Lityum Pil Genel Bakış | BSLBATT Yenilenebilir Enerji

BSLBATT Engineered Technologies, deneyimli Mühendislik, Tasarım, Kalite ve Üretim ekiplerimizden yararlanarak müşterilerimizin, kendi özel uygulamalarının benzersiz gereksinimlerini karşılayan teknik açıdan gelişmiş akü çözümlerinden emin olmalarını sağlar. Dünya çapındaki zorlu uygulamalara yönelik seçenekler ve çözümler sunmak amacıyla çeşitli lityum hücre kimyalarıyla çalışarak şarj edilebilir ve şarj edilemeyen lityum hücre ve pil paketi tasarımında uzmanız.

Lityum Pil Paketi Teknolojiler

Geniş üretim kapasitemiz, en temel pil paketlerinden özel devrelere, konektörlere ve muhafazalara sahip özel paketlere kadar üretmemizi sağlar. Deneyimli mühendislik ekibimiz çoğu uygulamanın özel ihtiyaçlarına yönelik özel akü çözümleri tasarlayabildiğinden, geliştirebildiğinden, test edebildiğinden ve üretebildiğinden, düşük hacimden yüksek hacme kadar tüm OEM'lerin benzersiz ihtiyaçlarını karşılayacak kapasiteye ve endüstri uzmanlığına sahibiz.

BSLBATT, müşteri gereksinimlerine ve spesifikasyonlarına göre anahtar teslim çözümler sunmaktadır. Optimum çözümleri sağlamak için endüstri lideri hücre üreticileriyle ortaklık yapıyoruz ve en gelişmiş kontrol ve izleme elektroniklerini geliştirip akü paketlerine entegre ediyoruz.

Lityum İyon Pil Nasıl Çalışır?

Lityum-iyon piller, tüm pil teknolojilerinin merkezindeki redoks reaksiyonunu (katotta indirgeme, anotta oksidasyon) güçlendirmek için lityum iyonlarının güçlü indirgeme potansiyelinden yararlanır. Bir pilin pozitif ve negatif terminallerinin bir devre yoluyla bağlanması, redoks reaksiyonunun iki yarısını birleştirerek devreye bağlanan cihazın elektronların hareketinden enerji elde etmesine olanak tanır.

Bugün endüstride kullanılan birçok farklı lityum bazlı kimya türü olmasına rağmen, lityum iyon pillerin, tüketiciler için norm olan nikel-kadmiyum pillerin yerini almasına olanak tanıyan kimya olan Lityum Kobalt Oksit'i (LiCoO2) kullanacağız. 90'lara kadar elektronik - bu popüler teknolojinin arkasındaki temel kimyayı göstermek için.

Bir LiCoO2 katodu ve bir grafit anodu için tam reaksiyon aşağıdaki gibidir:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

İleri reaksiyonun şarjı temsil ettiği ve ters reaksiyonun deşarjı temsil ettiği yer. Bu, aşağıdaki yarı reaksiyonlara ayrılabilir:

Pozitif elektrotta, deşarj sırasında katotta azalma meydana gelir (bkz. ters reaksiyon).

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

Negatif elektrotta, deşarj sırasında anotta oksidasyon meydana gelir (bkz. ters reaksiyon).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

Deşarj sırasında, lityum iyonları (Li+) negatif elektrottan (grafit) elektrolit (çözelti içinde asılı lityum tuzları) ve ayırıcı yoluyla pozitif elektrota (LiCoO2) doğru hareket eder. Aynı zamanda elektronlar anottan (grafit) harici bir devre aracılığıyla bağlanan katoda (LiCoO2) doğru hareket eder. Harici bir güç kaynağı uygulanırsa, ilgili elektrotların rolleri ile birlikte reaksiyon tersine döner ve hücreyi şarj eder.

Lityum İyon Pilin İçinde Neler Var?

Dizüstü bilgisayarlardan elektrikli araçlara kadar endüstrinin ticari uygulamalarda kullandığı ortak form faktörü olan tipik silindirik 18650 hücreniz, 3,7 voltluk bir OCV'ye (açık devre voltajı) sahiptir. Üreticiye bağlı olarak 3000mAh veya daha fazla kapasiteyle yaklaşık 20 amper sağlayabilir. Pil paketi birden fazla hücreden oluşacak ve aşırı ısınmaya, yangınlara ve patlamalara yol açabilecek aşırı şarjı ve minimum kapasitenin altında deşarjı önlemek için genellikle koruyucu bir mikroçip içerecek. Şimdi hücrenin iç kısımlarına daha yakından bakalım.

Pozitif Elektrot / Katot

Pozitif bir elektrot tasarlamanın anahtarı, saf lityum metalleriyle karşılaştırıldığında 2,25V'tan daha büyük bir elektro potansiyeli olan bir malzeme seçmektir. Lityum-iyondaki katot malzemeleri büyük ölçüde farklılık gösterir, ancak daha önce incelediğimiz LiCoO2 katot tasarımı gibi genellikle katmanlı lityum geçiş metal oksitlerine sahiptirler. Diğer malzemeler arasında spinel (yani LiMn2O4) ve olivinler (yani LiFePO4) yer alır.

