Dè a th’ ann an feartan bataraidhean lithium?

Comas agus Feachd Electromotive de Stuthan Bataraidh Lithium-ion

Rè cosgais-ath-bhualadh bataraidh lithium-, chan eil ach stuthan gnìomhach nan eleactraidean dearbhach is àicheil a’ dol tro ath-bheachdan eadar-cheangail/deintercalation lithium-ion, fhad ‘s nach eilear ag ithe an electrolyte agus stuthan eile. Mar sin, tha an comas aig a bheil na stuthan electrode dearbhach agus àicheil a bhith ag eadar-theangachadh / a’ dì-mheadhanachadh ions lithium a’ dearbhadh bholtadh cuairteachaidh fosgailte a’ bhataraidh, agus tha an ìre de ionsan lithium a bhios ag eadar-luachadh/dealachadh a’ dearbhadh comas an stuth gnìomhach. Tha mòran de luchd-saothrachaidh bataraidh lithium{6}} cruinne agus solaraichean bataraidh lithium- an urra ris na feartan stuthan sin gus mòr-chinneasachadh seasmhach agus coileanadh toraidh cunbhalach a choileanadh.

Airson an electrode àicheil, tha an ath-bhualadh a’ tachairt a rèir Co-aontar (1.2). Airson gach moile de charbon (12g), faodar 1/6 mol aig a’ char as àirde de ianan lithium a cheangal ri chèile. Mar sin, is e comas sònraichte teòiridheach stuth carbon àicheil electrode
1/6(mol)×96485(Faraday seasmhach,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)

Ann an cleachdadh làitheil, a’ beachdachadh air call lithium mar thoradh air adsorption agus cruthachadh am film cruaidh electrolyte interphase (SEI), is e an comas sònraichte a ghabhas coileanadh de stuthan gualain 300–345 mA·h/g. Bidh prìomh sholaraichean pacaid bataraidh lithium- a’ coileanadh na h-ìre seo tro bhith a’ cruthachadh grafait làn-leasaichte agus pròiseasan còmhdachaidh mionaideach.

Airson an stuth electrode adhartach, tha a chomas an urra ris na tha de ianan lithium a ghabhas toirt a-mach / a chuir a-steach. A’ gabhail LiCoO₂ mar eisimpleir, faodaidh suas ri 1 mol de ianan lithium gach ball de LiCoO₂ pàirt a ghabhail san ath-bhualadh. Mar sin, is e comas sònraichte teòiridheach LiCoO₂ (màs moileciuil coimeasach 97.86)
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)

Ann an cleachdadh, gus seasmhachd criostal stuth LiCoO₂ a chumail suas, sa chumantas chan eil ach 30% -60% de na h-ianan lithium a’ gabhail pàirt anns an ath-bhualadh. Mar sin, is e fìor chomas sònraichte stuth LiCoO₂ 137–164 mA · h / g. Bidh prìomh luchd-saothrachaidh OEM bataraidh lithium- a’ cumail smachd air doimhneachd cosgais agus sgaoileadh tro BMS adhartach gus beatha rothaireachd a mheudachadh fhad ‘s a nì iad cinnteach à sàbhailteachd.

Airson lithium iarann ​​phosphate, faodaidh 1 mol de ianan lithium gach ball de lithium iarann ​​phosphate làn chom-pàirt a ghabhail san ath-bhualadh. Mar sin, is e comas sònraichte teòiridheach agus fìor stuth fosfáit iarainn lithium (mais moileciuil coimeasach 157.8)
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)

Ann an nàdar, is e an comas redox àbhaisteach aig Li/Li⁺ an ìre as ìsle, a’ ruighinn - 3.04 V (vs. electrod hydrogen àbhaisteach). Airson stuthan electrode gualain àicheil, tha an comas às-tharraing agus cuir a-steach lithium-ion faisg air comas co-ionannachd Li/Li⁺. A rèir teòiridh electrochemical, aig teòthachd an t-seòmair, is e an comas electrode E den dealan carbon àicheil

E=E ceum + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)

càite
E ceum - comas dealain àbhaisteach;
C(Li⁺) - dùmhlachd ions lithium anns an fhuasgladh electrolyte;
C(Li, C₆) - dùmhlachd de ianan lithium anns a’ charbon electrode àicheil.

