Pregled litijske baterije |BSLBATT Obnovljiva energija

BSLBATT Engineered Technologies koristi naše iskusne timove za inženjering, dizajn, kvalitetu i proizvodnju kako bi naši kupci bili sigurni u tehnički napredna baterijska rješenja koja ispunjavaju jedinstvene zahtjeve njihovih specifičnih aplikacija.Specijalizirani smo za dizajn punjivih i nepunjivih litijevih ćelija i paketa baterija kao i rad s različitim kemijskim sastavima litijevih ćelija kako bismo ponudili opcije i rješenja za zahtjevne primjene širom svijeta.

Paket litijskih baterija Tehnologije

Naše široke proizvodne mogućnosti omogućuju nam izradu najosnovnijih paketa baterija, do prilagođenih paketa sa specijaliziranim sklopovima, priključcima i kućištima.Od male do velike količine, imamo sposobnost i stručnost u industriji da zadovoljimo jedinstvene potrebe svih OEM-ova jer naš iskusni inženjerski tim može dizajnirati, razviti, testirati i proizvesti prilagođena baterijska rješenja za specifične potrebe većine aplikacija.

BSLBATT nudi rješenja po principu "ključ u ruke" temeljena na zahtjevima i specifikacijama kupaca.Surađujemo s vodećim proizvođačima ćelija u industriji kako bismo pružili optimalna rješenja te razvijamo i integriramo najsofisticiraniju elektroniku za upravljanje i nadzor u svoje baterije.

Kako radi litij-ionska baterija?

Litij-ionske baterije iskorištavaju snažan redukcijski potencijal litijevih iona za pokretanje redoks reakcije koja je središnja za sve tehnologije baterija — redukcija na katodi, oksidacija na anodi.Spajanje pozitivnih i negativnih izvoda baterije kroz strujni krug ujedinjuje dvije polovice redoks reakcije, omogućujući uređaju priključenom na krug da izvuče energiju iz kretanja elektrona.

Iako postoji mnogo različitih vrsta kemijskih spojeva na bazi litija koji se danas koriste u industriji, mi ćemo koristiti litij-kobalt oksid (LiCoO2) — kemijski spoj koji je omogućio litij-ionskim baterijama da zamijene nikal-kadmijeve baterije koje su bile standard za potrošače elektronike sve do 90-ih — kako bi demonstrirali osnovnu kemiju koja stoji iza ove popularne tehnologije.

Puna reakcija za LiCoO2 katodu i grafitnu anodu je sljedeća:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Pri čemu prednja reakcija predstavlja punjenje, a obrnuta reakcija predstavlja pražnjenje.Ovo se može podijeliti na sljedeće polureakcije:

Na pozitivnoj elektrodi dolazi do redukcije na katodi tijekom pražnjenja (vidi reverznu reakciju).

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

Na negativnoj elektrodi dolazi do oksidacije na anodi tijekom pražnjenja (vidi obrnuta reakcija).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Tijekom pražnjenja, litijevi ioni (Li+) kreću se od negativne elektrode (grafita) kroz elektrolit (litijeve soli suspendirane u otopini) i separator do pozitivne elektrode (LiCoO2).Istodobno se elektroni kreću od anode (grafita) do katode (LiCoO2) koja je spojena preko vanjskog strujnog kruga.Ako se primijeni vanjski izvor energije, reakcija je obrnuta zajedno s ulogama odgovarajućih elektroda, puneći ćeliju.

Što se nalazi u litij-ionskoj bateriji

Vaša tipična cilindrična ćelija 18650, koja je uobičajeni faktor oblika koji se koristi u industriji za komercijalne primjene od prijenosnih računala do električnih vozila, ima OCV (napon otvorenog kruga) od 3,7 volta.Ovisno o proizvođaču, može isporučiti oko 20 ampera s kapacitetom od 3000 mAh ili više.Baterija će se sastojati od više ćelija i općenito uključuje zaštitni mikročip za sprječavanje prekomjernog punjenja i pražnjenja ispod minimalnog kapaciteta, što može dovesti do pregrijavanja, požara i eksplozija.Pogledajmo pobliže unutrašnjost ćelije.

Pozitivna elektroda/katoda

Ključ za projektiranje pozitivne elektrode je odabir materijala koji ima elektropotencijal veći od 2,25 V u usporedbi s čistim litijevim metalima.Katodni materijali u litij-ionu uvelike se razlikuju, ali općenito imaju slojevite litijeve prijelazne metalne okside, poput dizajna katode LiCoO2 koji smo ranije istraživali.Ostali materijali uključuju spinele (tj. LiMn2O4) i olivine (tj. LiFePO4).

