Что такое литий-ионный аккумулятор?

Вступление

Одно из величайших изобретений 20-го века - литий-ионная батарея. Поиск возобновляемых источников энергии и сокращение потребления топлива в глобальном масштабе имеют неоценимое значение для Земли.

Литий-ионный аккумулятор определен

Литий-ионный аккумулятор (литий-ионный аккумулятор) представляет собой перезаряжаемую батарею, в которой электрическая энергия вырабатывается в результате химических реакций, происходящих в ее элементе. В элементе в процессе выработки энергии происходит движение ионов от отрицательных электродов к положительной стороне, однако, когда батарея заряжается, электроды перемещаются в противоположном направлении. В этой батарее присутствует интеркалированное соединение лития, используемое в качестве одного из электродных материалов. Напротив, есть неперезаряжаемая литиевая батарея, в которой используется металлический литий.

В последние годы эти батареи широко используются в портативных устройствах и электромобилях. В отличие от его ограниченного использования в 1970-х годах, когда он был впервые произведен до полной готовности, по предложению Стэнли Уиттингема. Эти батареи были адаптированы для мобильных телефонов и широко используются такой компанией, как Nokia. В последнее время он используется в глобальном масштабе с такими компаниями, как Tesla, и некоторыми другими компаниями, пытающимися создавать продукты, работающие на возобновляемых источниках энергии.

Литий-ионные батареи смогли достичь таких больших успехов благодаря их высокой плотности энергии, отсутствию эффектов памяти, уменьшению проблем саморазряда по сравнению с другими традиционными батареями. Однако эти батареи могут нанести вред здоровью, поскольку содержащийся в них электролит легко воспламеняется. Повреждение или неправильная зарядка может привести к взрывам и возгоранию.

Несмотря на то, что в первые дни при попытке усовершенствовать прототип литий-ионной батареи случались различные неудачи, батарея должна остаться и сыграть большую роль в том, чтобы земля оставалась зеленой.

Анализ типов литиевых батарей

Существуют различные типы литий-ионных батарей, и это результат разницы в химическом составе литиевого соединения в конкретной батарее. Различные соединения лития приводят к разнообразию существующих батарей, и они перечислены;

• Литий-кобальтооксидная батарея (LiCoO 2) . Литий-кобальт широко используется в производстве мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов и ноутбуков из-за его высокой удельной энергии. В батарее оксид кобальта является катодом, а угольный графит - анодом. Катод имеет характерную слоистую структуру. Всякий раз, когда происходит разряд энергии, происходит движение ионов лития от анода к катоду. Когда телефон заряжается, происходит обратное движение. Однако у этой батареи есть недостаток в том, что она имеет короткий срок службы, низкую термическую стабильность и очень ограниченные возможности нагрузки.

При использовании литий-ионного аккумулятора следует отметить, что аккумулятор не должен подвергаться заряду или разряду, превышающему его C-рейтинг. Когда его заставляют заряжать или к нему прикладывают нагрузку более 2400 мА, это вызывает перегрев и чрезмерное напряжение.

В последнее время использование литий-кобальтовых батарей сокращается, и это связано с наличием лучших альтернативных комбинаций, которые обеспечивают большую мощность и более стабильны, обеспечивая при этом более длительный срок службы.

• Литий-магниевая батарея (LiMn2O4): материалы о производстве этой разновидности литиевой батареи были впервые опубликованы в 1983 году, однако она была запущена в продажу в 1996 году. Литий-ионный элемент содержит оксид лития-марганца, являющийся катодным материалом. В этой батарее улучшен поток ионов на электрод, что является результатом трехмерной структуры шпинели. Это также приводит к более низкому внутреннему сопротивлению и улучшению обработки тока. Эта архитектура батареи обеспечивает высокую стабильность и повышенную безопасность, с единственным недостатком, заключающимся в ограничении жизненного цикла.

Когда говорят, что батарея имеет низкое внутреннее сопротивление элемента, это означает, что она способна заряжаться быстрее и разряжать большой ток. В контейнере 18650 литиевая батарея способна разряжать ток около 20–30 А с минимальным тепловыделением.

• Литий-никель-марганцево-оксидно-оксидная батарея (LiNiMnCoO2 или NMC): эта батарея является одной из самых успешных литиевых батарей, поскольку система была разработана для использования в качестве элементов энергии или элементов питания. Главный секрет успеха этой батареи - сочетание никеля и марганца. Никель имеет характерную высокую удельную энергию, однако он имеет очень низкую стабильность. Хотя марганец может образовывать структуру шпинели, которая приводит к низкому внутреннему сопротивлению, однако он имеет низкую энергию. Когда они объединяются, слабые стороны аннулируются, а сильные стороны объединяются, чтобы получить мощную батарею.

