Cathode Active Material ແມ່ນຫຍັງ?
ອຸປະກອນການເຄື່ອນໄຫວ Cathode ແມ່ນສານປະສົມແປ້ງທີ່ນໍາໃຊ້ໃນ electrode ໃນທາງບວກຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium ionທີ່ເກັບຮັກສາແລະປ່ອຍ lithium ion ໃນລະຫວ່າງວົງຈອນການສາກໄຟແລະການປ່ອຍ. ວັດສະດຸເຫຼົ່ານີ້, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວໂລຫະອອກໄຊທີ່ປະກອບດ້ວຍ lithium ລວມກັບໂລຫະ transition ເຊັ່ນ: nickel, manganese, ແລະ cobalt, ກໍານົດຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງຫມໍ້ໄຟ, ວົງຈອນຊີວິດ, ແລະລັກສະນະຄວາມປອດໄພ.
cathode ກວມເອົາ 30-40% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທັງໝົດຂອງ LIB cell ແລະສະແດງເຖິງອົງປະກອບດຽວທີ່ແພງທີ່ສຸດ. ໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດການຫມໍ້ໄຟ, lithium ions ເຄື່ອນຍ້າຍລະຫວ່າງຊັ້ນ cathode ແລະ anode - ຍ້າຍໄປສູ່ cathode ໃນລະຫວ່າງການໄຫຼເພື່ອສ້າງກະແສໄຟຟ້າ, ຫຼັງຈາກນັ້ນກັບຄືນໄປຫາ anode ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ.
ອົງປະກອບທາງເຄມີທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫລັງປະສິດທິພາບຫມໍ້ໄຟ
ວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງ Cathode ປະກອບດ້ວຍ lithium ປະສົມກັບ oxides ຂອງໂລຫະ transition ໃນໂຄງສ້າງ crystalline ທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ກັບ lithium{0}}ion intercalation. ຫ້າເຄມີ cathode ຕົ້ນຕໍທີ່ຄອບງໍາຕະຫຼາດແຕ່ລະຄົນສະເຫນີໂປຣໄຟລ໌ປະສິດທິພາບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
Lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) ມີສາມໂລຫະໃນອັດຕາສ່ວນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ-ສູດທົ່ວໄປປະກອບມີ NMC 111 (ສ່ວນເທົ່າທຽມກັນ), NMC 622, ແລະ NMC 811 (ສູງ-nickel). nickel ສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງ, manganese ປະກອບສ່ວນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໂຄງສ້າງ, ແລະ cobalt ເສີມຂະຫຍາຍ conductivity ແລະຍືດອາຍຸວົງຈອນ. NMC 811 ສະໜອງຄວາມຈຸ 180-200 mAh/g ດ້ວຍຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານເຖິງ 260 Wh/kg, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທາງເລືອກທີ່ມັກສຳລັບລົດໄຟຟ້າໄລຍະໄກ.
ຟອສເຟດທາດເຫຼັກ Lithium (LFP) ໃຊ້ທາດເຫຼັກທີ່ອຸດົມສົມບູນແລະຟອສເຟດແທນທີ່ຈະເປັນ cobalt ແລະ nickel ທີ່ຂາດແຄນ. ດ້ວຍສູດ LiFePO₄, ເຄມີນີ້ເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ແຮງດັນຕ່ໍາ (3.2V nominal) ແຕ່ດີເລີດໃນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນແລະຄວາມປອດໄພ. ແບດເຕີຣີ້ LFP ທົນທານຕໍ່ຫຼາຍກວ່າ 2,000 ຮອບການສາກໄຟແລະບໍ່ປ່ອຍອົກຊີເຈນໃນລະຫວ່າງການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ, ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສ່ຽງໄຟຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນປີ 2023, LFP ໄດ້ຄອບຄອງ 40% ຂອງຕະຫຼາດ cathode ທົ່ວໂລກ, ຂັບເຄື່ອນໂດຍການນໍາໃຊ້ໃນ EVs ຂອງຈີນແລະລະບົບເກັບຮັກສາພະລັງງານ.
Lithium cobalt oxide (LCO) ແມ່ນວັດຖຸດິບ lithium{0}}ion cathode ທີ່ເປັນການຄ້າໂດຍ Sony ໃນປີ 1991. ໃນຂະນະທີ່ສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງສຸດໃນບັນດາປະເພດ cathode, LCO ທົນທຸກກັບຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນທີ່ບໍ່ດີຢູ່ໃນສະພາບທີ່ມີປະລິມານສູງແລະຊີວິດຮອບວຽນຈໍາກັດ. ການນໍາໃຊ້ຂອງມັນໄດ້ປ່ຽນໄປຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກັບອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກເຊັ່ນໂທລະສັບສະຫຼາດແລະຄອມພິວເຕີ, ບ່ອນທີ່ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງພື້ນທີ່ເກີນການພິຈາລະນາຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.
