Литий-металлические батареи измеряются

Литий-ионный аккумулятор - наиболее широко используемый аккумулятор. Литий-ионные батареи широко используются в портативных электронных устройствах, в том числе в электромобилях и некоторых более крупных приложениях, и они также становятся все более популярными в аэрокосмической и военной областях. Технология, на которой работает аккумулятор, была в основном разработана Акирой Йошино, Джоном Гуденафом, Рашидом Язами и Стэнли Уиттингемом в 70-х и 80-х годах, а затем она была коммерчески доступна в 1991 году командой Sony и Asahi Kasei под руководством Ёсио Ниси.

В этих батареях ионы лития мигрируют от отрицательного электрода через электролит к положительному электроду. Это движение при разряде, но обратное - при зарядке аккумулятора. В литий-ионных батареях в качестве материала положительного электрода используются интеркалированные соединения лития, а в отрицательном электроде обычно используется графит.

Как измеряется литий-металлический аккумулятор?

«Емкость аккумулятора» обычно измеряется в ампер-часах заряда, хранящегося в аккумуляторе. И это определяется массой активного материала в аккумуляторе. Емкость аккумулятора указывает максимальное количество энергии, которое может быть получено от аккумулятора при определенных условиях. Однако основная емкость аккумулятора может сильно отличаться от номинальной, поскольку ее емкость в значительной степени зависит от возраста и истории использования аккумулятора. Это включает в себя состояние заряда или разряда и режимы зарядки аккумулятора.

Затем в некоторых случаях энергия, запасенная в батареях (которая известна как емкость батареи), измеряется в ватт-часах (Втч) или киловатт-часах (кВтч) или, как мы уже говорили, в ампер-часах (Ач). .

Однако наиболее часто используемым показателем емкости аккумулятора является Ач. И это определяется как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи, рассчитанном для батареи.

Блок Ач обычно используется в аккумуляторных системах, потому что напряжение аккумулятора может изменяться в течение цикла зарядки или разрядки (в течение всего срока службы аккумулятора). Емкость Wh может быть приблизительно равна емкости Ahr путем умножения емкости AH на номинальное напряжение батареи (или, если известно, на среднее время). Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости AH x V (t) в течение периода цикла зарядки.

Например, использование 12-вольтовой батареи емкостью 500 Ач позволит аккумулировать энергию примерно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч.

Однако из-за значительного влияния скорости зарядки или температуры для точного анализа производители аккумуляторов также предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости своих аккумуляторов.

Как мы уже знаем, литий-ионные элементы или другие элементы измеряются в ампер-часах (Ач). Для сравнения: один ампер-час означает, что вы можете получить один ампер из элемента батареи за один час. Следовательно, ампер-час - это произведение часов, умноженных на ампер. Точно так же 1 Ач означает, что вы можете получить 2 А от ячейки в течение получаса или вы можете получить 0,25 А за 4 часа.

Емкость (Ач) - это количество хранимых кулонов. Когда вы смотрите на единицы ампер-часов, ампер равен 1 кулону в секунду. Если умножить ампер на время, получится кулон. Поскольку мы знаем, что один час равен 3600 секундам, 1 Ач эквивалентен 3600 ампер-секундам или (3600 кулонов / секунду) × секунда, что соответствует 3600 кулонам заряда, хранящегося в элементе. Уместно отметить, что для ячеек меньшего размера емкость можно измерить в миллиампер-часах (мАч), как в смартфонах. Например, обычный литий-ионный аккумулятор 18650 вмещает около 3000 мАч или 3 Ач.

Сколько лития в литий-металлической батарее?

Этот ответ на этот вопрос в некоторой степени относителен, поскольку разные производители выпускают аккумуляторы разной емкости. Некоторые для небольших устройств, а другие для тяжелых целей.

Tesla, например, использует Panasonic NCR18650B, он имеет емкость 3250 мАч, а аккумулятор работает при напряжении около 4,2 В.

Как правило, литий-ионный аккумулятор 18650 емкостью 2 Ач обычно имеет содержание лития около 0,6 грамма. Следовательно, содержание лития в 3250 мАч Tesla будет (0,6 / 2) x 3,250 = 0,975 г Li.

Следовательно, при рабочем напряжении 4,2 В содержание лития теперь будет равным.

0,975 / (3250 × 4,2) = 0,0714 г / Вт · ч = 0,0714 кг / кВт · ч.

Это, конечно, для Tesla. Например, Chevy Volt использует карманные элементы, которые могут иметь другое содержание лития, чем батареи Tesla. Это может быть причиной разницы в содержании лития в батареях разных производителей. Одним из решающих факторов является модель продукта или устройства - будь то автомобиль или медицинское оборудование, производитель также является фактором, а также геометрия ячейки.

Как рассчитать содержание лития в батарее

Если вы хотите отправить или путешествовать с некоторыми из ваших литиевых батарей или любой аккумуляторной батареи, содержащей литий, вы должны знать содержание лития в том, с чем вы путешествуете. Вам также может потребоваться узнать содержание лития в вашей батарее по другим причинам. Есть калькуляторы содержания лития, которые вы можете использовать в Интернете, вы можете найти их при поиске в Google. Но это руководство может помочь вам рассчитать вручную или, если у вас нет доступа к Интернету, когда необходимо выполнить расчет.

Это относится как к литий-металлическим батареям (которые являются одноразовыми), так и к литий-ионным батареям (которые являются перезаряжаемыми).

Если рассматривать «содержание лития» в батарее, это не обязательно означает, что вы должны выяснить, сколько металлического лития содержится в батарее. Технологический прогресс помог в разработке новых сплавов, которые заменяют литий в батареях и делают его «эквивалентом» лития в батареях. Поэтому они подчиняются тем же правилам и рекомендациям, что и литий.

Содержание лития (или эквивалента лития) в перезаряжаемой батарее или батарейном блоке можно рассчитать, умножив 0,3 на ампер. Таким образом, батарея емкостью 2 Ач содержит 0,6 грамма лития (2 x 0,3), а типичная 8-элементная батарея ноутбука емкостью 2 Ач содержит 4,8 грамма, то есть (8 единиц x (0,3 x 2 Ач)).