グローバル出荷業界がグリーンで効率的な開発を追求したという文脈では、海洋リチウムバッテリーは、独自の利点を持つ、徐々に業界の変革を徐々に推進する重要な力になりつつあります。海洋リチウム電池のIn -deptedテクニカル分析を実施することは、この新興電源の開発状況と可能性を包括的に理解するのに役立ちます。

I.海洋リチウムのコア技術コンポーネント - イオン電池

（i）電極材料技術

カソード材料

三元材料（リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物Li（Nicomn）o₂またはリチウムニッケルコバルト酸化アルミニウムLi（ニコール）o₂）：三元材料は高エネルギー密度を持ち、より強力な電力出力と船のより長い巡航範囲を提供できるようにします。いくつかの海では、巡航範囲に厳しい要件を備えた研究容器と高ヨットでは、高エネルギー密度の利点のために長期的および長い距離航海中の船舶の電力需要を満たすことができます。ただし、三元材料は、高温環境での熱安定性が低く、比較的低い安全性があります。海洋環境では、安全で安定した動作を確保するために、正確で複雑なバッテリー管理システム（BMS）が必要であり、コストと技術的な困難をある程度増加させます。

リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リチウム材料は、高度な技術的成熟度を持ち、造船場で広く使用されています。熱暴走温度が高く、安全性能が向上しています。厳しい環境条件でさえ、火災や爆発などの深刻な安全事故を効果的に回避することができ、人事での使用に特に適しています - 内陸クルーズ船や短い距離の乗客フェリーなどの集中船。同時に、リチウム - 鉄 - リン酸バッテリーの寿命は長いです。充電および放電プロセス中、バッテリー構造は安定しており、容量の減衰は遅くなります。さらに、その原材料は豊富であり、コストは比較的低く、コスト - 有効性の大きな利点を示しています。

アノード材料

グラファイトベースのアノード材料：従来のグラファイトアノード材料は、比較的高い理論的特異的能力（約372 mAh/g）を持ち、コストが比較的低く、技術が成熟しており、海洋リチウム電池で一般的に使用されています。リチウムイオンに多数の挿入部位を提供し、バッテリーの充電および放電プロセス中にリチウムイオンの迅速かつ安定した移動を保証します。ただし、バッテリー性能の要件が継続的に改善されると、グラファイトアノード材料のエネルギー密度の改善にボトルネックに遭遇しました。

新しいアノード材料の探索：グラファイトアノードの制限を突破するために、研究者はシリコンベースのアノード材料などの新しいアノード材料を積極的に調査しています。シリコンの理論的特異的能力は、グラファイトの10倍以上で4200 mAh/gになります。ただし、シリコンベースの材料は、充電および放電プロセス中に大幅な量の拡大を経験し、電極構造の破壊とサイクル性能の低下につながります。現在、ナノテクノロジーや複合技術などの手段を通じてシリコンベースのアノード材料のパフォーマンスを改善することは、研究ホットスポットになり、将来海洋リチウム電池に適用されると予想され、バッテリーのエネルギー密度を大幅に改善しています。

（ii）電解質技術

液体電解質

有機電解質：現在、ほとんどの海洋リチウム電池は有機電解質を使用しており、その主な成分には有機溶媒とリチウム塩が含まれています。一般的な有機溶媒には、炭酸エチレン（EC）、ジメチル炭酸塩（DMC）などの炭酸塩が含まれます。リチウム塩と高イオン導電率には良好な溶解度があり、バッテリーの正と負の電極間のリチウムイオンの急速な移動が保証されます。リチウムヘキサフルオロリン酸（LIPF₆）は一般にリチウム塩として選択され、有機溶媒中のリチウムイオンを効果的に解離し、バッテリーの充電と放電に電荷キャリアを提供できます。ただし、有機電解質には、可燃性や揮発性などの安全性の危険があります。海洋環境では、バッテリーが漏れると、火災などの深刻な事故を引き起こす可能性があります。

