Lityum{0}}ion batareyalar bilan tanishish
Lityum{0}}ion batareyalarning ishlash printsipi
Litiy ion batareyasi asosan musbat elektrod, manfiy elektrod, litiy ionlarini oʻtkazuvchi elektrolit vaajratuvchiva musbat va manfiy elektrodlarni ajratib turuvchi korpus. Ijobiy elektrod moddasi odatda lityum kobalt oksidi (LiCoO₂), litiy nikel oksidi (LiNiO₂), litiy marganets oksidi (LiMn₂O₄) yoki uchlamchi materiallar kabi litiy ionlarini teskari kiritish va olish imkonini beruvchi birikmadir. (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂). Elektrolitlar ma'lum bir erituvchida (asosan etilen karbonat (EK), dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (PC), ma'lum bir karbonat (DK) aralashmasida erigan litiy tuzlaridan (umumiy litiy tuzlari LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB va boshqalarni o'z ichiga oladi) iborat. nisbat). Ajratuvchi material odatda bir qatlamli yoki ko'p qatlamli polipropilen (PP) va polietilen (PE) mikro gözenekli membranalardan foydalanadigan, masalan, Celgard 2300 separatoridan foydalanadigan poliolefin qatroni. Salbiy elektrod odatda neft koksi, sof grafit va qatlamli grafit aralash uglerod kabi lityum interkalatsiyasiga qodir bo'lgan materiallardan foydalanadi. Manfiy elektrod sifatida uglerod (C₆) va musbat elektrod sifatida oʻtish metalli oksidi LiMeO₂ dan foydalanadigan litiy{10}}ionli batareyada reaksiya quyidagicha boʻladi.
Zaryadlash vaqtida:
Bo'shatish paytida:
Zaryadlash vaqtida lityum ionlari musbat elektroddan chiqariladi va salbiy elektrodga kiritiladi; tushirish vaqtida litiy ionlari manfiy elektroddan chiqariladi va musbat elektrodga kiritiladi. Boshqacha qilib aytganda, zaryadlash va tushirish vaqtida lityum ionlari musbat va salbiy elektrodlar orasida oldinga va orqaga harakat qiladi, xuddi tebranadigan stul kabi. Shuning uchun lityum{2}}ion batareyalar "silkituvchi stul batareyalari" deb ham ataladi. Ularning ishlash printsipi 1.1-rasmda ko'rsatilishi mumkin.
Oddiy zaryadlash va tushirish sharoitida litiy ionlarining qatlamli uglerod materiallari va oksid zarralari orasiga yoki litiy{0}}ionli batareyalardagi qatlamlar orasiga kiritilishi va chiqarilishi, odatda, qatlamlar oralig'ida o'zgarishlarga olib keladi va kristall strukturaga zarar yetkazmaydi. Zaryadlash va tushirish vaqtida musbat va manfiy elektrod materiallarining kimyoviy tuzilmalari asosan o'zgarishsiz qoladi. Shuning uchun, zaryadsizlanish reaktsiyasining teskariligi nuqtai nazaridan, batareya materiallariga litiy ionlarini kiritish va chiqarish ideal reaktsiya jarayonidir. Ushbu xususiyatlarga asoslanib, lityum{5}}ionli batareyalar ishlash jihatidan nikel-kadmiy va nikel-metallgidridli batareyalardan ustundir.
Lityum{0}}ion batareyalar tasnifi
Lityum{0}}ion batareyalar ishlatiladigan katod materiali, tashqi ko'rinishi va hajmi, hujayra ishlab chiqarish usuli, qadoqlash turi va qo'llanilishi xususiyatlariga ko'ra tasniflanishi mumkin.
Ishlatilgan katod materialiga ko'ra, lityum{0}}ionli batareyalar lityum kobalt oksidli batareyalarga, litiy marganets oksidli batareyalarga, uchlik lityum batareyalarga va lityum temir fosfat batareyalariga bo'linishi mumkin.
