Преглед литијумске батерије |БСЛБАТТ Обновљива енергија

БСЛБАТТ Енгинееред Тецхнологиес користи наше искусне тимове за инжењеринг, дизајн, квалитет и производњу тако да наши купци могу бити сигурни у технички напредна решења батерија која испуњавају јединствене захтеве њихових специфичних апликација.Специјализовани смо за дизајн пуњивих и непуњивих литијумских ћелија и пакета батерија, јер радимо са различитим хемикалијама литијумских ћелија да бисмо понудили опције и решења за захтевне апликације широм света.

Литијумска батерија Тецхнологиес

Наше широке производне могућности нам омогућавају да направимо најосновније батерије, прилагођене пакете са специјализованим колима, конекторима и кућиштима.Од мале до велике запремине, имамо способност и стручност у индустрији да задовољимо јединствене потребе свих ОЕМ-а, јер наш искусни инжењерски тим може да дизајнира, развије, тестира и производи прилагођена решења батерија за специфичне потребе већине апликација.

БСЛБАТТ нуди решења по принципу кључ у руке заснована на захтевима и спецификацијама купаца.Сарађујемо са водећим произвођачима ћелија у индустрији како бисмо обезбедили оптимална решења и развијамо и интегришемо најсофистициранију електронику за контролу и надзор у њене батерије.

Како ради литијум-јонска батерија?

Литијум-јонске батерије користе снажан редукциони потенцијал литијум јона за покретање редокс реакције централне за све технологије батерија — редукција на катоди, оксидација на аноди.Повезивање позитивних и негативних терминала батерије кроз коло, уједињује две половине редокс реакције, омогућавајући уређају прикљученом на коло да извуче енергију из кретања електрона.

Иако постоји много различитих типова хемија на бази литијума који се данас користе у индустрији, ми ћемо користити литијум кобалт оксид (ЛиЦоО2) — хемију која је омогућила литијум-јонским батеријама да замене никл-кадмијумске батерије које су биле стандард за потрошаче електроника до 90-их — да демонстрира основну хемију иза ове популарне технологије.

Потпуна реакција за ЛиЦоО2 катоду и графитну аноду је следећа:

ЛиЦоО2 + Ц ⇌ Ли1-кЦоО2 + ЛикЦ

Где предња реакција представља пуњење, а реверзна реакција представља пражњење.Ово се може поделити на следеће полу-реакције:

На позитивној електроди, редукција на катоди се дешава током пражњења (види обрнуту реакцију).

ЛиЦо3+О2 ⇌ кЛи+ + Ли1-кЦо4+кЦо3+1-кО2 + е-

На негативној електроди долази до оксидације на аноди током пражњења (види обрнуту реакцију).

Ц + кЛи+ + е- ⇌ ЛикЦ

Током пражњења, јони литијума (Ли+) крећу се од негативне електроде (графита) преко електролита (соли литијума суспендованих у раствору) и сепаратора до позитивне електроде (ЛиЦоО2).Истовремено, електрони се крећу од аноде (графита) ка катоди (ЛиЦоО2) која је повезана преко спољашњег кола.Ако се примени спољни извор напајања, реакција се обрће заједно са улогама одговарајућих електрода, пунећи ћелију.

Шта је у литијум-јонској батерији

Ваша типична цилиндрична ћелија 18650, која је уобичајени фактор облика који се користи у индустрији за комерцијалне апликације од лаптопа до електричних возила, има ОЦВ (напон отвореног кола) од 3,7 волти.У зависности од произвођача може да испоручи око 20 ампера са капацитетом од 3000 мАх или више.Батерија ће се састојати од више ћелија и генерално ће укључивати заштитни микрочип за спречавање прекомерног пуњења и пражњења испод минималног капацитета, што може довести до прегревања, пожара и експлозија.Хајде да ближе погледамо унутрашњост ћелије.