固体電解質

ポリマー固体電解質：ポリマー固体電解質は、ポリエチレンオキシド（PEO）などのマトリックスとしてポリマーポリマーを使用し、リチウム塩と調合することによりイオン導電率を持つ電解質系を形成します。柔軟性が高く、電極材料に密接に接着し、バッテリーのインターフェイスの安定性が向上します。同時に、ポリマーの固体電解質は非可燃性であり、漏れリスクがないため、バッテリーの安全性を大幅に改善できます。ただし、そのイオン導電率は比較的低く、特に低い温度環境では、イオン輸送速度は限られており、バッテリーの性能に影響します。

無機固体電解質：ガーネットなどの無機固体電解質 - タイプやナシコン - タイプは高いイオン導電率と良好な化学的安定性を持っています。その中で、ガーネット - タイプの固体電解質は、リチウム金属と良好な互換性を持ち、高エネルギー - 密度リチウム - 金属バッテリーに適用されると予想されます。ただし、無機固体電解質の調製プロセスは複雑で、コストは高く、電極材料との界面接触抵抗は大きいです。これらの問題は、大規模なスケールアプリケーションを制限します。現在、研究者は、準備プロセスを最適化し、界面性能を改善することにより、海洋リチウム - イオン電池における無機固体電解質の散布プロセスを促進することに取り組んでいます。

（iii）バッテリー管理システム（BMS）テクノロジー

バッテリー状態の監視

電圧モニタリング：BMSは、高精度電圧センサーを使用して、各バッテリーセルの電圧を実際の時間で監視します。海洋リチウム - イオン電池は通常、直列と並列で接続された多数のバッテリーセルで構成されているため、セル間の電圧の一貫性は、バッテリーパックの性能に大きな影響を与えます。細胞の電圧が高すぎるか低すぎることがわかったら、BMSは、過剰充電または排出を避け、バッテリーパックの安全で安定した動作を確保するために、充電や排出などのタイムリーな測定を行います。たとえば、船の航海中に、バッテリーセルが内部マイクロ - 短い回路またはその他の理由により異常な電圧低下を経験した場合、BMSはそれを迅速に検出し、セルへのさらなる損傷を防ぎ、バッテリーパック全体のパフォーマンスに影響を与えるために充電と放電戦略を調整できます。

現在の監視：バッテリーの充電電流と放電電流を正確に監視することは、バッテリーの充電状態（SOC）と健康状態（SOH）を評価するために重要です。 BMSは、現在のセンサーを使用して、バッテリーの充電と放電を実際の時間で収集し、電流の大きさと方向に応じてバッテリーの充電と排出容量を計算します。同時に、現在の変化率などのパラメーターに基づいて、BMSはバッテリーがオーバーの現在の状態にあるかどうかを判断できます。電流が検出されると、すぐに保護メカニズムをトリガーし、回路を遮断して、バッテリーが大きな電流衝撃によって損傷しないようにします。

温度モニタリング：海洋環境は複雑で変更可能であり、バッテリーの温度は、周囲温度や充電および放電速度などのさまざまな要因の影響を受けます。温度が過剰または低すぎると、バッテリーのパフォーマンスと寿命に深刻な影響を与え、安全性の事故を引き起こす可能性があります。 BMSは、バッテリーパックのさまざまな位置で分布した複数の温度センサーを使用して、バッテリーの温度を実際に監視します。温度が高すぎると、冷却ファンや液体 - 冷却システムなどの冷却装置が開始されます。温度が低すぎると、加熱要素がオンになり、適切な作業範囲内でバッテリー温度を維持します。たとえば、暑い夏には、船が熱帯水域で航行しているとき、バッテリーパックの温度が上昇する可能性があります。 BMSは、液体 - 冷却システムを自動的に制御して、クーラント流量を上げてバッテリー温度を下げ、安定したバッテリー性能を確保できます。