Nuair a tha an dùmhlachd ion lithium anns an fhuasgladh agus anns a’ charbon electrode àicheil dlùth, tha comas electrod an electrod àicheil co-ionann ris a’ chomas lughdachadh àbhaisteach E ceum. San fharsaingeachd, tha an dùmhlachd ion lithium anns an electrolyte stèidhichte, agus mar sin bidh atharrachaidhean ann an dùmhlachd ion lithium anns a ’charbon electrode àicheil ag adhbhrachadh atharrachaidhean anns a’ chomas electrode àicheil. Chan eil dòigh uile-choitcheann ann an-dràsta airson obrachadh a-mach an dearbh chomas cothromachaidh aig Li/C₆ le luachan x caochlaideach. San fharsaingeachd tha e air a dhearbhadh gu deuchainneach. Tha deuchainnean a’ sealltainn gu bheil comas dealachaidh stuthan stèidhichte air grafait ag atharrachadh eadar 0–0.4 V (vs. Li/Li⁺), gan dèanamh nan stuthan electrode àicheil a tha an ìre mhath freagarrach airson tagraidhean. Tha Figear 1.2 a’ sealltainn a’ chìs àbhaisteach-lùb àbhaisteach sgaoilidh de dhealan grafait àicheil.

Airson stuth electrode dearbhach LiCoO₂, is e aon fhreagairt ìre a th’ anns a’ phròiseas eadar-cheangail/deintercalation lithium. Mar a bhios an dùmhlachd ion lithium anns an stuth electrode dearbhach ag atharrachadh, bidh comas an electrod dearbhach ag atharrachadh cuideachd. Is e 1 mol / L an dùmhlachd ion lithium anns an electrolyte, airson an ath-bhualadh ann an Co-aontar (1.1), is e an comas electrode dearbhach E

E=E ceum + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)

càite
E ceum - comas dealain àbhaisteach;
C(LiCoO₂) - dùmhlachd de LiCoO₂ anns an stuth electrode dearbhach;
C(Li⁺,CoO₂) - dùmhlachd de Li⁺ agus CoO₂ anns an stuth electrode dearbhach;
Mar a thèid ions lithium a thoirt a-mach, tha an comas electrode adhartach a’ nochdadh gluasad sìos.

Is e am pròiseas sgaoilidh de stuth lithium iarann ​​phosphate an tionndadh bho lithium iarann ​​phosphate gu iarann ​​phosphate an dèidh delithiation.

Is e an ath-bhualadh aig an dealan-iarann ​​​​iarann ​​​​litiam phosphate
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)

'S e freagairt dà ìre a th' anns a' phròiseas eadar-cheangail/dì-mhìneachaidh ion lithium-ian. Mar sin, chan eil atharrachaidhean ann an dùmhlachd ion lithium anns an stuth electrode dearbhach a ’toirt buaidh air an atharrachadh a dh’ fhaodadh a bhith air an electrod dearbhach. Tha an comas co-ionannachd aige

E=ceum E + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)

Is e an dùmhlachd de sholaidean fìor-ghlan 1. Stèidhichte air na paramadairean thermodynamic aige, is e an comas co-chothromachd teòiridheach 3.4 V.

Tha an t-uallach àbhaisteach-lùb sgaoilidh àbhaisteach stuth lithium-iarann ​​​​fosfáit ri fhaicinn ann am Figear 1.3.

Feartan Coileanaidh Bataraidhean Lithium-ion

An coimeas ri bataraidhean eile, tha na feartan a leanas aig bataraidhean lithium-ion a tha air an aithneachadh gu farsaing le luchd-sgaoilidh bataraidh lithium- agus teachdaichean gnìomhachais:

Dùmhlachd lùth àrd.Tha dùmhlachd lùtha bataraidhean lithium-ion a’ ruighinn 100 W·h/kg agus 200 W·h/L no barrachd. Tha bataraidhean lithium-ion catod ternary o chionn ghoirid air lùth mòr sònraichte de 200 W·h/kg a choileanadh. A’ cleachdadh stuthan anod àrd stèidhichte air nicil silicon agus stuthan catod beairteach lithium, thathar an dùil gun ruig an lùth mòr sònraichte 400 W·h/kg agus an dùmhlachd lùtha tomhas-lìonaidh 900 W·h/L, fada nas àirde na bataraidhean traidiseanta. Mar sin, bithear a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion ann am bathar dealanach so-ghiùlain agus carbadan dealain.

