Dè a th 'ann an Lithium Rechargeable?

Tha lithium rechargeable a’ toirt iomradh air bataraidhean a bhios a’ cleachdadh teicneòlas lithium-ion gus lùth dealain a stòradh agus a leigeil ma sgaoil tro chuairtean cosgais is sgaoilidh a-rithist. Bidh na bataraidhean sin a’ gluasad ianan lithium eadar dà electrod-gu h-àbhaisteach anod grafait agus catod ocsaid mheatailt-a’ leigeil leotha a bhith air an ath-lìonadh ceudan gu mìltean de thursan.

Tha am facal "bataraidh lithium" gu dearbh a 'toirt a-steach dà roinn eadar-dhealaichte le comasan bunaiteach eadar-dhealaichte. Tha bataraidhean lithium bun-sgoile nan stòran cumhachd cleachdaidh singilte air an dealbhadh airson innealan a dh’ fheumas toradh cumhachd seasmhach fad-ùine. Lorgaidh tu iad sin ann an lorgairean ceò, luchd-pacaidh, agus cuid de smachdan iomallach. Aon uair ‘s gu bheil iad air an lughdachadh, feumaidh iad a bhith air an toirt air falbh agus air an cur nan àite.

Tha bataraidhean lithium ath-thagraidh, ris an canar mar bu chòir bataraidhean lithium-ion no Li-ion, a’ riochdachadh teicneòlas eadar-dhealaichte gu tur. Tha am prìomh eadar-dhealachadh ann an ath-thionndadh nan ath-bheachdan ceimigeach aca. Nuair a chuireas tu am fòn no an laptop agad a-steach airson cosgais, bidh ions lithium a’ gluasad bhon chatod air ais chun anod, a’ stòradh lùth airson a chleachdadh nas fhaide air adhart. Tha an sruth ian dà-thaobhach seo a’ dèanamh eadar-dhealachadh air teicneòlas lithium ath-thagraidh bho na co-aoisean cuidhteasach aige.

Chan urrainn dha a h-uile inneal a tha a’ cleachdadh cumhachd lithium gabhail ri bataraidhean ath-thagraidh. Tha na feartan bholtachd eadar-dhealaichte eadar an dà sheòrsa-bidh prìomh cheallan lithium mar as trice a’ lìbhrigeadh 3.0V, fhad ‘s a tha ceallan ian lithium ath-thagraidh a’ toirt seachad 3.6-3.7V. Tha an eadar-dhealachadh bholtachd seo a’ ciallachadh nach urrainn dhut dìreach aon sheòrsa atharrachadh airson seòrsa eile gun a bhith a’ sgrùdadh co-chòrdalachd inneal.

Lithium Rechargeable

Taobh a-staigh gach bataraidh lithium ath-thagraidh tha siostam air a dhealbhadh gu faiceallach de cheithir phàirtean riatanach ag obair còmhla. Tha an anod, mar as trice air a thogail le grafait, mar an dealan àicheil. Bidh an catod -an electrode dearbhach- a’ cleachdadh stuthan mar lithium cobalt oxide (LCO), lithium iarann phosphate (LFP), no lithium nicil manganese cobalt oxide (NMC). Eadar na dealanan sin a’ sruthadh electrolyte leaghaidh anns a bheil salainn lithium, agus bidh dealaiche porous a’ cur casg air conaltradh dìreach eadar an anod agus an catod fhad ‘s a tha e a’ ceadachadh siubhal ian.

Nuair a bhios iad air an leigeil ma sgaoil, bidh ionsan lithium a’ fàgail an anod agus a’ siubhal tron electrolyte chun chatod. Aig an aon àm, bidh dealanan a’ sruthadh tro chuairt an uidheim agad, a’ lìbhrigeadh a’ chumhachd dealain a dh’ fheumas tu. Bidh an dealaiche a’ toirt air dealanan an t-slighe fhada a ghabhail tron inneal agad seach a bhith a’ cruthachadh cuairt ghoirid cunnartach.

Bidh ath-lìonadh a’ cur cùl ris a’ phròiseas seo gu lèir. Nuair a cheanglas tu charger, bidh sruth dealain a’ putadh ions lithium bhon chatod air ais chun anod. Bidh na h-ianan gu ìre mhòr a’ tilleadh gu na h-àiteachan tòiseachaidh aca, deiseil airson an ath chearcall sgaoilidh. Tha an eadar-luachadh reversible seo-an teirm theicnigeach airson ianan a’ cur a-steach iad fhèin eadar sreathan electrode-a’ comasachadh an ath-phàigheadh a tha a’ mìneachadh nan bataraidhean sin.

