Liitiumaku ülevaade |BSLBATT taastuvenergia

BSLBATT Engineered Technologies kasutab meie kogenud inseneri-, disaini-, kvaliteedi- ja tootmismeeskondi, et meie kliendid saaksid olla kindlad tehniliselt täiustatud akulahendustes, mis vastavad nende konkreetsete rakenduste ainulaadsetele nõuetele.Oleme spetsialiseerunud taaslaetavate ja mittelaetavate liitiumelementide ja akukomplektide projekteerimisele, töötades koos mitmesuguste liitiumelementide keemiaga, et pakkuda võimalusi ja lahendusi nõudlikeks rakendusteks kogu maailmas.

Liitiumaku Tehnoloogiad

Meie laiaulatuslikud tootmisvõimalused võimaldavad meil ehitada kõige elementaarsemaid akusid, kohandada neid spetsiaalsete vooluringide, pistikute ja korpustega.Alates väikesest kuni suure mahuni on meil võimed ja valdkonnateadmised, et rahuldada kõigi originaalseadmete tootjate ainulaadsed vajadused, kuna meie kogenud insenerimeeskond saab kavandada, arendada, testida ja toota kohandatud akulahendusi enamiku rakenduste spetsiifiliste vajaduste jaoks.

BSLBATT pakub võtmed kätte lahendusi, mis põhinevad kliendi nõudmistel ja spetsifikatsioonidel.Teeme koostööd valdkonna juhtivate elementide tootjatega, et pakkuda optimaalseid lahendusi ning arendame ja integreerime selle akudesse kõige keerukama juhtimis- ja jälgimiselektroonika.

Kuidas liitiumioonaku töötab?

Liitiumioonakud kasutavad ära liitiumioonide tugevat redutseerimispotentsiaali, et toita kõigis akutehnoloogiates keskne redoksreaktsioon – redutseerimine katoodil, oksüdatsioon anoodil.Aku positiivsete ja negatiivsete klemmide ühendamine vooluringi kaudu ühendab redoksreaktsiooni kaks poolt, võimaldades ahelaga ühendatud seadmel eraldada energiat elektronide liikumisest.

Kuigi tööstuses kasutatakse tänapäeval palju erinevat tüüpi liitiumipõhiseid keemilisi aineid, kasutame liitiumkoobaltoksiidi (LiCoO2) – keemiat, mis võimaldas liitiumioonakudel asendada nikkel-kaadmiumpatareid, mis olid tarbijate jaoks tavapärased. elektroonika kuni 90ndateni – et demonstreerida selle populaarse tehnoloogia põhilist keemiat.

LiCoO2 katoodi ja grafiitanoodi täielik reaktsioon on järgmine:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Kus edasi-tagasi reaktsioon tähistab laadimist ja vastupidine reaktsioon tühjenemist.Selle võib jagada järgmisteks poolreaktsioonideks:

Positiivse elektroodi juures toimub tühjenemise ajal redutseerimine katoodil (vt pöördreaktsioon).

LiCo3+O2 ⇌ xLi+ + Li1-xCo4+xCo3+1-xO2 + e-

Negatiivse elektroodi juures toimub tühjenemise ajal anoodil oksüdatsioon (vt pöördreaktsioon).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Tühjenemise ajal liiguvad liitiumioonid (Li+) negatiivselt elektroodilt (grafiit) läbi elektrolüüdi (lahuses suspendeeritud liitiumisoolad) ja separaatori positiivsele elektroodile (LiCoO2).Samal ajal liiguvad elektronid anoodilt (grafiit) katoodile (LiCoO2), mis on ühendatud välise vooluahela kaudu.Välise toiteallika kasutamisel pöördub reaktsioon koos vastavate elektroodide rollidega, laadides rakku.

Mis on liitiumioonakus

Teie tüüpilise silindrilise 18650 elemendi, mis on tööstuses levinud vormitegur kaubanduslikes rakendustes alates sülearvutitest kuni elektrisõidukiteni, on OCV (avatud vooluringi pinge) 3,7 volti.Olenevalt tootjast suudab see pakkuda umbes 20 amprit võimsusega 3000 mAh või rohkem.Akupakett koosneb mitmest elemendist ja sisaldab üldiselt kaitsvat mikrokiipi, et vältida ülelaadimist ja tühjenemist alla miinimummahu, mis võib põhjustada ülekuumenemist, tulekahjusid ja plahvatusi.Vaatame lähemalt raku sisemust.

Positiivne elektrood/katood

Positiivse elektroodi kujundamise võti on valida materjal, mille elektripotentsiaal on suurem kui 2,25 V, võrreldes puhaste liitiummetallidega.Liitiumioonide katoodmaterjalid on väga erinevad, kuid neil on üldiselt kihilised liitiumi siirdemetallide oksiidid, nagu näiteks varem uuritud LiCoO2 katoodi kujundus.Muude materjalide hulka kuuluvad spinellid (st LiMn2O4) ja oliviinid (st LiFePO4).

