mercado global. Entretanto, a região europeia representa apenas 10-15% do mercado global, o que mostra que o mercado europeu tem um grande potencial de desenvolvimento.
Redução de custos
A redução do custo das baterias de íon de lítio envolve muitos aspectos, e os fabricantes continuam a melhorar o desempenho da bateria e a reduzir os custos da bateria por meio de tecnologia, melhoria de materiais e otimização da produção. No futuro, com o aprofundamento da investigação e o amadurecimento da tecnologia, o custo de produção das baterias de iões de lítio também diminuirá ainda mais.
Problemas com baterias domésticas de íon de lítio
Custo
Com a maturidade contínua da tecnologia das baterias de iões de lítio, os custos de produção têm diminuído ano após ano. Mas devido à distribuição desigual das matérias-primas, as flutuações de preços podem ser significativas, tornando o custo das baterias de iões de lítio mais elevado do que o das baterias tradicionais, o que restringe a sua competitividade em aplicações de grande escala.
Durabilidade
A vida útil das baterias de íon de lítio é determinada pelo número de ciclos, taxa de carga e descarga, temperatura e outros fatores. À medida que o número de ciclos da bateria aumenta, a capacidade e a potência da bateria podem diminuir.
Problemas ambientais
Embora as baterias de íon de lítio para uso doméstico ofereçam muitas conveniências, elas também apresentam alguns problemas ambientais. E embora muitos fabricantes de baterias de íons de lítio tenham adotado processos de produção verdes, ainda existe um certo risco ambiental no tratamento de resíduos de baterias de íons de lítio. Por exemplo, resíduos de baterias contêm metais pesados nocivos que, se não forem manuseados adequadamente, podem causar contaminação do solo, das fontes de água e dos ecossistemas.
Risco de segurança
Baterias de íon de lítio que passam por cargas e descargas excessivas, altas temperaturas, extrusão e outras condições especiais podem sofrer fuga térmica, incêndio e outros acidentes de segurança. Apesar das melhorias contínuas na tecnologia do sistema de gerenciamento de baterias (BMS), a segurança das baterias de íons de lítio melhorou bastante; mas em casos extremos, ainda existe a possibilidade de acidentes de segurança.
Pesquisa em andamento de baterias de íon de lítio
Como um dispositivo de armazenamento de energia eficiente e relativamente ecológico, as baterias de íons de lítio têm recebido ampla atenção e pesquisas nos últimos anos. A pesquisa atual é direcionada principalmente para a otimização de materiais, estrutura, gerenciamento de bateria, tecnologia de carregamento rápido, segurança e outros aspectos.
Inovação material
Os pesquisadores têm explorado novos materiais de eletrodos positivos e negativos para melhorar a densidade de energia, vida útil e segurança das baterias. Por exemplo, os materiais de silício poderão em breve substituir o grafite tradicional em eletrodos negativos, melhorando assim a densidade de energia das baterias. Ao mesmo tempo, os pesquisadores também estão explorando novos materiais catódicos, como materiais ricos em lítio e materiais ricos em camadas de lítio, para melhorar a densidade energética e a vida útil das baterias.
Eletrólitos sólidos
Os eletrólitos sólidos são uma das principais tecnologias nas baterias da próxima geração. Em comparação com os eletrólitos líquidos usados nas baterias tradicionais de íons de lítio, os eletrólitos sólidos têm maior segurança e maior densidade de energia. Atualmente, os pesquisadores estão estudando o desenvolvimento de eletrólitos sólidos de baixo custo e alta condutividade iônica para substituir os eletrólitos líquidos tradicionais.
Sistemas de gerenciamento de bateria
O sistema de gerenciamento de bateria é um componente importante na taxa de utilização de energia das baterias de íons de lítio, prolongando a vida útil da bateria e melhorando a segurança. Os pesquisadores estão trabalhando em sistemas de gerenciamento de baterias mais inteligentes para obter um controle preciso e um gerenciamento ideal das baterias.
Tecnologias de carregamento rápido
A tecnologia de carregamento rápido pode reduzir o tempo de carregamento da bateria e melhorar a eficiência de uso. Os pesquisadores estão estudando tecnologias de carregamento mais eficientes, como carregamento por pulso e carregamento sem fio, para alcançar velocidades de carregamento mais rápidas e maior eficiência de carregamento.
Perspectivas do mercado doméstico de baterias de íons de lítio
Necessidades de transformação energética: Com o avanço da transformação energética global, as fontes de energia renováveis, como a energia solar e a energia eólica, tornaram-se gradualmente populares. As baterias domésticas de iões de lítio ajudam a armazenar estas fontes de energia intermitentes, permitindo às famílias alcançar um abastecimento de energia autossuficiente e reduzir a sua dependência das fontes tradicionais de energia fóssil.
Popularidade dos veículos elétricos: Com o rápido desenvolvimento do mercado de veículos eléctricos, o sistema doméstico de armazenamento de energia da bateria de iões de lítio pode ser adaptado para ser utilizado como instalação de apoio para veículos eléctricos, fornecendo soluções de armazenamento de energia e melhorando ainda mais o seu alcance e desempenho.
