Плотность энергии батареи - введение, расчет и срок службы

Плотность энергии батареи подразумевает процент энергии, включенной в определенную единицу (масса или емкость). Чем выше плотность энергии, тем дольше будет время работы. В материалах хранятся различные типы энергии, и для запуска каждого типа энергии требуется особая реакция. В порядке стандартной величины выделяемой энергии это реакции: ядерная, химическая, электрохимическая и электрическая.

Если система имеет чрезмерную плотность энергии, она может удерживать много энергии в небольшом количестве массы. Чрезвычайная плотность энергии не всегда предполагает высокую удельную мощность. Изделие с высокой плотностью энергии, но с низкой плотностью энергии, может выполнять работу в течение довольно длительного времени.

Какие батареи имеют высокую теоретическую плотность энергии?

Теоретическая плотность энергии относится к аналитическим расчетам, основанным на характеристиках материала, и может быть учтена из-за максимальной химической способности. Практическая плотность энергии относится к измеренной плотности энергии от всей батареи.

Загрязнение окружающей среды и нехватка электроэнергии вызывают непрекращающийся спрос на аккумуляторные системы хранения энергии с более высокой плотностью энергии. Из-за самой низкой среди металлов удельной массы, сверхвысокой теоретической емкости и максимального отрицательного восстановительного потенциала литий (Li) оказался одним из наиболее многообещающих анодных материалов.

Литий-ионные батареи стали предпочтительнее перезаряжаемых источников питания, поскольку они обеспечивают чрезмерную плотность энергии, чем другие. Однако общие характеристики зависят от используемых в них электродных веществ, определяющих его удельную энергию, удельную мощность и срок службы. В основном литий-ионные аккумуляторы на основе кобальта предназначены для портативных устройств. Батарея включает в себя положительный электрод из оксида кобальта (катод) и угольный графит в отрицательном электроде (анод). Одно из главных достоинств кобальтовой батареи - ее высокая удельная мощность. Увеличенное время работы делает эту химию привлекательной для мобильных телефонов, ноутбуков и фотоаппаратов.

Сегодня литий-ионные аккумуляторы доступны во многих типах, и различия в составе в основном связаны с материалом катода. Литий-ионный аккумулятор на основе кобальта был впервые представлен в 1991 году с помощью Sony. Этот химический состав батареи получил краткое признание из-за своей чрезмерной удельной мощности. Возможно, из-за более низкой плотности мощности литий-ионная шпинель на основе шпинели запускалась медленнее. Когда этот сектор появился в 1996 году, он требовал более длительного времени работы больше, чем чего-либо еще. В связи с необходимостью наличия сильноточного заряда для нескольких переносных устройств, минерал в настоящее время оказывает влияние на передовую линию и спрос.

Sony специализируется на версии с никель-кобальтовым металлическим элементом (NCM). Катод содержит кобальт, никель и марганец внутри кристаллической структуры, которая создает полиметаллический оксидный материал, к которому добавлен литий. Производитель предлагает различные продукты внутри этого семейства аккумуляторов, обслуживая клиентов с чрезмерной плотностью энергии или экстремальными нагрузками.

Самым последним дополнением к семейству литий-ионных аккумуляторов является система A123, в которой в катод добавлены нанофосфатные вещества. Он утверждает, что он имеет лучшую удельную мощность в Вт / кг из всех имеющихся в продаже литий-ионных аккумуляторов. Элемент может непрерывно разряжаться до 100% разряда при 35 ° C и может выдерживать импульсы разряда до 100 ° C.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Преимущества:

● Высокая плотность энергии.

● Не требует длительного грунтования в новом состоянии. Все, что требуется - это ежедневная зарядка.

● Относительно низкий саморазряд - саморазряд намного меньше, чем у никелевых аккумуляторов.

● Аккумулятор требует низкого уровня обслуживания - периодическая разрядка не требуется.

Ограничения:

● Требуется цепь безопасности для поддержания напряжения и тока внутри безопасных концов.

● Даже если они не используются, они стареют - хранение в прохладном месте с зарядом 40% снижает эффект старения.

● Ограничения на транспортировку - транспортировка больших порций может стать проблемой для регулирующего контроля.

● Дороговизна в производстве.

Литий-воздушная батарея также является одним из названий, которые бросаются в глаза, когда речь идет о высокой плотности энергии. Литий-воздушная батарея (Li-air) представляет собой электрохимическую батарею из металла и воздуха, в которой используется окисление лития на аноде и уменьшается содержание кислорода на катоде, чтобы вызвать ток. Теоретически, соединение металлических элементов и окружающего кислорода приведет к лучшему | возможная удельная энергия. Действительно, отличительная теоретическая энергия неводной литий-воздушной батареи внутри заряженного состояния с продуктом Li2O2 и без учета массы O составляет ~ 40,1 МДж / кг.

Как рассчитать плотность энергии батареи?

Плотность энергии обычно выражается двумя способами: гравиметрическая плотность энергии и объемная плотность энергии. :

1. Гравиметрическая плотность энергии батареи - это степень того, сколько тонн энергии батарея включает в оценку своего веса, и обычно выражается в ватт-часах на килограмм (Вт-час / кг).

2. Объемная плотность энергии - это степень того, сколько тонн энергии включает аккумулятор в оценку своего объема, и обычно выражается в ватт-часах / литре (Вт-час / л).

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Батарея с высокой плотностью энергии служит дольше?

Сегодня литий-ионные батареи являются наиболее быстрорастущими и многообещающими из имеющихся аккумуляторов. Литий-ионный аккумулятор обычно имеет удельную плотность энергии в два раза больше, чем стандартный никель-кадмиевый. Литий-ионные аккумуляторы обладают хорошими характеристиками и очень похожи на никель-кадмиевые аккумуляторы по разряду. Литий-ионные батареи имеют высокое напряжение ячейки 3,6 В, что позволяет батарее быть только с одной ячейкой, тогда как для батареи на основе никеля требуются три ячейки по 1,2 В, которые соединены последовательно.

Литий-ионные батареи требовали схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Схема защиты ограничивает максимальное напряжение каждой ячейки во время заряда и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Некоторый износ батареи заметен через год, а батарея часто выходит из строя через 2–3 года. Однако известно, что литий-ионные блоки служат в некоторых случаях в течение пяти лет.

Производители постоянно пытаются улучшить литий-ионный аккумулятор с помощью новых и улучшенных химических комбинаций. При таком быстром прогрессе становится сложно оценить, насколько долго длится обновленная батарея.

Заключение:

Литий-ионные батареи лучше всего использовать; они служат дольше и не требуют особого ухода. Кроме того, он обеспечивает высокую плотность и не разряжается самостоятельно. В большинстве случаев при надлежащем уходе срок службы батареи составляет до 5 лет. Так что это лучший выбор для портативных вещей.