Negatiivne elektrood/anood

Ideaalse liitiumaku puhul kasutaksite anoodina puhast liitiummetalli, kuna see annab aku jaoks optimaalse kombinatsiooni madalast molekulmassist ja suurest erivõimsusest.Liitiumi anoodina kaubanduslikes rakendustes kasutamist takistavad kaks peamist probleemi: ohutus ja pöörduvus.Liitium on väga reaktsioonivõimeline ja kalduvus pürotehnilist laadi katastroofilistele riketele.Ka laadimise ajal ei taandu liitium tagasi oma algsesse ühtlasesse metallilisse olekusse, selle asemel, et omandada nõelalaadne morfoloogia, mida tuntakse dendriidina.Dendriidi moodustumine võib põhjustada torgatud eraldajaid, mis võivad põhjustada lühikesi pükse.

Lahendus, mille teadlased töötasid välja liitiummetalli plusside ilma kõigi miinusteta ärakasutamiseks, oli liitiumi interkalatsioon – liitiumioonide kihistamise protsess süsinikgrafiidi või mõne muu materjali sisse, et võimaldada liitiumioonide hõlpsat liikumist ühelt elektroodilt teisele.Teised mehhanismid hõlmavad anoodimaterjalide kasutamist liitiumiga, mis muudavad pöörduvad reaktsioonid võimalikumaks.Tüüpilised anoodimaterjalid on grafiit, ränipõhised sulamid, tina ja titaan.

Eraldaja

Separaatori ülesanne on tagada negatiivse ja positiivse elektroodi vahele elektriisolatsioonikiht, võimaldades samal ajal ioonidel seda laadimise ja tühjenemise ajal läbida.Samuti peab see olema keemiliselt vastupidav elektrolüüdi ja muude rakus olevate liikide lagunemisele ning mehaaniliselt piisavalt tugev, et vastu pidada kulumisele.Tavalised liitiumioonseparaatorid on üldiselt väga poorsed ja koosnevad polüetüleenist (PE) või polüpropüleenist (PP) lehtedest.

Elektrolüüt

Elektrolüüdi roll liitiumioonelemendis on pakkuda keskkonda, mille kaudu liitiumioonid saavad laadimis- ja tühjendustsüklite ajal vabalt katoodi ja anoodi vahel voolata.Idee on valida meedium, mis on nii hea Li + juht kui ka elektrooniline isolaator.Elektrolüüt peab olema termiliselt stabiilne ja keemiliselt ühilduv elemendi teiste komponentidega.Üldiselt toimivad liitiumisoolad nagu LiClO4, LiBF4 või LiPF6, mis on suspendeeritud orgaanilises lahustis, nagu dietüülkarbonaat, etüleenkarbonaat või dimetüülkarbonaat, tavaliste liitiumioonkonstruktsioonide elektrolüüdina.

Tahke elektrolüüdi interfaas (SEI)

Oluline liitiumioonelementide konstruktsioonikontseptsioon on tahke elektrolüüdi interfaas (SEI) – passivatsioonikile, mis koguneb elektroodi ja elektrolüüdi liidesesse, kui Li+ ioonid reageerivad elektrolüüdi lagunemissaadustega.Kile tekib negatiivsele elektroodile raku alglaadimise ajal.SEI kaitseb elektrolüüti edasise lagunemise eest elemendi järgnevate laadimiste ajal.Selle passiveeriva kihi kadumine võib kahjustada tsükli eluiga, elektrilist jõudlust, võimsust ja elemendi üldist eluiga.Teisest küljest on tootjad avastanud, et nad saavad SEI-d peenhäälestades parandada aku jõudlust.

Tutvuge liitiumioonakude perekonnaga

Liitiumi kui ideaalse elektroodimaterjali ahvatlus patareide jaoks on toonud kaasa mitmesuguseid liitiumioonakusid.Siin on viis turul kõige levinumat kaubanduslikult saadavat akut.

Liitiumkoobaltoksiid

Oleme selles artiklis juba LiCoO2 patareisid põhjalikult käsitlenud, kuna see esindab kaasaskantava elektroonika, nagu mobiiltelefonid, sülearvutid ja elektroonilised kaamerad, kõige populaarsemat keemiat.LiCoO2 võlgneb oma edu kõrgele erienergiale.Lühike eluiga, halb termiline stabiilsus ja koobalti hind sunnivad tootjad üle minema segakatoodide konstruktsioonidele.

