Введение в литиевые батареи
Между электромобилями, сотовыми телефонами и ноутбуками кажется, что батареи повсюду. Это не изменится в ближайшее время. Глобальное потребление электроэнергии стремительно растет, а смартфоны, планшеты и электронные книги становятся все более распространенными. Кроме того, батареи находят применение в качестве накопителей энергии, поскольку сектор возобновляемых источников энергии продолжает расти. Инженеры и ученые разработали множество новых технологий для удовлетворения наших потребностей в хранении данных, но, похоже, ни одна из них не зарекомендовала себя как совершенная технология. Маховик, сжатый воздух и теплоаккумулятор — все это серьезные претенденты на роль накопителя в масштабе сети, в то время как литий-ионные, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные батареи соревнуются за портативное хранение электроэнергии. Все сводится к тому, что мы до сих пор не нашли оптимального способа хранения нашей электроэнергии.
Сегодня вы можете купить батарейки robiton на https://cellfaktor.ru/batarejki/litievye-spetsialnye/robiton.
До 1990-х годов никель-кадмиевые (NiCad) батареи были практически единственным выбором среди перезаряжаемых батарей. Основная проблема с этими устройствами заключалась в том, что они имели высокий температурный коэффициент. Это означало, что производительность элементов резко падала, когда они нагревались. Кроме того, кадмий, один из основных элементов элемента, дорог и небезопасен для окружающей среды (он также используется в тонкопленочных панелях). Никель-металлогидридные (NiMH) и литий-ионные стали конкурентами NiCad в 90-х годах. С тех пор на рынке появилось ошеломляющее количество технологий. Среди этих литий-ионных аккумуляторов выделяются как многообещающие кандидаты для широкого спектра применений.
Литий-ионные элементы использовались в сотнях приложений, включая электромобили, кардиостимуляторы, ноутбуки и военные микросети. Они чрезвычайно низкие эксплуатационные расходы и энергоемкие. К сожалению, коммерческие литий-ионные элементы имеют ряд серьезных недостатков. Они очень дороги, хрупки и имеют короткий срок службы в приложениях глубокого цикла. Будущее многих многообещающих технологий, включая электромобили, зависит от улучшения производительности ячеек.
Технологии
Батарея – это электрохимическое устройство. Это означает, что он преобразует химическую энергию в электрическую энергию. Аккумуляторные батареи могут преобразовываться в противоположном направлении, потому что они используют обратимые реакции. Каждая ячейка состоит из положительного электрода, называемого катодом, и отрицательного электрода, называемого анодом. Электроды помещены в электролит и подключены через внешнюю цепь, которая обеспечивает поток электронов.
Ранние литиевые батареи представляли собой высокотемпературные элементы с катодами из расплавленного лития и анодами из расплавленной серы. Эти термоаккумуляторы, работающие при температуре около 400 градусов по Цельсию, впервые поступили в продажу в 1980-х годах. Однако сдерживание электрода оказалось серьезной проблемой из-за нестабильности лития. В конце концов, проблемы с температурой, коррозия и улучшение температуры окружающей среды в батареях замедлили внедрение литий-серных элементов. Хотя теоретически это по-прежнему очень мощная батарея, ученые обнаружили, что необходимо жертвовать некоторой плотностью энергии для стабильности. Это привело к литий-ионной технологии.
Литий-ионный аккумулятор обычно имеет графитовый углеродный анод, содержащий ионы Li+, и катод из оксида металла. Электролит состоит из литиевой соли (LiPF6, LiBF4, LiClO4), растворенной в органическом растворителе, таком как эфир. Поскольку литий будет очень бурно реагировать с водяным паром, ячейка всегда герметична. Также для предотвращения короткого замыкания электроды разделены пористыми материалами, что предотвращает физический контакт. Когда элемент заряжается, ионы лития интеркалируют между молекулами углерода в аноде. При этом на катоде высвобождаются ионы лития и электроны. Во время разряда происходит обратное: ионы Li покидают анод и перемещаются к катоду. Поскольку клетка включает в себя поток ионов и электронов, система должна быть как хорошим электрическим, так и ионным проводником.
В целом ионно-литиевые элементы обладают важными преимуществами, которые сделали их ведущим выбором во многих областях применения. Литий — это металл с наименьшей молекулярной массой и наибольшим электрохимическим потенциалом. Это означает, что литий-ионные аккумуляторы могут иметь очень высокую плотность энергии. Типичный потенциал литиевого элемента составляет 3,6 В (литий-кобальт-оксид-углерод). Кроме того, они имеют гораздо более низкую скорость саморазряда на уровне 5%, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обычно саморазряжаются на уровне 20%. Кроме того, эти элементы не содержат опасных тяжелых металлов, таких как кадмий и свинец. Наконец, литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти и не нуждаются в перезарядке. Это делает их менее обслуживаемыми по сравнению с другими батареями.
