Ενέργεια
Αναθεώρηση της Ασφάλειας και των Σχετικών Κινδύνων των Μπαταριών Λιθίου – Είναι τα Γέλη Ηλεκτρολύτες η Λύση;
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Η ζήτηση για μπαταρίες λιθίου-ιόντων προβλέπεται να αυξηθεί με φαινόμενο ρυθμό. Οι εκτιμήσεις προβλέπουν ότι μεταξύ 2022 και 2030, η παγκόσμια ζήτηση για αυτές τις μπαταρίες θα αυξηθεί έως και επτά φορές, φθάνοντας τα 4,7 τεραβατώρα.
Η ζήτηση καθοδηγείται από τη εκτενή χρήση αυτών των μπαταριών σε φορητές συσκευές και αποθήκευση ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών οχημάτων. Ωστόσο, αυτές οι μπαταρίες δεν είναι χωρίς κίνδυνο. Είναι ευάλωτες σε φωτιά και έκρηξη.
Μία λύση σε αυτές τις ευπάθειες περιλαμβάνει μισο-στέρεες μπαταρίες. Μειώνουν τους κινδύνους βρίσκοντας ένα ενδιάμεσο σημείο μεταξύ των παραδοσιακών μπαταριών λιθίου-ιόντων με υγρούς ηλεκτρολύτες και συμπαγών μπαταριών.
Ένας ηλεκτρολύτης τύπου γέλης, που χρησιμοποιείται ως συστατικό, βοηθά αυτές τις μπαταρίες να αποκτήσουν ενισχυμένη σταθερότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ωστόσο, αυτές οι γέλες ηλεκτρολύτες, λόγω της παρατεταμένης θερμικής επεξεργασίας σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να υποστούν σημαντική αποσύνθεση, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση και αυξημένο κόστος παραγωγής. Η διαδικασία κατασκευής αυτών των μπαταριών αντιμετωπίζει επίσης πρόκληση λόγω της αντίστασης διεπαφής μεταξύ του ημι-στέρεου ηλεκτρολύτη και του ηλεκτροδίου.
Πρόσφατα, ο καθηγητής Soojin Park, η Seoha Nam, υποψήφια διδάκτορας, και η Δρ Hye Bin Son, ερευνήτρια στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Ποχάνγκ (POSTECH), έχουν επινοήσει εφικτούς τρόπους αντιμετώπισης αυτών των προκλήσεων δημιουργώντας μια σταθερή και εμπορικά βιώσιμη μπαταρία βασισμένη σε γέλη ηλεκτρολύτη.
Στο επόμενο τμήμα, θα εμβαθύνουμε στην κατανόηση του μηχανισμού της μπαταρίας.
Ασφαλής και Εμπορικά Βιώσιμη Γέλη Ηλεκτρολύτης για Μπαταρίες Λιθίου
Αντιμετωπίζοντας τις προκλήσεις των υποβαθμισμένων ηλεκτρολυτών, της μειωμένης απόδοσης και των αυξανόμενων κόστους, η ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε το διλειτουργικό προσθετικό διασύνδεσης (CIA) και το διπενταερυθριτόλη εξαακρυλική (DPH) με τεχνολογία ηλεκτρονικής δέσμης (e-beam).
Οι ερευνητές ακολούθησαν διαφορετική προσέγγιση από τη συμβατική διαδικασία κατασκευής, η οποία περιλάμβανε προετοιμασία ηλεκτροδίου, ένεση ηλεκτρολύτη, συναρμολόγηση, ενεργοποίηση και αποαέρωση.
Αντί αυτού, ενίσχυσαν τη διπλή λειτουργικότητα του DPH εισάγοντας ένα επιπλέον βήμα ακτινοβολίας e-beam μετά τη διαδικασία αποαέρωσης. Παράλληλα, το CIA χρησίμευε τόσο ως πρόσθετο για τη διευκόλυνση μιας σταθερής διεπαφής μεταξύ των επιφανειών του άνοδος και του καθόδου κατά την ενεργοποίηση, όσο και ως διασυνδετικό για τη δημιουργία μιας πολυμερικής δομής κατά τη διαδικασία ακτινοβολίας e-beam.