Bidh an Siostam Riaghlaidh Bataraidh (BMS) ag obair mar eanchainn a’ bhataraidh tron phròiseas seo. Bidh an aonad smachd dealanach seo gu leantainneach a’ cumail sùil air bholtachd cealla, teòthachd, agus sruth sruth. Bidh e a’ cur casg air cus cosgais le bhith a’ dì-cheangal a’ chuairt cosgais aon uair ‘s gun ruig ceallan 4.2V (an ìre as àirde airson a’ mhòr-chuid de cheimigeachd lithium-ion). Bidh e cuideachd a’ dìon an aghaidh còrr air-fuaradh, a dh’ fhaodadh milleadh buan a dhèanamh air a’ bhataraidh le bhith ag adhbhrachadh sgaoileadh copair bho luchd-cruinneachaidh gnàthach.

Chan eil teicneòlas lithium ath-thagraidh monolithic-tha grunn cheimigean sònraichte a’ frithealadh diofar thagraidhean a rèir am feartan coileanaidh sònraichte.

Lithium Cobalt Oxide (LCO)bha smachd aig bataraidhean air dealanach tràth so-ghiùlain agus tha iad fhathast a’ toirt cumhachd don mhòr-chuid de fhònaichean sgairteil agus coimpiutairean-uchd. Bidh iad a’ tabhann dùmhlachd lùtha a ruigeas 200-260 Wh/kg, gan dèanamh sàr-mhath airson tagraidhean a tha mothachail air cuideam. Ach, chan eil iad cho seasmhach gu teirmeach na roghainnean eile agus mar as trice bidh iad a’ lìbhrigeadh cearcallan cosgais 500-1000.

Fosfáit Iarainn Lithium (LFP)bidh bataraidhean ag ìobairt beagan dùmhlachd lùtha (100-180 Wh / kg) airson sàbhailteachd iongantach agus fad-beatha. Bidh an structar criostail seasmhach aca a’ seasamh an aghaidh ruith teirmeach, agus bidh iad gu cunbhalach a’ coileanadh 2000-5000 cearcallan mus tèid iad sìos gu comas 80%. Tha carbadan dealain agus stòradh lùth pàipearachd a’ sìor fhàs fàbharach don cheimigeachd seo a dh’ aindeoin an bholtaids as ìsle (3.2V ainmichte an aghaidh 3.7V airson LCO).

Polymer Lithium (LiPo)bidh bataraidhean a’ cleachdadh electrolyte polymer coltach ri gel no solid an àite lionn. Leigidh seo le pacadh sùbailte ann am pocannan tana a tha a rèir cumaidhean innealan. Lorgaidh tu iad ann am fònaichean sgairteil caol, clàran, agus carbadan fo smachd rèidio far a bheil cuideam gu math cudromach. Mar as trice bidh iad a’ tabhann 1000-2000 cearcall.

Nickel Manganese Cobalt (NMC)bidh bataraidhean a’ cothromachadh dùmhlachd lùtha (150-220 Wh/kg), comas cumhachd, agus fad-beatha (1000- cearcallan 2000). Tha an sùbailteachd seo gan dèanamh mòr-chòrdte ann an carbadan dealain, far an urrainn do luchd-saothrachaidh an co-mheas nicil-manganese-cobalt a ghleusadh gus prìomhachas a thoirt do chomas lùtha no toradh cumhachd stèidhichte air riatanasan dealbhadh carbaid.

Le bhith a’ tuigsinn dè a tha a’ dearbhadh fad beatha bataraidh lithium ath-thagraidh feumaidh tu coimhead nas fhaide na cunntasan cearcall sìmplidh air mar a thathas a’ cleachdadh bataraidhean.

Bidh cearcall cosgais a’ tachairt nuair a chleachdas tu 100% de chomas a’ bhataraidh, ged nach ann gu riatanach ann an aon sgaoileadh leantainneach. Tha cleachdadh 50% aon latha agus 50% an ath rud a’ cunntadh mar aon chearcall iomlan. Faodaidh bataraidhean cealla siolandair àrd-inbhe-an seòrsa a tha coltach ri bataraidhean AA ach nas motha-3000-5000 cearcallan a lìbhrigeadh mus tuit an comas gu 80% den tùs. Mar as trice bidh ceallan prismatic (còmhnard, ceart-cheàrnach) a’ riaghladh 1000-2000 cearcall, agus bidh bataraidhean lithium polymer ann an stoidhle pouch gu tric a’ tuiteam nas giorra.

