Bateritë litium-jon litium. Bateritë litium-jon

Nëngrupe të ndryshme të sistemit elektrokimik të litium-jonit emërtohen sipas llojit të substancës së tyre aktive dhe mund të shënohen si me fjalë të plota ashtu edhe në formë të shkurtuar - me formula kimike. Ajo në të cilën janë bashkuar bateritë e litiumit është ajo që i referohen të gjitha bateri të mbyllura pa mirëmbajtje... Formula të tilla nuk janë shumë të përshtatshme për t'u lexuar ose memorizuar për shkak të kompleksitetit të tyre, prandaj ato thjeshtohen gjithashtu - në shkurtesën e shkronjave.

Për shembull, kobaltiti i litiumit, një nga materialet më të zakonshme për bateritë litium-jon, ka formulën kimike LiCoO2 dhe shkurtohet si LCO. Për arsye thjeshtësie, mund të përdoret edhe forma e shkurtër foljore "litium-kobalt". Kobalti është substanca kryesore aktive dhe është për të që karakterizohet lloji i baterisë. Llojet e tjera të sistemeve elektrokimike të litium-jonit reduktohen gjithashtu në një formë të shkurtër. Ky seksion liston gjashtë llojet më të zakonshme të Li-ionit.

1. Bateri litium-kobalt (LiCoO2)

Përmbajtja e lartë specifike e energjisë e bën baterinë litium-kobalt një zgjedhje popullore për telefonat celularë, laptopët dhe kamerat dixhitale. Bateria përbëhet nga një anodë grafiti dhe një katodë e oksidit të kobaltit. Katoda ka një strukturë shtresore, dhe gjatë shkarkimit, jonet e litiumit lëvizin në të nga anoda. Gjatë karikimit, drejtimi është i kundërt. Disavantazhet e baterive litium-kobalt janë jetëgjatësia relativisht e shkurtër e shërbimit, qëndrueshmëria e ulët termike dhe kapaciteti i kufizuar i ngarkesës (densiteti i fuqisë). Figura 1 tregon strukturën e një baterie të tillë.

Figura 1: Struktura e një baterie litium-kobalt. Gjatë shkarkimit, jonet e litiumit lëvizin nga anoda në katodë, dhe gjatë karikimit, nga katoda në anodë.

Bateria e kobaltit litium nuk mund të karikohet ose shkarkohet në nivelet e amperazhit mbi të. Vlerësimi C... Kjo do të thotë që një qelizë 2400 mAh 18650 mund të ngarkohet ose shkarkohet me jo më shumë se 2400 mA. Detyrimi i një karikimi të shpejtë ose lidhja e një ngarkese që kërkon më shumë se 2400 mA do të rezultojë në stres të tepërt dhe mbinxehje. Për karikim të shpejtë, prodhuesit rekomandojnë një vlerësim C prej 0.8C ose rreth 2000 mA. Kur përdorni sistemin e mbrojtjes së baterisë, ai kufizon automatikisht ngarkimin dhe shkarkimin në një nivel të sigurt prej rreth 1C.

Figura 2: Bateria mesatare e vlerësuar e litium-kobaltit. Sistemi elektrokimik litium-kobalt dallohet për përmbajtjen e tij të lartë specifike të energjisë, por ofron vlera mesatare për fuqinë specifike, sigurinë dhe jetën e shërbimit.

Tabela e karakteristikave

Tabela 3: Karakteristikat e baterisë litium-kobalt.

2. Bateri litium mangani (LiMn2O4)

Pajisja e baterisë së litium-jonit të manganit spinel u botua për herë të parë në Buletinin e Kërkimit të Materialeve në 1983. Në 1996, Moli Energy komercializoi një qelizë litium-jon me spinel litium-mangan si material katodë. Struktura tredimensionale e spinelit përmirëson fluksin e joneve në elektrodë, gjë që rezulton në reduktimin e rezistencës së brendshme dhe përmirësimin e trajtimit të rrymës. Një avantazh tjetër i spinelit është stabiliteti i tij i lartë termik, por jetëgjatësia dhe numri i cikleve të tij janë të kufizuara.

Rezistenca e ulët e brendshme e një qelize të tillë siguron karikim të shpejtë dhe një vlerë të lartë të mundshme të rrymës së shkarkimit. Në madhësinë 18650, bateria litium-mangan mund të shkarkohet me një rrymë prej 20-30 A me ngritje të moderuar të nxehtësisë. Përveç kësaj, është në gjendje të përballojë impulset deri në 50 A për një deri në dy sekonda. Një ngarkesë e vazhdueshme prej 50 A do të çojë në ngrohjen e baterisë, e cila nuk duhet të kalojë 80 ° C për të shmangur degradimin. Bateritë litium-mangan përdoren për mjete me fuqi të lartë, pajisje mjekësore dhe automjete hibride dhe elektrike.