Bholtadh cuairte àrd fosgailte.Mar thoradh air a bhith a’ cleachdadh fuasglaidhean organach neo-aqueous, tha an bholtadh cealla singilte a’ ruighinn 3.6–3.8 V, a tha 2–3 tursan nas àirde na bataraidhean nicil, hidride meatailt no nicil{-cadmium. Le bhith a’ cleachdadh stuthan catod bholtachd àrd gu h-èifeachdach faodaidh seo bholtaids obrachaidh aon chealla àrdachadh gu 4.5–5 V, a tha mar aon de na h-adhbharan cudromach airson dùmhlachd lùth àrd bataraidhean lithium-.

Comasach air cosgais àrd agus sgaoileadh.Mar eisimpleir, faodaidh a h-uile bataraidh ian lithium stàite a bhith a’ cleachdadh electrolytes polymer ìrean sgaoilidh os cionn 10C a choileanadh le deagh shàbhailteachd; bataraidhean lithium-ion a’ cleachdadh lithium iarann ​​phosphate oir is urrainn don chatod sgaoileadh 100C a choileanadh.

Ìre fèin-sgaoilidh ìosal-.Aig teòthachd an t-seòmair, tha an ìre fèin-sgaoilidh mìosail de bhataraidhean lithium- sa chumantas nas lugha na 10%, nas ìsle na bataraidhean nicil-meatailt (15%) agus leth ìre bataraidhean nicil-cadmium. Tha an ìre fèin-sgaoilidh de bhataraidhean lithium iarann ​​fosfáit sa chumantas nas ìsle na 3%.

càirdeil don àrainneachd,anns nach eil luaidhe, cadmium, airgead-beò no stuthan cronail eile, agus nach eil a’ truailleadh na h-àrainneachd.

Gun bhuaidh cuimhne.Tha buaidh cuimhne a’ toirt iomradh air an iongantas far a bheil comas a’ bhataraidh a’ dol sìos nuair a thèid ath-lìonadh mus tèid a leigeil ma sgaoil gu h-iomlan no a chleachdadh mus tèid a ghearradh gu h-iomlan (chan e crìonadh comas a th’ ann am buaidh cuimhne). Chan eil buaidh cuimhne aig bataraidhean lithium-ion.

Sàbhailteachd math.Mar as trice bidh bataraidhean lithium - a’ cleachdadh stuthan gualain mar an dealan àicheil, aig a bheil comas electrod faisg air comas lithium meatailteach. Faodaidh ions lithium eadar-fhilleadh agus eadar-theachdachadh ann an gualain, a’ lughdachadh gu mòr coltachd tasgadh meatailt lithium agus a’ leasachadh sàbhailteachd bataraidh gu mòr. Anns na beagan bhliadhnaichean a dh’ fhalbh, tha stuthan cur-ris lasair, luchd-sgaraidh lasair, innealan PTC (co-èifeachd teòthachd adhartach), bhalbhaichean dìon-spreadhaidh, siostaman riaghlaidh bataraidh, agus teicneòlasan eile air dèanamh cinnteach gu bheil bataraidhean lithium fìor àrd de shàbhailteachd.

Beatha rothaireachd fada.Tha beatha rothaireachd bataraidhean lithium-san sa chumantas nas àirde na 500 cearcall. Is e beatha baidhsagal bataraidhean lithium-iarann ​​​​fosfáit sa chumantas 2000-3000 cearcall. Nuair a thèid a mhaidseadh le siostaman stuthan anod le comas rothaireachd àrd (leithid lithium titanate), faodar còrr air 10,000 cearcall a choileanadh. Tha seo a’ fàgail gur e bataraidhean lithium iarann ​​phosphate an roghainn as fheàrr airson siostaman bataraidh stòraidh lùtha agus pròiseactan mòra ESS.