Роль лития

Хранение энергии является ключом как к эффективной интеграции систем возобновляемой энергии с электросетью, так и к ускорению внедрения электромобилей (EV). В этом обзоре обсуждаются технологические тенденции в области литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов и оцениваются потребности в хранении энергии индийского энергетического и транспортного секторов. В нем рассматривается географическое распределение лития и кобальта на суше и на море по всему миру; и изучает рост возможностей переработки литиевых батарей и усилия стран по обеспечению безопасности цепочки поставок сырья для литиевых батарей. По кратким оценкам, для осуществления «зеленой» трансформации в энергетическом и транспортном секторах Индии потребуется 122 килотонны лития, крупные инвестиции в исследования аккумуляторов, возможности массового производства, зарубежное сотрудничество, предприятия по переработке отходов для обеспечения экологической устойчивости и покупка литиевых активов за рубежом.

Атрибуция:Ведачалам Нараянасвами, «Роль хранения энергии на основе лития в достижении климатических целей Индии», Краткий выпуск ORF № 642, май 2023 г., Observer Research Foundation.

На данный момент глобальные инвестиции в экологически чистые энергетические технологии достигли 2,6 триллиона долларов США.[1] После нескольких глобальных конференций за последние три десятилетия страны установили для себя минимальные обязательства по сокращению выбросов углекислого газа и обеспечению большей прозрачности и подотчетности в производстве и использовании энергии. Индия обязалась увеличить свои совокупные мощности по производству электроэнергии на основе неископаемого топлива до 50 процентов к 2030 году, сократить интенсивность выбросов на 35 процентов по сравнению с уровнями 2005 года и стать углеродно-нейтральной к 2070 году.[2]

Увеличение использования возобновляемых источников энергии и ранний переход на электрическую мобильность будут способствовать достижению этих целей и сокращению расходов Индии на импорт углеводородов. Ожидается, что в следующем десятилетии литиевые батареи будут играть значительную роль в создании систем хранения энергии (ESS) в энергетике и транспорте.

В этом кратком обзоре обсуждаются ключевые требования для достижения «зеленого» перехода в секторах электроэнергетики и мобильности Индии. Для составления прогнозов автор использовал программное обеспечение для моделирования и моделирования «Сценарий энергетической безопасности Индии 2047» (IESS 2047)[a].

Первая коммерческая литий-ионная (Li-Ion) батарея была разработана в 1985 году, и с тех пор технология продвинулась вперед. Его преимущества включают превосходную плотность энергии (75-200 Вт-часов на килограмм)[b] и удельную плотность (150-315 Вт-часов на литр), стабильность цикла, эффективность и надежность. Технологии литий-ионных аккумуляторов широко используются в портативной электронике, возобновляемых источниках энергии, интеллектуальных электрических сетях, электротранспорте, включая дорожные транспортные средства и экологически чистые/гибридные корабли, а также в авиации, космосе и под водой.

Уровень зрелости ESS на основе Li-Ion по сравнению с другими технологиями показан на рис.1.[3] В литий-ионных элементах используются оксиды переходных металлов лития в качестве катодного (отрицательного) электрода, графит в качестве анодного (положительного) электрода и неводные газированные жидкости в качестве электролита. Заряд и разряд элемента происходят посредством интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития. В процессе зарядки ионы лития переносятся через электролит от катода к аноду. Производительность литиевых элементов значительно варьируется в зависимости от химического состава используемых электродов.

Рисунок 1. Технологическая зрелость систем хранения энергии

Использование твердых полимеров в качестве электролита и литированного[c] углерода значительно повысило безопасность литий-ионных элементов. Основные характеристики усовершенствованных технологий элементов на основе лития показаны в Таблице 1. LFP и LTO, в частности, снижают стоимость и повышают безопасность. Стоимость за кВтч основана на оценке Министерства энергетики США на 2022 год с учетом полезной энергии для производства в масштабе не менее 100 000 единиц в год. Снижение содержания кобальта в составе катодов снижает стоимость и увеличивает плотность энергии в сочетании с другими анодными технологиями. Ожидается, что будущие катоды из металлического лития улучшат характеристики без использования кобальта в сочетании с анодами из кремниевых композитов. Исследования литий-воздушных и литий-серных аккумуляторов также быстро продвигаются, но уровень их технологической готовности еще далек. Они могут стать коммерчески доступными не раньше 2030 года.[5]