Litiumakkujen yleiskatsaus |BSLBATT uusiutuva energia

BSLBATT Engineered Technologies hyödyntää kokeneita suunnittelu-, suunnittelu-, laatu- ja valmistustiimejämme, jotta asiakkaamme voivat olla varmoja teknisesti edistyneistä akkuratkaisuista, jotka täyttävät heidän erityissovellustensa ainutlaatuiset vaatimukset.Olemme erikoistuneet ladattavien ja ei-ladattavien litiumkennojen ja -akkujen suunnitteluun, koska se toimii useiden litiumkennokemioiden kanssa tarjotaksemme vaihtoehtoja ja ratkaisuja vaativiin sovelluksiin maailmanlaajuisesti.

Litium-akkupaketti Teknologiat

Laajat valmistuskykymme mahdollistavat yksinkertaisimpien akkujen rakentamisen räätälöityihin akkuihin erikoispiireillä, liittimillä ja koteloilla.Pienestä suureen volyymiin meillä on kyky ja alan asiantuntemus täyttää kaikkien OEM-valmistajien ainutlaatuiset tarpeet, sillä kokenut insinööritiimimme voi suunnitella, kehittää, testata ja valmistaa räätälöityjä akkuratkaisuja useimpien sovellusten erityistarpeisiin.

BSLBATT tarjoaa avaimet käteen -periaatteella ratkaisuja asiakkaan vaatimusten ja spesifikaatioiden perusteella.Teemme yhteistyötä alan johtavien kennovalmistajien kanssa tarjotaksemme optimaalisia ratkaisuja, ja kehitämme ja integroimme kehittyneintä ohjaus- ja valvontaelektroniikkaa sen akkuihin.

Kuinka litiumioniakku toimii?

Litium-ioni-akut hyödyntävät litiumionien voimakasta pelkistyspotentiaalia tehostaa redox-reaktiota, joka on keskeinen kaikissa akkutekniikoissa – pelkistys katodilla, hapettuminen anodilla.Akun positiivisen ja negatiivisen navan yhdistäminen piirin kautta yhdistää redox-reaktion kaksi puoliskoa, jolloin piiriin liitetty laite voi ottaa energiaa elektronien liikkeestä.

Vaikka teollisuudessa käytetään nykyään monia erilaisia ​​litiumpohjaisia ​​kemikaaleja, käytämme litiumkobolttioksidia (LiCoO2) - kemiaa, jonka ansiosta litiumioniakut korvasivat nikkeli-kadmium-akut, jotka olivat olleet kuluttajien normi. elektroniikkaa 90-luvulle asti – tämän suositun tekniikan peruskemian esittelyyn.

LiCoO2-katodin ja grafiittianodin täydellinen reaktio on seuraava:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Kun eteenpäin suuntautuva reaktio edustaa latausta ja käänteinen reaktio purkautumista.Tämä voidaan jakaa seuraaviin puolireaktioihin:

Positiivisella elektrodilla katodilla tapahtuu pelkistys purkauksen aikana (katso käänteinen reaktio).

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

Negatiivisella elektrodilla hapettumista tapahtuu anodilla purkauksen aikana (katso käänteinen reaktio).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Purkauksen aikana litiumionit (Li+) liikkuvat negatiiviselta elektrodilta (grafiitti) elektrolyytin (liuoksessa suspendoituneet litiumsuolat) ja erottimen kautta positiiviselle elektrodille (LiCoO2).Samaan aikaan elektronit siirtyvät anodilta (grafiitti) katodille (LiCoO2), joka on kytketty ulkoisen piirin kautta.Jos käytetään ulkoista virtalähdettä, reaktio muuttuu päinvastaiseksi ja vastaavien elektrodien roolit lataavat kennoa.

Mitä litiumioniakussa on

Tyypillisessä lieriömäisessä 18650-kennossasi, joka on yleinen muotokerroin, jota teollisuus käyttää kaupallisissa sovelluksissa kannettavista tietokoneista sähköajoneuvoihin, on OCV (avoin piirijännite) 3,7 volttia.Valmistajasta riippuen se voi toimittaa noin 20 ampeeria, joiden kapasiteetti on 3000 mAh tai enemmän.Akku koostuu useista kennoista ja sisältää yleensä suojaavan mikrosirun, joka estää ylilatauksen ja vähimmäiskapasiteetin alapuolella purkamisen, mikä voi johtaa ylikuumenemiseen, tulipaloihin ja räjähdyksiin.Tarkastellaan tarkemmin solun sisäosia.

Positiivinen elektrodi/katodi

Avain positiivisen elektrodin suunnittelussa on valita materiaali, jonka sähköpotentiaali on suurempi kuin 2,25 V verrattuna puhtaisiin litiummetalleihin.Litium-ionin katodimateriaalit vaihtelevat suuresti, mutta niissä on yleensä kerrostettuja litiumin siirtymämetallioksideja, kuten aiemmin tutkimamme LiCoO2-katodirakenne.Muita materiaaleja ovat spinellit (eli LiMn2O4) ja oliviinit (eli LiFePO4).

