جهان لیتیوم عرضه OptimumNano

- Jun 13, 2017-

دانشگاه استنفورد پاييز 1389

انجیر. 1:اسپادومین (لیتیوم آلومینیوم سیلیکات) یک ماده معدنی است که به عنوان منبع تجاری لیتیوم است. (عکس حسن نیت ارائه میدهد شناسی آمریکا.)

لیتیم، عنصر سوم در جدول تناوبی فلز قلیایی نرم، رنگ نقرهای مایل به سفید است. سبک ترین تمام فلزات است. به عنوان یک کل پوسته زمین را شامل حدود 20 قسمت در میلیون لیتیوم و اقیانوس ها شامل 0.17 قسمت در میلیون؛ جو دارای مقدار بسیار کم است. [1]

لیتیم بسیاری از کاربردهای صنعتی است. آن را به شیشه و سرامیک و مواد دارویی و آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم می رود. اما بیشترین پتانسیل برای رشد در بازار باتری که در آن لیتیوم به عنوان مواد الکترود و الکترولیت باتری های یک بار مصرف لیتیوم و باتری قابل شارژ لیتیوم یون استفاده می شود. با توجه به مطالعه موردی USGS بیش از سال 1996 تا 2005 میزان لیتیم استفاده شود در هر سال در ایالات متحده در چهار باتری خاص بازار (دوربین فیلمبرداری دوربین های تلفن های همراه و رایانه های قابل حمل) سه گانه، بزرگ شد در حالی که کل ایالات متحده "آشکار" مصرف لیتیوم (این محصولات وارد و یا صادر شده را شامل شود) کاهش می یابد 7% به دلیل کاهش تولید آلومینیوم ایالات متحده. در سال 2005 به این بازارها چهار 11 درصد از کل مصرف ایالات متحده آشکار ساخته شده. [2] علاوه بر این، توسط 2009 بازار باتری به 31% از مصرف لیتیوم جهانی شده بودند. [3] بدیهی است که اگر صنعت خودرو شروع به تولید تعداد زیادی از خودروهای برقی هیبریدی و برقی وسایل نقلیه است که استفاده از باتری های لیتیوم سپس لیتیوم تقاضا ادامه خواهد داد به رشد – که می آفریند سوال: لیتیوم کافی هست؟

که در آن لیتیوم می آید از

لیتیوم است هرگز در بر داشت در آن فرم فلزی و عنصری چون بسیار واکنش پذیر است: لیتیوم بسیار قابل اشتعال است و حتی خود به خود با آب واکنش نشان می دهند. (چرا برخی از باتری های لیتیوم یون آتش یا منفجر زمانی که در معرض حرارت این واکنش بالا است.) در عوض، لیتیوم معمولا از مواد معدنی لیتیوم است که در سنگ های آذرین (مخصوصا اسپادومین) یافت می شود و از نمک کلرید لیتیم است که می توان در استخرهای آب نمک استخراج می شود. [4] بزرگترین تولید کننده از لیتیوم در جهان شیلی است که عصاره آن از آب نمک در آتاکاما نمک صاف است. آرژانتین نیز تولید لیتیم از شور در Hombre Muerto نمک صاف. نیز وجود دارد سپرده عظیم لیتیوم در بولیوی در Uyuni نمک تخت (جهان مسطح بزرگترین نمک) اما این منبع بکر برای در حال حاضر با توجه به دلایل سیاسی و اقتصادی باقی مانده است. بزرگترین تولیدکننده لیتیم از اسپادومین استرالیا که سپرده زیادی نزدیک پرت است. تولید لیتیم عمده دیگر عبارتند از: چین که در دریاچه نمک در تبت و چینگهای تولید، و ایالات متحده است که تولید آن از آب نمک در نوادا. [5] استخراج لیتیوم از شور در حال حاضر ارزان تر از آن استخراج از اسپادومین، بنابراین بسیاری از سپرده اسپادومین که نه در حال حاضر استخراج می شود. لیتیم در آب دریا هم اما غلظت بسیار کم به اقتصادی است.

ژانویه 2010، ذخایر لیتیوم کل جهان USGS برآورد در 9.9 × 109کیلوگرم (از لحاظ اقتصادی قابل استخراج در حال حاضر) و لیتیم شناسایی منابع در 2.55 × 1010کیلوگرم (بالقوه اقتصادی). هستند بسیاری از منابع شناسایی شده در بولیوی و شیلی (9 × 109کیلوگرم و 7.5 × 109کیلوگرم، ترتيب). تولید لیتیم جهان است در حال حاضر حدود 2 × 107کیلوگرم در سال است. [3]

انجیر. 2:اکثر منابع لیتیوم شناخته شده جهان در استخر آب شور در سواحل اقیانوس آرام در آمریکای جنوبی یافت می شود. (عکس حسن نیت ارائه میدهد شناسی آمریکا.)

لیتیم محتوا در باتری

مقدار لیتیوم که باتری می باشد را می توان با برخی از مواد شیمیایی بسیار ساده محاسبه می شود. لیتیم مانند فلزات قلیایی دیگر، تنها یک حالت اکسیداسیون و فقط اشکال یونهای با شارژ مثبت است. [6] این به این معنی که واکنش های الکتروشیمیایی اساسی برای هر نوع باتری های لیتیوم صرف نظر از آن شیمی می باید:

لی لی →++ آدرس-

در مورد باتری لیتیوم یون قابل شارژ، درآمد حاصل از واکنش مثل این: که ترشحات باتری یک اتم لیتیم در الکترود منفی به لیتیوم یون و الکترون؛ تقسیم می نماید یون لیتیوم مهاجرت از طریق ساختار داخلی باتری، در حالی که الکترون باتری و جریان از طریق هر مدار باتری متصل به خارج می شود; سپس در الکترود مثبت recombine لیتیوم یون و الکترون. واکنش مشابه در جهت معکوس در طول شارژ اجرا می شود.

