Lityum{0}}ionli batareyalarning xususiyatlari nimada?
Lityum{0}}batareya materiallarining sig'imi va elektr harakatlantiruvchi kuchi
Litiy ionli akkumulyatorlarning zaryad-zaryadlanish reaksiyasi vaqtida faqat musbat va manfiy elektrodlarning faol moddalari litiy-ion interkalatsiyasi/deinterkalatsiya reaksiyalariga uchraydi, elektrolitlar va boshqa materiallar esa sarflanmaydi. Shu sababli, musbat va manfiy elektrod materiallarining litiy ionlarini teskari interkalatsiyalash/deinterkalatsiya qilish potentsiali batareyaning ochiq zanjir kuchlanishini aniqlaydi va litiy ionlarining interkalatsiyalash/deinterkalatsiyalash miqdori faol materialning sig'imini aniqlaydi. Koʻpgina global lityum{6}}ionli batareyalar ishlab chiqaruvchilari va litiy{7}}ion batareyalar yetkazib beruvchilari barqaror ommaviy ishlab chiqarish va mahsulotning barqaror ishlashiga erishish uchun ushbu material xususiyatlariga tayanadilar.
Salbiy elektrod uchun reaksiya (1.2) tenglamaga muvofiq sodir bo'ladi. Bir mol uglerod (12 g) uchun maksimal 1/6 mol litiy ionlari o'zaro bog'lanishi mumkin. Shuning uchun, uglerod manfiy elektrod materialining nazariy o'ziga xos qobiliyati
1/6(mol)×96485(Faraday doimiysi,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1,5)
Kundalik foydalanishda, adsorbsiya va qattiq elektrolitlar interfazasi (SEI) plyonkasining shakllanishi tufayli lityum yo'qotilishi hisobga olinsa, uglerod materiallarining haqiqiy erishish mumkin bo'lgan o'ziga xos quvvati 300-345 mA · h / g ni tashkil qiladi. Etakchi litiy{3}}ionli batareyalar toʻplami yetkazib beruvchilari bu darajaga optimallashtirilgan grafit formulasi va aniq qoplama jarayonlari orqali erishadilar.
Ijobiy elektrod materiali uchun uning sig'imi olinadigan/qo'shilishi mumkin bo'lgan litiy ionlari miqdoriga bog'liq. Misol tariqasida LiCoO₂ ni oladigan bo'lsak, har bir mol LiCoO₂ uchun 1 mol litiy ionlari reaksiyada ishtirok etishi mumkin. Shuning uchun LiCoO₂ ning nazariy o'ziga xos sig'imi (nisbiy molekulyar massasi 97,86)
1(mol)×96485(C/mol)/97,86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1,6)
Amalda, LiCoO₂ materialining kristalli barqarorligini ta'minlash uchun odatda reaksiyada lityum ionlarining atigi 30% -60% ishtirok etadi. Shuning uchun LiCoO₂ materialining haqiqiy o'ziga xos quvvati 137–164 mA·soat/g ni tashkil qiladi. Asosiy lityum{6}}OEM akkumulyator ishlab chiqaruvchilari xavfsizlikni taʼminlagan holda aylanish muddatini maksimal darajada oshirish uchun ilgʻor BMS orqali zaryadlash va tushirish chuqurligini nazorat qiladi.
Litiy temir fosfat uchun litiy temir fosfatning moliga 1 mol litiy ionlari reaksiyada to'liq ishtirok etishi mumkin. Shuning uchun lityum temir fosfat materialining nazariy va haqiqiy o'ziga xos sig'imi (nisbiy molekulyar massasi 157,8)
1(mol)×96485(C/mol)/157,8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1,7)
Tabiatda Li/Li⁺ ning standart oksidlanish-qaytarilish potentsiali eng past bo'lib, -3,04 V ga etadi (standart vodorod elektrodiga nisbatan). Uglerod manfiy elektrod materiallari uchun litiy-ionni olish va kiritish potentsiali Li/Li⁺ muvozanat potentsialiga yaqin. Elektrokimyoviy nazariyaga ko'ra, xona haroratida uglerod manfiy elektrodning elektrod potensiali E
E=E darajasi + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1,8)
qayerda
E darajasi - standart elektrod potensiali;
Elektrolit eritmasidagi litiy ionlarining C(Li⁺) - konsentratsiyasi;
Manfiy elektrod uglerodidagi litiy ionlarining C(Li,C₆) - konsentratsiyasi.