Negativna elektroda/anoda

U idealnoj litijskoj bateriji kao anodu biste koristili čisti metalni litij, jer on pruža optimalnu kombinaciju male molekularne težine i visokog specifičnog kapaciteta moguću za bateriju.Postoje dva glavna problema koji sprječavaju korištenje litija kao anode u komercijalnim aplikacijama: sigurnost i reverzibilnost.Litij je vrlo reaktivan i sklon katastrofalnim kvarovima pirotehničke vrste.Također tijekom punjenja, litij se neće vratiti u svoje izvorno ujednačeno metalno stanje, umjesto da usvoji igličastu morfologiju poznatu kao dendrit.Stvaranje dendrita može dovesti do probušenih separatora što može dovesti do kratkih spojeva.

Rješenje koje su istraživači osmislili kako bi iskoristili prednosti metalnog litija bez svih nedostataka bila je interkalacija litija — proces nanošenja slojeva litijevih iona unutar ugljičnog grafita ili nekog drugog materijala, kako bi se omogućilo lako kretanje litijevih iona s jedne elektrode na drugu.Drugi mehanizmi uključuju korištenje anodnih materijala s litijem koji čine reverzibilne reakcije više mogućima.Tipični anodni materijali uključuju grafit, legure na bazi silicija, kositar i titan.

Separator

Uloga separatora je osigurati sloj električne izolacije između negativne i pozitivne elektrode, dok još uvijek dopušta ionima da putuju kroz njega tijekom punjenja i pražnjenja.Također mora biti kemijski otporan na degradaciju elektrolita i drugih vrsta u ćeliji i dovoljno mehanički jak da se odupre habanju.Uobičajeni litij-ionski separatori općenito su vrlo porozni i sastoje se od polietilenskih (PE) ili polipropilenskih (PP) ploča.

elektrolit

Uloga elektrolita u litij-ionskoj ćeliji je osigurati medij kroz koji litijevi ioni mogu slobodno teći između katode i anode tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja.Ideja je odabrati medij koji je i dobar Li+ vodič i elektronički izolator.Elektrolit treba biti toplinski stabilan i kemijski kompatibilan s ostalim komponentama u ćeliji.Općenito, litijeve soli poput LiClO4, LiBF4 ili LiPF6 suspendirane u organskom otapalu poput dietil karbonata, etilen karbonata ili dimetil karbonata služe kao elektrolit za konvencionalne litij-ionske dizajne.

Međufaza čvrstog elektrolita (SEI)

Važan koncept dizajna koji treba razumjeti o litij-ionskim ćelijama je međufaza čvrstog elektrolita (SEI) — pasivacijski film koji se stvara na sučelju između elektrode i elektrolita dok Li+ ioni reagiraju s produktima razgradnje elektrolita.Film se stvara na negativnoj elektrodi tijekom početnog punjenja ćelije.SEI štiti elektrolit od daljnjeg raspadanja tijekom sljedećih punjenja ćelije.Gubitak ovog pasivizirajućeg sloja može nepovoljno utjecati na vijek trajanja, električnu izvedbu, kapacitet i cjelokupni život ćelije.S druge strane, proizvođači su otkrili da mogu poboljšati performanse baterije finim podešavanjem SEI-ja.

Upoznajte obitelj litij-ionskih baterija

Privlačnost litija kao idealnog materijala za elektrode za primjenu u baterijama dovela je do mnogih vrsta litij-ionskih baterija.Evo pet najčešćih komercijalno dostupnih baterija na tržištu.

Litij kobalt oksid

Već smo detaljno obradili LiCoO2 baterije u ovom članku jer predstavljaju najpopularniju kemiju za prijenosnu elektroniku poput mobitela, prijenosnih računala i elektroničkih kamera.LiCoO2 svoj uspjeh duguje visokoj specifičnoj energiji.Kratak životni vijek, slaba toplinska stabilnost i cijena kobalta naveli su proizvođače da prijeđu na dizajne s miješanom katodom.