Política de preços de eletricidade no pico do vale: Muitos países e regiões implementam políticas de preços de electricidade de pico para incentivar os utilizadores a cobrar preços baixos e a utilizar a electricidade durante as horas de ponta. As baterias domésticas de íons de lítio podem ajudar os usuários a aproveitar ao máximo as políticas de preços de eletricidade no pico do vale para reduzir os custos de energia.
Promoção do objetivo de neutralidade carbónica: Países de todo o mundo propuseram metas de neutralidade carbónica para promover o ajustamento da estrutura energética e reduzir as emissões de carbono. Os sistemas domésticos de armazenamento de energia com baterias de íons de lítio podem melhorar a eficiência energética, reduzir as emissões de carbono e ajudar o mundo a alcançar a neutralidade de carbono.
Inovação tecnológica: Com o progresso contínuo no desenvolvimento da tecnologia das baterias de iões de lítio, a sua capacidade, segurança, ciclo de vida e outros aspectos do desempenho serão melhorados, reduzirão custos e melhorarão a competitividade do mercado.
Incentivos para os proprietários usarem baterias de íon de lítio
Japão
O Ministério da Economia, Comércio e Indústria do Japão (METI), com um orçamento de cerca de 98.3 milhões de dólares, fornece subsídios de 66% para famílias e empresas que instalam baterias electrónicas de lítio. Tomando como exemplo as baterias de enxofre e sódio, o governo japonês não só fornece apoio financeiro gratuito nas primeiras pesquisas e desenvolvimento, fornecendo mais de 50% dos fundos, mas também fornece apoio incluindo tecnologia, mercado, projetos de demonstração e outros aspectos, e continua conceder subsídios após sua operação comercial.
Estados Unidos
Créditos fiscais federais: O governo dos EUA oferece uma série de créditos fiscais para promover o desenvolvimento de energias renováveis e sistemas de armazenamento. Por exemplo, o Crédito Fiscal ao Investimento (ITC) e o Crédito Fiscal à Produção (PTC) podem ser utilizados para reduzir o custo de aquisição de um sistema doméstico de armazenamento de energia. Entretanto, alguns estados oferecem incentivos e subsídios substanciais para atrair investimentos na produção de baterias, incluindo incentivos monetários, incentivos fiscais e direitos de utilização de terras. Alguns estados também reduzem as contas de electricidade através da implementação de políticas de “medição líquida” que permitem aos proprietários de armazenamento doméstico de energia vender o excesso de energia solar de volta à rede.
Alemanha
Entre 2013 e 2018, o governo alemão concedeu até 30% de subsídios de empréstimos diretos para armazenamento de energia doméstica e, como o uso de energia está principalmente relacionado à energia fotovoltaica doméstica, as políticas fotovoltaicas domésticas benéficas da Alemanha promoveram instalações de armazenamento de energia doméstica.
Algumas dicas sobre como comprar baterias
Entenda a composição química
As baterias de íon de lítio são geralmente compostas de elementos metálicos como lítio, cobalto e níquel. Compreender a origem e o processo de extração desses elementos é importante para avaliar o impacto ambiental de uma bateria. Os compradores podem pedir aos fornecedores que forneçam informações sobre os materiais das baterias e tentar escolher produtos de fontes sustentáveis que utilizem processos de extração ecológicos. Além disso, os compradores devem procurar marcas que tenham sido certificadas para proteção ambiental, como a certificação RoHS da União Europeia e a nova certificação da plataforma de gerenciamento de rastreabilidade de baterias de energia para veículos de energia da China.
Considere a capacidade e densidade de energia
Os compradores devem compreender a capacidade e a densidade de energia da bateria para selecionar a bateria certa para suas necessidades de aplicação. Em geral, baterias com altas capacidades e densidade de energia podem proporcionar maior vida útil e são mais leves. No entanto, os compradores também devem considerar fatores como tempo de carregamento e vida útil.
Preste atenção à segurança da bateria
As baterias de íon de lítio podem causar incidentes de segurança quando usadas ou manuseadas incorretamente. Portanto, os compradores devem escolher uma marca de bateria que tenha um bom histórico de segurança e tenha sido rigorosamente testada. Durante o transporte e armazenamento, o comprador também deve seguir os regulamentos e padrões de segurança relevantes.
Considere a velocidade de carregamento
A velocidade de carregamento das baterias de íons de lítio também é um fator a considerar. A tecnologia de carregamento rápido pode reduzir o tempo de carregamento da bateria e melhorar a eficiência, mas também pode ter impacto na vida útil e na segurança da bateria. O comprador deve escolher a velocidade de carregamento adequada de acordo com a demanda real.
Considere o ciclo de vida
O ciclo de vida de uma bateria de íons de lítio refere-se ao número de vezes que ela pode ser usada sob certas condições de carga e descarga. Uma bateria com ciclo de vida longo pode proporcionar uma vida útil mais longa, o que reduz a frequência de substituição e geração de resíduos. Os compradores podem escolher baterias com ciclo de vida longo de acordo com as necessidades reais da aplicação.
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