ປົກກະຕິແລ້ວ Lithium nickel cobalt aluminium oxide (NCA) ປະກອບດ້ວຍ 80% nickel, 15% cobalt, ແລະ 5% ອາລູມິນຽມ. Tesla ເປັນຜູ້ບຸກເບີກການຮັບຮອງເອົາ NCA ໃນຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ນໍາໃຊ້ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບ NMC ແຕ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນດີກວ່າເຄມີນິກນິກທີ່ບໍລິສຸດ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, NCA ສະແດງໃຫ້ເຫັນການເສື່ອມໂຊມທີ່ເລັ່ງລັດຢູ່ໃນສະພາບທີ່ສູງ, ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີລະບົບການຄຸ້ມຄອງຫມໍ້ໄຟທີ່ລະມັດລະວັງ.
lithium manganese oxide (LMO) ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງ spinel ສາມມິຕິ-ທີ່ໃຫ້ພະລັງງານສູງ ແລະຄວາມປອດໄພດີເລີດ. ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາກວ່າ nickel- cathodes ທີ່ອີງໃສ່, ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນຂອງ LMO ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບເຄື່ອງມືພະລັງງານແລະອຸປະກອນທາງການແພດທີ່ຕ້ອງການອັດຕາການໄຫຼສູງ.
ຂະບວນການຜະລິດ: ຈາກ precursors ກັບຫມໍ້ໄຟ -ຝຸ່ນເກຣດ
ການຜະລິດວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ Cathode ປະກອບດ້ວຍຫຼາຍຂັ້ນຕອນ-ອຸນຫະພູມສູງ-ຄວາມແຂງຂອງອຸນຫະພູມ-ຂະບວນການປະຕິກິລິຍາຂອງລັດທີ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນກ່ຽວກັບອົງປະກອບ, ຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກ, ແລະໂຄງສ້າງຜລຶກ.
ຂະບວນການເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍການສັງເຄາະວັດຖຸທີ່ຫ້າວຫັນ cathode (pCAM). ສໍາລັບ NMC cathodes, sulfates ໂລຫະຂອງ nickel, manganese, ແລະ cobalt ແມ່ນລະລາຍໃນການແກ້ໄຂແລະ co- precipitated ເປັນ hydroxides ໂລຫະປະສົມໃນເຄື່ອງປະຕິກອນ stirred. ການຄວບຄຸມ pH ໃນລະຫວ່າງຂັ້ນຕອນການເກີດການຜລຶກນີ້ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍ-ການປ່ຽນ pH ພຽງແຕ່ 0.1 ສາມາດປ່ຽນແປງການແຜ່ກະຈາຍຂອງອະນຸພາກ ແລະຂະໜາດໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ທາດ hydroxide precipitate ຖືກກັ່ນຕອງ, ລ້າງ, ແລະຕາກໃຫ້ແຫ້ງເພື່ອຜະລິດຝຸ່ນ pCAM.
ຈາກນັ້ນ, ທາດປະສົມນີ້ຈະຖືກປະສົມກັບ lithium hydroxide ຫຼື lithium carbonate ໃນອັດຕາສ່ວນທີ່ຊັດເຈນແລະໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 700-900 ອົງສາໃນອົກຊີເຈນ-ບັນຍາກາດທີ່ອຸດົມສົມບູນເປັນເວລາ 12-24 ຊົ່ວໂມງ. ຂັ້ນຕອນການ calcination ນີ້ຂັບໄລ່ impurities ອອກແລະປະກອບໄປເຊຍກັນໂລຫະ-oxide ໄປເຊຍກັນທີ່ມີໂຄງສ້າງຊັ້ນທີ່ຈໍາເປັນສໍາລັບການ intercalation lithium-ion. ອຸນຫະພູມ sintering, ອົງປະກອບຂອງບັນຍາກາດ, ແລະໄລຍະເວລາການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນກໍານົດຄຸນສົມບັດ electrochemical ສຸດທ້າຍຂອງວັດສະດຸແລະສະຖຽນລະພາບຄວາມຮ້ອນ.
ຫຼັງຈາກ sintering, ວັດສະດຸ cathode ຜ່ານການຂັດແລະການຈັດປະເພດເພື່ອໃຫ້ບັນລຸການແຜ່ກະຈາຍຂະຫນາດ particles ເປົ້າຫມາຍ -ໂດຍປົກກະຕິ 5-20 micrometers. ຜູ້ຜະລິດຜະລິດຂະຫນາດອະນຸພາກທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວທີ່ເຄືອບໃສ່ຕົວເກັບປະຈຸ cathode. ສູດບາງຊະນິດໄດ້ຮັບການເຄືອບພື້ນຜິວເພີ່ມເຕີມ ຫຼື dopants ເພື່ອເພີ່ມການນໍາ ແລະຊີວິດວົງຈອນ.
ການປະດິດສ້າງທີ່ຜ່ານມາໄດ້ປັບປຸງຂະບວນການທີ່ສັບສົນແບບດັ້ງເດີມນີ້ງ່າຍ. NOVONIX ພັດທະນາວິທີການສັງເຄາະສິ່ງເສດເຫຼືອທັງໝົດ-ແຫ້ງ, ສູນ-ທີ່ກຳຈັດຂັ້ນຕອນຄາຣະວາທັງໝົດ, ປ່ຽນທາດອາຫານໂລຫະດິບໂດຍກົງເປັນ cathodes NMC ສຳເລັດຮູບ. ຂະບວນການທີ່ໄດ້ຮັບສິດທິບັດນີ້ຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທຶນເກືອບ 30% ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການປຸງແຕ່ງປະມານ 50% ໃນຂະນະທີ່ການບໍລິໂພກພະລັງງານຫນ້ອຍກວ່າວິທີການທໍາມະດາ 27%.