Η προκύπτουσα λύση μπορούσε να μειώσει σημαντικά την παραγωγή αερίων από παρενέργειες της μπαταρίας κατά τις αρχικές διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης. Η μείωση ήταν έως και 25,5 φορές μεγαλύτερη σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες. Η λύση μπορούσε επίσης να διατηρήσει σταθερά την αντίσταση διεπαφής λόγω της ισχυρής συμβατότητας μεταξύ των ηλεκτροδίων και της γέλης ηλεκτρολύτη.
Ωστόσο, οι ερευνητές δεν σταμάτησαν σε αυτά τα επιτεύγματα. Συνεχίσαν να αναπτύξουν μια μπαταρία υψηλής χωρητικότητας 1,2 αμπερώ-ωρών, η οποία δοκιμάστηκε σε θερμοκρασία 55 °C — μια θερμοκρασία στην οποία οι ηλεκτρολύτες αρχίζουν να αποσυντίθενται. Σε 55 °C και άνω, οι συμβατικές μπαταρίες που χρησιμοποιούν ηλεκτρολύτες παρουσιάζουν σημαντική μείωση χωρητικότητας και φούσκωμα μετά από 50 κύκλους.
Αντίθετα, η νέα μπαταρία μπορούσε να διατηρήσει χωρητικότητα 1 αμπερώ-ώρα ακόμη και μετά από 200 κύκλους χωρίς παραγωγή αερίων και έδειξε βελτιωμένα πρότυπα ασφαλείας και ανθεκτικότητας.
Καθώς επεξεργαζόταν τη χρησιμότητα της επιστημονικής ανακάλυψης, ο καθηγητής Soojin Park του POSTECH είπε:
«Αυτή η επίτευξη στη σταθερότητα και την εμπορική βιωσιμότητα είναι έτοιμη να αποτελέσει μια επανάσταση στη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων. Ελπίζουμε αυτή η πρόοδος να ωφελήσει σημαντικά όχι μόνο τα ηλεκτρικά οχήματα, αλλά και ένα ευρύ φάσμα άλλων εφαρμογών που βασίζονται σε μπαταρίες λιθίου-ιόντων.»
Στα επόμενα τμήματα, θα ρίξουμε σύντομα μια ματιά σε ορισμένες τέτοιες εφαρμογές των μπαταριών λιθίου-ιόντων.
Οι Εφαρμογές των Ασφαλών Μπαταριών Λιθίου
Παρόλο που πρόσφατα έχουν τραβήξει την προσοχή για τη χρήση τους σε ηλεκτρικά οχήματα, οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων χρησιμοποιούνται επίσης με ασφάλεια σε ένα ευρύ φάσμα άλλων εφαρμογών. Πολλές από αυτές τις εφαρμογές αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής μας ζωής, απαιτώντας εμπορική βιωσιμότητα και αντοχή. Για παράδειγμα, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λιθίου είναι κοινές σε βηματοδότες και πρέπει να εξυπηρετούν τη συσκευή για τυπική διάρκεια ζωής επτά έως οκτώ ετών, διατηρώντας το βάρος τους κάτω από 30 γραμμάρια.
Οι ψηφιακές κάμερες, ιδιαίτερα οι DSLR, βασίζονται σε μπαταρίες λιθίου-ιόντων για το συμπαγές μέγεθός τους και την υψηλή ενεργειακή τους χωρητικότητα, προσφέροντας ανώτερη απόδοση σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών. Παρομοίως, οι ψηφιακοί βοηθοί, τα smartphones και τα laptops εξαρτώνται από αυτές τις ασφαλείς και αξιόπιστες μπαταρίες για τη διάρκεια ζωής τους, την υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, το ελαφρύ βάρος, την εύκολη φόρτιση και το χαμηλό κόστος συντήρησης.
Επιπλέον, μικρές μπαταρίες Li-ion με χωρητικότητα 3 V χρησιμοποιούνται σε συσκευές τόσο μικρές όσο τα ρολόγια, τα οποία μπορούν να λειτουργούν έως και μια δεκαετία. Αυτές οι μπαταρίες τροφοδοτούν επίσης λύσεις κινητικότητας όπως προσωπικά σκούτερ, γκολφ κάρτες και καρότσια, χάρη στην ικανότητά τους να αποθηκεύουν και να αποδεσμεύουν ηλεκτρική ενέργεια αποδοτικά. Αυτή η δυνατότητα τις καθιστά ιδανικές για εφαρμογές όπως συστήματα UPS, εφεδρική ενέργεια έκτακτης ανάγκης και αποθήκευση ηλιακής ενέργειας. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο σε αναδυόμενους τομείς όπως θαλάσσια και ψυχαγωγικά οχήματα, καθώς και φορητές ιατρικές συσκευές σχεδιασμένες για φορεσιμότητα.