Позитивна електрода/катода

Кључ за пројектовање позитивне електроде је одабир материјала који има електропотенцијал већи од 2,25 В у поређењу са чистим литијумским металима.Катодни материјали у литијум-јонским у великој мери варирају, али генерално имају слојевите оксиде литијум прелазног метала, као што је дизајн катоде ЛиЦоО2 који смо раније истраживали.Остали материјали укључују спинеле (тј. ЛиМн2О4) и оливине (тј. ЛиФеПО4).

Негативна електрода/анода

У идеалној литијумској батерији, користили бисте чисти литијумски метал као аноду, јер он обезбеђује оптималну комбинацију ниске молекуларне тежине и високог специфичног капацитета која је могућа за батерију.Постоје два главна проблема који спречавају да се литијум користи као анода у комерцијалним применама: безбедност и реверзибилност.Литијум је високо реактиван и подложан катастрофалним кваровима пиротехничке врсте.Такође током пуњења, литијум се неће вратити у првобитно униформно метално стање, уместо да усвоји игличасту морфологију познату као дендрит.Формирање дендрита може довести до пробушених сепаратора што може довести до шортса.

Решење које су истраживачи осмислили да искористе предности литијум метала без свих недостатака била је интеркалација литијума — процес наношења слојева литијум јона унутар угљен-графита или неког другог материјала, како би се омогућило лако кретање литијум јона са једне електроде на другу.Други механизми укључују употребу анодних материјала са литијумом који чине реверзибилне реакције могућим.Типични анодни материјали укључују графит, легуре на бази силицијума, калај и титанијум.

Сепаратор

Улога сепаратора је да обезбеди слој електричне изолације између негативне и позитивне електроде, док и даље дозвољава јонима да путују кроз њега током пуњења и пражњења.Такође мора бити хемијски отпоран на разградњу од стране електролита и других врста у ћелији и довољно механички јак да одоли хабању.Уобичајени литијум-јонски сепаратори су генерално веома порозни по природи и састоје се од полиетиленских (ПЕ) или полипропиленских (ПП) листова.

Електролит

Улога електролита у литијум-јонској ћелији је да обезбеди медијум кроз који литијум јони могу слободно да протичу између катоде и аноде током циклуса пуњења и пражњења.Идеја је одабрати медијум који је и добар Ли+ проводник и електронски изолатор.Електролит треба да буде термички стабилан и хемијски компатибилан са осталим компонентама у ћелији.Генерално, литијумове соли попут ЛиЦлО4, ЛиБФ4 или ЛиПФ6 суспендоване у органском растварачу попут диетил карбоната, етилен карбоната или диметил карбоната служе као електролит за конвенционалне литијум-јонске дизајне.

Интерфаза чврстог електролита (СЕИ)

Важан концепт дизајна за разумевање литијум-јонских ћелија је интерфаза чврстог електролита (СЕИ) — пасивациони филм који се ствара на интерфејсу између електроде и електролита док Ли+ јони реагују са производима разградње електролита.Филм се формира на негативној електроди током почетног наелектрисања ћелије.СЕИ штити електролит од даљег распадања током наредних пуњења ћелије.Губитак овог пасивирајућег слоја може негативно утицати на животни век циклуса, електричне перформансе, капацитет и укупан век ћелије.Са друге стране, произвођачи су открили да могу побољшати перформансе батерије финим подешавањем СЕИ.

Упознајте породицу литијум-јонских батерија

Привлачност литијума као идеалног материјала за електроде за примену батерија довела је до многих врста литијум-јонских батерија.Ево пет најчешћих комерцијално доступних батерија на тржишту.

Литијум кобалт оксид

Већ смо детаљно покрили ЛиЦоО2 батерије у овом чланку јер представљају најпопуларнију хемију за преносиву електронику као што су мобилни телефони, лаптопови и електронске камере.ЛиЦоО2 дугује свој успех високој специфичној енергији.Кратак животни век, лоша термичка стабилност и цена кобалта приморавају произвођаче да пређу на комбиноване дизајне катода.