• Литий-ионно-фосфатная батарея (LiFePO4): Техасский университет обнаружил возможность использования фосфата в качестве катодного материала. Литий-фосфатная батарея обладает замечательными характеристиками при очень низком сопротивлении. Это возможно из-за наноразмеров фосфатного катодного материала. Использование этой батареи дает большие преимущества, среди которых: хорошая термическая стабильность, повышенная безопасность и устойчивость к злоупотреблениям. При длительном хранении под высоким напряжением этот аккумулятор более устойчив к нагрузкам, чем другие литий-ионные системы.

• Литий-никель-кобальт-алюмооксидная батарея (LiNiCoAlO2): эта батарея также обеспечивает высокую удельную энергию и разумную мощность в течение длительного времени. Однако безопасность его использования и стоимость не являются его сильными сторонами.

• Литий-титанатная батарея (Li4Ti5O12): эти батареи используются с 1980-х годов, и в этом случае анодом является литий-титанатный, заменяющий графитовый анод в других системах. Он имеет более продолжительное количество циклов, чем у обычных литий-ионных батарей. Это безопасный аккумулятор для использования, так как он имеет очень низкий уровень тепловыделения.

Преимущества и недостатки литий-ионного аккумулятора

Использование литий-ионных аккумуляторов действительно может значительно спасти нас и помочь миру в потреблении топлива, которое разрушает озоновый слой и приводит к глобальному потеплению. С этой формой возобновляемой энергии давление на землю и ее компоненты будет меньше. У литий-ионных аккумуляторов есть следующие плюсы и минусы.

Плюсы

-Они имеют высокую плотность энергии: есть возможность позволить себе более высокую мощность.

-Они не нуждаются в большом количестве грунтования, когда новые, все, что требуется, это заряжать один раз, регулярно.

-Они имеют относительно низкий саморазряд, так как его саморазряд составляет менее половины никелевых аккумуляторов.

-Он требует минимального обслуживания, так как нет необходимости периодически заряжать его.

-Специализированные элементы могут обеспечивать очень высокие токи при необходимости.

Минусы

- Литий-ионным батареям требуется схема защиты для поддержания напряжения и тока, чтобы они не выходили за безопасные пределы.

-Они подвержены старению, даже когда не используются. Однако хранение аккумулятора в прохладном месте при 40% -ном заряде снижает эффект старения.

-Есть различные ограничения на его транспортировку, так как для доставки очень больших его частей потребуются нормативные стандарты и контроль качества.

-Они очень дороги в производстве

-Они еще не достигли финальной стадии разработки.

В мире, где мы стремимся к тому, чтобы больше электромобилей, самолетов и других топливопотребляющих машин были переведены на электрические, потребность в литий-ионных аккумуляторах растет. Благодаря развитию и инновациям, будущее использование литий-ионных аккумуляторов столь же радужно.

Применение литий-ионных аккумуляторов.

С тех пор, как они были произведены, использование литий-ионных батарей в различных устройствах стало широко распространенным. У них есть длинный список реальных приложений, который выходит за рамки простого их использования в телефонах, электромобилях и другой портативной электронике. Они используются в различной медицинской технике, а также на яхтах. Используя литий-ионные аккумуляторы, можно наслаждаться комфортом использования современных аккумуляторов, а также их надежностью.

Существуют различные устройства, которые используют литий-ионную батарею в своем питании, и они включают:

• Источник бесперебойного питания (ИБП): при использовании в ИБП литий-ионной батареи можно быть уверенным в защите от традиционных потерь или нестабильности питания. Эта батарея немного отличается от резервного генератора или резервного. Это связано с тем, что он может обеспечить мгновенную подачу энергии для работы подключенного к нему оборудования. Этот ИБП можно использовать для различных устройств, в том числе: компьютеры, коммуникационные технологии и медицинские технологии.

• Электромобили: не нужно беспокоиться о том, чтобы в автомобиле был установлен литий-ионный аккумулятор. Эта батарея надежна, стабильна и может долго работать при производстве энергии. В случае, если пользователь исследует удаленные места, это лучший способ оставаться в безопасности и комфортно. Эти батареи имеют срок службы более десяти лет, а в поездках они отлично работают в течение долгих часов. Они также оптимизированы, чтобы терять лишь небольшую мощность между использованиями. Легкие литиевые батареи обеспечивают питание электромобиля с повышенной эффективностью, которая достигается за счет уменьшения веса и размера, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов.