Η αυξανόμενη υιοθέτηση των μπαταριών λιθίου έχει οδηγήσει σε αύξηση της παραγωγής και κατασκευής τους. Ωστόσο, είναι κρίσιμο αυτές οι διαδικασίες να είναι τόσο ασφαλείς και βιώσιμες όσο και οι μπαταρίες καθαυτές. Αυτή η ανησυχία υπογραμμίζεται από το πρόσφατο τραγικό πυρκαγιά σε εγκατάσταση μπαταριών λιθίου στη Νότια Κορέα, που προκάλεσε τον θάνατο 22 εργατών.
Πυρκαγιά σε Εγκατάσταση Μπαταριών Λιθίου στη Νότια Κορέα
Στις 24 Ιουνίου, ξέσπασε μια καταστροφική πυρκαγιά σε εργοστάσιο μπαταριών λιθίου στη Νότια Κορέα, προκληθείσα από πολλαπλές εκρήξεις μπαταριών, με αποτέλεσμα τον θάνατο 22 εργατών. Η εγκατάσταση, που λειτουργεί από τον κύριο κατασκευαστή μπαταριών Aricell, βρίσκεται στο Hwaseong, μια βιομηχανική περιοχή νοτιοδυτικά του Σεούλ.
Λίγο μετά την έναρξη της πυρκαγιάς, τοξικό αέριο διασκορπίστηκε γρήγορα σε όλο το εργοστάσιο, το οποίο εκείνη τη στιγμή αποθηκεύει έως και 35.000 μπαταρίες. Εξηγώντας τον πιθανό λόγο για τον οποίο η πυρκαγιά έγινε τόσο θανατηφόρα, ο καθηγητής Πυρός και Πρόληψης Καταστροφών του Πανεπιστημίου Daejeon, Kim Jae-ho, δήλωσε:
«Τα υλικά μπαταριών όπως το νικέλιο είναι εύκολα αναφλεγόμενα. Συχνά, δεν υπάρχει αρκετός χρόνος για αντίδραση, σε σύγκριση με μια πυρκαγιά που προκαλείται από άλλα υλικά.»
Οι ειδικοί επίσης τόνισαν ότι οι θάνατοι ήταν υψηλότεροι λόγω των τοξικών υλικών που χρησιμοποιήθηκαν και όχι τόσο εξαιτίας των εγκαυμάτων.
Μπορούν Τέτοια Συμβάντα Να Προληφθούν;
Πρέπει πάντα να είμαστε προσεκτικοί όταν χειριζόμαστε μπαταρίες λιθίου-ιόντων, καθώς έχουν τη μεγαλύτερη όγκο-ενεργειακή πυκνότητα μεταξύ των συσκευών αποθήκευσης ενέργειας. Η Διοίκηση Εργασιακής Ασφάλειας και Υγείας (OSHA) έχει δημοσιεύσει λεπτομερείς οδηγίες για την πρόληψη πυρκαγιών και εκρήξεων από μικρές και φορητές συσκευές που λειτουργούν με μπαταρίες λιθίου.
Το Massachusetts Institute of Technology, ένα από τα πιο σεβαστά εκπαιδευτικά ιδρύματα τεχνολογίας στον κόσμο, έχει επίσης δημοσιεύσει Οδηγίες Ασφάλειας Λιθίου-Ιόντων. Σύμφωνα με τις οδηγίες τους, κάθε χώρος εργασίας που χειρίζεται αυτές τις μπαταρίες πρέπει να διαθέτει επιφάνειες από μη αγώγιμα και πυρίμαχα υλικά.
Εάν πρέπει να εργαστεί κανείς σε αγώγιμη επιφάνεια, συνιστάται να την καλύψει με μονωτικό υλικό. Επιπλέον, η περιοχή πρέπει να είναι απαλλαγμένη από εύφλεκτα ή εύφλεκτα υλικά όπως ξύλινες τράπεζες, χαλιά, βενζίνη ή αιχμηρά αντικείμενα που θα μπορούσαν να διατρήσουν το μονωτικό περίβλημα των κυψελών. Οι βέλτιστες θερμοκρασίες εργασίας είναι μεταξύ 15 και 35 °C, και η περιβάλλουσα θερμοκρασία δεν πρέπει ποτέ να υπερβαίνει τους 60 °C.