Tha na h-àireamhan sin a’ gabhail ris na cleachdaidhean cosgais ceart. Tha rothaireachd ann am pàirt-ath-luchdachadh mus crìonadh gu tur- dha-rìribh a’ leudachadh beatha bataraidh an taca ri làn sgaoilidhean a-rithist. Chan eil bataraidhean lithium an latha an-diugh a’ fulang leis a’ “bhuaidh cuimhne” a bha a’ bualadh air bataraidhean cadmium nicil nas sine, agus mar sin faodaidh tu ath-lìonadh aig àm sam bith gun pheanas coileanaidh.

Bheir an teòthachd buaidh mhòr an dà chuid air coileanadh sa bhad agus air slàinte san fhad-ùine. Le bhith ag obair aig 40 ceum (104 ceum F) an àite 20 ceum (68 ceum F) faodaidh e beatha iomlan a lughdachadh 40%. Chan eil teòthachd fuar ag adhbhrachadh milleadh maireannach ach lughdaichidh iad an comas a tha ri fhaighinn airson ùine-is dòcha nach toir bataraidh a bheir seachad làn chumhachd aig 20 ceum ach 70% aig -10 ceum (14 ceum F).

Tha suidheachaidhean stòraidh cudromach cuideachd. Bataraidh làn cosgais air a stòradh aig teòthachd àrd aig aois as luaithe. Airson stòradh fad-ùine, tha luchd-saothrachaidh a’ moladh cosgais a chuir gu comas 40-50% agus bataraidhean a chumail ann an àrainneachdan fionnar. Dh’ fhaodadh bataraidh a tha air a stòradh aig 25 ceum (77 ceum F) aig cosgais 40% comas 96% a chumail às deidh bliadhna, agus dh’ fhaodadh fear a tha air a stòradh gu h-iomlan aig 40 ceum (104 ceum F) 35% a chall san aon ùine.

Bidh bataraidhean lithium ath-thagraidh a’ toirt cumhachd do raon iongantach de theicneòlas an latha an-diugh, gach tagradh a’ faighinn buannachd bho fheartan sònraichte an teicneòlais.

Leictreonaic luchd-cleachdaidh-Tha fònaichean sgairteil, coimpiutairean-uchd, clàran, agus fònaichean-cluaise uile an urra ris an dùmhlachd lùth àrd a bheir teicneòlas lithium seachad. Bidh bataraidh fòn cliste ùr-nodha a’ pacadh 10-15 Wh a-steach do àite nas lugha na cairt creideas, rudeigin do-dhèanta le seann cheimigean bataraidh. Mar as trice bidh na h-innealan sin a’ cleachdadh ceimigeachd LCO no NMC airson an ùine ruith as àirde ann an glè bheag de dh’ àite.

Carbadan Dealain-Tha gnìomhachas nan càraichean air gabhail ri bataraidhean lithium, le iarrtas bataraidh EV cruinneil nas àirde na 1 terawatt-uair sa bhliadhna mar 2024. Bidh a' mhòr-chuid de EVs a' cleachdadh bataraidhean NMC no LFP. Tha NMC a’ tabhann dùmhlachd lùtha nas àirde airson raon nas fhaide, fhad ‘s a tha LFP a’ toirt seachad oirean sàbhailteachd nas fheàrr agus beatha mìosachain nas fhaide. Ann am pasganan bataraidh airson càraichean dealain tha mìltean de cheallan fa leth ag obair còmhla gus 50-100 kWh de lùth a stòradh.

Innealan cumhachd-Dh’atharraich drilean gun sreang, sàibh, agus uidheamachd cumhachd eile bho nicil-cadmium gu teicneòlas lithium thairis air na 15 bliadhna a dh’ fhalbh. Tha an bholtadh nas àirde (siostaman 18V no 20V vs. 12V airson NiCd) agus dùmhlachd cumhachd a’ comasachadh coileanadh ìre proifeasanta às aonais a’ chorda. Bidh na tagraidhean sin a’ cur cuideam air bataraidhean le tarraingean sruth àrd, agus mar sin bidh luchd-saothrachaidh a’ cleachdadh NMC no ceimigeachd LFP àrd.