ຂັ້ນຕອນສຸດທ້າຍສ້າງ cathode slurry ໂດຍການປະສົມຝຸ່ນວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວກັບສານເສີມ (ໂດຍປົກກະຕິກາກບອນສີດໍາ), binders (ໂດຍປົກກະຕິ polyvinylidene fluoride ຫຼື PVDF), ແລະ solvents (N-methyl-2-pyrrolidone ຫຼື NMP). ສານລະລາຍນີ້ຖືກເຄືອບໃສ່ຕົວເກັບກຳກະແສໄຟອາລູມີນຽມ, ຕາກໃຫ້ແຫ້ງໃນເຕົາອົບເພື່ອເອົາສານລະລາຍອອກ, ແລະ ໝູນວຽນຜ່ານລູກກິ້ງເພື່ອໃຫ້ມີຄວາມໜາເປັນເອກະພາບ - ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນ 70 ໄມໂຄແມັດ ບັນຈຸວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໄດ້ 15 mg/cm².
ເສດຖະກິດຕົ້ນທຶນ ແລະ ນະໂຍບາຍດ້ານການຕະຫຼາດ
ວັດສະດຸ Cathode ເປັນຕົວແທນຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດດຽວໃນການຜະລິດຫມໍ້ໄຟ. ໃນປີ 2024, NMC 811 cathode active material ມີລາຄາ $109 ຕໍ່ກິໂລວັດ-ຊົ່ວໂມງ, ເຊິ່ງກວມເອົາ 53% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍວັດສະດຸທັງໝົດ ແລະ 30% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນແບັດເຕີລີເຕັມ. LFP cathodes ມີລາຄາຖືກລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຢູ່ທີ່ $21.90/kWh ໃນປີ 2023, ດ້ວຍ lithium carbonate ເປັນຕົວແທນ 90% ຂອງຕົວເລກນັ້ນຢູ່ທີ່ $19.60/kWh.
ຕະຫຼາດວັດສະດຸ cathode ບັນລຸ 55 ຕື້ໂດລາໃນປີ 2024 ດ້ວຍຄວາມຕ້ອງການປະຈໍາປີເກີນ 2,800 ກິໂລໂຕນ. ຄາດຄະເນການເຕີບໂຕຈາກ 19,5 ຕື້ໂດລາສະຫະລັດໃນປີ 2024 ເປັນ 52,4 ຕື້ໂດລາສະຫະລັດໃນປີ 2034, ເຊິ່ງເປັນອັດຕາການເຕີບໂຕຕໍ່ປີທີ່ກວມເອົາ 10,7%. ການຂະຫຍາຍຕົວນີ້ແມ່ນໄດ້ຂັບເຄື່ອນຕົ້ນຕໍໂດຍຄວາມຕ້ອງການຫມໍ້ໄຟຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງເກີນ 14 ລ້ານເຄື່ອງທີ່ຂາຍໃນທົ່ວໂລກໃນປີ 2023.
ຈີນຄອບງຳການຜະລິດກາໂຕໂດດ້ວຍກຳລັງການຜະລິດຂອງໂລກຫຼາຍກວ່າ 60%, ຖັດມາແມ່ນເກົາຫຼີໃຕ້ແລະຍີ່ປຸ່ນທີ່ມີຫຸ້ນສ່ວນ 25%. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການຂະຫຍາຍຄວາມສາມາດທີ່ສໍາຄັນແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນເອີຣົບແລະອາເມລິກາເຫນືອ. ໂຮງງານ Schwarzheide ຂອງ BASF ໃນເຢຍລະມັນໄດ້ເລີ່ມການຜະລິດກ່ອນ-ການຜະລິດທາງການຄ້າຂອງ-ວັດສະດຸ nickel cathode ສູງໃນປີ 2023, ໂດຍຕັ້ງເປົ້າໝາຍໄວ້ 100 ກິໂລໂຕນຕໍ່ປີໃນປີ 2025. ໃນສະຫະລັດ, LG Chem ແລະ General Motors' Ultium CAM ຮ່ວມທຶນໄດ້ເປີດຕົວຄວາມອາດສາມາດ 30 ກິໂລໂຕນ 4 ໃນຕົ້ນປີ 20 ເປັນ 20 ແຜນການ. ກິໂລຕັນໃນປີ 2025.
ລາຄາວັດຖຸດິບມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງ cathode. ລາຄາ Lithium carbonate ມີການປ່ຽນແປງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ-ເພີ່ມຂຶ້ນເປັນສະຖິຕິສູງສຸດໃນປີ 2022 ກ່ອນທີ່ຈະຫຼຸດລົງໃນປີ 2023-2024 ເນື່ອງຈາກການສະໜອງໃໝ່ເຂົ້າມາທາງອິນເຕີເນັດ. ລາຄາ cobalt ແລະ nickel ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຫນັງຕີງສູງ, ຍ້ອນການຂັດຂວາງລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະຫນອງແລະປັດໃຈທາງດ້ານພູມສາດ. ສາທາລະນະລັດປະຊາທິປະໄຕຄອງໂກໄດ້ສະຫນອງຫຼາຍກວ່າ 70% ຂອງ cobalt ທົ່ວໂລກ, ໃນຂະນະທີ່ອິນໂດເນເຊຍໄດ້ກາຍເປັນຜູ້ຜະລິດ nickel ທີ່ສໍາຄັນ.