Η σωστή αποθήκευση παίζει κρίσιμο ρόλο στη μείωση του κινδύνου πυρκαγιάς και έκρηξης. Η αναφορά συνδέει πολλές πυρκαγιές μπαταριών λιθίου-ιόντων με ανεπαρκείς περιοχές αποθήκευσης. Για τη διατήρηση των υψηλότερων προτύπων ασφαλείας, η περιοχή αποθήκευσης πρέπει να λαμβάνει υπόψη παράγοντες όπως ο σχεδιασμός των κυψελών, η χημεία, η θερμοκρασία, η κατάσταση φόρτισης και η διάρκεια της περιόδου αποθήκευσης.
Οι μονάδες κατασκευής μπαταριών πρέπει να υιοθετήσουν αυστηρά μέτρα ασφαλείας, καθώς οι πυρκαγιές σε εγκαταστάσεις μπαταριών λιθίου μπορούν να είναι καταστροφικές όχι μόνο λόγω της ίδιας της πυρκαγιάς, αλλά και λόγω της προκύπτουσας τοξικότητας.
Ενώ η ασφάλεια στην παραγωγή μπορεί να βελτιώνεται συνεχώς, οι μπαταρίες πρέπει επίσης να είναι εγγενώς ασφαλείς. Ορισμένες εταιρείες επενδύουν σταθερά στην παραγωγή ασφαλών μπαταριών λιθίου. Στα επόμενα τμήματα, θα εξετάσουμε τέτοιες εταιρείες.
#1. Panasonic Energy’s Lithium-ion Batteries
Η Panasonic είναι αφοσιωμένη στην εξασφάλιση της ασφάλειας των μπαταριών καθώς αυξάνονται οι χωρητικότητές τους και εστιάζει στην ανάπτυξη προηγμένων υλικών μπαταριών, στη βελτίωση διαδικασιών και στη δημιουργία τεχνολογιών ελέγχου για την εγγύηση ασφαλούς και αξιόπιστης χρήσης των μπαταριών.
Οι μπαταρίες της διαθέτουν υψηλό επίπεδο αντοχής σε θερμοκρασία, καθώς ο κίνδυνος έκρηξης αυξάνεται όταν οι μπαταρίες θερμαίνονται πάνω από 100 °C. Ωστόσο, η Panasonic αναγνωρίζει ότι η στοίβαξη ή η ανάμιξη μπαταριών μπορεί να προκαλέσει εξωτερικά βραχυκυκλώματα, παραγωγή θερμότητας, πυρκαγιά ή έκρηξη.
Η εταιρεία ακολουθεί αυστηρές οδηγίες χειρισμού και αποθήκευσης, μη επιτρέποντας στα άκρα των μπαταριών να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους ή με άλλα μέταλλα κατά τη συσκευασία. Χρησιμοποιεί ισχυρό υλικό συσκευασίας για την προστασία των προϊόντων από δονήσεις, κρούσεις, πτώσεις και στοίβαξη κατά τη μεταφορά. Η Panasonic επίσης συνιστά αυστηρά την αποθήκευση των μπαταριών σε θερμοκρασία δωματίου και τη φόρτισή τους σε περίπου 30‑50 % της χωρητικότητας.
Παράγει μια σειρά προϊόντων μπαταριών λιθίου, συμπεριλαμβανομένων κυλινδρικών μπαταριών, πρισματικών μπαταριών, μπαταριών τύπου τσέπης και μπαταριών τύπου πιν.
Σύμφωνα με την πιο πρόσφατη διαθέσιμη ενοποιημένη έκθεση του ομίλου, η εταιρεία κατέγραψε έσοδα πωλήσεων ύψους 8.378,9 δισεκατομμυρίων γιεν το 2023.
#2. LG Energy Solutions
Η LG Energy Solutions είναι μια άλλη κορυφαία παγκόσμια μάρκα που λειτουργεί σύμφωνα με καλά καθορισμένες οδηγίες για την κατασκευή πακέτων μπαταριών Li-ion. Απαγορεύει τη χρήση κυψελών μπαταριών λιθίου-ιόντων που έχουν υποστεί οποιαδήποτε πτώση για την κατασκευή πακέτων.