Figura 4 është një ilustrim grafik i kornizës kristalore tredimensionale të materialit katodë. Ky material është spineli, në të cilin struktura fillestare e grilës në formë diamanti është shndërruar në një tredimensionale.

Figura 4: Struktura e një baterie litium-mangan. Katoda kristalore e spinelit të manganit të litiumit ka një strukturë kornizë tredimensionale që shfaqet pas formimit fillestar. Spineli siguron rezistencë të ulët, por ka një densitet energjie më të moderuar se kobalti.

Kapaciteti i një baterie litium-mangan është rreth një e treta më pak se kapaciteti i një baterie litium-kobalt. Fleksibiliteti i dizajnit ju lejon të optimizoni baterinë për detyra të ndryshme dhe të krijoni modele me tregues të përmirësuar të qëndrueshmërisë, densitetit të fuqisë ose densitetit specifik të energjisë. Për shembull, versioni në madhësinë 18650 me tregues të përmirësuar të fuqisë ka një kapacitet prej vetëm 1100 mAh, ndërsa versioni i optimizuar për kapacitet është 1500 mAh.

Figura 5 tregon një grafik gjashtëkëndor të një baterie tipike litium-mangan. Performanca mund të mos tingëllojë veçanërisht mbresëlënëse, por zhvillimet e fundit kanë përmirësuar densitetin e energjisë, sigurinë dhe jetëgjatësinë.

Figura 5: Karakteristikat e një baterie konvencionale të litium manganit. Pavarësisht performancës së përgjithshme të moderuar, modelet e reja tregojnë densitet të përmirësuar të energjisë, siguri dhe jetëgjatësi.

Shumica e baterive litium-mangan kombinohen me bateri litium-nikel-mangan-kobalt (NMC) për të rritur densitetin e energjisë dhe për të zgjatur jetën e shërbimit. Kjo aleancë shfrytëzon pikat e forta të të dy sistemeve dhe quhet LMO (NMC). Janë këto bateri të kombinuara që përdoren në shumicën e automjeteve elektrike si Nissan Leaf, Chevy Volt dhe BMW i3. LMO - pjesa e një baterie të tillë, e cila është rreth 30%, siguron aftësi të larta përshpejtimi të motorit elektrik, dhe pjesa NMC është përgjegjëse për madhësinë e kilometrazhit autonom.

Hulumtimi në sistemin litium-jon tenton në një masë të madhe të kombinojë qelizat litium-mangan me qelizat nikel-mangan-kobalt. Këto tre metale aktive mund të kombinohen lehtësisht për të arritur rezultatin e dëshiruar, qoftë për të rritur densitetin e energjisë, performancën e ngarkesës ose jetëgjatësinë e baterisë. Kjo gamë e gjerë aftësish është e nevojshme për të përmbushur të njëjtën qasje teknologjike dhe tregun e baterive të konsumit të parë me kapacitet; dhe industria ku kërkohen sisteme baterish me karakteristika të mira të ngarkesës, jetë të gjatë shërbimi dhe funksionim të sigurt të besueshëm.

Tabela e karakteristikave

Tabela 6: Karakteristikat e baterisë së litium manganit.

3. Bateria litium-nikel-mangan-oksid kobalti (LiNiMnCoO2 ose NMC)

Një nga opsionet më të suksesshme për kryerjen e një sistemi elektrokimik litium-jon është kombinimi i nikelit, manganit dhe kobaltit (NMC) në katodë. Në analogji me sistemet litium-mangan, këto sisteme mund të optimizohen për kapacitet ose fuqi. Për shembull, një bateri NMC 18650 për ngarkesë të moderuar ka një kapacitet prej 2800 mAh dhe mund të sigurojë 4-5 A amperazh; dhe versioni në të njëjtën madhësi standarde, por i optimizuar për treguesit e fuqisë, ka një kapacitet prej vetëm 2000 mAh, por rryma maksimale e shkarkimit të tij është 20 A. Treguesi i kapacitetit mund të rritet në 4000 mAh nëse silikon shtohet në anodë. Por nga ana tjetër, kjo do të zvogëlojë ndjeshëm karakteristikat e ngarkesës dhe qëndrueshmërinë e një baterie të tillë. Karakteristikat e tilla të paqarta të silikonit shfaqen për shkak të zgjerimit dhe tkurrjes së tij gjatë karikimit dhe shkarkimit, gjë që çon në paqëndrueshmëri mekanike të modelit të baterisë.