ການເໜັງຕີງຂອງລາຄາ ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງການສະໜອງນີ້ໄດ້ເລັ່ງສອງແນວໂນ້ມຫຼັກ: ປ່ຽນໄປສູ່-ເຄມີຂອງ LFP ຕໍ່າກວ່າ ແລະການພັດທະນາຂອງ cobalt-ທາງເລືອກທີ່ບໍ່ເສຍຄ່າ. ໃນປີ 2024, ນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ Georgia Tech ໄດ້ພັດທະນາທາດເຫຼັກ chloride cathode ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍພຽງແຕ່ 1-2% ຂອງວັດສະດຸທໍາມະດາໃນຂະນະທີ່ເກັບຮັກສາພະລັງງານທຽບເທົ່າ. ເຖິງແມ່ນວ່າຍັງມີການທົດລອງ, ຄວາມແຕກແຍກດັ່ງກ່າວສາມາດປ່ຽນພື້ນຖານເສດຖະກິດຫມໍ້ໄຟ.
ລັກສະນະການປະຕິບັດໃນທົ່ວຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕ້ອງການໂປຣໄຟລ໌ປະສິດທິພາບ cathode ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ພາຫະນະໄຟຟ້າໃຫ້ຄວາມສຳຄັນກັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສຳລັບຊ່ວງການຂັບຂີ່, ມູນຄ່າເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າໃນຂະໜາດກະທັດຮັດ, ແລະການເກັບຮັກສາຕາຂ່າຍໄຟຟ້າເນັ້ນໜັກເຖິງຊີວິດຮອບວຽນ ແລະຄວາມປອດໄພ.
ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານແຕກຕ່າງກັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍທາງເຄມີ. NMC 811 ແລະ NCA ໃຫ້ກຳລັງ 200-270 Wh/kg ໃນລະດັບເຊວ, ເຮັດໃຫ້ EVs ສາມາດແລ່ນໄດ້ 300-400 ໄມລ໌. LFP ສະຫນອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາຢູ່ທີ່ 140-170 Wh/kg ແຕ່ຊົດເຊີຍກັບຜູ້ຜະລິດທີ່ມີອາຍຸຍືນທີ່ເຫນືອກວ່າເຊັ່ນ BYD ໄດ້ບັນລຸລະດັບການແຂ່ງຂັນ EV ໂດຍຜ່ານການລວມ cell-to-pack ທີ່ກໍາຈັດໂມດູນແລະເພີ່ມປະສິດທິພາບປະລິມານ.
ຊີວິດຂອງວົງຈອນສະແດງໃຫ້ເຫັນຈໍານວນຂອງການປະລິມານ-ຮອບວຽນການປ່ອຍກ່ອນທີ່ຄວາມສາມາດຈະຫຼຸດລົງເປັນ 80% ຂອງຕົ້ນສະບັບ. LFP ດີເລີດຢູ່ທີ່ນີ້ດ້ວຍ 2,000{14}}4,000 ຮອບ, ທຽບກັບ 1,000-2,000 ສໍາລັບ NMC ແລະ 500-1,000 ສໍາລັບ LCO. ອາຍຸການຍືດຍາວນີ້ເຮັດໃຫ້ LFP ເຫມາະສໍາລັບການເກັບຮັກສາພະລັງງານປະຈໍາ, ບ່ອນທີ່ຫມໍ້ໄຟອາດຈະຮອບວຽນປະຈໍາວັນສໍາລັບ 10-15 ປີ. NMC ນິວເຄລຍສູງ degrades ໄວຂຶ້ນເນື່ອງຈາກຄວາມບໍ່ສະຖຽນລະພາບຂອງໂຄງສ້າງແລະປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງທີ່ແຮງດັນສູງ, ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຈັດການຄວາມຮ້ອນຢ່າງລະມັດລະວັງ.
ຄຸນລັກສະນະຄວາມປອດໄພແມ່ນມາຈາກຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນແລະສານເຄມີ. LFP ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມປອດໄພເປັນພິເສດ-ພັນທະບັດ P{{2}O ທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງມັນປ້ອງກັນການປ່ອຍອົກຊີໃນລະຫວ່າງເຫດການຄວາມຮ້ອນ, ແລະວັດສະດຸບໍ່ຜ່ານການເສື່ອມໂຊມຈາກຄວາມຮ້ອນເກີນກວ່າ 270 ອົງສາ. NMC ແລະ NCA cathodes ເນົ່າເປື່ອຍໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ (200-250 ອົງສາ) ແລະປ່ອຍອົກຊີເຈນທີ່ສາມາດນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟອອກຈາກຄວາມຮ້ອນ. ນີ້ອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງ LFP ຈຶ່ງຄອບງໍາຕະຫຼາດ EV ຂອງຈີນ, ບ່ອນທີ່ຄວາມປອດໄພດ້ານຄວາມຮ້ອນໄດ້ຮັບການກວດສອບກົດລະບຽບຫຼາຍກວ່າເກົ່າ.
