Поговорите о сравнении химического состава литиевых батарей

Изменение климата, ограничения ископаемых видов топлива и экспоненциальное использование кочевых технологий приводят к смене парадигмы в преобразовании и хранении энергии человеческой цивилизацией. Из-за большей плотности энергии и длительного срока службы литий-ионные батареи играют очень важную роль в этом преобразовании.

Практические свойства литий-ионных аккумуляторов, то есть их удельная энергия, время зарядки, продолжительность и безопасность, зависят от мезоструктуры положительного и отрицательного электродов (если говорить об их масштабах от 0,10 до 50 мкм). Положительный электрод характеризуется пространственным расположением частиц активного материала (AM), агрегатов углеродных добавок и связующих, образующих композитный электрод, и в значительной степени определяется параметрами производственного процесса. Современное математическое моделирование играет весьма важную роль в понимании принципов работы композитных электродов. Некоторые из ранее описанных моделей LIB пытались проследить влияние мезоструктуры электрода на реакцию клеток с использованием 1D, P2D или даже 3D подходов для различных химических веществ из активных материалов, таких как графит, LiNixMnyCozO2, LiFePO4, LiCoO2.

Хотя модели производительности были успешно применены в нескольких исследованиях, включая проектирование ячеек, следует отметить, что отсутствие точных знаний о параметрах модели может привести к значительному снижению способности прогнозировать производительность. Микроскопическое моделирование и экспериментальные измерения показали, что эффективный коэффициент диффузии и проводимость электродов могут значительно отличаться от их гомогенизированных приближений, что подчеркивает необходимость использования некоторых моделей с более высокой точностью для преодоления этого несоответствия. Аналогичным образом было обнаружено, что скорость электрохимической реакции на границе раздела активный материал-электролит значительно зависит от локальной мезоструктуры.

Как химические характеристики влияют на безопасность литий-ионного аккумулятора?

Прежде всего важно увидеть данные о производительности, устойчивости и старении.

Литий-ионные батареи имеют особые преимущества перед обычными батареями, но имеют некоторые недостатки. Мощность электромобилей требует высокой плотности энергии и временной мощности. Однако батареи должны быстро заряжаться.

Данные о производительности

· Существует высокое напряжение элемента от 3,0 до 4,2 В, удельная энергия около 90-240 Вт · ч · кг -1, 200-500 Вт · ч · л-1 на уровне элемента и удельная мощность до 500 Вт · кг-1.

· Высокая скорость разгрузки (40С); Скорость быстрой зарядки (<3 ч); и полезная мощность; 80% DoD

· Более тысячи циклов; около 100% кулоновского КПД, возможны глубокие циклы;

· Низкая скорость саморазряда около 5-10% в месяц при 20 ° C

· Отсутствие эффекта памяти; выдерживает микроциклы и не требует ремонта.

Использование литий-ионных аккумуляторов (LIB) стало широко распространенным, поскольку их плотность энергии увеличилась, а стоимость резко снизилась. В частности, в последние годы применение технологии LIB к электромобилям и устройствам накопления энергии стало предметом особого внимания. Однако вопросы безопасности LIB считаются одним из основных препятствий на пути расширения этих областей применения.

Характеристики безопасности LIB в первую очередь определяются термической стабильностью материалов литий-ионных аккумуляторов. Испытания на безопасность, перегрузки, горячие боксы, гвозди, раздавливания и внутренние замыкания обычно считаются критическими.

Как химические характеристики влияют на безопасность литий-ионных батарей?

Когда в 1991 году Sony представила первый литий-ионный аккумулятор, возможные риски безопасности были известны. Ссылка на ранее выпущенную перезаряжаемую литий-металлическую батарею была мрачным напоминанием о дисциплине, которую необходимо соблюдать при использовании этой высокоэнергетической аккумуляторной системы.

Из-за присущей металлическому литию нестабильности исследования были сосредоточены на неметаллических литий-ионных батареях. Хотя литий-ионная система имеет немного более низкую плотность энергии, она безопасна, и, тем не менее, разумно принимать определенные меры во время зарядки и разрядки.

Сегодня в мире аккумуляторов литий-ионные аккумуляторы являются одними из самых эффективных и безопасных химикатов для аккумуляторов. Ежегодно производится около двух миллиардов клеток.

В литий-ионных элементах используются два основных типа химикатов: кобальт и марганец (шпинель). В сотовых телефонах, ноутбуках, цифровых камерах и т. Д. Используются ионы лития-кобальта для максимального срока службы батарей. Но марганец является последним из двух химических веществ и обеспечивает превосходную термическую стабильность. Он может выдерживать температуру до 250 ° C, прежде чем станет нестабильным. Кроме того, марганец имеет низкое внутреннее сопротивление и при необходимости может обеспечивать высокую мощность. Эти батареи все чаще используются в электроинструментах, а также в медицинских устройствах.

Главный недостаток шпинели - более низкая удельная энергия. Как правило, катодный элемент из чистого марганца обеспечивает примерно половину емкости по кобальту. Пользователи мобильных телефонов и ноутбуков будут разочарованы тем, что батареи их устройств разряжаются примерно за половину времени их предполагаемого использования. Чтобы найти жизнеспособный компромисс между проблемой высокой плотности энергии, надежности и хорошего энергоснабжения, производители литий-ионных аккумуляторов могут смешивать металлы для получения лучшего результата. В качестве катодных материалов используются марганец, фосфат железа, кобальт и никель.

Как разработать решение для литий-ионной батареи

В современном мире портативной электроники вряд ли найдется кто-нибудь, кто может обойтись без литий-ионного аккумулятора. Поскольку эти батареи питают мобильные телефоны, ваши умные часы, наши планшеты, ноутбуки и даже наши транспортные средства, такие как автомобили, велосипеды, самолеты и т. Д., Батареи становятся практически незаменимыми. К сожалению, эти батареи должны разрабатываться профессионалами и на заводе из-за опасности, связанной с смешиванием и объединением химикатов. Производство литий-ионных элементов может быть опасным и небезопасным, если есть ошибки в производственном процессе, механической конструкции батареи, а также в электрических характеристиках продукта.

В заключение, литий является довольно летучим химическим веществом и создает много проблем с безопасностью по сравнению с другими химическими веществами для аккумуляторов, но его высокая плотность энергии, длительный срок службы и его работа без обслуживания делают его очень привлекательным для потребителей и производителей электроники. Но тогда эти проблемы безопасности можно решить, выбрав соответствующие элементы литиевой батареи, а также электрическую и механическую конструкцию, подходящую для правильного управления ячейками.