22 лет персонализации аккумуляторов
Jan 08, 2020 Вид страницы：416
Почему литий внутри батарей?
Британский химик М. Стэнли Уиттингем впервые предложил использовать литий для изготовления батарей в 1970 году. Уиттингем использовал электроды, сделанные из сульфида титана и лития. Перезаряжаемые литиевые батареи Whittingham никогда не могли быть реализованы на практике, поскольку в 1970-е годы их производство было очень дорогим. Не только это, но и химическая реакция, которая происходит, когда электроды подвергаются воздействию воздуха, токсичного для животных и людей. По этим причинам Exxon, «организация, которая финансировала усилия Уиттингема», закрыла этот проект. В то время литиевые батареи были опасны, поскольку металлический литий реагировал с водой, выделяя при этом горючий газообразный водород. Вот почему спросили о необходимости альтернативы. Вот почему исследования в начале 1970 года были сосредоточены на поиске этой альтернативы, до 1974 года, когда Й.О. Безенхард предложил использовать литиевые соединения вместо литиевых металлов в батареях. С тех пор разработка литий-ионных аккумуляторов стремительно растет с каждым годом.
В 1991 году Sony анонсировала свой новый продукт - литий-ионный аккумулятор. С тех пор ведется промышленное производство литий-ионных аккумуляторов. Это изобретение позволило производителю производить сотовые телефоны в гораздо меньших масштабах.
Литий-ионные батареи состоят из так называемых ячеек. Каждая их ячейка состоит из трех компонентов; положительный электрод, отрицательный электрод и химический компонент, называемый электролитом, между положительным и отрицательным электродами.
Положительный электрод в ячейке изготовлен из оксида лития-кобальта. Отрицательный электрод выполнен из графита. Электролиты - это оксиды и сульфиды. Электролит должен иметь длительный срок хранения и обеспечивать высокую подвижность для ионов лития. Электролит может быть жидким, полимерным и твердотельным.
Почему популярны литий-ионные аккумуляторы?
Литий-ионные аккумуляторы заработали себе репутацию, которую не может превзойти ни один продукт, по крайней мере, на данный момент. Литий-ионные батареи оказались лучшим решением для перезаряжаемого источника энергии. Более того, в настоящее время энергия может храниться из возобновляемых источников (солнца и ветра) непосредственно в литий-ионных батареях.
Ученые считают, что замену литий-ионным аккумуляторам не нужно искать. Вместо этого вся текущая исследовательская работа направлена на обновление этих батарей. С момента создания первой литиевой батареи, которая была разработана в 1970 году, до этого момента все, что было сделано в этой области, - это модернизация и усовершенствование той же самой батареи «Литий-ионная батарея».
Текущие исследования сосредоточены на удалении горючей жидкости из литий-ионных батарей. Жидкость, которая может вызвать возгорание этих батарей. Назовем новый апгрейд твердотельной батареей.
Также стоит упомянуть, что литий-ионные аккумуляторы сейчас являются наиболее экономичным решением для портативных источников энергии. Их производственные цены стали очень доступными, так что они являются выбором номер один для всех производителей мобильных телефонов, ноутбуков и даже электромобилей.
Еще одна причина, по которой литий-ионные батареи незаменимы, по крайней мере, на данный момент, - это их размер. Хранение литий-ионных аккумуляторов в больших объемах - простая задача. Они компактные, маленькие, гибкие и универсальные. Их можно легко и удобно хранить. Не только это, но их срок годности феноменален. Одна батарея может храниться до десяти лет.
В настоящее время исследования также сосредоточены на том, как интегрировать литий-ионные во все аспекты хранения энергии. Однако проблема, с которой они сталкиваются, - это относительно небольшая скорость разряда. Теперь задача состоит в том, чтобы создать литий-ионный аккумулятор с очень медленной системой разряда, который может работать более одного дня. Более того, исследователи также обеспокоены размером этих батарей. Они хотят сделать небольшую батарею большой емкости. Как упоминалось ранее, батареи электромобилей раньше были около двух тонн, сейчас они всего 300 кг. Если бы они могли сделать его еще меньше, это был бы огромный шаг в правильном направлении.
Кроме того, интеграция литий-ионных батарей в большее количество приложений в конечном итоге спасет планету. Это потому, что, как упоминалось ранее, теперь вы можете хранить энергию в батарее, полученную из возобновляемых источников. Таким образом, снижается потребность в ископаемом топливе. Если нам удастся снизить потребность в ископаемом топливе хотя бы на 5% ежегодно. Тогда менее чем через столетие наша планета будет избавлена от вредных выбросов, связанных с использованием ископаемого топлива.
Как работает литий в аккумуляторе?
Литий-ионные аккумуляторы имеют такой же рабочий механизм. Когда батарея заряжается, оксид лития-кобальта, «положительный электрод», отдает часть своих ионов лития, эти ионы перемещаются по электролиту к отрицательному электроду «графит» и там оседают. Батарея во время этого процесса накапливает энергию. После процесса зарядки и во время разрядки; Ионы лития снова движутся через электролит от отрицательного электрода к положительному, что, в свою очередь, производит энергию, питающую устройство, к которому прикреплен аккумулятор.
В отличие от обычных батарей, литий-ионные батареи имеют встроенные электронные контроллеры. Эти контроллеры регулируют заряд и разряд аккумуляторов. Эти контроллеры предотвращают перезарядку и перегрев, который в некоторых случаях может привести к взрыву литий-ионных батарей.
В процессе зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов электроны движутся в направлении, противоположном движению ионов по внешнему контуру. Важно отметить, что электроны не проходят через сам электролит. Электролит является эффективным изолирующим барьером и не влияет на движение электронов.
Движение ионов в электролите и движение электронов по внешней цепи в противоположном направлении - это два взаимосвязанных процесса. Если одно из этих движений останавливается, другое останавливается. Когда батарея полностью разряжена и ионы перестают двигаться через электролит, электроны в то же время прекращают движение по внешней цепи. Вот почему вы теряете мощность в вашем устройстве.
Разряд происходит с большой скоростью, когда устройство работает от литий-ионного аккумулятора; однако разрядка также происходит, даже когда устройство выключено. Это один из недостатков литий-ионных аккумуляторов.
Подводя итог тому, как работает литий-ионный аккумулятор, можно сказать следующее:
" Во время зарядки ионы лития текут от положительного электрода к отрицательному электролиту.
" Электроны также текут от положительного электрода к отрицательному по внешней цепи.
" Электроны и ионы объединяются на отрицательном электроде и осаждают там литий.
" Когда поток ионов прекращается, аккумулятор полностью заряжается и готов к использованию.
" В процессе разряда ионы возвращаются через электролит. Обратно течет от отрицательного электрода к положительному. Электроны текут от отрицательного электрода к положительному, но по внешней цепи. Этот процесс обеспечивает питание вашего устройства.
" Когда все ионы внутри батареи перемещаются назад, батарея полностью разряжается, и ее необходимо снова зарядить.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