ຄວາມສາມາດພະລັງງານແມ່ນຂຶ້ນກັບ lithium{0}}ອັດຕາການແຜ່ກະຈາຍຂອງ ion ແລະການນໍາທາງເອເລັກໂຕຣນິກ. ໂຄງສ້າງ spinel ສາມມິຕິ-ສາມມິຕິຂອງ LMO ຊ່ວຍໃຫ້ການຂົນສົ່ງ ion ໄດ້ໄວ, ຮອງຮັບອັດຕາການໄຫຼໄດ້ເຖິງ 20C-ໝາຍຄວາມວ່າ ແບັດເຕີຣີສາມາດສາກໄດ້ເຕັມຄວາມສາມາດພາຍໃນ 3 ນາທີເທົ່ານັ້ນ. NMC ແລະ NCA ປົກກະຕິຈັດການອັດຕາ 1-3C, ໃນຂະນະທີ່ LFP ຈັດການ 1C ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງດ້ວຍການລະເບີດສູງສຸດ 5C ເມື່ອຖືກວິສະວະກໍາຢ່າງຖືກຕ້ອງ.
ຊ່ວງອຸນຫະພູມປະຕິບັດການຜົນກະທົບຕໍ່ການປະຕິບັດໃນສະພາບອາກາດທີ່ຮຸນແຮງ. LFP ປະສົບກັບການສູນເສຍຄວາມອາດສາມາດທີ່ຮຸນແຮງກວ່າໃນສະພາບອາກາດເຢັນເນື່ອງຈາກການຫຼຸດຜ່ອນການເຄື່ອນທີ່ຂອງ lithium{1}ion ໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າ. NMC ແລະ NCA ຮັກສາຄວາມເຢັນໄດ້ດີກວ່າ-ສະພາບອາກາດແຕ່ຕ້ອງການການຈັດການຄວາມຮ້ອນຢ່າງຫ້າວຫັນເພື່ອປ້ອງກັນຄວາມຮ້ອນເກີນໃນສະພາບອາກາດຮ້ອນ. ດຽວນີ້ຜູ້ຜະລິດບາງຄົນໃຊ້ລະບົບຄວາມຮ້ອນກ່ອນແບດເຕີຣີ-ເພື່ອເປີດໃຊ້ງານ LFP ໃນຕະຫຼາດພາກເໜືອ.
ການລີໄຊເຄີນ ແລະ ແນວທາງເສດຖະກິດວົງ
ໃນຂະນະທີ່ການນຳໃຊ້ແບັດເຕີຣີເລັ່ງຂຶ້ນ, ການຣີໄຊເຄີນວັດສະດຸ cathode ໄດ້ກາຍເປັນສິ່ງສຳຄັນສຳລັບຄວາມຍືນຍົງຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງ ແລະ ຄວາມຮັບຜິດຊອບຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມ. ສາມວິທີການນໍາມາໃຊ້ຄືນໃຫມ່ທີ່ສໍາຄັນໄດ້ເກີດຂຶ້ນ: hydrometallurgy, pyrometallurgy, ແລະການຟື້ນຟູໂດຍກົງ.
ຂະບວນການ Hydrometallurgical ເຮັດໃຫ້ລະລາຍວັດສະດຸ cathode ໃນການແກ້ໄຂອາຊິດ, ຫຼັງຈາກນັ້ນເລືອກ precipitate ແລະ purify ໂລຫະສ່ວນບຸກຄົນ. ວິທີນີ້ຟື້ນຟູ lithium, nickel, cobalt, ແລະ manganese ຢູ່ທີ່ 95-ປະສິດທິພາບ 99% ແຕ່ຈະສ້າງສິ່ງເສດເຫຼືອຂອງນໍ້າເສຍ ແລະສານເຄມີທີ່ສໍາຄັນ. ຂະບວນການ Hydro-to-Cathode® ທີ່ໄດ້ຮັບສິດທິບັດຂອງ Ascend Elements ປັບປຸງຂະບວນການ hydrometallurgy ແບບດັ້ງເດີມໂດຍການກໍາຈັດເຖິງ 15 ຂັ້ນຕອນຕົວກາງ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການປ່ອຍອາຍຄາບອນ 49% ເມື່ອປຽບທຽບກັບການຜະລິດວັດສະດຸບໍລິສຸດ.
ການລີໄຊເຄີນ Pyrometallurgical smelts ຫມໍ້ໄຟໃນອຸນຫະພູມສູງເພື່ອສ້າງໂລຫະປະສົມໂລຫະ, ຈາກອົງປະກອບທີ່ມີຄຸນຄ່າໄດ້ຖືກສະກັດ. ໃນຂະນະທີ່ງ່າຍກວ່າ ແລະສາມາດປະມວນຜົນແບດເຕີຣີທັງໝົດໄດ້ໂດຍບໍ່ມີການປິ່ນປົວລ່ວງໜ້າ-ອັນກວ້າງຂວາງ, pyrometallurgy ຈະໃຊ້ພະລັງງານຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະສູນເສຍ lithium ກັບ slag. ການປ່ອຍອາຍພິດເຮືອນແກ້ວຈາກການປິ່ນປົວດ້ວຍ pyrometallurgical ແມ່ນປະມານສອງເທົ່າຂອງວິທີການ hydrometallurgical.