Eritmadagi va salbiy elektrod uglerodidagi lityum ion kontsentratsiyasi yaqin bo'lsa, salbiy elektrodning elektrod potentsiali standart pasayish potentsiali E darajasiga teng bo'ladi. Umuman olganda, elektrolitdagi lityum ion kontsentratsiyasi o'zgarmasdir, shuning uchun salbiy elektrod uglerodidagi lityum ionlari kontsentratsiyasining o'zgarishi salbiy elektrod potentsialining o'zgarishiga olib keladi. Hozirgi vaqtda o'zgaruvchan x qiymatlari bilan Li/C₆ ning aniq muvozanat potentsialini hisoblashning universal usuli mavjud emas. Odatda eksperimental tarzda aniqlanadi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, grafit{4}}asosidagi materiallarning delitiatsiya potentsiali odatda 0–0,4 V (Li/Li⁺ ga nisbatan) orasida o'zgarib turadi va bu ularni amaliy foydalanish uchun nisbatan mos salbiy elektrod materiallariga aylantiradi. 1.2-rasmda grafit manfiy elektrodning odatdagi zaryad-zaryati xarakteristikasi egri chizig‘i ko‘rsatilgan.
LiCoO₂ musbat elektrod materiali uchun litiyning interkalatsiyasi/deinterkalatsiyasi jarayoni bir-fazali reaksiya hisoblanadi. Ijobiy elektrod materialidagi litiy ion kontsentratsiyasi o'zgarganda, musbat elektrodning potentsiali ham o'zgaradi. Elektrolitdagi litiy ioni kontsentratsiyasi 1 mol/L ni hisobga olsak, (1.1) tenglamadagi reaksiya uchun musbat elektrod potensiali E ga teng.
E=E darajasi + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1,9)
qayerda
E darajasi - standart elektrod potensiali;
C(LiCoO₂) - musbat elektrod materialida LiCoO₂ konsentratsiyasi;
C(Li⁺,CoO₂) - musbat elektrod materialida Li⁺ va CoO₂ konsentratsiyasi;
Lityum ionlari chiqarilganda, ijobiy elektrod potentsiali pasayish tendentsiyasini ko'rsatadi.
Litiy temir fosfat materialining zaryad-bo'shatish jarayoni delititsiyadan keyin litiy temir fosfatdan temir fosfatga o'tishdir.
Litiy temir fosfat elektrodidagi reaktsiya
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
Uning litiy{0}}ionini interkalatsiyasi/deinterkalatsiyasi jarayoni ikki fazali reaksiyadir. Shuning uchun musbat elektrod materialida lityum ion kontsentratsiyasining o'zgarishi musbat elektrodning potentsial o'zgarishiga ta'sir qilmaydi. Uning muvozanat potensiali
E=E darajasi + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)
Sof qattiq jismlarning konsentratsiyasi 1. Uning termodinamik parametrlariga asoslanib, nazariy muvozanat potensiali 3,4 V ga teng.
Litiy temir fosfat materialining odatdagi zaryad-zaryati xarakteristikasi egri chizig'i 1.3-rasmda ko'rsatilgan.
Lityum{0}}ionli batareyalarning ishlash xususiyatlari
Boshqa batareyalar bilan solishtirganda, lityum{0}}ion batareyalar lityum-ditribyutorlar va sanoat mijozlari tomonidan keng tan olingan quyidagi xususiyatlarga ega:
Yuqori energiya zichligi.Lityum{0}}ionli batareyalarning energiya zichligi 100 Vt·soat/kg va 200 Vt·soat/L yoki undan ko‘proqqa etadi. Oxirgi uchlik katodli litiy{4}}ionli batareyalar 200 Vt/soat massaga xos energiyaga erishdi. Yuqori{7}}nikel kremniy-asosidagi anod materiallari va litiyga{9}} boy katodli materiallardan foydalangan holda, massaga xos energiya 400 Vt·soat/kg va hajmli energiya zichligi 900 Vt·soat/L ga yetishi kutilmoqda, bu an'anaviy batareyalardan ancha yuqori. Shu sababli, litiy{13}}ionli batareyalar ko'chma elektron mahsulotlar va elektr transport vositalarida keng qo'llaniladi.