بنابراین، به درایو یک مول الکترون از طریق یک مدار، باتری لیتیوم باید حاوی یک مول ليتيم. یک مول الکترون ampere-hours 26.80 (A·h) است و وزن آن یک مول ليتيم 6.941 × 10-3کیلوگرم. [6] با تقسیم این عدد من محاسبه است که برای هر باتری لیتیوم ظرفیت اتهام در هر کيلوگرم ليتيم

3861 A·h/kg (محدود).

من در حال حاضر به تمرکز در مورد خاص از باتری های قابل شارژ لیتیوم یون (به عنوان باتری غیر قابل شارژ لیتیوم) می روم. برای محاسبه ظرفیت انرژی من باید ولتاژ باتری متوسط در دبی. این بستگی به شیمی باتری، اما نه خیلی. سه تن از انواع باتری های لیتیوم-یون با استفاده از اکسید کبالت فسفات آهن و منگنز اکسید برای خود مواد کاتد (مواد آند کربن برای هر است)؛ این ولتاژ باتری متوسط 3.6 ولت 3.4 V و 4.0 V [7-9] توليد. من استفاده از ارزش برای اکسید کبالت (3.6 ولت)، از آنجا که اغلب استفاده می شود. علاوه بر این، من عامل بهره وری از 73 درصد نمایندگی از دست دادن ظرفیت به علت عیوب در الکترودهای درج کنید (این مقدار بهره وری تازگی بود بدست آمده با استفاده از نانوسیم سیلیکونی آند [10]؛ استفاده از آن در اینجا ممکن است بیش از حد خوش بینانه). بنابراین است که ظرفیت حداکثر انرژی واقعی برای باتری های یون لیتیوم

3861 A·h كيلوگرم × 3.6 ولت × 0.73 = 10.1 kW·h/kg

و یا حدود 10 kilowatt-hours در هر کیلوگرم از لیتیوم.

چه مقدار لیتیوم کنیم

بنابراین من (تا حدودی خودسرانه) تجزیه و تحلیل من بر خودرو برقی برگ نیسان که دارای باتری 24 kW·h اساس خودروهای الکتریکی لیتیوم یون را می توان با تنوع زیادی از ظرفیت باتری طراحی شده. [11] ماشین های الکتریکی با باتری های کوچکتر از برگ (به عنوان مثال، شورلت ولت) و باتری های بزرگتر (به عنوان مثال، تسلا S مدل)، وجود دارد بنابراین برگ باتری ميانه خشن اعتصاب. هر kW·h 10 نیاز به 1 کیلو لیتیوم، بنابراین لازم حداقل 2.4 کیلوگرم لیتیوم باتری این را.

اگر سایر صنایع لیتیوم ناگهان تبخیر، ما تصور تمام جهان لیتیم تولید چیزی جز نیسان برگها را با استفاده از. در 2 × 107کیلوگرم لیتیوم در هر سال، ما می توانیم 8.3 میلیون. با استفاده از تمام 9.9 × 109ذخایر کیلوگرم جهان لیتیوم، ما می تواند 4.1 میلیارد برگها; با استفاده از همه منابع شناسایی لیتیم (2.55 × 1010کیلوگرم)، ما می توانیم 10.6 میلیارد برگها.

اگر ما به محدودیتهای آمریکای شمالی برای هر کس در جهان – گفتن 1 ماشین برای هر 2 نفر – سپس می کنیم حدود 3.4 میلیارد نیسان برگها. این 32 درصد از منابع شناسایی شده (تمام لیتیوم شناخته شده در جهان) یا 82% از ذخایر (لیتیوم تمام است که در حال حاضر به تولید اقتصادی است) استفاده کنید. حتی با بازیافت گسترده که چشم انداز ناپایدار می رسد.

به یاد داشته باشید که محدودیت در ظرفیت باتری هستند. تنها راه این درصد می تواند به پایین عبارتند از:

  1. ظرفیت باتری بیش از 73 درصد از حداکثر نظری (بعید است)

  2. ذخایر جدید لیتیوم کشف و اقتصادی (ناشناختنی) ساخته شده

  3. باتری های لیتیوم یون کوچکتر استفاده می شود (کوتاه محدوده)

  4. اتومبیل های کمتری با باتری های لیتیوم-یون ساخته شده است.

این به من اگر تمام جهان را ماشین الکتریکی ساخته شده, که آن به احتمال زیاد ترکیبی از فن آوری باتری استفاده خواهد شد که نشان می دهد. قطعا ممکن است برای ایجاد میلیون ها نفر از خودروهای برقی با باتری های لیتیوم یون است اما این ممکن است به میلیاردها آنها را.

© اریک Eason. نویسنده برای کپی، توزیع و نمایش این اثر در فرم بدون تغییر با نسبت دادن به نویسنده، برای مقاصد غیر تجاری تنها مجوز اعطا می کند. کلیه حقوق دیگر، از جمله حقوق تجاری برای نویسنده محفوظ است.