ການເກີດໃຫມ່ໂດຍກົງສະແດງເຖິງວິທີການໃຫມ່ຫຼ້າສຸດ{0}}ການສ້ອມແປງວັດສະດຸ cathode ທີ່ຊຸດໂຊມ ແທນທີ່ຈະທໍາລາຍພວກມັນໃຫ້ກັບໂລຫະທີ່ເປັນອົງປະກອບ. ວິທີນີ້ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແຍກວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ວຽກອອກຈາກຕົວຍຶດ ແລະຕົວເກັບກຳປະຈຸບັນ, ຈາກນັ້ນການເຕີມເຕັມ lithium ທີ່ເສຍໄປໂດຍການເຜົາຜານຂອງແຂງ-ຂອງລັດ, ການບຳບັດດ້ວຍຄວາມຮ້ອນ, ຫຼືການປຸງແຕ່ງເກືອທີ່ລະລາຍ. ການສ້າງຄືນໃໝ່ໂດຍກົງຕ້ອງການພະລັງງານ 60-80% ໜ້ອຍກວ່າການນຳມາໃຊ້ຄືນທີ່ອີງໃສ່ການສະກັດເອົາ ແລະ ບໍ່ຜະລິດນ້ຳເສຍ. ການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ cathodes NMC ທີ່ຖືກຟື້ນຟູໂດຍກົງສາມາດກົງຫຼືເກີນການປະຕິບັດຂອງວັດສະດຸເວີຈິນໄອແລນ.
Redwood Materials ດໍາເນີນການໂຮງງານຜະລິດຄືນໃຫມ່-ຂະໜາດ cathode ທາງດ້ານການຄ້າແຫ່ງທໍາອິດໃນສະຫະລັດອາເມຣິກາ, ປຸງແຕ່ງ 30,000 ໂຕນຕໍ່ປີ ໂດຍມີກໍາລັງການຜະລິດເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 60,000 ໂຕນໃນທ້າຍປີ 2024. ຂະບວນການ calcination reductive ຂອງພວກມັນແມ່ນໃຊ້ພະລັງງານທີ່ເຫຼືອທັງໝົດໃນທ້າຍ{7}, ຊີວິດຂອງ{6}ຊີວິດສັດ. ໃຊ້. ສິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກດັ່ງກ່າວໄດ້ຟື້ນຕົວ 95% ຂອງ lithium ຈາກການຂູດຂອງຫມໍ້ໄຟແລະປ່ຽນມັນເຂົ້າໄປໃນ{10}ຄາຣະວາ cathode ຊັ້ນສູງທີ່ມີຜົນກະທົບດ້ານສິ່ງແວດລ້ອມຕ່ໍາກວ່າການຂຸດຄົ້ນເບື້ອງຕົ້ນ.
ກົດລະບຽບຂອງຫນັງສືຜ່ານແດນຫມໍ້ໄຟຂອງສະຫະພາບເອີຣົບ, ມີຜົນບັງຄັບໃຊ້ຕັ້ງແຕ່ປີ 2027, ຈະກໍານົດເນື້ອໃນທີ່ນໍາມາໃຊ້ໃຫມ່ຂັ້ນຕ່ໍາໃນຫມໍ້ໄຟໃຫມ່ແລະຄວາມໂປ່ງໃສໃນທົ່ວຕ່ອງໂສ້ການສະຫນອງ. ນະໂຍບາຍນີ້ໄດ້ກະຕຸ້ນໃຫ້ຫຼາຍກວ່າ 4,5 ຕື້ເອີໂຣໃນການລົງທຶນໂຄງລ່າງພື້ນຖານການນໍາໃຊ້ຄືນມານັບຕັ້ງແຕ່ 2022, ມີແຜນການອຸປະກອນການໃນເຢຍລະມັນ, ສວີເດນ, ແລະຮັງກາຣີ.
ທິດທາງໃນເຕັກໂນໂລຊີ Cathode
ການຄົ້ນຄວ້າສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ຂອບເຂດການປະຕິບັດ cathode ໃນຂະນະທີ່ແກ້ໄຂບັນຫາຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະຄວາມຍືນຍົງ. ການພັດທະນາທີ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຈໍານວນຫນຶ່ງແມ່ນກ້າວຫນ້າໄປສູ່ການຄ້າ.
ອັນດຽວ-ອະນຸພາກ NMC ຄຣິສຕານກຳລັງມາແທນທີ່ໂຄງສ້າງໂພລີຄຣິສຕາລິນໃນປັດຈຸບັນ. ໄປເຊຍກັນດຽວກໍາຈັດຂອບເຂດເມັດພືດທີ່ເກີດຮອຍແຕກ, ປັບປຸງຊີວິດຮອບວຽນແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງກົນຈັກຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. CATL ແລະຜູ້ຜະລິດອື່ນໆໄດ້ເລີ່ມການຜະລິດທົດລອງຂອງໜຶ່ງ-ຄາໂທດ Crystal ທີ່ຮັກສາຄວາມຈຸໄດ້ 90% ຫຼັງຈາກ 4,000 ຮອບ-ເພີ່ມອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງ NMC ທຳມະດາເປັນສອງເທົ່າ.