Negatif Elektrot/Anot

İdeal bir lityum pilde, anot olarak saf lityum metali kullanırsınız çünkü bu, bir pil için mümkün olan düşük moleküler ağırlık ve yüksek spesifik kapasitenin optimum kombinasyonunu sağlar. Lityumun ticari uygulamalarda anot olarak kullanılmasını engelleyen iki ana sorun vardır: güvenlik ve tersinirlik. Lityum oldukça reaktiftir ve piroteknik türden yıkıcı arıza modlarına eğilimlidir. Ayrıca şarj sırasında lityum, dendrit olarak bilinen iğne benzeri bir morfolojiyi benimsemek yerine orijinal tekdüze metalik durumuna geri dönmeyecek. Dendrit oluşumu ayırıcıların delinmesine ve bu da kısa devreye neden olabilir.

Çözüm araştırmacıları, lityum metalinin artılarını tüm eksileri olmadan kullanmak için tasarladıkları şey, lityum interkalasyonuydu; lityum iyonlarının bir elektrottan diğerine kolayca hareket etmesini sağlamak için lityum iyonlarını karbon grafit veya başka bir malzeme içine katmanlama işlemi. Diğer mekanizmalar, tersinir reaksiyonları daha mümkün kılan lityumlu anot malzemelerinin kullanılmasını içerir. Tipik anot malzemeleri arasında grafit, silikon bazlı alaşımlar, kalay ve titanyum bulunur.

Ayırıcı

Ayırıcının rolü, negatif ve pozitif elektrotlar arasında bir elektrik yalıtımı katmanı sağlamak ve aynı zamanda şarj ve deşarj sırasında iyonların içinden geçmesine izin vermektir. Ayrıca, hücredeki elektrolit ve diğer türlerin bozunmasına karşı kimyasal olarak dirençli ve aşınma ve yıpranmaya dayanacak kadar mekanik olarak da güçlü olmalıdır. Yaygın lityum iyon ayırıcılar genellikle doğası gereği oldukça gözeneklidir ve polietilen (PE) veya polipropilen (PP) tabakalardan oluşur.

Elektrolit

Lityum iyon hücresindeki elektrolitin rolü, şarj ve deşarj döngüleri sırasında lityum iyonlarının katot ve anot arasında serbestçe akabileceği bir ortam sağlamaktır. Buradaki fikir, hem iyi bir Li+ iletkeni hem de elektronik yalıtkan olan bir ortam seçmektir. Elektrolit termal olarak stabil olmalı ve hücredeki diğer bileşenlerle kimyasal olarak uyumlu olmalıdır. Genellikle, dietil karbonat, etilen karbonat veya dimetil karbonat gibi organik bir çözücü içinde süspanse edilen LiClO4, LiBF4 veya LiPF6 gibi lityum tuzları, geleneksel lityum iyon tasarımları için elektrolit görevi görür.

Katı Elektrolit Arafazı (SEI)

Lityum iyon hücreleri hakkında anlaşılması gereken önemli bir tasarım konsepti, Li+ iyonları elektrolitin bozunma ürünleriyle reaksiyona girdiğinde elektrot ile elektrolit arasındaki arayüzde oluşan bir pasifleştirme filmi olan katı elektrolit ara fazıdır (SEI). Hücrenin ilk şarjı sırasında negatif elektrot üzerinde film oluşur. SEI, hücrenin daha sonraki şarjları sırasında elektrolitin daha fazla ayrışmasını önler. Bu pasifleştirici katmanın kaybı, bir hücrenin çevrim ömrünü, elektriksel performansını, kapasitesini ve genel ömrünü olumsuz yönde etkileyebilir. Öte yandan üreticiler, SEI'ye ince ayar yaparak pil performansını artırabileceklerini keşfettiler.

Lityum İyon Pil Ailesiyle Tanışın

Lityumun pil uygulamaları için ideal bir elektrot malzemesi olarak çekiciliği, birçok türde lityum iyon pilin ortaya çıkmasına neden olmuştur. İşte piyasada piyasada bulunan en yaygın pillerden beşi.

Lityum Kobalt Oksit

LiCoO2 pillerini bu makalede zaten derinlemesine ele aldık çünkü bu piller cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve elektronik kameralar gibi taşınabilir elektronikler için en popüler kimyayı temsil ediyor. LiCoO2 başarısını yüksek özgül enerjisine borçludur. Kısa kullanım ömrü, zayıf termal stabilite ve kobaltın fiyatı, üreticilerin harmanlanmış katot tasarımlarına geçmesine neden oluyor.

