22 лет персонализации аккумуляторов
APR 08, 2020 Вид страницы：394
Литий-ионные батареи, впервые изобретенные в 1970-х годах, а затем коммерческие поставки Sony в 1991 году, теперь используются в самолетах, мобильных телефонах и автомобилях. В этой статье мы обсудим устройство и работу встроенных литий-ионных аккумуляторов.
Как устроен литий-ионный аккумулятор?
Sony произвела первую перезаряжаемую литий-ионную батарею, основанную на концепции электрохимического потенциала. Литий, который имеет самую высокую тенденцию к потере электронов, используется в литий-ионных батареях. Литий имеет только один электрон в своей оболочке, по этой причине он всегда хочет потерять этот электрон. Чистый литий - металл с высокой реакционной способностью. Однако он будет реагировать с воздухом и водой.
Уловка при изготовлении литий-ионных батарей заключается в том, что чистейший литий является активным металлом. Однако, когда литий входит в состав оксида металла, он очень стабилен. Предположим, мы как-то отделяем атомы лития от оксида металла. Этот атом лития крайне нестабилен и немедленно образует ионы и электроны лития. Однако литий как часть оксида металла намного более стабилен. Если можно обеспечить два разных пути для потока ионов и электронов лития между литием и оксидами металлов, атомы лития автоматически достигнут сегмента оксида металла. В этом процессе мы генерируем электричество из потока электронов по пути. Из этого обсуждения ясно, что если мы сначала отделим атомы лития от оксида металлического лития, а затем направим блуждающие электроны от этих атомов лития через внешнюю цепь, мы сможем получить из оксида металлического лития Генерацию электричества.
В реальных батареях графит и оксиды металлов покрыты медными и алюминиевыми пластинами. Здесь вы можете легко удалить листы как токоприемник, а также положительный и отрицательный разъемы от токоприемника. Соль лития действует как электролит и наносится на сепаратор. Все три листа обернуты в цилиндр вокруг центрального стального сердечника, что делает батарею более компактной.
Из какого материала вам понадобится литий-ионный аккумулятор?
Катодные материалы
Наиболее распространенные материалы, которые можно использовать в качестве катода для литий-ионных аккумуляторов, включают оксид лития-кобальта, оксид лития-марганца, оксиды ванадия и перезаряжаемые оксиды лития. Одиннадцать-двенадцать слоистых оксидов, содержащих никель и кобальт, являются наиболее часто используемыми материалами для литий-ионных батарей. Они обладают высокой стабильностью в диапазоне высокого напряжения, но кобальт в природе имеет очень низкую доступность и токсичен, что является огромным недостатком для массового производства. Марганец обеспечивает отличные скоростные характеристики и недорогую замену с высоким тепловым порогом, но ограниченными циклическими характеристиками. Следовательно, обычно используются смеси кобальта, никеля и марганца, чтобы объединить лучшие характеристики и минимизировать недостатки.
Анодные материалы
Обычными анодными материалами для литий-ионных аккумуляторов являются графит, литий, легирующие литий материалы и кремний. Литий, как известно, очень простой материал, но вызывает проблемы с ростом дендритов и цикличностью, что приводит к коротким замыканиям. Было приложено много усилий для увеличения производительности с использованием различных разновидностей графита, но это связано с высокими затратами на обработку. Кремний обладает чрезвычайно высокой емкостью около 4199 мАч / г, но демонстрирует плохие циклические характеристики и снижение емкости, которое еще не изучено.
Электролиты
Долговечный и безопасный аккумулятор нуждается в сильном электролите, который может противостоять существующему напряжению и высоким температурам, а также имеет длительный средний срок службы, обеспечивая при этом высокую подвижность для ионов лития. Типы включают полимерные, жидкие и твердотельные электролиты. В основном жидкие электролиты представляют собой органические электролиты на основе растворителей, содержащие LiPF6, LiBC4O8 (LiBOB) или аналогичные. Их воспламеняемость - это самое важное, что нужно учитывать. Следовательно, взрыв или выход из строя элемента и, следовательно, батареи представляют опасность.
Сепараторы
Сепаратор физически отделяет два электрода друг от друга, предотвращая, таким образом, короткое замыкание. В случае жидкого электролита сепаратор работает как вспененный материал, пропитанный электролитом и удерживающий его на месте.
Как работают компоненты литий-ионного аккумулятора?
В практических литий-ионных батареях используются электролиты и графит. Графит имеет слоистую структуру, и эти слои гибко связаны, так что отдельные ионы лития могут легко храниться здесь. Электролит между графитом в оксиде металла действует как защита, позволяя проникать только ионам лития.
Теперь посмотрим, что произойдет, когда в этой конфигурации будет подключено питание. Положительный электрод источника энергии, очевидно, притягивает и отводит электроны от атомов лития оксида металла. Эти электроны проходят через внешние цепи, потому что они не могут проходить через электролит и достигать графитового слоя. В то же время положительно заряженные ионы лития будут притягиваться к отрицательному выводу и течь через электролит. Ионы лития также достигли пространства графитового слоя и попали в ловушку. Когда все атомы лития попадают на хлопья тонера, блистерные упаковки полностью заряжаются. Таким образом, мы достигли нашей первой цели: ионы лития и электроны разделены оксидами металлов.
Как мы уже говорили, это нестабильная ситуация при восхождении на гору. После отключения источника питания и подключения нагрузки, из-за напряжения ионы лития надеются вернуться в свое стабильное состояние в составе металла, ионы лития перемещаются через электролит, и электролит заряжает его, как будто он соскользнул с холма. . Таким образом мы можем передавать энергию через нагрузку.
Обратите внимание, что графит не играет никакой роли в химической реакции литий-ионных аккумуляторов. Графит - это только литий-ионный накопитель. Если внутренняя температура батареи повышается из-за ненормальных условий, жидкий электролит высыхает, и между анодом и катодом возникает короткое замыкание, что может вызвать пожар или взрыв. Чтобы этого избежать, между электродами помещают изолирующий слой, называемый разделителем. Сепаратор проницаем для ионов лития из-за его небольшой пористости.
Оставить сообщение
Мы скоро свяжемся с вами