Lithium-ແມກນີສທີ່ອຸດົມສົມບູນ- cathodes ທີ່ອີງໃສ່ (LMR-NMC) ສາມາດສົ່ງຄວາມຈຸຫຼາຍກວ່າ 250 mAh/g ໂດຍການໃຊ້ທັງປະຕິກິລິຍາຂອງໂລຫະປ່ຽນແທນແລະອົກຊີເຈນທີ່ redox. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ແຮງດັນຫຼຸດລົງໃນລະຫວ່າງການຂີ່ຈັກຍານ ແລະຄວາມສາມາດໃນອັດຕາທີ່ທຸກຍາກມີການຮັບຮອງເອົາທາງການຄ້າຈໍາກັດ. ຄວາມຄືບໜ້າທີ່ຜ່ານມາໃນຍຸດທະສາດການຢອດຢາ ແລະ ການເຄືອບພື້ນຜິວແມ່ນກຳລັງແກ້ໄຂສິ່ງທ້າທາຍເຫຼົ່ານີ້, ໂດຍມີບໍລິສັດຈຳນວນໜຶ່ງຕັ້ງເປົ້າໝາຍການນຳສະເໜີຕະຫຼາດໃນປີ 2026.
Manganese-ສູດທີ່ອຸດົມສົມບູນມີຈຸດປະສົງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການເພິ່ງພາອາໄສຂອງ nickel ແລະ cobalt ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາປະສິດທິພາບສູງ. BASF ໄດ້ມອບໃຫ້ໂຮງງານທົດລອງໃນເດືອນມີນາ 2024 ໂດຍສະເພາະສໍາລັບ manganese- cathodes ອຸດົມສົມບູນ, ໂດຍຮັບຮູ້ວ່າ manganese ມີລາຄາ 10-20 ເທົ່າຂອງ nickel. ອົງປະກອບທີ່ອຸດົມດ້ວຍ Mn ທີ່ຖືກປັບປຸງໃຫ້ບັນລຸ 85-90% ຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຂອງ NMC 811 ດ້ວຍຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ໝໍ້ໄຟໂຊດຽມ-ໄອອອນທີ່ໃຊ້ cathodes ສີຟ້າ Prussian ໃຫ້ການກຳຈັດ lithium ແລະ cobalt ຢ່າງສົມບູນ. ໃນຂະນະທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຍັງຕໍ່າກວ່າ lithium{2}}ion (140-160 Wh/kg), sodium ອຸດົມສົມບູນແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທີ່ດຶງດູດສໍາລັບການເກັບຮັກສາ stationary ແລະ EVs ໄລຍະສັ້ນ -. ຜູ້ຜະລິດຈີນ CATL ໄດ້ເລີ່ມການຜະລິດຫມໍ້ໄຟໂຊດຽມໄອອອນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍໃນປີ 2023, ດ້ວຍຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຄາດວ່າຈະບັນລຸ 200 Wh / ກິໂລໃນປີ 2027.
ແບດເຕີຣີຂອງແຂງ-ສັນຍາວ່າຈະປະຕິວັດການອອກແບບ cathode ໂດຍການປ່ຽນ electrolytes ຂອງແຫຼວດ້ວຍເຊລາມິກແຂງຫຼືໂພລີເມີ. ອັນນີ້ເຮັດໃຫ້ສາມາດນຳໃຊ້-ວັດສະດຸຄາໂທດທີ່ມີແຮງດັນສູງ ແລະ anodes ໂລຫະ lithium, ອາດຈະບັນລຸ 400-500 Wh/kg ໃນລະດັບເຊລ-ເກືອບສອງເທົ່າຂອງເຕັກໂນໂລຊີປະຈຸບັນ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ແບດເຕີຣີຂອງລັດແຂງປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍໃນຄວາມສາມາດໃນການຂະຫຍາຍການຜະລິດແລະຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ຫນ້າ. ຫລາຍບໍລິສັດລວມທັງ QuantumScape, Solid Power, ແລະ Toyota ກໍາລັງຕັ້ງເປົ້າຫມາຍການຜະລິດການຄ້າລະຫວ່າງ 2025-2030.
ການເຊື່ອມໂຍງຂອງປັນຍາປະດິດແລະການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກໃນການພັດທະນາ cathode ແມ່ນການເລັ່ງໄລຍະເວລາການຄົ້ນພົບ. ປະຈຸບັນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ຕົວແບບການຄໍານວນເພື່ອກວດກາເບິ່ງຫຼາຍພັນອົງປະກອບທີ່ມີທ່າແຮງ, ຄາດຄະເນຄຸນສົມບັດທາງເຄມີຂອງເຂົາເຈົ້າກ່ອນທີ່ຈະສັງເຄາະ. ບໍ່ດົນມານີ້, ວິທີການນີ້ໄດ້ກໍານົດອຸປະກອນການ cathode entropy ສູງຫຼາຍໃຫມ່ທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຫມັ້ນຄົງແລະການຮັກສາຄວາມອາດສາມາດທີ່ດີກວ່າ.
ຄໍາຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ
ສິ່ງທີ່ກໍານົດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ໃນ cathode?
ລາຄາວັດຖຸດິບກວມເອົາ 70-80% ຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ cathode. lithium, nickel, ແລະ cobalt ເປັນຕົວຂັບເຄື່ອນຕົ້ນທຶນ, ໂດຍ cobalt ແມ່ນລາຄາແພງທີ່ສຸດຢູ່ທີ່ $25,000-35,000 ຕໍ່ໂຕນ. ຄວາມສັບສົນຂອງການປຸງແຕ່ງຍັງມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ - cathodes nickel ສູງຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການຄວບຄຸມຄວາມບໍລິສຸດທີ່ເຂັ້ມງວດແລະເງື່ອນໄຂການຜະລິດ, ເພີ່ມຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດ. LFP cathodes ມີລາຄາຖືກກວ່າ NMC 30-40% ຕົ້ນຕໍແມ່ນຍ້ອນການໃຊ້ທາດເຫຼັກທີ່ອຸດົມສົມບູນແທນທີ່ຈະເປັນ nickel ແລະ cobalt ທີ່ຂາດແຄນ.