Yuqori ochiq{0}} zanjir kuchlanishi.Suvli bo'lmagan organik erituvchilar-foydalanganligi sababli, bitta hujayradagi kuchlanish 3,6-3,8 V ga etadi, bu nikel{6}}metall gidrid yoki nikel{7}}kadmiy batareyalaridan 2-3 baravar yuqori. Yuqori kuchlanishli katodli materiallardan samarali foydalanish bitta hujayraning ish kuchlanishini 4,5–5 V ga oshirishi mumkin, bu lityum ionli batareyalarning yuqori energiya zichligining muhim sabablaridan biridir.
Yuqori -zaryad va zaryadga ega.Misol uchun, polimer elektrolitlardan foydalanadigan barcha-qattiq{1}}lityum{2}}ionli batareyalar yaxshi xavfsizlik bilan 10C dan yuqori zaryadsizlanish tezligiga erisha oladi; katod sifatida lityum temir fosfat ishlatadigan lityum-ionli batareyalar 100C deşarjga erisha oladi.
Oʻz-oʻzidan tushirish darajasi past.{0}}Xona haroratida litiy-ion batareyalarning oylik-oʻzini zaryadsizlantirish darajasi odatda 10% dan kam, bu nikel-metall gidridli batareyalardan (15%) va nikel-kadmiy batareyalardan yarmidan pastroqdir. Lityum-temir fosfatli batareyalarning oʻzini{7}}zaryad qilish darajasi odatda 3% dan kam.
Ekologik toza,qo'rg'oshin, kadmiy, simob va boshqa zararli moddalarni o'z ichiga olmaydi va atrof-muhitni ifloslantirmaydi.
Xotira effekti yo'q.Xotira effekti batareya quvvati to'liq zaryadsizlanmasdan yoki to'liq zaryadlanmasdan foydalanishdan oldin qayta zaryadlanganda pasayadigan hodisani anglatadi (xotira effekti sig'imning pasayishi emas). Lityum{1}}ion batareyalar xotira effektiga ega emas.
Yaxshi xavfsizlik.Lityum{0}}ionli batareyalar odatda uglerod materiallaridan salbiy elektrod sifatida foydalanadi, bu elektrod potentsiali metall litiynikiga yaqin. Lityum ionlari uglerodda teskari ravishda interkalatsiyalanishi va deinterkalatsiyasi mumkin, bu lityum metalining cho'kish ehtimolini sezilarli darajada kamaytiradi va batareya xavfsizligini sezilarli darajada yaxshilaydi. So'nggi yillarda otashga chidamli qo'shimchalar, olovga chidamli-separatorlar, PTC (musbat harorat koeffitsienti) qurilmalari, portlashdan himoya qiluvchi klapanlar-batareyani boshqarish tizimlari va boshqa texnologiyalar lityum{6}}batareyalarning o'ta yuqori xavfsizligini ta'minladi.
Uzoq aylanish muddati.Lityum{0}}ionli batareyalarning ishlash muddati odatda 500 sikldan ortiq. Lityum temir fosfat batareyalarining ishlash muddati odatda 2000-3000 tsiklni tashkil qiladi. Yuqori aylanish qobiliyatiga ega (masalan, lityum titanat) anodli materiallar tizimlari bilan moslashganda 10 000 dan ortiq tsiklga erishish mumkin. Bu litiy-temir fosfat batareyalarini energiya saqlash akkumulyatorlari tizimlari va yirik-ESS loyihalari uchun eng yaxshi tanlovga aylantiradi.