Литијум манган оксид

Литијум-манган оксидне батерије (ЛиМн2О4) користе катоде на бази МнО2.У поређењу са стандардним ЛиЦоО2 батеријама, ЛиМн2О4 батерије су мање токсичне, мање коштају и сигурније су за употребу, али са смањеним капацитетом.Док су дизајни пуњења били истражени у прошлости, данашња индустрија обично користи ову хемију за примарне (једноструке) ћелије које се не могу пунити и које су намењене за одлагање након употребе.Издржљива, висока термичка стабилност и дуг век трајања чине их одличним за електричне алате или медицинске уређаје.

Литијум никл манган кобалт оксид

Понекад је целина већа од збира њених делова, а литијум-никл-манган-кобалт оксидне батерије (познате и као НЦМ батерије) имају веће електричне перформансе од ЛиЦоО2.НЦМ добија своју снагу у балансирању предности и мана својих појединачних катодних материјала.Један од најуспешнијих литијум-јонских система на тржишту, НЦМ се широко користи у погонским агрегатима као што су електрични алати и е-бицикли.

Литијум гвожђе фосфат

Литијум гвожђе фосфатне (ЛиФеПО4) батерије постижу дуг животни век и високу струјну вредност уз добру термичку стабилност уз помоћ наноструктурираног фосфатног катодног материјала.Упркос овим побољшањима, он није енергетски густ као технологије мешавине кобалта и има највећу стопу самопражњења од осталих батерија на овој листи.ЛиФеПО4 батерије су популарне као алтернатива оловној киселини као стартер акумулатора за аутомобиле.

Литхиум Титанате

Замена графитне аноде нанокристалима литијум титаната у великој мери повећава површину аноде на око 100 м2 по граму.Наноструктурирана анода повећава број електрона који могу да прођу кроз коло, дајући ћелијама литијум титаната могућност да се безбедно пуне и празне при брзинама већим од 10Ц (десет пута од његовог номиналног капацитета).Компромис за најбржи циклус пуњења и пражњења литијум-јонских батерија је релативно нижи напон од 2,4 В по ћелији, литијум-титанатне ћелије на доњем крају спектра густине енергије литијумских батерија, али и даље виши од алтернативних хемија као што је никл- кадмијум.Упркос овом недостатку, укупне електричне перформансе, висока поузданост, термичка стабилност и изузетно дуг животни век значе да се батерија и даље користи у електричним возилима.

Будућност литијум-јонских батерија

Постоји велики притисак од стране компанија и влада широм света да наставе са даљим истраживањем и развојем литијум-јонских и других технологија батерија како би се задовољила растућа потражња за чистом енергијом и смањеним емисијама угљеника.Инхерентно испрекидани извори енергије, попут сунца и ветра, могли би имати велике користи од велике густине енергије литијум јона и дугог животног циклуса, што је већ помогло технологији да савлада тржиште електричних возила.

Да би испунили ову растућу потражњу, истраживачи су већ почели да померају границе постојећих литијум-јонских на нове и узбудљиве начине.Ћелије литијум полимера (Ли-По) замењују опасне течне електролите на бази литијумове соли сигурнијим полимерним геловима и полувлажним дизајном ћелија, за упоредиве електричне перформансе са побољшаном безбедношћу и мањом тежином.Солид-стате литијум је најновија технологија у блоку, која обећава побољшања у густини енергије, безбедности, животном циклусу и укупној дуговечности уз стабилност чврстог електролита.Тешко је предвидети која технологија ће победити у трци за ултимативно решење за складиштење енергије, али литијум-јонски ће сигурно наставити да игра главну улогу у енергетској економији у годинама које долазе.

Добављач решења за складиштење енергије

Производимо најсавременије производе, комбинујући прецизно инжењерство са опсежном експертизом у примени како бисмо помогли клијентима да интегришу решења за складиштење енергије у своје производе.БСЛБАТТ Енгинееред Тецхнологиес има доказану технологију и експертизу интеграције да доведе ваше апликације од концепта до комерцијализације.

Да бисте сазнали више, погледајте наш блог пост на складиштење литијумске батерије .