Lityum kobalt oksidli batareyalar nominal kuchlanishi 3,7V va ish kuchlanish diapazoni 2,4 ~ 4,2 V. Lityum kobalt oksidli batareyalar barqaror tuzilishga, yuqori o'ziga xos quvvatga va ajoyib umumiy ishlashga ega, ammo ularning xavfsizligi yomon va narxi yuqori, asosan kichik va o'rta{4}}o'lchamdagi hujayralarda qo'llaniladi. So'nggi yillarda yuqori kuchlanishli litiy kobalt oksidi materiallari ishlab chiqildi, ular batareyaning yuqori chegara kuchlanishini 4,3V yoki 4,35V ga oshirishi mumkin va shu bilan batareya quvvati va energiya zichligini samarali oshiradi. Hozirda litiy-kobalt oksidli batareyalar eng yuqori hajmli energiya zichligiga ega bo‘lib, 550 Vt/soatni tashkil etadi, bu ularni yuqori sifatli mobil telefonlar va boshqa elektron mahsulotlarni quvvatlantirish uchun yagona tanlovdir.
Lityum marganets oksidi (MMANO) batareyalari nominal kuchlanishi 3,8V va ish kuchlanish diapazoni 2,5V dan 4,2V gacha. Haddan tashqari zaryaddan himoyalanish kuchlanishi 4,28V ± 0,025V va haddan tashqari zaryadsizlanishdan himoyalanish kuchlanishi 2,5V ± 0,1V. MMANO batareyalari arzon-va yaxshi xavfsizlikka ega. Biroq, lityum marganets oksidi materialining o'zi nisbatan beqaror va parchalanishga moyil bo'lib, gaz va shish paydo bo'ladi. Uning aylanish muddati nisbatan tez pasayadi, ishlash muddati nisbatan qisqa va yuqori{13}}harorat ko‘rsatkichlari yomon. U asosan quvvat akkumulyatorlarini ishlab chiqarish uchun arzon-xarajat, oʻrtacha{16}}katta{17}}katta{18}}yacheykalarda qoʻllaniladi.
Uchlik lityum{0}}ion (TLC) batareyalar nominal kuchlanishi 3,6V va ish kuchlanishi diapazoni 2,75V dan 4,2V gacha. Haddan tashqari zaryaddan himoyalanish kuchlanishi 4,28V ± 0,025V va haddan tashqari zaryadsizlanishdan himoyalanish kuchlanishi 2,75V ± 0,1V. TLC batareyalari yaxshi umumiy ishlashga ega, lityum kobalt oksididan (LCO) arzonroq va yaxshilangan xavfsizlikni taklif qiladi. Ular quvvat akkumulyatorlarida ishlatilishi mumkin va ularning katod materiallari bozoridagi bozor ulushi yildan-yilga ortib bormoqda. Uchlik litiy{13}}ionli materiallardan foydalanadigan kichik lityum{13}}ionli batareyalar bozor tomonidan asta-sekin qabul qilinmoqda. Uchlamchi materiallar, shuningdek, litiy kobalt oksidi va litiy marganets oksidi bilan aralashtirib, po‘lat quti, alyuminiy{17}}qopqoq, polimer va silindrsimon lityum{18}}batareyalarda foydalanish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa batareya xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi va umumiy ish faoliyatini yaxshilaydi. Hozirda uch moddali akkumulyatorlar 180 Vt/kg energiya zichligiga erisha oladi (26650 poʻlat korpusli batareyalar 90 g ogʻirligi bilan 4600 mA/kg sigʻimga yetishi mumkin), bu esa iqtisodiy samaradorlik-boʻyicha aniq afzallik beradi.