Sekreti i teknologjisë NMC qëndron në kombinimin e nikelit dhe manganit. Një analogji mund të jetë kripa e zakonshme e tryezës, ku, individualisht, përbërësit e saj, natriumi dhe klori, janë shumë toksikë, por kombinimi i tyre formon një substancë të dobishme ushqimore. Nikeli është i njohur për përmbajtjen e tij të lartë të energjisë specifike, por stabilitetin e ulët; Mangani, nga ana tjetër, ka një avantazh në formën e një strukture spineli, e cila siguron rezistencë të ulët të brendshme, por gjithashtu çon në disavantazhin e një përmbajtje të ulët të energjisë specifike. Kombinimi i këtyre metaleve ju lejon të kompensoni të metat e njëri-tjetrit dhe të përdorni plotësisht pikat e forta.

Bateritë NMC përdoren për vegla elektrike, biçikleta elektronike dhe grupe të tjera të fuqisë. Përbërja e katodës, si rregull, kombinon nikelin, manganin dhe kobaltin në pjesë të barabarta, domethënë çdo metal zë një të tretën e vëllimit të përgjithshëm. Kjo shpërndarje njihet edhe si 1-1-1. Kombinimi në këtë raport është i favorshëm në koston e tij, pasi përmbajtja e kobaltit të shtrenjtë është relativisht e ulët në krahasim me versionet e tjera të baterisë. Një tjetër kombinim i suksesshëm i NMC përmban 5 pjesë nikel, 3 pjesë kobalt dhe 2 pjesë mangan. Eksperimentet për të gjetur kombinime të suksesshme të këtyre substancave aktive vazhdojnë edhe sot e kësaj dite. Figura 7 tregon karakteristikat e baterisë NMC.

Figura 7: Vlerësimi i karakteristikave të baterisë NMC. NMC ka performancë të mirë të përgjithshme dhe densitet të shkëlqyer të energjisë. Kjo bateri është zgjedhja e preferuar për automjetet elektrike dhe ka shkallën më të ulët të vetë-ngrohjes.

Kohët e fundit, është familja NMC e baterive litium-jon ajo që është bërë më e njohura, pasi falë mundësisë së një kombinimi të substancave aktive, është bërë e mundur të dizajnohet një bateri ekonomike me performancë të mirë. Nikeli, mangani dhe kobalti mund të përzihen lehtësisht për të përmbushur një gamë të gjerë kërkesash për transportin elektrik ose sistemet e ruajtjes së energjisë që kërkojnë çiklizëm të rregullt. Familja e baterive NMC po zhvillohet në mënyrë aktive në diversitetin e saj.

Tabela e karakteristikave

Tabela 8: Karakteristikat e baterisë së litium-nikelit mangan oksid kobalt (NMC).

4. Bateria litium fosfat hekuri (LiFePO4)

Në vitin 1996, Universiteti i Teksasit kreu një hulumtim, i cili rezultoi në zbulimin e një materiali të ri për katodën bateri litium-jon- fosfat hekuri. Sistemi i fosfatit të litiumit ka veti të mira elektrokimike dhe rezistencë të ulët të brendshme. Përparësitë kryesore të baterive të tilla janë amperazhi i lartë dhe jeta e gjatë e shërbimit, përveç kësaj, ato kanë stabilitet të mirë termik, siguri të shtuar dhe rezistencë ndaj keqpërdorimit.

Bateritë me litium fosfat janë më rezistente ndaj mbingarkesës; nëse u aplikohet një tension i lartë për një kohë të gjatë, atëherë pasojat e degradimit do të jenë dukshëm më të vogla në krahasim me bateritë e tjera litium-jon. Por tensioni i qelizës prej 3.20 V ul densitetin specifik të energjisë në një nivel edhe më të ulët se ai i një baterie litium-mangan. Për shumicën e baterive elektrike, temperaturat e ftohta do të ulin performancën dhe temperaturat e nxehta do të shkurtojnë jetëgjatësinë e baterisë, dhe sistemi i fosfatit të litiumit nuk bën përjashtim. Ajo gjithashtu ka një shkallë më të lartë të vetë-shkarkimit sesa bateritë e tjera litium-jon. Figura 9 tregon karakteristikat e një baterie litium fosfat.