Liitiummangaanoksiid

Liitiummangaanoksiidpatareid (LiMn2O4) kasutavad MnO2-põhiseid katoode.Võrreldes tavaliste LiCoO2 akudega on LiMn2O4 akud vähem toksilised, maksavad vähem ja neid on ohutum kasutada, kuid väiksema mahutavusega.Kui taaslaetavaid konstruktsioone on varem uuritud, siis tänapäeva tööstus kasutab seda keemiat tavaliselt primaarsete (ühetsükliliste) elementide jaoks, mis on mittelaetavad ja mõeldud pärast kasutamist kõrvaldamiseks.Vastupidav, kõrge termiline stabiilsus ja pikk säilivusaeg muudavad need suurepäraseks elektritööriistade või meditsiiniseadmete jaoks.

Liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid

Mõnikord on tervik suurem kui selle osade summa ja liitium-nikkel-mangaan-koobaltoksiidpatareidel (tuntud ka kui NCM-akudel) on suurem elektriline jõudlus kui LiCoO2-l.NCM saavutab oma tugevuse oma üksikute katoodmaterjalide plusside ja miinuste tasakaalustamisel.Üks edukamaid liitiumioonsüsteeme turul, NCM-i kasutatakse laialdaselt jõuallikates, nagu elektrilised tööriistad ja e-jalgrattad.

Liitiumraudfosfaat

Liitiumraudfosfaat (LiFePO4) akud saavutavad nanostruktureeritud fosfaatkatoodi materjali abil pika eluea ja kõrge voolutugevuse ning hea termilise stabiilsuse.Vaatamata nendele täiustustele ei ole see nii energiatihe kui koobaltiga segatud tehnoloogiad ja sellel on kõrgeim isetühjenemise määr teistest selles loendis olevatest akudest.LiFePO4 akud on populaarsed alternatiivina plii-happele auto käivitusakuna.

Liitiumtitanaat

Grafiitanoodi asendamine liitiumtitanaadi nanokristallidega suurendab oluliselt anoodi pindala umbes 100 m2-ni grammi kohta.Nanostruktureeritud anood suurendab elektronide arvu, mis võivad läbi vooluringi voolata, andes liitiumtitanaadi rakkudele võimaluse ohutult laadida ja tühjendada kiirusega, mis on suurem kui 10 °C (kümnekordne nimivõimsus).Kompromiss liitiumioonakude kiireima laadimis- ja tühjenemistsükli saavutamiseks on suhteliselt madalam pinge 2,4 V elemendi kohta, liitiumtitanaatelemendid on liitiumpatareide energiatiheduse spektri alumises otsas, kuid siiski kõrgem kui alternatiivsetel kemikaalidel nagu nikkel. kaadmium.Vaatamata sellele puudusele tähendab üldine elektriline jõudlus, kõrge töökindlus, termiline stabiilsus ja eriti pikk tööiga, et akut kasutatakse elektrisõidukites endiselt.

Liitiumioonakude tulevik

Ettevõtted ja valitsused kogu maailmas avaldavad suurt tõuget liitiumioon- ja muude akutehnoloogiate edasise uurimis- ja arendustegevuse jätkamiseks, et rahuldada kasvavat nõudlust puhta energia ja süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamise järele.Oma olemuselt katkendlikud energiaallikad, nagu päike ja tuul, võiksid palju kasu saada liitiumioonide suurest energiatihedusest ja pikast elueast, mis on juba aidanud tehnoloogial elektrisõidukite turgu nurka tõmmata.

Selle kasvava nõudluse rahuldamiseks on teadlased juba alustanud olemasoleva liitiumioonide piiride nihutamist uutel ja põnevatel viisidel.Liitiumpolümeer (Li-Po) elemendid asendavad ohtlikud vedelad liitiumsoolapõhised elektrolüüdid ohutumate polümeergeelide ja poolniiske konstruktsiooniga, et tagada võrreldav elektriline jõudlus koos parema ohutuse ja kergema kaaluga.Tahkisliitium on ploki uusim tehnoloogia, mis lubab parandada energiatihedust, ohutust, tsükli eluiga ja üldist pikaealisust tahke elektrolüüdi stabiilsusega.Raske on ennustada, milline tehnoloogia võidab võidujooksu parima energiasalvestuslahenduse nimel, kuid liitiumioon mängib energiamajanduses kindlasti ka järgmistel aastatel olulist rolli.

Energiasalvestuslahenduste pakkuja

Toodame tipptasemel tooteid, ühendades täppistehnoloogia laialdaste rakendusteadmistega, et aidata klientidel integreerida oma toodetesse energiasalvestuslahendusi.BSLBATT Engineered Technologiesil on tõestatud tehnoloogia ja integratsiooniteadmised, et viia teie rakendused kontseptsioonist kommertsialiseerimiseni.

Lisateabe saamiseks vaadake meie ajaveebi postitust aadressil liitiumaku hoidmine .