Lityum temir fosfat (LFP) batareyalari nominal kuchlanishi 3,2V va ish kuchlanish diapazoni 2,5 ~ 3,75 V. Haddan tashqari zaryaddan himoyalanish kuchlanishi 3,75V±0,025V, haddan tashqari zaryadsizlanishdan himoyalanish kuchlanishi 2,5V±0,1V. LFP batareyalarining eng katta afzalligi musbat elektrod materialining barqarorligi va parchalanmasligi-dir, bu esa boshqa musbat elektrod materiallari tizimlariga nisbatan misli ko'rilmagan xavfsizlikni ta'minlaydi. LFP batareyalari uzoq umrga ega, resurslarga boy va ekologik jihatdan qulaydir. Biroq, ular past zaryadsizlanish platformasiga ega va past haroratli-ko‘rsatkichlarga ega.
Tashqi ko'rinishi va o'lchamiga ko'ra, lityum{0}}ionli batareyalar silindrsimon va prizmatik batareyalarga va hokazolarga bo'linadi.
Hujayra ishlab chiqarish usuliga ko'ra, lityum{0}}ionli batareyalar o'ralgan batareyalarga (silindrsimon o'ralgan va tekis o'ralgan), yig'ilgan batareyalarga va boshqalarga bo'linishi mumkin.
Qadoqlash materiali turiga ko'ra, lityum{0}}ionli batareyalar po'lat-qopqoqli batareyalar, alyuminiy{2}}qoplangan batareyalar, plastik-qopqoqli batareyalar, yumshoq-batareykalar va boshqalarga bo'linishi mumkin.
Qo'llash xususiyatlariga ko'ra, lityum{0}}ion batareyalarni yuqori-haroratli batareyalar, past{2}}haroratli batareyalar, quvvatli batareyalar va quvvatli batareyalar va boshqalarga bo'lish mumkin.
Qo'llash sohalariga ko'ra, lityum{0}}ion batareyalar quyidagilarga bo'linadi: zaxira batareyalar, quvvat batareyalari va energiya saqlash batareyalari.
Lityum{0}}ion batareyalar qoʻllanilishi
Aytish mumkinki, batareya ixtiro qilinganidan beri hech qanday batareya mahsuloti litiy{0}}ion batareyasi kabi tez va keng qo'llanilmagan. Kompyuter protsessorlari uchun soat quvvat manbaidan tortib avtomobillar va suv osti kemalarida ishlatiladigan katta lityum{2}}akkumulyatorlar to'plamigacha sig'im farqi 10 million martadan oshadi. Ular kundalik hayotda, tibbiy asbob-uskunalar, elektr transport vositalari, energiya saqlash elektr stantsiyalari, aerokosmik va harbiy sohalarda keng qo'llaniladi.
10 yildan ortiq ommalashganidan so'ng, lityum{1}}ion batareyalar mobil telefonlar va noutbuklar kabi raqamli mahsulotlarda keng qo'llaniladigan yagona quvvat tizimiga aylandi. Yuqori o'ziga xos energiya tufayli ular elektr asboblari, elektr velosipedlari, elektr avtobuslari, shamol va quyosh energiyasini saqlash elektr stantsiyalari, mobil aloqa tayanch stantsiyalari, kon chiroqlari quvvat manbalari, kon qutqarish kapsulalarining quvvat manbalari, harbiy shaxsiy askar quvvat manbalari, radiolar, sun'iy yo'ldosh batareyalari va boshqa ko'plab ilovalarda keng qo'llaniladi. Statistik ma'lumotlarga ko'ra, 2011 yilda Xitoyning lityum batareyalar sanoatining bozor hajmi 39,7 milliard yuanga yetdi, bu yiliga{6}}43% ga o'sdi va lityum batareyalarning yillik ishlab chiqarishi 2,97 milliard donani tashkil etdi, bu esa yiliga 6{{11}.8% ga o'sdi. Lityum batareyalar sanoati milliy iqtisodiyotning muhim sanoat yo'nalishiga aylandi²¹.