Bateritë me fosfat litium përdoren shpesh si zëvendësues për bateritë fillestare me acid plumbi. Katër qeliza të një baterie të tillë do të sigurojnë një tension prej 12.8 V - i ngjashëm me tensionin e gjashtë qelizave me dy volt të acidit të plumbit. Alternatori i automjetit e rikarik baterinë e acidit të plumbit në 14,40 V (2,40 V për qelizë). Për katër qelizat e litium fosfatit, kufiri i tensionit do të jetë 3.60 V, pasi rimbushja duhet të fiket, gjë që nuk ndodh në një automjet konvencional. Bateritë e litium fosfatit janë rezistente ndaj mbingarkesës, por edhe ato degradohen me ruajtje të zgjatur të tensionit të lartë. Temperaturat e ulëta mund të jenë gjithashtu një problem kur përdorni një bateri litium fosfat si një zëvendësim për një bateri konvencionale fillestare.

Figura 9: Vlerësimi i karakteristikave të një baterie litium fosfat. Sistemi elektrokimik i litium fosfatit ofron siguri të shkëlqyer dhe jetë të gjatë shërbimi, por përmbajtja specifike e energjisë është e moderuar, dhe gjithashtu vlen të përmendet një vetë-shkarkim i lartë.

Tabela e karakteristikave

Shumica e pajisjeve elektronike moderne, si laptopi, telefoni ose luajtësi, janë të pajisura me bateri litium-jon, të cilat veprojnë si burime të pavarura të energjisë. Këto bateri jonike u zhvilluan relativisht kohët e fundit, por për shkak të karakteristikave të tyre, ato kanë fituar popullaritet të madh në mesin e stilistëve dhe prodhuesve të pajisjeve. Tani, përveç pajisjeve të ndryshme shtëpiake, shumë mjete për dekorim dhe riparim, kaçavida ose makina prerëse janë të pajisura me burime të tilla energjie. Ky artikull diskuton llojet e baterive litium-jon, fushat e tyre të aplikimit dhe parimin e funksionimit.

Llojet e baterive me jon litium

Bateritë e rikarikueshme, që funksionojnë në parimin e ruajtjes së energjisë dhe dërgimit të saj në pajisjen e konsumuar, janë të disa llojeve, të cilat mund të kombinohen në një njësi litium-jon. Këto bateri përfshijnë:

1. Bateri litium kobalti. Një pajisje e tillë përbëhet nga një anodë grafiti dhe një katodë e bërë nga oksidi i kobaltit. Katoda ka një strukturë si pllakë me boshllëqe midis pjesëve, prandaj, kur konsumohet energjia, jonet e litiumit furnizohen në pllaka nga anoda, ndodh një reaksion elektromagnetik dhe tensioni furnizohet në terminalet. Disavantazhi i një sistemi të tillë është rezistenca e dobët e mekanizmit ndaj ekstremeve të temperaturës, pasi me tregues negativ, bateria shkarkohet, edhe nëse nuk është e lidhur me konsumatorin. Gjatë rimbushjes së produktit, drejtimi i rrymës ndryshon dhe jonet e litiumit hyjnë në anodë përmes katodës, ndodh akumulimi i tyre dhe rritet tensioni. Ndalohet rreptësisht lidhja e ngarkuesit me një bateri, voltazhi nominal i të cilit është më i lartë se treguesi i pjesës, përndryshe bateria mund të mbinxehet, pllakat do të shkrihen dhe kutia do të plasaritet;
2. Bateri litium mangan. Gjithashtu vlen edhe për bateritë litium-jon, mjedisi i punës i të cilave është bërë nga spineli mangani në formën e tuneleve kryq tredimensionale. Ndryshe nga sistemi i kobaltit, kjo lloj bazamenti siguron kalimin e papenguar të joneve të litiumit nga anoda në katodë dhe më tej në kontaktet e pajisjes. Avantazhi kryesor i një baterie litium-jon mangani është rezistenca e ulët e materialit, për këtë arsye bateri të tilla përdoren shpesh për automjete hibride, mjete që konsumojnë një sasi të madhe rryme ose në pajisje mjekësore që funksionojnë në mënyrë autonome. Lejohet të ngrohni baterinë gjatë rimbushjes deri në 80 gradë, dhe rryma e vlerësuar mund të jetë deri në 20-30 Amper. Nuk rekomandohet të veproni në baterinë me një rrymë, voltazhi i së cilës është më i lartë se 50 A, për më shumë se dy sekonda, përndryshe spinelet mund të mbinxehen dhe të dështojnë;