バッテリーイコライゼーション管理

アクティブイコライゼーション：アクティブなイコライゼーションテクノロジーはエネルギーを使用します - インダクタやコンデンサなどの貯蔵コンポーネントは、電荷の高い電荷でエネルギーをバッテリーセルから低電荷のエネルギーに伝達し、バッテリーセル間で電荷イコライゼーションを達成します。このイコライゼーション方法は、セル間の電荷の差を迅速かつ効果的に減らし、バッテリーパックの全体的なパフォーマンスとサービス寿命を改善することができます。たとえば、バッテリーパックの充電プロセス中に、アクティブなイコライゼーションシステムは、各セルの充電を実際に監視できます。他の細胞の電荷が低い間、特定の細胞がフル充電に近いことがわかった場合、この細胞のエネルギーの一部を他の細胞に積極的に伝達し、すべての細胞を同期して完全に充電し、一部の細胞の過充電を回避できます。

パッシブイコライゼーション：パッシブイコライゼーションは、各バッテリーセルに並行して抵抗器を接続することです。特定のセルの電圧が設定されたしきい値よりも高い場合、このセルの過剰電荷は抵抗器を介して熱の形で消費され、それによって電圧均等化が達成されます。パッシブイコライゼーションテクノロジーはシンプルで低コストですが、大量のエネルギーを消費し、比較的遅いイコライゼーション速度を持ち、コスト - 感度と小さなバッテリー - パックスケールを備えた海洋リチウム - イオンバッテリーシステムに適しています。

安全保護機能

過剰充電保護：バッテリー電圧が過剰充電保護のしきい値に達すると、BMSはすぐに充電回路を切り取り、バッテリーが過充電による膨張、火災、さらには爆発などの深刻な事故が発生しないようにします。たとえば、船の海岸充電プロセス中に、充電装置が故障し、充電電圧が継続的に増加する場合、BMSの過剰充電保護機能が迅速に活性化され、バッテリーと船舶の安全性が確保されます。

オーバー - 排出保護：バッテリー電圧がオーバー排出保護閾値に低下すると、BMSは放電回路を切り取り、オーバーを避けます - バッテリーの排出。過剰に放電すると、バッテリーの不可逆的な容量の減衰につながり、バッテリーの寿命が短くなるためです。船の航海中、バッテリー電源が枯渇に近い場合、BMSはアラームを発行し、船の電気機器の電力を制限し、主要な機器の操作を確実にすることを優先します。同時に、バッテリーが終了するのを防ぐために、速やかに非必須荷重を遮断します。

オーバー - 電流保護：上記のように、バッテリーの充電と放電電流が安全性のしきい値を超えるように検出されると、BMSはすぐに回路を遮断し、大きな電流によって引き起こされる熱暴走によってバッテリーが損傷するのを防ぎます。さらに、BMSには短い回路保護機能もあります。内部または外部のショート - 回路がバッテリーで発生すると、短い回路電流による安全事故を避けるために、非常に短い時間で回路を遮断できます。

ii。海洋リチウムの課題と対策 - イオンバッテリー技術

（i）エネルギー密度の改善におけるボトルネック

現在の海洋リチウム電池のエネルギー密度は、海運業界での長い射程の巡航の増加と比較して、大きな進歩を遂げましたが、改善の余地があります。一方で、このボトルネックを突破するには、シリコンベースのアノード材料や上記の高いニッケル三元カソード材料などの新しい電極材料の継続的な研究開発が必要です。材料の構造と性能を最適化することにより、電極の特定の容量を増やすことができます。一方、バッテリー構造設計の革新を実行する必要があります。よりコンパクトで効率的なバッテリー - パック設計スキームを採用して、バッテリーパック内の非アクティブ材料の割合を減らし、スペース使用率を改善し、それにより船の限られたスペースでより高いエネルギー貯蔵を達成する必要があります。

（ii）安全上の危険

海洋環境は複雑で厳しいものであり、高温、高湿度、振動、衝撃などの要因はすべて、リチウム電池の安全性に脅威をもたらす可能性があります。安全性を向上させるには、より安全な電極材料（リン酸リン酸リン酸リン酸リチウムなど）と電解質（固体電解質など）を選択することに加えて、BMSの安全保護機能をさらに改善し、バッテリー状態の監視における精度と応答速度を改善する必要もあります。同時に、安定した内部構造とバッテリーの信頼できる接続を確保するために、バッテリー製造プロセスに厳密な制御を行い、製造によって引き起こされる安全上の危険を減らす必要があります。さらに、バッテリーの安全性を早期に確立し、ビッグデータや人工知能などの技術を使用することにより、バッテリーの潜在的な安全性の問題を事前に予測でき、船舶の安全なナビゲーションを確保するために予防策を講じることができます。