ວັດສະດຸ cathode ຈາກປະເພດຫມໍ້ໄຟທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມາດປະສົມໃນການນໍາມາໃຊ້ຄືນໄດ້ບໍ?
ການປະສົມປະເພດ cathode ໃນລະຫວ່າງການລີໄຊເຄີນຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບແລະຄຸນນະພາບຂອງຜະລິດຕະພັນ. NMC, NCA, ແລະ LFP ມີອົງປະກອບທາງເຄມີທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ຕ້ອງການຕົວກໍານົດການປຸງແຕ່ງແຍກຕ່າງຫາກ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ເຄື່ອງລີໄຊເຄີນເຊັ່ນ Redwood Materials ແລະ Li-Cycle ໄດ້ພັດທະນາຂະບວນການທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ສາມາດຈັດການກັບອາຫານປະສົມໄດ້ໂດຍການຮຽງລໍາດັບຫມໍ້ໄຟກ່ອນທີ່ຈະປຸງແຕ່ງຫຼືປັບການປິ່ນປົວສານເຄມີ. ການຄົ້ນຄວ້າບາງຢ່າງແນະນໍາການຜະສົມຜະສານປະເພດ cathode ສະເພາະໃນອັດຕາສ່ວນຄວບຄຸມສາມາດສ້າງວັດສະດຸໃຫມ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດປານກາງ, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນຍັງມີການທົດລອງ.
ການເລືອກ cathode ມີຜົນກະທົບແນວໃດຕໍ່ຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟ?
LFP cathodes ແມ່ນປອດໄພກວ່າໂດຍປົກກະຕິເນື່ອງຈາກການຜູກມັດຟອສເຟດທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ປ້ອງກັນການປ່ອຍອົກຊີເຈນໃນລະຫວ່າງເຫດການຄວາມຮ້ອນ. ພວກມັນບໍ່ໄດ້ແລ່ນໜີໄປຈົນກວ່າອຸນຫະພູມເກີນ 270 ອົງສາ. ນິກເກິລ-ຄາໂທດທີ່ອຸດົມສົມບູນ (NMC 811, NCA) ເລີ່ມເສື່ອມໂຊມປະມານ 200 ອົງສາ ແລະປ່ອຍອົກຊີເຈນທີ່ເລັ່ງການລະບາຍຄວາມຮ້ອນອອກ. ອັນນີ້ອະທິບາຍເຖິງຄວາມແຜ່ຫຼາຍຂອງໄຟຫມໍ້ໄຟທີ່ສູງຂຶ້ນໃນ-ພະລັງງານ-EVs ຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງໂດຍໃຊ້ nickel-ເຄມີທີ່ອຸດົມສົມບູນ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ລະບົບການຈັດການແບດເຕີຣີທີ່ກ້າວຫນ້າແລະການຄວບຄຸມຄວາມຮ້ອນໄດ້ເຮັດໃຫ້ແບດເຕີຣີ NMC ປອດໄພສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກສ່ວນໃຫຍ່.
ສິ່ງທີ່ impurities ຫຼາຍທີ່ສຸດຜົນກະທົບຕໍ່ການປະຕິບັດ cathode?
Iron contamination is particularly problematic-even trace amounts (>10 ppm) ສາມາດເຮັດໃຫ້ວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນແລະຄວາມອາດສາມາດມະລາຍຫາຍໄປ. ຊູນຟູຣິກ, vanadium, ແລະທາດການຊຽມຍັງເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບຫຼຸດລົງໂດຍການລົບກວນໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນແລະເພີ່ມ impedance. ວັດສະດຸຄາຣະວາຄວາມບໍລິສຸດສູງ-ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຄວາມບໍລິສຸດ 99.5-99.9% ທີ່ມີເນື້ອໃນທາດເຫຼັກຕໍ່າກວ່າ 5 ppm. ວັດສະດຸ cathode ຣີໄຊເຄີນຕ້ອງໄດ້ຮັບການບໍລິສຸດຢ່າງກວ້າງຂວາງເພື່ອເອົາ impurities ສະສົມຈາກວົງຈອນຂອງຫມໍ້ໄຟທີ່ຜ່ານມາ.
ວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ Cathode ນັ່ງຢູ່ຈຸດຕັດກັນຂອງວິທະຍາສາດວັດສະດຸ, electrochemistry, ແລະວິສະວະກໍາການຜະລິດ. ການວິວັດທະນາການຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງເຄມີສາດ cathode-ການດຸ່ນດ່ຽງປະສິດທິພາບ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະຄວາມຍືນຍົງ-ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວຈະກໍານົດຈັງຫວະຂອງການຮັບຮອງເອົາຍານພາຫະນະໄຟຟ້າແລະການນໍາໃຊ້ການເກັບຮັກສາພະລັງງານທົດແທນໃນໄລຍະທົດສະວັດທີ່ຈະມາເຖິງ.