1. Bateritë e ringarkueshme me jon litium me katodë fosfat hekuri. Një bateri e tillë është e rrallë për shkak të kostos relativisht të lartë të prodhimit, dhe çmimi i saj përfundimtar është pak më i lartë se ai i baterive të tjera litium-jon. Katoda e fosfatit ka një avantazh të madh: është jeta e shërbimit të produktit dhe frekuenca e rimbushjes është dukshëm më e lartë se pajisjet e ngjashme. Më shpesh, këto bateri janë të garantuara nga 10 deri në 50 vjet ose rreth 500 cikle karikimi. Për shkak të këtyre karakteristikave, bateritë e fosfatit të hekurit përdoren shpesh në industri kur është e nevojshme të merret një tension i lartë në dalje;
2. Bateritë jonik litium nikel mangan oksid kobalt. Ky është kombinimi më praktik, për sa i përket kostos së prodhimit dhe besueshmërisë së produktit të përfunduar, një kombinim i materialeve për të bërë një katodë. Për shkak të vetive elektrokimike të substancave të listuara, katoda e bërë prej tyre ka vlera të ulëta të rezistencës, prandaj, gjatë një kohe të gjatë boshe të baterisë, shkarkimi do të jetë minimal. Gjithashtu, duke rritur madhësinë e qelqit ose qelizës katodë, mund të rrisni kapacitetin total të baterisë ose të rrisni tensionin. Sekreti qëndron në kombinimin e manganit dhe nikelit, i cili, kur kombinohet siç duhet, krijon një zinxhir me nivele të larta të vetive elektrokimike;
3. Bateri litium titanate. E zhvilluar në fillim të viteve 1980, ndryshe nga bateritë jonike me një bërthamë grafiti, katoda e kësaj pajisjeje është bërë nga nanokristalet titanat litium. Katoda e bërë nga ky material lejon që bateria të rimbushet në një periudhë të shkurtër kohore dhe të ruajë tensionin me rezistencë zero. Kjo njësi përdoret shpesh në sistemet autonome të ndriçimit rrugor, kur është e nevojshme të grumbullohet energji në një kohë të shkurtër dhe t'i jepet konsumatorit për një kohë të gjatë. Disavantazhi i një sistemi të tillë është kostoja relativisht e lartë e baterisë së përfunduar, por ajo paguhet shpejt për shkak të rritjes së jetëgjatësisë së shërbimit të pjesës.

E rëndësishme! Të gjitha bateritë litium-jon të listuara janë bateri të pashërueshme, prandaj, në rast dëmtimi ose dështimi, nuk do të jetë e mundur të riparohen ose të kryhen punë shërbimi për të shtuar elektrolit. Çdo manipulim për të hapur kapakun e baterisë do të çojë në shkatërrimin e pllakave të baterisë dhe dështimin e plotë.

Si funksionojnë bateritë litium-jon

Të gjitha bateritë litium-jon kanë një strukturë të ngjashme, e cila ka disa dallime të vogla që nuk ndikojnë në funksionimin e pjesës. Predha e jashtme është prej materiali të përbërë, plastikë ose metal i hollë me ngjyra, gjë që është shumë e rrallë. Më shpesh, bateria përbëhet nga një kuti plastike, terminale metalike për kontakt me konsumatorin dhe shufra të brendshme me tensione pozitive dhe negative. Litiumi i brendshëm ngarkohet duke lidhur një pajisje të jashtme me një rrymë të qëndrueshme, por çdo produkt ka një ngarkesë parësore, e cila ndodh për shkak të një reaksioni kimik midis anodës dhe katodës.

Proceset në elektrodën negative të bërë nga materiali karbonik, i cili duket si grafit me shtresa natyrale, janë të çrregullta, atomet e ngarkuara elektrike lëvizin nëpër matricë pa humbur tension. Të gjithë treguesit në këtë sektor janë negativë.

Elektroda pozitive e një baterie litium është bërë ekskluzivisht nga oksidet e kobaltit ose nikelit dhe spinelet litium mangan. Gjatë shkarkimit, jonet e litiumit largohen nga bërthama e karbonit dhe, pasi kanë reaguar me oksigjen, depërtojnë në katodë dhe nxitojnë jashtë, por ato nuk mund të largohen nga trupi i baterisë. Jonet e ngarkuara të litiumit humbasin tensionin e tyre dhe mbeten në sipërfaqen e anodës derisa litiumi të ngarkohet. Gjatë karikimit, i gjithë procesi zhvillohet në rend të kundërt.

Dizajni i baterisë litium-jon

Si një bateri alkaline, një bateri litiumi prodhohet në formën e një cilindri ose mund të jetë prizmatik. Në një bateri cilindrike, elektrodat e mbështjellë përdoren si bërthamë, të izoluara me një mbështjellës të veçantë dhe të vendosura në një kuti metalike, e cila lidhet me qelizat e ngarkuara negativisht. Për të ruajtur polaritetin, kontakti minus ndodhet në fund, dhe kontakti plus është në krye të pjesës, dhe këta elementë nuk duhet të prekin njëri-tjetrin, përndryshe rryma do të qarkullojë nëpër përcjellës, gjë që do të çojë në shkarkim spontan.