（iii）高コスト

海洋リチウム - イオンバッテリーの高コストにより、大規模なプロモーションとアプリケーションが制限されます。コスト削減は、複数の側面から達成できます。原材料の観点から、新しい原材料を開発したり、生 - 材料調達サプライチェーンを最適化することにより、原材料のコストを削減できます。生産および製造プロセスでは、生産の自動化の程度を拡大し、生産スケールを拡大すると、ユニット製品あたりの生産コストが削減される可能性があります。同時に、バッテリーのサイクル寿命と信頼性を改善し、バッテリーの交換頻度を減らし、長期使用コストの観点から船主の全体的な投資を減らします。さらに、技術の進歩により、バッテリーリサイクル業界の開発は、バッテリーの完全な - ライフ - サイクルコストを削減するのにも役立ちます。使用済みのバッテリーで貴重な金属をリサイクルすることにより、リソースのリサイクルを実現し、生の材料調達のコストを削減できます。

iii。海洋リチウムの開発動向 - イオンバッテリー技術

（i）固体の上昇 - 状態バッテリー技術

ソリッドバッテリーは、高エネルギー密度と高い安全性の利点を備えた、海洋リチウム - イオンバッテリー技術の開発の重要な方向になっています。固体電解質技術の継続的なブレークスルーにより、ポリマー固体電解質のイオン導電率の向上や、無機固体電解質の調製コストと界面抵抗の減少など、固体バッテリーは、次の5〜10年以内の造船場に徐々に商品化され、適用されると予想されます。実現すると、船舶の巡航範囲と安全性を大幅に改善し、海運業界がより効率的で環境に優しい方向に発展するよう促進します。

（ii）インテリジェントバッテリー管理システムの深化アプリケーション

モノのインターネット、ビッグデータ、人工知能などの技術の急速な発展により、海洋リチウム電池のBMSはインテリジェントな方向に深く進化します。将来のBMSは、正確なバッテリー状態の監視、平準化管理、安全保護を実現できるだけでなく、他の船舶システムとの相互接続と通信を通じて、船の全体的なエネルギーの最適な管理を実現します。たとえば、船のナビゲーションステータス、負荷需要、およびその他の情報に従って、バッテリーの充電および放電戦略をインテリジェントに調整して、エネルギー利用効率を向上させることができます。同時に、大規模なデータ分析と人工知能アルゴリズムを使用して、バッテリーの健康状態を正確に予測でき、船舶の操作リスクを減らすためにメンテナンス計画を事前に手配できます。

（iii）他のエネルギー - 貯蔵技術との統合開発

さまざまな労働条件下での船舶の複雑なエネルギー需要を満たすために、海洋リチウム電池は、スーパーキャパシタやフライホイールエネルギー貯蔵などの他のエネルギー - 貯蔵技術と統合されます。スーパーキャパシターには、高出力密度や高速充電と放電などの特性があります。彼らは、シナリオでリチウム - イオン電池と連携して、船の開始や加速などの瞬時の電力需要を備えて、リチウム電池の大規模な排出圧力を低下させ、リチウム電池のサービス寿命を延長することができます。フライホイールのエネルギー貯蔵は、船のブレーキングおよび減速プロセス中に生成されたエネルギーを保存するために使用でき、エネルギー回収と再利用を実現できます。複数のエネルギーの有機統合 - 貯蔵技術、より効率的で安定した、信頼性の高い船の統合エネルギー - 貯蔵システムを構築し、船の全体的な性能とエネルギー利用効率を改善します。

海洋リチウム - イオンバッテリー技術は、急速な発展と変換の段階にあります。技術革新の継続的な進歩により、多くの課題に直面していますが、海運業界でのアプリケーションの見通しはますます広くなり、グローバルな海運業界のグリーン変換を促進するコアパワーテクノロジーになることが期待されています。