Negatiivinen elektrodi/anodi

Ihanteellisessa litiumakussa käyttäisit puhdasta litiummetallia anodina, koska se tarjoaa optimaalisen yhdistelmän alhaisesta molekyylipainosta ja korkeasta ominaiskapasiteetista akulle.On olemassa kaksi pääongelmaa, jotka estävät litiumia käyttämästä anodina kaupallisissa sovelluksissa: turvallisuus ja palautuvuus.Litium on erittäin reaktiivinen ja altis katastrofaalisille pyroteknisille vikatiloille.Litium ei myöskään lataudu latauksen aikana takaisin alkuperäiseen yhtenäiseen metallitilaan sen sijaan, että se omaksuisi neulamaisen morfologian, joka tunnetaan dendriittinä.Dendriitin muodostuminen voi johtaa puhkaiseviin erottimiin, jotka voivat johtaa shortseihin.

Ratkaisu, jonka tutkijat kehittivät hyödyntämään litiummetallin edut ilman kaikkia haittoja, oli litiumin interkalaatio – prosessi, jossa litiumioneja kerrostetaan hiiligrafiitin tai muun materiaalin sisään, jotta litiumionien liikkuminen elektrodilta toiselle on helppoa.Muihin mekanismeihin kuuluu anodimateriaalien käyttö litiumin kanssa, mikä tekee palautuvista reaktioista mahdollisempia.Tyypillisiä anodimateriaaleja ovat grafiitti, piipohjaiset seokset, tina ja titaani.

Erotin

Erottimen tehtävänä on tarjota sähköeristyskerros negatiivisen ja positiivisen elektrodin väliin, samalla kun ionit voivat kulkea sen läpi varauksen ja purkauksen aikana.Sen on myös kestettävä kemiallisesti elektrolyytin ja muiden kennon lajien aiheuttamaa hajoamista ja mekaanisesti riittävän vahva kestämään kulumista ja repeytymistä.Tavalliset litiumionierottimet ovat yleensä erittäin huokoisia ja koostuvat polyeteeni- (PE) tai polypropeenilevyistä (PP).

Elektrolyytti

Elektrolyytin tehtävänä litiumionikennossa on tarjota väliaine, jonka läpi litiumionit voivat virrata vapaasti katodin ja anodin välillä lataus- ja purkaussyklien aikana.Ajatuksena on valita väliaine, joka on sekä hyvä Li+-johdin että elektroninen eriste.Elektrolyytin tulee olla lämpöstabiili ja kemiallisesti yhteensopiva kennon muiden komponenttien kanssa.Yleensä litiumsuolat, kuten LiClO4, LiBF4 tai LiPF6, suspendoituna orgaaniseen liuottimeen, kuten dietyylikarbonaattiin, etyleenikarbonaattiin tai dimetyylikarbonaattiin, toimivat elektrolyyttinä tavanomaisissa litiumionirakenteissa.

Solid Electrolyte Interphase (SEI)

Tärkeä litiumionikennojen suunnittelukonsepti on kiinteä elektrolyytin välinen faasi (SEI) – passivointikalvo, joka muodostuu elektrodin ja elektrolyytin rajapinnalle, kun Li+-ionit reagoivat elektrolyytin hajoamistuotteiden kanssa.Kalvo muodostuu negatiiviselle elektrodille kennon alkulatauksen aikana.SEI suojaa elektrolyyttiä lisähajoamiselta kennon myöhempien latausten aikana.Tämän passivoivan kerroksen menetys voi vaikuttaa haitallisesti syklin käyttöikään, sähköiseen suorituskykyyn, kapasiteettiin ja kennon kokonaiskäyttöikään.Toisaalta valmistajat ovat havainneet, että he voivat parantaa akun suorituskykyä hienosäätämällä SEI:tä.

Tutustu litiumioniakkuperheeseen

Litiumin viehätys ihanteellisena elektrodimateriaalina akkusovelluksiin on johtanut monenlaisiin litiumioniakkuihin.Tässä on viisi markkinoiden yleisintä kaupallisesti saatavilla olevaa akkua.

Litiumkobolttioksidi

Olemme jo käsitelleet LiCoO2-akut perusteellisesti tässä artikkelissa, koska se edustaa suosituinta kemiaa kannettavassa elektroniikassa, kuten matkapuhelimissa, kannettavissa tietokoneissa ja elektronisissa kameroissa.LiCoO2 johtuu menestyksestään korkeasta ominaisenergiasta.Lyhyt käyttöikä, huono lämmönkestävyys ja koboltin hinta saavat valmistajat siirtymään sekoitettuihin katodirakenteisiin.