Για την πρόληψη ηλεκτρικού βραχυκυκλώματος, οι κυψέλες μπαταριών λιθίου-ιόντων πρέπει να κρατούνται μακριά από μεταλλικά αντικείμενα και να χειρίζονται σε περιβάλλοντα που αποτρέπουν ζημιές ή μόλυνση.
Επιπλέον, η συγκόλληση δεν πρέπει να πραγματοποιείται απευθείας στην επιφάνεια των κυψελών μπαταριών λιθίου-ιόντων, και οι κυψέλες δεν πρέπει να εκτίθενται σε έντονη θερμότητα ή πίεση κατά τη διαδικασία συγκόλλησης.
Το 2023, η LG κατέγραψε όγκο πωλήσεων 84.228 δισεκατομμυρίων KRW, που ήταν μια μικρή αύξηση σε σχέση με τα 83.467 δισεκατομμύρια KRW του 2022, αλλά σημαντική αύξηση σε σχέση με τα 73.908 δισεκατομμύρια KRW του 2021.
Ανησυχίες Ασφάλειας Μπαταριών Λιθίου-Ιόντων: Μια Συνολική Επισκόπηση
Η έρευνα που διερεύνησε εκτενώς τις ανησυχίες ασφαλείας των μπαταριών Li-ion ανέδειξε αρκετά πιθανά ζητήματα που θα μπορούσαν να εμφανιστούν ως απειλή ή κίνδυνος.
Οι θερμικές εκρήξεις, που είναι μεταξύ των πιο επιζήμιων ζητημάτων ασφαλείας στις μπαταρίες Li-ion, προέρχονται από παρενέργειες. Αυτές οι αντιδράσεις μπορούν να συμβούν εντός του ηλεκτρολύτη, μεταξύ του καθόδου και του άνοδος, και στις διεπαφές των επιφανειών των ηλεκτροδίων και του επικάλυψης Li. Τέτοιες εκρήξεις συχνά προκαλούνται από μηχανική, θερμική ή ηλεκτρική κακομεταχείριση.
Η έρευνα επίσης περιγράφει στρατηγικές για τη βελτίωση της ασφάλειας, τόσο εσωτερικά όσο και εξωτερικά. Ένα κρίσιμο στοιχείο για την ενίσχυση της ασφάλειας των μπαταριών Li-ion (LIB) είναι ένα καλά σχεδιασμένο ενσωματωμένο σύστημα ψύξης. Επιπλέον, η διατήρηση της σωστής ισορροπίας μεταξύ των κυψελών είναι ουσιώδης· αυτό περιλαμβάνει τη μέτρηση και σύγκριση των τάσεων, των χωρητικοτήτων ή των καταστάσεων φόρτισης (SOC) όλων των κυψελών μετά από κάθε κύκλο φόρτισης.
Οι κατασκευαστές μπορούν να ακολουθήσουν διάφορα πλαίσια για να εξασφαλίσουν την ασφάλεια της παραγωγής. Στην πραγματικότητα, πολλές χώρες έχουν ήδη δημοσιεύσει τέτοια πρότυπα, συμπεριλαμβανομένου του Κινέζικου Προτύπου, του προτύπου της Society of Automotive Engineers (SAE), του προτύπου της International Electrotechnical Commission (IEC), του προτύπου των Ηνωμένων Εθνών (UN), του Ιαπωνικού Βιομηχανικού Προτύπου (JIS) και άλλων.
Συνολικά, ζούμε σε μια εποχή που κυριαρχούν τα ηλεκτρονικά gadgets, οδηγώντας σε μια συνεχώς αυξανόμενη εξάρτηση από μπαταρίες λιθίου. Καθώς επιδιώκουμε μεγαλύτερη αποδοτικότητα και ταχύτητα στις τεχνολογίες μας, πρέπει να διασφαλίσουμε ότι η ασφάλεια παραμένει προτεραιότητα. Το πρόσφατο ατύχημα στη Νότια Κορέα αποτελεί έντονη υπενθύμιση της σημασίας αυτής της ισορροπίας, υπογραμμίζοντας την ανάγκη πρόληψης τέτοιων δυσάρεστων περιστατικών στο μέλλον.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε για τις δέκα κορυφαίες μετοχές μπαταριών προς επένδυση.
