Насколько эффективны литий-ионные батареи?

Литий-ионный аккумулятор - это перезаряжаемый аккумулятор. Литий-ионные батареи есть повсюду, особенно они используются в потребительских приложениях, таких как ноутбуки, смартфоны и т. Д., А также в электромобилях. Все благодаря отличным характеристикам аккумулятора, таким как низкий саморазряд, высокая плотность энергии и отсутствие эффекта памяти. Все эти характеристики делают литиевую батарею лучшим вариантом по сравнению с батареями других химикатов, доступных на рынке.

Со временем литий-ионный аккумулятор, обеспечивающий работу вашего приложения часами или даже днями, постепенно начнет терять способность сохранять заряд. Вы когда-нибудь задумывались, почему это происходит? Может быть несколько причин, по которым литий-ионные батареи становятся неэффективными.

В этом посте мы поможем вам понять, что на самом деле ослабляет литий-ионные батареи. Прежде чем вы узнаете, давайте сначала узнаем об эффективности литий-ионных аккумуляторов.

Какова эффективность литий-ионных батарей?

Литий-ионные батареи, впервые представленные в 1960-х годах, появились, когда компания Bell Laps представила работоспособный графитовый анод, чтобы предложить альтернативу литиевой батарее (металлический литий). Первый коммерческий литий-ионный аккумулятор был произведен Sony. После этого усовершенствованные разработки материалов и технологии привели к значительным и значительным улучшениям в отношении плотности энергии и срока службы.

Что касается эффективности литий-ионных батарей, то она составляет почти 100 процентов, что является самым большим преимуществом по сравнению с другими аккумуляторными технологиями, доступными на рынке.

Литий-ионные батареи отличаются быстрой разрядкой и постоянной времени заряда, называемой временем достижения 90 процентов номинальной мощности батареи, что составляет около 200 мс, а также высокой эффективностью в оба конца, составляющей 78 процентов за 3500 циклов. Ни для кого не секрет, что литий-ионный аккумулятор стал наиболее важной технологией хранения, особенно в области портативных и мобильных приложений, например, электрического велосипеда, мобильного телефона, ноутбука, электрической карты и многого другого.

Что действительно ослабляет литий-ионные батареи?

Если вам интересно, что ломает литий-ионные батареи, то существует ряд факторов. Итак, поговорим о них подробнее.

Активная часть катода (источник ионов лития) разработана с определенной атомной структурой для обеспечения производительности и стабильности. Когда ионы удаляются, перемещаются к аноду и после этого вставляются обратно в катод, в идеале они должны вернуться в то место, откуда они были удалены, чтобы сохранить эту приличную стабильную кристаллическую структуру. Однако проблема в том, что кристаллическая структура может изменяться с каждым разрядом и зарядом. Таким образом, ион может не вернуться в то же место. Постепенно эти изменения и модификации материала превращают катод в совершенно новую кристаллическую структуру с другими электрохимическими свойствами.

Поэтому конкретное расположение атомов, которое в первую очередь обеспечивало желаемую производительность и стабильность, было изменено.

Проблема коррозии

Ухудшение также может произойти в других частях батареи. Каждый электрод оснащен токосъемником, который представляет собой кусок металла (обычно медь для анода и алюминий для катода), который собирает электроны и отправляет их во внешнюю цепь.

Если связующее перестает работать, покрытие может отслоить токоприемник. А если металл подвергается коррозии, он не может отправлять электроны, как задумано. Коррозия внутри батареи возникает из-за взаимодействия между электродами и электролитом. Согласно одному исследованию, было продемонстрировано, что графитовый анод является чрезвычайно «восстанавливающим», поскольку он с легкостью отдает электроны электролиту, а катод является сильно «окислительным», так что он может легко принимать электроны из электролита. В результате это может вызвать коррозию токосъемника из алюминия или на частицах катода может образоваться покрытие.

Слишком много приличной вещи

Графит - обычно используемый материал для изготовления анода. В органическом электролите он термодинамически нестабилен. Это означает, что в первый раз, когда аккумулятор находится в режиме зарядки, графит вступает в реакцию с электролитом, и это приводит к образованию пористого слоя, известного как твердый электролит, вставленный или SEI.

SEO - это, к сожалению, нестабильный защитник. Несомненно, он выполняет достойную задачу по защите графита при оптимальных или комнатных температурах. Однако в случае высоких температур или когда литий-ионный аккумулятор полностью разряжается, SEI может частично раствориться в электролите.

Оценка энергоэффективности стационарной литий-ионной батареи

Энергоэффективность является замечательным показателем производительности аккумуляторных систем хранения. Разработана комплексная электротермическая модель стационарной литий-ионной аккумуляторной системы и проведена оценка ее энергоэффективности.

Модель обеспечивает целостный подход к измерению потерь преобразования и потребления вспомогательной энергии. Подмодели для силовой электроники, управления температурой, аккумуляторной стойки, а также элементы управления и контроля были разработаны и интегрированы в комплексную модель. Имитация параметризована на основе прототипа системы мощностью 192 кВтч, использующей литий-железо-фосфатные батареи, которые подключены к сети «низкого напряжения».

Ключевые механизмы потери определены, тщательно исследованы и смоделированы. Кроме того, общие профили с многочисленными режимами работы системы оцениваются для определения характеристик стационарных аккумуляторных систем. Обычно потери в «силовой электронике» превышают потери в батареях при маломощных операционных системах. Эффективность преобразования в оба конца измеряется в диапазоне от 70 до 80 процентов. Общая эффективность системы для фотоэлектрических батарей ниже на 8–13%.

Вот и все о том, насколько эффективны литий-ионные батареи. Просто имейте в виду, что срок службы батареи во многом зависит от того, как вы за ней ухаживаете.