Litij manganov oksid

Litij mangan oksidne baterije (LiMn2O4) koriste katode na bazi MnO2.U usporedbi sa standardnim LiCoO2 baterijama, LiMn2O4 baterije su manje toksične, manje koštaju i sigurnije su za korištenje, ali sa smanjenim kapacitetom.Iako su punjivi dizajni istraživani u prošlosti, današnja industrija obično koristi ovu kemiju za primarne (jednociklične) ćelije koje se ne mogu puniti i namijenjene su za odlaganje nakon upotrebe.Izdržljivi, visoka toplinska stabilnost i dugi vijek trajanja čine ih izvrsnim za električne alate ili medicinske uređaje.

Litij nikal mangan kobalt oksid

Ponekad je cjelina veća od zbroja svojih dijelova, a litij nikal mangan kobalt oksid baterije (poznate i kao NCM baterije) imaju bolje električne performanse od LiCoO2.NCM dobiva svoju snagu u balansiranju prednosti i mana svojih pojedinačnih katodnih materijala.Jedan od najuspješnijih litij-ionskih sustava na tržištu, NCM naširoko se koristi u pogonskim sklopovima kao što su električni alati i e-bicikli.

Litij željezo fosfat

Baterije s litij-željeznim fosfatom (LiFePO4) postižu dug životni ciklus i visoku struju uz dobru toplinsku stabilnost uz pomoć nanostrukturiranog fosfatnog katodnog materijala.Unatoč ovim poboljšanjima, nije toliko energetski gust kao tehnologije s mješavinom kobalta i ima najveću stopu samopražnjenja od ostalih baterija na ovom popisu.LiFePO4 baterije popularne su kao alternativa olovno-kiselim baterijama za pokretanje automobila.

Litijev titanat

Zamjena grafitne anode nanokristalima litij titanata uvelike povećava površinu anode na oko 100 m2 po gramu.Nanostrukturirana anoda povećava broj elektrona koji mogu teći kroz krug, dajući ćelijama od litij titanata mogućnost sigurnog punjenja i pražnjenja pri brzinama većim od 10C (deset puta više od nazivnog kapaciteta).Kompromis za najbrži ciklus punjenja i pražnjenja litij-ionskih baterija je relativno niži napon od 2,4 V po ćeliji, ćelije od litij-titanata na donjem kraju spektra gustoće energije litijevih baterija, ali još uvijek više od alternativnih kemijskih spojeva poput nikal- kadmij.Unatoč ovom nedostatku, sveukupna električna izvedba, visoka pouzdanost, toplinska stabilnost i iznimno dug životni ciklus znače da se baterija i dalje koristi u električnim vozilima.

Budućnost litij-ionskih baterija

Tvrtke i vlade diljem svijeta snažno potiču daljnje istraživanje i razvoj litij-ionskih i drugih baterijskih tehnologija kako bi se zadovoljila rastuća potražnja za čistom energijom i smanjenom emisijom ugljika.Inherentno povremeni izvori energije poput sunca i vjetra mogli bi imati velike koristi od visoke gustoće energije litij-iona i dugog vijeka trajanja, što je već pomoglo tehnologiji da zauzme tržište električnih vozila.

Kako bi zadovoljili ovu rastuću potražnju, istraživači su već počeli pomicati granice postojećeg litij-ionskog na nove i uzbudljive načine.Ćelije od litij-polimera (Li-Po) zamjenjuju opasne tekuće elektrolite na bazi litijeve soli sa sigurnijim polimernim gelovima i dizajnom polu-mokrih ćelija, za usporedive električne performanse uz poboljšanu sigurnost i manju težinu.Litij u čvrstom stanju najnovija je tehnologija u svijetu, koja obećava poboljšanja u gustoći energije, sigurnosti, vijeku trajanja i ukupnoj dugovječnosti uz stabilnost čvrstog elektrolita.Teško je predvidjeti koja će tehnologija pobijediti u utrci za ultimativno rješenje za pohranu energije, ali litij-ion će zasigurno nastaviti igrati glavnu ulogu u energetskom gospodarstvu u godinama koje dolaze.

Dobavljač rješenja za pohranu energije

Proizvodimo vrhunske proizvode, kombinirajući precizno inženjerstvo s opsežnom stručnošću u primjenama kako bismo pomogli kupcima u integraciji rješenja za pohranu energije u njihove proizvode.BSLBATT Engineered Technologies ima dokazanu tehnologiju i integracijsku stručnost za dovođenje vaših aplikacija od koncepcije do komercijalizacije.

Da biste saznali više, pogledajte naš post na blogu skladištenje litijske baterije .