• Отличные морские характеристики: литий-ионные батареи отлично подходят для любого типа морского двигателя, независимо от размера, если в нем используется аккумулятор. Когда лодка модернизируется для использования литий-ионной батареи, пользователь получает удовольствие от надежных двигателей в течение многих лет. Какой бы водяной мотор ни был запитан, этот аккумулятор готов прослужить долго. Они просто способные и надежные.

• Мобильные телефоны: для питания сотовых телефонов литий-ионных аккумуляторов вполне достаточно. Они перезаряжаются в результате процессов, происходящих в батареях. Как и любой другой аккумулятор, литий-ионный аккумулятор состоит из трех частей: анода, катода и электролита. При изготовлении батарей для телефонов электроды из интеркалированного литиевого соединения предпочтительнее металлических литиевых электродов. Затем их помещают в герметичный контейнер, который предотвращает попадание воды в аккумулятор. Эти батареи имеют очень высокую плотность.

• Накопление солнечной энергии: использование солнечной энергии в мире растет, и многие компании используют ее. страны вкладывают значительные средства в устойчивую энергетику, обеспечиваемую солнечной энергией. Однако бывают случаи, когда солнечная энергия может быть отключена, литий-ионные батареи действительно пригодятся. Эти батареи - лучшая замена солнечным панелям, и это зависит от способа зарядки и скорости. Эти батареи заряжаются быстро, поэтому их можно максимально использовать.

Лучшие методы зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов

Следует отметить, что литий-ионные батареи не особо крутые в экстремальных условиях. Это основа всех мер предосторожности при использовании литий-ионной батареи. Все литий-ионные аккумуляторы заряжаются с помощью зарядного устройства, и различия в функциональности этих зарядных устройств являются предпосылкой, на которой основаны различные методы зарядки. Это основа его зарядки и разрядки.

• Постоянное напряжение: это метод зарядки, при котором используется зарядное устройство с постоянным напряжением постоянного тока. Это базовый источник питания постоянного тока, который состоит из трансформатора в его простейшей форме от сети, а также выпрямителя, который создает постоянное напряжение, которое подает питание на батарею. Такая конструкция зарядки используется в дешевых зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Этот метод зарядки аналогичен тому, который используется для свинцово-кислотных аккумуляторов.

• Постоянный ток: чтобы поддерживать постоянный ток, напряжение, подаваемое на батарею, изменяется. Он выключается, когда аккумулятор полностью заряжен.

• Конический ток: это процесс зарядки аккумулятора от основного нерегулируемого источника напряжения. Эта форма зарядки не контролируется, что может привести к повреждению ячеек из-за перегрева.

• Импульсный заряд: это ситуация, при которой аккумулятор подвергается импульсным токам заряда. Однако скорость, с которой производится эта зарядка, может контролироваться изменением ширины импульса.

• Взрывная зарядка: этот метод используется наряду с импульсной зарядкой и также называется зарядкой с отрицательным импульсом. Эта форма зарядки еще не достигла окончательной проверенной и надежной стадии производства, но несомненно, что она не испортит батарею.

• Зарядка IUI: это новый метод зарядки, разработанный для быстрой зарядки стандартных свинцово-кислотных аккумуляторов определенного производителя. Этот способ зарядки не следует использовать для свинцово-кислотных аккумуляторов.

• Капельный заряд: эта форма зарядки разработана специально для компенсации саморазряда аккумулятора. Он обеспечивает непрерывную зарядку, которая может обеспечить батарею длительную зарядку постоянным током в режиме ожидания. Этого достаточно, чтобы предотвратить полную разрядку аккумулятора, когда он не используется.

• Плавающее зарядное устройство: это форма зарядки, при которой аккумулятор и нагрузка подключаются параллельно через источник заряда постоянного тока и поддерживают постоянное напряжение ниже верхнего предела напряжения аккумулятора. Эта форма зарядки в основном используется для аварийных резервных систем.

• Случайная зарядка: описанные выше методы зарядки таковы, что аккумулятор поддерживает контролируемый процесс до полной зарядки. Однако этот процесс зарядки включает в себя автомобильные приложения, где энергия зависит от скорости двигателя, которая постоянно меняется.

Во время разряда, как и положено, напряжение аккумулятора постепенно снижается. Профиль напряжения разряда в зависимости от времени зависит от ряда факторов, включая ток разряда, температуру батареи, возраст батареи и тип материала, который использовался при производстве анода.