Что такое литий-ионный аккумулятор?

Аккумуляторы - одна из лучших технологий, которые когда-либо видел мир. Они появились в нужное время, когда миру нужно было перейти от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. Учитывая глобальное потепление и другие подобные проблемы, с которыми сталкивается естественная среда, мы не можем отрицать роль батарей в восстановлении порядка.

И чтобы сделать вещи еще лучше, технологии постоянно совершенствовались. У нас были батарейки другого типа, и лучшая из них - литиевая.

Литий-ионные аккумуляторы (LIB) - одни из самых мощных аккумуляторов на сегодняшний день. Они прочные, долговечные и производят больше энергии. В этом руководстве мы расскажем, что такое LIB.

Определение литий-ионной формулы

Литий-ионные батареи относятся к семейству аккумуляторных батарей. Они обладают высокой плотностью энергии и обычно используют полимерную электронику.

Многие путают литиевые батареи с LIB. Первый - это зонтик, под который падает последний. Некоторые литиевые батареи являются одноразовыми, то есть их нельзя перезаряжать. LIB, с другой стороны, применяет интеркалированный литий. Это отличает их от металлических литиевых электродов других батарей того же семейства.

LIB содержит отрицательный и положительный электроды, окруженные электролитом. Эта комбинация создает идеальную среду, в которой ионы лития могут свободно перемещаться от одного электрода к другому и обратно.

Во время разряда электроны проходят через внешнюю цепь, заставляя течь электрическую энергию. Вырабатываемой энергии достаточно, чтобы заставить работать большинство электронных устройств.

Процесс, называемый вставкой (интеркаляцией) или извлечением (деинтеркаляцией), происходит неоднократно. Именно благодаря этому ион лития свободно перемещается в структуры электродов и выходит из них.

LIB также называют «качающимися батареями» или «качающимися батареями», и вы можете себе представить, почему. Терминология происходит от движения ионов лития, как описано выше.

Разряд заставляет ионы лития перемещаться от анода (обычно с графитом = C6) к катоду. В то же время электроны будут двигаться в том же направлении через внешнюю цепь. Обратное происходит во время перезарядки, когда ионы лития и электроды возвращаются к аноду, теперь находящемуся под высоким напряжением.

Вот простая химия вышеупомянутого. Во время полуреакции катода в подложке из оксида кобальта, легированного литием, мы получаем:

CoO2 + Li ++ е- LiCoO2

Половина реакции в аноде для графита:

LiC6 C6 + Li + + е-

Во время полной реакции, разрядки и зарядки реакция следующая:

LiC6 + CoO2 C6 = LiCoO2.

Есть пределы общей реакции. Например, если батарея чрезмерно разряжена, литий-кобальтовый анод перенасыщается. В этом случае будет образовываться оксид лития, что приведет к реакции, которую нельзя обратить вспять. С другой стороны, чрезмерная зарядка батарей также имеет последствия, поскольку приводит к синтезу оксида кобальта IV. Это что-то похожее на дифракцию рентгеновских лучей.

Транспортировка ионов лития от отрицательного электрода к положительному происходит за счет окисления переходного металла. Это означает, что содержание кобальта (Co) в Li (1-x) CoO2 уменьшается с CO3 + до CO4 + во время заряда. Во время разряда происходит обратное. Обратить реакцию кобальтового электрода можно только при x <0,5. Вот почему существует допустимая глубина разряда.

Энергия ячейки определяется путем вычисления напряжения, умноженного на заряд. Литиевые батареи содержат больше энергии, чем другие батареи, по следующим причинам:

· Использование жидких электролитов, содержащих соли в органическом растворителе.

· Твердые электролиты. Недавние разработки стимулировали использование твердых электролитов, улучшающих характеристики батарей.

История аккумуляторной техники

Вот хронологическая история технологии аккумуляторов.

· 1799 г. Итальянский физик Алессандро Вольта изобретает гальваническую батарею. Он разработал первую электрическую батарею, которая обеспечивала постоянный электрический ток в цепи. В этой гальванической куче цинк и медь использовались в качестве электрода, а пропитанная рассолом бумага стала электролитом.

· 1836. Сорок лет спустя британский химик Джон Фредерик Даниэлл создал новую ячейку, ячейку Даниэля. Новая ячейка была нацелена на решение проблемы водородного пузыря. В предыдущем изобретении пузырьки водорода скапливались на дне цинковых электродов, что ограничивало срок их службы и возможности использования. Даниэлл представил использование медного горшка, наполненного раствором сульфата меди. Затем он был погружен в серную кислоту и цинковый электролит внутри контейнера.

· 1859 г. Французский физик Гастон Планте изобретает первую аккумуляторную батарею. Это были первые свинцово-кислотные батареи с низкой стоимостью и высокими импульсными токами. Даже сегодня они используются в автомобильных стартерах.

· 1899 г. Вальдемар Юнгмар изобретает никель-кадмиевые никель-кадмиевые батареи в Швеции. Они первыми смачивали, как свинцово-кислотные батареи, жидким электролитом. Эти батареи стали отправной точкой для современных аккумуляторных технологий.

· 1950-е годы. Такие бренды, как Duracell и Energizer, стали популярными в разработке щелочных батарей. Они недороги и, как правило, не подлежат перезарядке. Но конкретный электролит, гидроксид калия, может сделать их перезаряжаемыми. Используемые сегодня щелочные батареи - изобретение канадского инженера Льюиса Урри. В электродах он использовал оксид цинка и марганца. Гидроксид калия служит щелочным электролитом.

· 1989. Изобретены никель-металлогидридные NiMH батареи с использованием сплава, поглощающего водород, вместо токсичного кадмия. Они более экологичны и используются для электроинструментов, цифровых фотоаппаратов и других электронных устройств.

· 1991. Литий-ионная батарея вступает в игру, когда Sony выпускает первые коммерческие батареи LIB. Это высокоэнергетические батареи с высокой плотностью энергии, как обсуждалось выше.

Спецификация литий-ионного аккумулятора

Батареи LIB различаются по техническим характеристикам в зависимости от конкретного типа. Рассмотрим LIB-батареи 12 В - 100 Ач и Лимитированные 24 В - 100 Ач, как показано ниже.

Тип LIB 12В - 100Ач 24В - 100Ач

Модель №. 012-00002GF 012-00004GF

Номинальная мощность 100 Ач 100 Ач

Номинальное напряжение аккумулятора 12 В постоянного тока 24 В постоянного тока

Эксплуатация В Разряд 9,2 В постоянного тока 18,4 В постоянного тока

Эксплуатация В заряд 15 В постоянного тока 30 В постоянного тока

Отсечка минимального напряжения ячейки 2,3 В постоянного тока 2,3 В постоянного тока

Максимальное отключение напряжения ячейки 4,2 В постоянного тока 4,2 В постоянного тока

Постоянный ток заряда / разряда 100A 100A

Жизненный цикл 80% / 70% DOD> 2000 /> 5000> 2000 /> 5000

Температура эксплуатации -40 градусов C = 50 градусов C -40 градусов C + 50 градусов C

Потребление в рабочем режиме 350 мА 180 мА

Ватт-часы 1320Втч 2650Втч