Unterschiedliche Batteriesysteme - Welche Chemie Am Vielversprechendsten Ist

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Unterschiedliche Batteriesysteme - welche Chemie am vielversprechendsten ist

2019-08-19

Erfahren Sie mehr über verschiedene Batteriesysteme, entdecken Sie zukünftige Trends und die vielversprechendsten Chemikalien.

Laut The Freedonia Group, einem in Cleveland ansässigen Industrieforschungsunternehmen, wird die weltweite Nachfrage nach Primärbatterien und Sekundärbatterien voraussichtlich um 7,7 Prozent jährlich steigen und sich 2019 auf 120 Mrd. USD belaufen nach Frost & amp; Sullivan-Sekundärbatterien machen 76,4 Prozent des Weltmarktes aus. Für 2015 wird ein Anstieg auf 82,6 Prozent erwartet. Die Nachfrage wird von Mobiltelefonen und Tablets getrieben. Frühere Schätzungen haben die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen überschätzt, und die Zahlen wurden seitdem nach unten korrigiert.

Im Jahr 2009 hatten Primärbatterien einen Anteil von 23,6 Prozent am Weltmarkt und Frost & amp; Sullivan prognostizierte bis 2015 einen Rückgang um 7,4 Prozent. Im Kampf werden nicht wiederaufladbare Batterien für Uhren, elektronische Schlüssel, Fernbedienungen, Spielzeug, Taschenlampen, Leuchtfeuer und militärische Geräte verwendet.

Eine Übersicht der Batterietypen

Batterien werden nach Chemie klassifiziert, und die häufigsten sind Lithium-, Blei-und Nickel-basierte Systeme. Abbildung 1 zeigt die Verteilung dieser Chemikalien. Bei einem Umsatzanteil von 37 Prozent Li-Ion ist der Akku der Wahl für tragbare Geräte und den elektrischen Antriebsstrang. Es gibt keine anderen Systeme, die heute seine Dominanz bedrohen.

Abbildung 1: Umsatzbeiträge verschiedener Batteriechemien

37% Lithium-Ionen
20% Bleisäure, Starterbatterie
15% alkalisch, primär
8% Bleisäure, stationär
6% Zink-Kohlenstoff, primär
5% Bleisäure, tief im Zyklus
3% Nickel-Metallhydrid
3% Lithium, primär
2% Nickel-Cadmium
1% Sonstiges

Blei gilt als robuste und wirtschaftliche Energiequelle für den Masseneinsatz. Obwohl Li-Ion in den Blei-Säure-Markt vordringt, wächst die Nachfrage nach Blei-Säure-Batterien weiter. Die Anwendungen sind unterteilt in Starterbatterien für Kraftfahrzeuge, auch als SLI (20%) bekannt, stationäre Batterien für die Notstromversorgung (8%) und Tiefentladebatterien für die Mobilität auf Rädern (5%) wie Golfautos, Rollstühle und Scherenhebebühnen .

Hohe spezifische Energie und lange Lagerzeiten haben Alkali populärer gemacht als das alte Kohlenstoff-Zink, das Georges Leclanché 1868 erfand. Nickel-Metallhydrid (NiMH) spielt weiterhin eine wichtige Rolle, da es Anwendungen ersetzt, die bisher von Nickel-Cadmium ( NiCd). Bei einem Marktanteil von 3 Prozent und einem Rückgang wird NiMH jedoch zu einem kleinen Akteur.

Ein aufkommender Batterieverbrauch ist der elektrische Antriebsstrang für den persönlichen Transport. Batteriekosten, Langlebigkeit und Umweltprobleme bestimmen, wie schnell der Automobilsektor dieses neue Antriebssystem einführt. Fossiler Brennstoff ist billig, bequem und leicht verfügbar; Vor allem in Nordamerika stoßen alternative Modi auf heftigen Widerstand. Möglicherweise sind staatliche Anreize erforderlich, aber solche Interventionen verzerren die tatsächlichen Energiekosten, schützen die Probleme mit fossilen Brennstoffen und dienen ausgewählten Lobbygruppen mit kurzfristigen Lösungen.

Neue Märkte, die das Batteriewachstum weiter ankurbeln, sind die Elektrofahrräder und Speichersysteme für erneuerbare Energien, von denen Hausbesitzer, Unternehmen und Entwicklungsländer profitieren. Große Netzspeicherbatterien sammeln bei hoher Aktivität überschüssige Energie und schließen die Lücke, wenn die Eingangsleistung niedrig ist oder die Nachfrage der Benutzer hoch ist.

Fortschritte bei Batterien

Die Batterien entwickeln sich an zwei Fronten weiter und spiegeln sich in einer erhöhten spezifischen Energie für längere Laufzeiten und einer verbesserten spezifischen Leistung für Hochstromanforderungen wider. Die Verbesserung einer Batterieeigenschaft kann die andere nicht automatisch stärken, und es gibt häufig einen Kompromiss. Abbildung 2 zeigt die Beziehung zwischen der spezifischen Energie in Wh / kg und der spezifischen Leistung in W / kg.

Die Batterie mit der besten Leistung in Bezug auf spezifische Energie und spezifische Leistung ist das sekundäre Lithiummetall (Li-Metall). Eine frühe Version wurde in den 1980er Jahren von Moli Energy eingeführt, aber die Instabilität mit metallischem Lithium an der Anode löste 1991 einen Rückruf aus. Festes Lithium neigt dazu, Metallfilamente oder Dendriten zu bilden, die Kurzschlüsse verursachen. Weitere Versuche anderer Unternehmen, dieses Problem zu lösen, führten dazu, dass die Entwicklungen eingestellt wurden.

Die einzigartigen Eigenschaften von Li-Metall veranlassen die Hersteller, diese leistungsstarke Chemie zu überdenken. Die Zähmung der Dendriten und das Erreichen des gewünschten Sicherheitsstandards kann durch Mischen von metallischem Lithium mit Zinn und Silizium erreicht werden. Graphen wird auch als Teil eines verbesserten Separators ausprobiert. Graphen ist eine dünne Schicht aus reinem Kohlenstoff mit einer Dicke von einem Atom, die in einer sechseckigen Wabe miteinander verbunden ist. Es wurden auch Mehrschichtseparatoren versucht, die das Eindringen von Dendriten verhindern. Neue experimentelle Li-Metall-Batterien erreichen 300 Wh / kg und das Potenzial ist viel höher. Dies ist insbesondere für das Elektrofahrzeug von Interesse.

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