Что подразумевается под литий-ионным аккумулятором?

Литий-ионный или литий-ионный аккумулятор (также сокращенно LIB) - один из самых надежных перезаряжаемых аккумуляторов. Они широко используются в портативной электронике, а также в электромобилях. Сегодня они становятся все более популярными в военных и аэрокосмических приложениях. Эта технология была широко разработана Стэнли Уиттингемом, Джоном Гуденафом, Рашидом Язами и Акирой Йошино в 1970-х и 1980-х годах. Затем в 1991 году он был коммерциализирован командой Sony и Asahi Kasei под руководством Ёсио Ниси.

В этих типах батарей ионы лития мигрируют от отрицательного электрода через электролит, затем к положительному электроду, когда батарея разряжается, а затем перемещаются в обратном направлении во время процесса зарядки. В литий-ионных батареях используется соединение лития, которое внедряется в качестве материала в положительный электрод и обычно графит в отрицательный электрод. Эти батареи известны своей высокой плотностью энергии, отсутствием эффекта памяти и низким саморазрядом. Однако они могут представлять опасность для безопасности, поскольку содержат легковоспламеняющиеся электролиты и могут вызвать взрывы и пожары, если они повреждены или плохо заряжены. Некоторое время назад технологическим гигантам Samsung пришлось отозвать Galaxy Note 7 после того, как было сообщено о нескольких случаях возгорания литий-ионных аккумуляторов. Также было несколько подобных инцидентов с батареями Boeing 787.

Химический состав, стоимость, производительность и характеристики безопасности литий-ионных батарей различаются в зависимости от типа литий-ионной батареи. В портативных электронных устройствах в основном используются литий-полимерные батареи (в которых в качестве электролита используется полимерный гель) и оксид лития-кобальта (LiCoO2) в качестве катодного материала. Это обеспечивает батарею высокую плотность энергии, но представляет небольшую угрозу безопасности, особенно при ее повреждении. Существует также фосфат лития-железа (LiFePO4), литий-ионная батарея из оксида марганца (LiMn2O4, Li2MnO3 или LMO), а затем оксид литий-никель-марганцевого кобальта (LiNiMnCoO2 или NMC), который имеет более низкую плотность энергии, но более длинный аккумулятор. жизнь и меньшая вероятность возгорания или взрыва. Эти батареи обычно используются для электроинструментов, медицинских устройств и других функций. NMC является ведущим конкурентом для автомобильных приложений.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Батарея состоит из анода, катода, сепаратора, электролита и двух токоприемников (положительного и отрицательного). Литий хранится в аноде и катоде. Электролит переносит положительно заряженные ионы лития во время разряда с анода на катод и наоборот, когда заряжается через сепаратор. Когда ионы лития движутся, в аноде образуются свободные электроны, которые генерируют заряд в положительном коллекторе тока. Этот электрический ток протекает от коллектора тока к коллектору отрицательного тока через устройство, на которое подается питание (будь то мобильный телефон, компьютер или другое устройство). Затем сепаратор блокирует поток электронов в батарее.

Плотность энергии в зависимости от плотности мощности

Если вы много слышали об этих батареях, вы, должно быть, слышали эти два очень распространенных понятия батарей - плотность энергии и плотность мощности. Плотность энергии обычно измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч / кг), и это количество энергии, которое батарея может сэкономить по отношению к ее массе. С другой стороны, плотность мощности измеряется в ваттах на килограмм (Вт / кг) и представляет собой количество энергии, которое может быть высвобождено или произведено батареей по отношению к ее массе. Для сравнения, смотрите на батарею как на бассейн. Плотность энергии подобна размеру бассейна, в то время как плотность мощности определяет, как можно слить воду из бассейна в кратчайшие сроки.

Итак, насколько безопасны литий-ионные батареи?

Хотя литий-ионные батареи были очень полезны для нашей жизни, они также могут быть опасными. При определенных условиях эти батареи могут не работать долго при нагрузке или могут иметь конструктивные дефекты.

Основная проблема литий-ионных аккумуляторов наблюдается в случаях, связанных с конструктивными сбоями или недостатками, при которых внутренний процесс изначально работал должным образом.

В некоторых других случаях стрессовые события приводили к частым выходам из строя литий-ионных аккумуляторов. Например, если вы заметили, что аккумулятор реагирует - возможно, на перегрев или зарядку при очень низких температурах - это может быть проблемой. Это может повлиять на программирование батареи и может вызвать ее неисправность и даже привести к взрыву устройства.

Почему вы используете литий-ионный аккумулятор?

Есть несколько причин, по которым литий-ионные батареи являются предпочтительным вариантом, когда речь идет о хранении энергии, и следующие несколько причин.

Высокая плотность энергии

Высокая плотность энергии - главное преимущество использования литий-ионных аккумуляторов. Электронные устройства, такие как мобильные телефоны, должны работать дольше между зарядками, а также потреблять энергию во время зарядки - для таких устройств необходимы батареи с более высокой плотностью энергии. Кроме того, существует множество электрических приложений, от электрических или электроинструментов до электромобилей, для которых требуются устройства накопления энергии высокой плотности. Несомненным преимуществом является более высокая удельная мощность литий-ионных аккумуляторов. Эта аккумуляторная батарея высокой плотности - именно то, что нужно электромобилям для правильной работы.

Саморазряд

Проблема с большинством аккумуляторных технологий заключается в их скорости саморазряда. Литий-ионные элементы имеют гораздо более низкую скорость саморазряда, чем другие перезаряжаемые элементы, такие как Ni-Cad и NiMH элементы. Обычно он составляет всего около 5% в течение первых 4 часов после зарядки, а затем падает до 1–2% в месяц.

Низкие эксплуатационные расходы

Важным преимуществом литий-ионных аккумуляторов является то, что они не требуют обслуживания, чтобы гарантировать их работу на оптимальном уровне. Никель-кадмиевые элементы требуют полной разрядки, чтобы эффект памяти не влиял на их функциональность. Поскольку это не влияет на литий-ионные батареи, обязательная полная разрядка или аналогичные процедуры обслуживания не требуются.

Никаких требований к грунтовке не требуется

Некоторые аккумуляторные батареи при первой зарядке необходимо залить. Это не обязательно для литий-ионных батарей.

Доступно множество

Доступны различные типы литий-ионных батарей или элементов. Это особое преимущество литий-ионных элементов или батарей означает, что существует тип батареи для использования в любом технологическом приложении. Некоторые формы этих батарей доступны для бытовой электроники, поскольку они обеспечивают высокую плотность тока, в то время как другие доступны для промышленного использования, для электроинструментов и даже для электромобилей.