Forma prizmatike e një baterie litium-jon është mjaft e zakonshme. Në këtë dizajn, bërthama formohet duke palosur pllaka të veçanta njëra mbi tjetrën, të cilat janë në një distancë minimale midis tyre. Një sistem i tillë lejon karakteristika më të larta teknike, por për shkak të përshtatjes së ngushtë të pllakave gjatë karikimit të baterive, është e mundur mbinxehja e bërthamës dhe shkrirja e rrjetës, gjë që çon në një ulje të produktivitetit të pjesës.

Nuk është e pazakontë të gjesh një sistem pajisjeje të kombinuar të baterive litium-jon ku elektroda të mbështjella formohen në një cilindër ovale. Në këtë rast, respektohen rregullat e butësisë së tranzicionit, dhe në të njëjtën kohë, seksioni i drejtë imiton formën e pllakës. Bateritë e tilla kanë karakteristikat e të dy llojeve të produkteve, jeta e tyre e shërbimit është shumë më e gjatë.

Gjatë reaksionit kimik dhe funksionimit të baterisë, brenda kasës formohen gazra, të cilët përmbajnë substanca të dëmshme. Për heqjen e shpejtë të këtyre avujve në rastin e baterive litium-jon, ekziston një prizë që lidhet me brigjet dhe me kohë largon gazin e grumbulluar nga zgavra e baterisë. Disa bateri me fuqi të lartë janë të pajisura me një valvul të veçantë që lëshohet gjatë akumulimit kritik të avullit.

Testi i baterisë litium-jon

Ngarkesat e litiumit brenda baterisë duhet të kontrollohen periodikisht, përkundër faktit se bateria e treguar konsiderohet e papërdorshme, pasi kutia e saj është e mbyllur, bateria duhet të kontrollohet ende duke përdorur një pajisje të veçantë.

Inspektimi fillon gjithmonë me një inspektim të jashtëm, gjatë të cilit trupi i pjesës kontrollohet për çarje dhe deformime. Gjithashtu, terminalet e baterisë inspektohen, ato pastrohen nga oksidimi dhe ndotësit e tjerë.

E rëndësishme!Është e nevojshme të mbani baterinë të pastër, duke mos lejuar që kontaktet të mbyllen së bashku, pasi kjo mund të çojë në një shkarkim të plotë të baterisë, do të jetë shumë problematike ta rivendosni atë.

Për të kontrolluar gjendjen e brendshme të bërthamës, përdoret një prizë ngarkese, e cila lidhet me terminalet dhe mat tensionin nominal në rrjet. Pastaj një shkarkim aplikohet në bateri dhe pajisja lexon treguesit për mbajtjen e rrymës brenda pjesës. Është e rëndësishme të merret parasysh se në kohën e provës, bateria duhet të jetë plotësisht e ngarkuar, përndryshe leximet do të jenë të pasakta.

Aplikimet e baterive me jon litium

Bateritë me jon litium përdoren në shumë aplikacione, në varësi të konfigurimit, formës dhe nivelit të tensionit të tyre. Përdorimi më i zakonshëm i baterive është në industrinë e automobilave, çdo automjet ka burimin e vet të energjisë, i cili është përgjegjës për ndezjen e makinës dhe kryen funksione të tjera.

Gjithashtu, këto bateri përdoren në pajisje të lëvizshme, laptopë dhe pajisje të tjera. Pajisja e baterive të tilla është e ngjashme me ato të automobilave, ndryshimi i vetëm është në dimensionet e produkteve, të cilat mund të jenë në madhësinë e një kutie shkrepse.

Kohët e fundit, është bërë e njohur futja e baterive litium-jon në sistemet e pandërprerë të energjisë në shtëpi dhe si burime emergjente të energjisë elektrike, ndërsa bateria është e lidhur përgjithmonë me rrjetin qendror. Gjatë funksionimit të pajisjeve nga një termocentral i thjeshtë, bateria ngarkohet dhe kur fiket energjia, ajo automatikisht fillon të furnizojë me rrymë konsumatorin. Në këtë rast, bateria e ringarkueshme duhet të pozicionohet saktë dhe të pajiset me sisteme mbrojtëse nga mbinxehja.

