Diversi Sistemi Di Batterie ， Quali Sono Le Sostanze Chimiche Più Promettenti

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Diversi sistemi di batterie ， quali sono le sostanze chimiche più promettenti

2019-08-19

Scopri i diversi sistemi di batterie, esplora le tendenze future e scopri quali prodotti chimici sono più promettenti.

Secondo The Freedonia Group, una società di ricerca del settore con sede a Cleveland, la domanda mondiale di batterie primarie e secondarie dovrebbe crescere del 7,7% annuo, pari a 120 miliardi di dollari nel 2019. La crescita reale risiede nelle batterie secondarie (ricaricabili) e secondo Frost & amp; Sullivan, le batterie secondarie rappresentano il 76,4 percento del mercato globale, un numero che dovrebbe aumentare all'82,6 percento nel 2015. La domanda è guidata da telefoni cellulari e tablet. Le stime precedenti hanno sovrastimato la domanda di veicoli elettrici e le cifre sono state successivamente adeguate al ribasso.

Nel 2009, le batterie primarie costituivano il 23,6 percento del mercato globale e Frost & amp; Sullivan ha previsto un calo del 7,4 per cento entro il 2015. Le batterie non ricaricabili sono utilizzate in orologi, chiavi elettroniche, telecomandi, giocattoli, torce elettriche, beacon e dispositivi militari in combattimento.

Una panoramica dei tipi di batterie

Le batterie sono classificate per chimica e le più comuni sono i sistemi a base di litio, piombo e nichel. La Figura 1 illustra la distribuzione di questi prodotti chimici. Con una quota di entrate del 37 percento, Li-ion è la batteria di scelta per dispositivi portatili e propulsori elettrici. Non ci sono altri sistemi che minacciano il suo dominio oggi.

Figura 1: contributi alle entrate di diversi chimici delle batterie

37% ioni di litio
20% piombo acido, batteria di avviamento
15% alcalino, primario
8% acido di piombo, fermo
6% zinco-carbone, primario
5% acido di piombo, ciclo profondo
3% idruro di nichel-metallo
3% litio, primario
2% nichel-cadmio
1% Altro

L'acido di piombo si distingue per essere una fonte di energia robusta ed economica per uso in serie. Anche se lo ione di litio si sta facendo strada nel mercato degli acidi al piombo, la domanda di batterie al piombo acido è ancora in crescita. Le applicazioni sono suddivise in batterie di avviamento per il settore automobilistico, note anche come SLI (20%), batterie fisse per il risparmio energetico (8%) e batterie a ciclo profondo per la mobilità a ruote (5%) come golf car, sedie a rotelle e sollevatori a forbice .

L'elevata energia specifica e la lunga conservazione hanno reso gli alcalini più popolari del vecchio carbonio-zinco, inventato da Georges Leclanché nel 1868. Il nichel-metallo-idruro (NiMH) continua a svolgere un ruolo importante in quanto sostituisce le applicazioni precedentemente servite dal nichel-cadmio ( NiCd). Tuttavia, con una quota di mercato del 3 percento e in calo, NiMH sta diventando un attore minore.

Un utilizzo emergente della batteria è il gruppo propulsore elettrico per il trasporto personale. Il costo della batteria, la longevità e le problematiche ambientali determinano la rapidità con cui il settore automobilistico adotterà questo nuovo sistema di propulsione. I combustibili fossili sono economici, convenienti e prontamente disponibili; le modalità alternative affrontano una forte opposizione, specialmente in Nord America. Potrebbero essere necessari incentivi governativi, ma tale intervento distorce il vero costo energetico, protegge i problemi sottostanti con il combustibile fossile e serve gruppi di pressione selezionati con soluzioni a breve termine.

Nuovi mercati che promuovono ulteriormente la crescita della batteria sono i sistemi di stoccaggio e biciclette elettriche per le energie rinnovabili, di cui beneficiano proprietari di case, aziende e paesi in via di sviluppo. Le grandi batterie di accumulo di rete raccolgono l'energia in eccesso durante l'attività elevata e colmano il divario quando l'ingresso è basso o quando la domanda dell'utente è pesante.

Progressi nelle batterie

Le batterie stanno avanzando su due fronti, riflettendo una maggiore energia specifica per tempi di autonomia più lunghi e una potenza specifica migliorata per i requisiti di carico ad alta corrente. Il miglioramento di una caratteristica di una batteria potrebbe non rafforzare automaticamente l'altra e spesso vi è un compromesso. La Figura 2 illustra la relazione tra energia specifica in Wh / kg e potenza specifica in W / kg.

La batteria con le migliori prestazioni in termini di energia specifica e potenza specifica è il litio-metallo secondario (Li-metallo). Una prima versione fu introdotta negli anni '80 da allora Moli Energy, ma l'instabilità con litio metallico sull'anodo provocò un richiamo nel 1991. Il litio solido tende a formare filamenti di metallo, o dendriti, che causano cortocircuiti. Ulteriori tentativi di risolvere questo problema da parte di altre società si sono conclusi con la sospensione degli sviluppi.

Le qualità uniche del Li-metallo stanno spingendo i produttori a rivisitare questa potente chimica. L'addomesticamento dei dendriti e il raggiungimento dello standard di sicurezza desiderato possono essere ottenuti miscelando litio metallico con stagno e silicio. Il grafene viene anche provato come parte di un separatore migliorato. Il grafene è uno strato sottile di carbonio puro con uno spessore di un atomo legato insieme in un nido d'ape esagonale e sono stati anche provati separatori multistrato che impediscono la penetrazione del dendrite. Le nuove batterie al litio sperimentali raggiungono i 300 Wh / kg e il potenziale è molto più elevato. Questo è di particolare interesse per il veicolo elettrico.

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