Литий-ионная батарея не требует особого обслуживания, и это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических элементов.Аккумулятор не имеет памяти и не нуждается в упражнениях (преднамеренной полной разрядке), чтобы поддерживать его в хорошем состоянии.Саморазряд в два раза меньше, чем у систем на основе никеля, и это помогает использовать датчики уровня топлива.Номинальное напряжение ячейки 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощение и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками.Недостатками являются необходимость в схемах защиты от злоупотреблений, а также высокая цена.
Типы литий-ионных аккумуляторов
Рисунок 1 иллюстрирует этот процесс.
Литий-ионная батарея не требует особого обслуживания, и это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химических элементов.Аккумулятор не имеет памяти и не нуждается в упражнениях (преднамеренной полной разрядке), чтобы поддерживать его в хорошем состоянии.Саморазряд в два раза меньше, чем у систем на основе никеля, и это помогает использовать датчики уровня топлива.Номинальное напряжение ячейки 3,60 В может напрямую питать мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры, предлагая упрощение и снижение затрат по сравнению с конструкциями с несколькими ячейками.Недостатками являются необходимость в схемах защиты от злоупотреблений, а также высокая цена.
В оригинальной литий-ионной батарее Sony в качестве анода (угольного продукта) использовался кокс.С 1997 года большинство производителей ионно-литиевых аккумуляторов, включая Sony, перешли на графит, чтобы добиться более плоской кривой разряда.Графит — это форма углерода, обладающая долговременной циклической стабильностью и используемая в графитовых карандашах.Это самый распространенный углеродный материал, за которым следуют твердый и мягкий углерод.Углеродные нанотрубки еще не нашли коммерческого применения в литий-ионных батареях, поскольку они имеют тенденцию запутывать и влиять на производительность.Материалом будущего, который обещает улучшить характеристики литий-ионных аккумуляторов, является графен.
На рис. 2 показана кривая разряда напряжения современного литий-ионного аккумулятора с графитовым анодом и ранней коксовой версии.
Было опробовано несколько добавок, в том числе сплавы на основе кремния, для улучшения характеристик графитового анода.Требуется шесть атомов углерода (графита), чтобы связать один ион лития;один атом кремния может соединиться с четырьмя ионами лития.Это означает, что кремниевый анод теоретически может хранить в 10 раз больше энергии, чем графит, но расширение анода во время заряда представляет собой проблему.Поэтому аноды из чистого силикона непрактичны, и обычно к аноду на основе кремния добавляют только 3–5 процентов кремния для достижения хорошего срока службы.
Использование наноструктурированного титаната лития в качестве добавки к аноду показывает многообещающий срок службы, хорошие возможности нагрузки, отличные низкотемпературные характеристики и превосходную безопасность, но удельная энергия низкая, а стоимость высокая.
Эксперименты с катодным и анодным материалом позволяют производителям улучшить внутренние качества, но одно усовершенствование может поставить под угрозу другое.Так называемая «энергетическая ячейка» оптимизирует удельную энергию (емкость) для достижения длительного времени работы, но при более низкой удельной мощности;«Power Cell» предлагает исключительную удельную мощность, но при меньшей мощности.«Гибридная ячейка» представляет собой компромисс и предлагает понемногу и то, и другое.
Производители могут относительно легко добиться высокой удельной энергии и низкой стоимости, добавляя никель вместо более дорогого кобальта, но это делает элемент менее стабильным.В то время как начинающая компания может сосредоточиться на высокой удельной энергии и низкой цене, чтобы получить быстрое признание на рынке, безопасность и долговечность не могут быть поставлены под угрозу.Известные производители уделяют большое внимание безопасности и долговечности.
Большинство литий-ионных аккумуляторов имеют схожую конструкцию, состоящую из положительного электрода (катода) из оксида металла, нанесенного на алюминиевый токосъемник, отрицательного электрода (анода), изготовленного из углерода/графита, нанесенного на медный токосъемник, сепаратора и электролита. из литиевой соли в органическом растворителе.Дополнительную информацию можно получить на сайте teda battery.com.
В таблице 3 приведены преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.
Время публикации: 26 июня 2022 г.