Литий-ионный аккумулятор

Li - ионный аккумулятор структура

До того, как стали доступны литий-ионные батареи, аккумуляторы для портативных устройств включали никель-кадмиевые батареи. Исследования использования лития в аккумуляторах портативных устройств натолкнулись на некоторые препятствия. Особенности, которые сделали литий отличным выбором для батарей, включают его легкий вес, а также высокую плотность энергии. Хотя нестабильная природа лития снизила темпы развития исследований литиевых батарей, в 1991 году стали доступны первые коммерческие формы литий-ионных батарей. Первая коммерческая форма литий-ионных батарей была представлена Sony. Многие другие производители последовали их примеру в поисках устойчивых источников энергии. Сегодня литий-ионные батареи отстают от портативности большого количества оборудования и бытовой техники. Эти батареи особенно отстают от производителей бытовой техники по выпуску портативных версий большинства устройств.

Как устроен литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные батареи состоят из определенных компонентов, которые служат для хранения и передачи электроэнергии. Эти компоненты включают сепаратор, катод, электролит и анод.

Катод - это часть батареи, которая удерживает активный материал. Активный материал - это вещество, стоящее за химическими реакциями, происходящими в батарее. Предполагается, что это вещество является литием, но его нестабильное состояние ограничивает использование лития в качестве элемента внутри катода. Таким образом, активный материал литий-ионных аккумуляторов включает такие соединения, как оксид лития.

Внутри катода литий-ионных батарей, помимо активного материала, есть другие компоненты. Эти компоненты включают связующее, а также проводящий материал. Проводящий материал увеличивает проводимость, а связующее способствует правильному выравниванию всех компонентов внутри катода.

Литий-ионные батареи имеют анодные компоненты, в которых ионы лития накапливаются во время зарядки батареи. Соединение между анодом и катодом позволяет потоку электронов, который способствует выработке энергии.

Материалы, используемые в качестве анода в литий-ионной батарее, включают графит. Графит применяется из-за качеств, которые включают стабильную среду, которую он обеспечивает для ионов лития, а также низкую электрохимическую реактивность.

Электролиты литий-ионных аккумуляторов являются компонентами этих аккумуляторов, которые позволяют перемещаться ионам лития при выработке электричества. Таким образом, материалы, используемые в качестве электролитов, включают растворители и соли.

Сепараторы - это компоненты литий-ионных аккумуляторов, которые способствуют их безопасности. Эти компоненты обеспечивают правильный поток ионов для обеспечения безопасности и правильного функционирования батареи.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Компоненты литий-ионной батареи работают в синергии, чтобы управлять ее действием. Литий-ионный аккумулятор работает в основном за счет потока ионов и электронов, ионы в данном случае являются ионами лития. Когда батарея заряжается, ионы покидают катод и переходят к аноду, где они остаются в течение всего времени, пока батарея заряжается. Когда батарея начинает разряжаться, поток ионов меняется на противоположный, в данном случае от катода к аноду. Ионы движутся через электролит, а электроны движутся по внешней цепи. Нет установленного взаимодействия между ионами и электронами при их движении с литий-ионным аккумулятором. Однако существует обратная зависимость между направлением потока ионов и электронов. Если ионы движутся в определенном направлении, электроны движутся в указанном направлении, причем оба движутся в определенных отсеках.

Движение электронов и ионов связано тем, что электроны не могут течь, если ионы не текут. Направление движения ионов и электронов во время периода заряда противоположно направлению потока ионов и электронов во время периода разряда. Во время периода зарядки направление движения ионов лития - от катода к аноду. Электроны движутся в противоположном направлении. Движение ионов и электронов продолжается до полной зарядки аккумулятора.

Когда батарея разряжается, ионы, которые перемещались от катода к аноду во время периода зарядки, возвращаются к катоду. Это движение, как и во время зарядки, продолжается до полной разрядки аккумулятора.

Как защитить структуру литий-ионного аккумулятора

Были высказаны опасения по поводу безопасности литий-ионных аккумуляторов. Исследования также показали, что производители литий-ионных батарей со временем отозвали партии батарей из-за обнаруженных нарушений безопасности.

Хотя литий-ионные батареи известны своим большим циклом разряда, для сохранения структуры этих батарей необходимы защитные меры. Применимые защитные меры включают те, которые представляют собой комплексные подходы для обеспечения защиты большого количества ячеек в батарее. Литий-ионные батареи имеют большое количество ячеек, и защитные меры должны быть направлены на все ячейки.

Производители литий-ионных аккумуляторов интегрируют элементы, которые контролируют параметры аккумуляторов, а также предотвращают повреждение элементов. Компоненты защитных функций, интегрированные в конструкцию литий-ионных батарей, включают компоненты изоляции сигналов и компоненты измерения напряжения и тока. Компоненты предназначены для нескольких целей, включая мониторинг уровня разряда и заряда аккумуляторных батарей.

Защита от короткого замыкания - очень важная форма защиты литий-ионных аккумуляторов. Функции защиты от перегрузки по току также включены производителями в литий-ионные батареи в качестве меры обеспечения защиты элементов литий-ионных аккумуляторов.

Даже с учетом существующих опасений по поводу литий-ионных батарей, важно отметить, что литий-ионные батареи в целом безопасны, поскольку производители постоянно изучают средства регулировки свойств батарей в сторону максимальной безопасности.

В настоящее время производители литий-ионных аккумуляторов достигли значительного прогресса в разработке мер безопасности по трем направлениям. Эти подходы включают ограничение активного материала батареи, а также включение различных мер безопасности, включая указанные выше. Производители литий-ионных батарей также сосредоточили внимание на включении схемы защиты батареи в качестве одного из ключевых компонентов батарей для достижения максимальной безопасности. Безопасность литий-ионных аккумуляторов - это область исследований, которой непременно будет уделяться много внимания, поскольку есть возможности для применения литий-ионных аккумуляторов в более крупных масштабах.