Video

I cili është i përhapur në pajisjet moderne elektronike shtëpiake dhe gjen aplikim si burim energjie në automjetet elektrike dhe sistemet e ruajtjes së energjisë në sistemet e energjisë. Ky është lloji më i popullarizuar i baterisë në pajisje të tilla si Telefonat celularë , laptopë , makina elektrike , kamera dixhitale dhe kamerat... Bateria e parë litium-jon u lëshua nga korporata Sony v viti 1991.

Specifikimet

Bateritë litium-jon shfaqin karakteristikat e mëposhtme, në varësi të skemës elektro-kimike:

• Tensioni i një qelize të vetme është 3.6 V.
• Tensioni maksimal 4,2 V, minimumi 2,5-3,0 V. Ngarkuesit ruajnë një tension në intervalin 4,05-4,2 V
• Dendësia e energjisë: 110 ... 230 W * h / kg
• Rezistenca e brendshme: 5 ... 15 mOhm / 1Ah
• Numri i cikleve të karikimit/shkarkimit deri në humbjen e kapacitetit 20%: 1000-5000
• Koha e karikimit të shpejtë: 15 min - 1 orë
• Vetë-shkarkimi në temperaturën e dhomës: 3% në muaj
• Aktuale ngarkesa në raport me kapacitetin (C):
  • konstante - deri në 65C, pulsuese - deri në 500C
  • më e pranueshme: deri në 1C
• Gama e temperaturës së funksionimit: -0 ... +60 ° C (karikimi i baterisë nuk është i mundur në temperatura negative)

Pajisja

Një bateri litium-jon përbëhet nga elektroda (material katodë në fletë alumini dhe material anodë në fletë bakri) të ndara nga ndarës poroz të ngopur me elektrolit. Paketa e elektrodave vendoset në një kuti të mbyllur, katoda dhe anoda lidhen me terminalet e kolektorit aktual. Trupi ka një valvul sigurie që lehtëson presionin e brendshëm në rast emergjence dhe shkelje të kushteve të funksionimit. Bateritë e joneve të litiumit ndryshojnë në llojin e materialit katodë të përdorur. Bartësi i rrymës në një bateri litium-jon është një jon litium i ngarkuar pozitivisht, i cili ka aftësinë të inkorporohet (ndërtohet) në rrjetën kristalore të materialeve të tjera (për shembull, grafit, oksidet dhe kripërat metalike) me formimin e një lidhje kimike, për shembull: në grafit me formimin e LiC6, oksideve (LiMO 2) dhe kripërave metalike (LiM RON). Fillimisht, litiumi metalik u përdor si pllaka negative, pastaj koksi i qymyrit. Në të ardhmen, grafiti filloi të përdoret. Deri kohët e fundit, oksidet e litiumit me kobalt ose mangan përdoreshin si pllaka pozitive, por ato gjithnjë e më shumë po zëvendësohen nga ferro-fosfati i litiumit, i cili doli të jetë i sigurt, i lirë dhe jo toksik dhe mund të riciklohet në një mënyrë miqësore me mjedisin. Bateritë litium-jon përdoren në kombinim me një sistem kontrolli dhe menaxhimi - BMS ose BMS (sistemi i menaxhimit të baterive) dhe një pajisje speciale ngarkimi / shkarkimi. Aktualisht, tre klasa të materialeve katodë përdoren në prodhimin masiv të baterive litium-jon: - litium kobaltati LiCoO 2 dhe solucione të ngurta të bazuara në nikelat izostrukturor të litiumit - spinel litium mangan LiMn 2 O 4 - ferrofosfat litium LiFePO 4. Skemat elektro-kimike të baterive litium-jon: litium-kobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi + C6 litium-ferro-fosfat LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi + C6

Për shkak të vetë-shkarkimit të tyre të ulët dhe një numri të madh ciklesh ngarkimi-shkarkimi, bateritë Li-jon janë më të preferueshme për përdorim në energji alternative. Për më tepër, përveç sistemit BMS (IMS), ato janë të pajisura me invertorët(konvertuesit e tensionit).

Përparësitë

• Dendësia e lartë e energjisë.
• Vetë-shkarkim i ulët.
• Mungesa efekti i kujtesës.
• Pa mirëmbajtje.

Të metat

Bateritë e gjeneratës së parë Li-jon ishin subjekt i efekteve shpërthyese. Kjo për faktin se ata përdorën një anodë metalike litium, mbi të cilën, në procesin e cikleve të shumta të ngarkimit / shkarkimit, u shfaqën formacione hapësinore (dendrite), duke çuar në mbylljen e elektrodave dhe, si rezultat, në zjarr ose shpërthim. . Ky problem përfundimisht u zgjidh duke zëvendësuar materialin e anodës me grafit. Procese të ngjashme ndodhën në katodat e baterive litium-jon të bazuara në oksid kobalti kur u shkelën kushtet e funksionimit (mbikarikimi). Bateritë litium-ferro-fosfat janë plotësisht të lira nga këto disavantazhe. Përveç kësaj, të gjitha bateritë moderne litium-jon kanë qark elektronik të integruar për të parandaluar mbingarkimin dhe mbinxehjen për shkak të mbingarkesës.