Litiummangaanioksidi

Litiummangaanioksidiakut (LiMn2O4) käyttävät MnO2-pohjaisia ​​katodeja.Tavallisiin LiCoO2-akkuihin verrattuna LiMn2O4-akut ovat vähemmän myrkyllisiä, halvempia ja turvallisempia käyttää, mutta niiden kapasiteetti on pienempi.Vaikka ladattavia malleja on tutkittu aiemmin, nykypäivän teollisuus käyttää tyypillisesti tätä kemiaa primäärisoluissa (yksisyklissä), jotka eivät ole ladattavia ja jotka on tarkoitettu hävitettäväksi käytön jälkeen.Kestävä, korkea lämmönkestävyys ja pitkä säilyvyys tekevät niistä upeita sähkötyökaluihin tai lääketieteellisiin laitteisiin.

Litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi

Joskus kokonaisuus on suurempi kuin osiensa summa, ja litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidiakut (tunnetaan myös nimellä NCM-akut) tarjoavat paremman sähköisen suorituskyvyn kuin LiCoO2.NCM saa voimansa tasapainottelemalla yksittäisten katodimateriaalien edut ja haitat.Yksi markkinoiden menestyneimmistä litiumionijärjestelmistä, NCM:ää käytetään laajalti voimansiirroissa, kuten sähkötyökaluissa ja sähköpyörissä.

Litium-rautafosfaatti

Litiumrautafosfaatti (LiFePO4) -akut saavuttavat pitkän käyttöiän ja korkean virransyötön sekä hyvän lämpöstabiilisuuden nanorakenteisen fosfaattikatodimateriaalin avulla.Näistä parannuksista huolimatta se ei ole yhtä energiatiheä kuin kobolttisekoitetut tekniikat, ja sillä on korkein itsepurkautumisnopeus muista tässä luettelossa olevista akuista.LiFePO4-akut ovat suosittuja vaihtoehtona lyijyhapolle auton käynnistysakkuna.

Litiumtitanaatti

Grafiittianodin korvaaminen litiumtitanaattinanokiteillä kasvattaa anodin pinta-alaa suuresti noin 100 m2/g.Nanorakenteinen anodi lisää elektronien määrää, jotka voivat virrata piirin läpi, mikä antaa litiumtitanaattikennoille mahdollisuuden ladata ja purkaa turvallisesti yli 10 C:n nopeuksilla (kymmenkertainen sen nimelliskapasiteetti).Kompromissi litiumioniakkujen nopeimman lataus- ja purkaussyklin suhteen on suhteellisen matalampi jännite 2,4 V kennoa kohti, litiumtitanaattikennot ovat litiumakkujen energiatiheysspektrin alemmassa päässä, mutta silti korkeammat kuin vaihtoehtoiset kemiat, kuten nikkeli- kadmium.Tästä haitasta huolimatta yleinen sähköinen suorituskyky, korkea luotettavuus, lämpöstabiilisuus ja erittäin pitkä käyttöikä tarkoittavat, että akkua käytetään edelleen sähköajoneuvoissa.

Litium-ioni-akkujen tulevaisuus

Yritykset ja hallitukset eri puolilla maailmaa haluavat jatkaa litiumioni- ja muiden akkuteknologioiden lisätutkimusta ja kehitystä vastatakseen puhtaan energian kasvavaan kysyntään ja vähentää hiilidioksidipäästöjä.Luonnostaan ​​ajoittaiset energialähteet, kuten aurinko ja tuuli, voisivat hyötyä suuresti litiumionien korkeasta energiatiheydestä ja pitkästä käyttöiästä, mikä on jo auttanut teknologiaa syrjäyttämään sähköajoneuvojen markkinat.

Vastatakseen tähän kasvavaan kysyntään tutkijat ovat jo alkaneet työntää olemassa olevan litium-ionin rajoja uusilla ja jännittävillä tavoilla.Litiumpolymeeri (Li-Po) -kennot korvaavat vaaralliset nestemäiset litiumsuolapohjaiset elektrolyytit turvallisemmilla polymeerigeeleillä ja puolimärkäkennoilla, mikä takaa vertailukelpoisen sähköisen suorituskyvyn sekä parannetun turvallisuuden ja kevyemmän painon.Solid-state-litium on lohkon uusin teknologia, joka lupaa parannuksia energiatiheyteen, turvallisuuteen, käyttöikään ja yleiseen pitkäikäisyyteen kiinteän elektrolyytin vakauden ansiosta.On vaikea ennustaa, mikä teknologia voittaa kilpailun lopullisesta energian varastointiratkaisusta, mutta litium-ionilla on varmasti jatkossakin tärkeä rooli energiataloudessa tulevina vuosina.

Energian varastointiratkaisujen tarjoaja

Valmistamme huippuluokan tuotteita yhdistämällä tarkkuussuunnittelun laajaan sovellusosaamiseen auttaaksemme asiakkaita integroimaan energian varastointiratkaisuja tuotteisiinsa.BSLBATT Engineered Technologiesilla on todistettu teknologia- ja integrointiosaaminen viemään sovelluksesi suunnittelusta kaupallistamiseen.

Lisätietoja on blogikirjoituksessamme osoitteessa litiumakun säilytys .