Lityum Manganez Oksit

Lityum manganez oksit piller (LiMn2O4), MnO2 bazlı katotları kullanır. Standart LiCoO2 pillerle karşılaştırıldığında LiMn2O4 piller daha az toksiktir, daha az maliyetlidir ve kullanımı daha güvenlidir ancak kapasitesi daha düşüktür. Geçmişte şarj edilebilir tasarımlar araştırılmış olsa da günümüz endüstrisi genellikle bu kimyayı, şarj edilemeyen ve kullanımdan sonra atılması gereken birincil (tek döngülü) hücreler için kullanıyor. Dayanıklı, yüksek termal stabilite ve uzun raf ömrü, onları elektrikli aletler veya tıbbi cihazlar için mükemmel kılar.

Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit

Bazen bütün, parçaların toplamından daha büyüktür ve lityum nikel manganez kobalt oksit piller (NCM piller olarak da bilinir), LiCoO2'den daha yüksek elektriksel performansa sahiptir. NCM, bireysel katot malzemelerinin artılarını ve eksilerini dengeleme konusunda gücünü kazanıyor. Piyasadaki en başarılı lityum iyon sistemlerinden biri olan NCM, elektrikli el aletleri ve e-bisikletler gibi güç aktarma organlarında yaygın olarak kullanılıyor.

Lityum Demir Fosfat

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) piller, nanoyapılı fosfat katot malzemesi sayesinde iyi termal kararlılıkla uzun çevrim ömrüne ve yüksek akım değerine ulaşır. Bu gelişmelere rağmen kobalt karışımlı teknolojiler kadar enerji yoğun değildir ve bu listedeki diğer piller arasında en yüksek kendi kendine deşarj oranına sahiptir. LiFePO4 piller, araba marş aküsü olarak kurşun asite alternatif olarak popülerdir.

Lityum Titanat

Grafit anodun lityum titanat nanokristalleri ile değiştirilmesi, anodun yüzey alanını gram başına yaklaşık 100 m2'ye kadar büyük ölçüde artırır. Nanoyapılı anot, devre boyunca akabilen elektronların sayısını artırarak, lityum titanat hücrelerine 10C'den (nominal kapasitesinin on katı) daha yüksek hızlarda güvenli bir şekilde şarj ve deşarj olma yeteneği kazandırır. Lityum-iyon pillerin en hızlı şarj ve deşarj döngüsüne sahip olmanın getirdiği ödün, hücre başına 2,4V gibi nispeten daha düşük bir voltajdır; lityum titanat hücreler, lityum pillerin enerji yoğunluğu spektrumunun alt ucundadır ancak yine de nikel gibi alternatif kimyalardan daha yüksektir. kadmiyum. Bu dezavantaja rağmen genel elektrik performansı, yüksek güvenilirlik, termal kararlılık ve ekstra uzun çevrim ömrü, pilin hala elektrikli araçlarda kullanıldığı anlamına geliyor.

Lityum İyon Pillerin Geleceği

Temiz enerjiye ve karbon emisyonlarının azaltılmasına yönelik artan talebi karşılamak amacıyla, lityum iyon ve diğer pil teknolojileri üzerinde daha fazla araştırma ve geliştirme yapılması konusunda dünya çapındaki şirketlerden ve hükümetlerden büyük bir baskı var. Güneş ve rüzgar gibi doğası gereği kesintili olan enerji kaynakları, lityum iyonun yüksek enerji yoğunluğundan ve uzun çevrim ömründen büyük ölçüde faydalanabilir; bu da teknolojinin elektrikli araç pazarını ele geçirmesine yardımcı olmuştur.

Artan bu talebi karşılamak için araştırmacılar halihazırda mevcut lityum iyonun sınırlarını yeni ve heyecan verici yöntemlerle zorlamaya başladılar. Lityum polimer (Li-Po) hücreler, tehlikeli sıvı lityum tuzu bazlı elektrolitleri daha güvenli polimer jeller ve yarı ıslak hücre tasarımlarıyla değiştirerek, gelişmiş güvenlik ve daha hafif ağırlıkla karşılaştırılabilir elektrik performansı sağlar. Katı hal lityum, bloktaki en yeni teknolojidir ve katı bir elektrolitin stabilitesi ile enerji yoğunluğu, güvenlik, çevrim ömrü ve genel uzun ömür açısından iyileştirmeler vaat etmektedir. Nihai enerji depolama çözümü yarışını hangi teknolojinin kazanacağını tahmin etmek zordur ancak lityum iyonun önümüzdeki yıllarda enerji ekonomisinde önemli bir rol oynamaya devam edeceği kesindir.

Enerji Depolama Çözümleri Sağlayıcısı

Müşterilerin enerji depolama çözümlerini ürünlerine entegre etmelerine yardımcı olmak için hassas mühendisliği kapsamlı uygulama uzmanlığıyla birleştirerek son teknoloji ürünler üretiyoruz. BSLBATT Engineered Technologies, uygulamalarınızı tasarım aşamasından ticarileştirme aşamasına getirecek kanıtlanmış teknolojiye ve entegrasyon uzmanlığına sahiptir.

Daha fazla bilgi edinmek için şu adresteki blog yayınımıza bakın: lityum pil depolama .