Bateritë Li-jon me shkarkim të pakontrolluar mund të kenë një cikël jetë më të shkurtër se llojet e tjera të baterive. Kur shkarkohen plotësisht, bateritë litium-jon humbasin aftësinë për t'u ngarkuar kur lidhet tensioni i karikimit. Ky problem mund të zgjidhet duke aplikuar një impuls të tensionit më të lartë, por kjo ndikon negativisht në performancën e mëtejshme të baterive litium-jon. "Jetëgjatësia" maksimale e një baterie Li-jon arrihet kur ngarkesa kufizohet nga lart në 95% dhe shkarkimi është 15-20%. Kjo mënyrë funksionimi mbështetet nga sistemi i monitorimit dhe kontrollit BMS (BMS), i cili përfshihet me çdo bateri litium-jon.

Kushtet optimale të ruajtjes për bateritë Li-jon arrihen në një nivel ngarkimi prej 40-70% të kapacitetit të baterisë dhe një temperaturë prej rreth 5 ° C. Në këtë rast, temperatura e ulët është më e rëndësishme për humbjet e kapacitetit të ulët gjatë ruajtjes afatgjatë. Jetëgjatësia mesatare (jeta e shërbimit) e një baterie litium-jon është mesatarisht 36 muaj, megjithëse mund të variojë nga 24 në 60 muaj.

Humbja e kapacitetit të ruajtjes:

Sipas të gjitha rregulloreve aktuale për ruajtjen dhe funksionimin e baterive litium-jon, për të siguruar ruajtjen afatgjatë, është e nevojshme të rikarikohen ato në nivelin e 70% të kapacitetit të tyre një herë në 6-9 muaj.

Shiko gjithashtu

Shënime (redakto)

Letërsia

• Akumulatorët e Khrustalev D.A. M: Emerald, 2003.
• Yuri Filippovsky Ushqim celular. Pjesa 2. (RU). ComputerraLab (26 maj 2009). - Artikulli i detajuar mbi bateritë Li-jon .. Marrë më 26 maj 2009.

Lidhjet

• GOST 15596-82 Terma dhe përkufizime.
• GOST 61960-2007 Akumulatorët e litiumit dhe bateritë e ruajtjes
• Bateritë litium-jon dhe litium-polimer. iXBT (2001)
• Bateritë shtëpiake litium-jon

Eksperimentet e para për krijimin e qelizave galvanike të litiumit u regjistruan që në vitin 1012. Një model vërtet funksional ishte në gjendje të krijonte në vitin 1940, kopjet e para të prodhimit (jo të rikarikueshme!) u shfaqën në vitet '70, dhe procesioni triumfues i këtij lloji të baterive filloi në fillim të viteve '90, kur kompania japoneze Sony ishte në gjendje të zotëronte prodhimin e tyre komercial.

Aktualisht, besohet se kjo është një nga fushat më premtuese për krijimin e burimeve autonome të energjisë elektrike, pavarësisht kostos së tyre mjaft të lartë (në nivelin aktual).

Avantazhi kryesor i këtij lloji të baterisë është densiteti i lartë i energjisë (rreth 100 W / orë për 1 kg peshë) dhe aftësia për të kryer një cikël të madh ngarkimi / shkarkimi.

Bateritë e krijuara rishtazi karakterizohen gjithashtu nga një tregues kaq i shkëlqyeshëm si një shkallë e ulët e vetë-shkarkimit (vetëm nga 3 në 5% për muajin e parë, me një ulje të mëvonshme të këtij treguesi). Kjo lejon për

Dhe kjo nuk është e gjitha - në krahasim me Ni-Cd të përhapur, qarku i ri me të njëjtat dimensione ofron tre herë më shumë performancë pa praktikisht asnjë efekt negativ memorie.

Karakteristikat negative

bateri litium-jon.

Para së gjithash - kostoja e lartë, nevoja për të mbajtur baterinë në gjendje të ngarkuar dhe i ashtuquajturi "efekt i plakjes", i cili manifestohet edhe në rastin kur qeliza galvanike nuk ka qenë në funksion. Prona e fundit e pakëndshme manifestohet në një rënie të vazhdueshme të kapacitetit, e cila pas dy vjetësh mund të çojë në një dështim të plotë të produktit.