Siostaman stòraidh lùtha-Tha stàladh grèine agus stòradh cliath-a’ sìor fhàs an urra ri bataraidhean lithium gus nàdar eadar-amail lùth ath-nuadhachail a dhèanamh rèidh. Mar as trice bidh siostaman còmhnaidh a’ cleachdadh ceimigeachd LFP, a’ toirt prìomhachas do shàbhailteachd agus fad-beatha thairis air an dùmhlachd lùtha as àirde. Mar 2023, bha bataraidhean lithium-ion a’ dèanamh suas còrr air 80% de na 190+ gigawatt- uairean de stòradh bataraidh a chaidh a chleachdadh air feadh na cruinne.

Innealan Meidigeach-Tha uidheaman so-phlanaichte leithid luchd-sìolachaidh agus pumpaichean inslin a' cur feum air bataraidhean a tha an dà chuid earbsach agus a mhaireas-. Bidh cuid a’ cleachdadh prìomh cheallan lithium air an rangachadh airson 10+ bliadhna, agus bidh innealan so-ghiùlain bhon taobh a-muigh a’ sìor fhàs a’ cleachdadh lithium ath-thagraidh airson goireasachd euslaintich agus buannachdan àrainneachdail.

Lithium Rechargeable

Le bhith a’ cur cosgais ceart air bataraidhean lithium ath-thagraidh feumaidh iad tuigse fhaighinn air na riatanasan bholtachd agus gnàthach sònraichte aca, a tha gu math eadar-dhealaichte bho sheòrsan bataraidh eile.

Feumaidh ceimigeachd àbhaisteach lithium-ion cosgais suas gu 4.2V gach cealla le smachd bholtaids mionaideach. Tha am pròiseas cosgais àbhaisteach a’ leantainn dòigh-obrach dà-ìre: bidh cosgais gnàthach (CC) a’ lìbhrigeadh sruth seasmhach gus an ruig ceallan 4.2V, agus an uairsin bidh cosgais bholtachd seasmhach (CV) a’ cumail suas an bholtadh sin fhad ‘s a bhios an sruth a’ dol sìos mean air mhean. Thig cosgais gu crìch nuair a thuiteas an sruth gu timcheall air 3-5% de ìre comas a’ bhataraidh.

Chan urrainn dhut cargairean a chleachdadh airson seòrsachan bataraidh eile. Bidh luchd-charbaid luaidhe a’ cleachdadh buillean bholtaids àrd a sgriosadh bataraidhean lithium. San aon dòigh, bidh cargairean hidride meatailt nicil a’ cleachdadh pròifilean bholtachd nach eil co-chòrdail ri ceimigeachd lithium. Cleachd charger an-còmhnaidh a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte airson bataraidhean lithium-ion, mas fheàrr fear a fhreagras ri ceimigeachd sònraichte a’ bhataraidh agad.

Tha comasan cosgais luath air a thighinn air adhart gu mòr. Fhad ‘s a dh’ fheumadh bataraidhean lithium tràth 3- 4 uairean airson cosgais, faodaidh ceallan ùr-nodha le dealbhadh electrode leasaichte gabhail ri ìrean cosgais suas gu 1C (comas aon uair san uair) no nas àirde. Tha cuid de bhataraidhean carbaid dealain a-nis a’ toirt taic do chìsean luath 350kW DC, a’ cur 100+ mìltean de raon ann an 10 mionaidean. Ach, bidh cosgais luath tric a’ luathachadh ìsleachadh an taca ri cosgais nas slaodaiche, ga fhàgail na ghoireas-an coimeas ri fad-beatha.

Tha pàirt deatamach aig BMS ann an cosgais le bhith a’ cumail sùil air bholtaids cealla fa leth ann am pasganan ioma-chealla. Leis gu bheil caochlaidhean saothrachaidh a’ ciallachadh nach bi ceallan a’ giùlan fhèin co-ionann, tha am BMS a’ dèanamh cinnteach gu bheil gach ceal a’ cosg co-ionann tro phròiseas ris an canar cothromachadh cealla. Tha seo a’ cur casg air aon chealla bho bhith a’ faighinn cus cosgais no thairis-a sgaoileadh, a lughdaicheadh comas pacaidean agus a dh’ fhaodadh cùisean sàbhailteachd a chruthachadh.

Ged a tha bataraidhean lithium ath-thagraidh sa chumantas sàbhailte nuair a thèid an dealbhadh agus an cleachdadh gu ceart, tha an dùmhlachd lùth àrd aca a’ ciallachadh gum faod fàilligeadh a bhith iongantach.

Tha ruith teirmeach a’ riochdachadh a’ phrìomh dhragh mu shàbhailteachd. Ma tha an teòthachd a-staigh ag èirigh os cionn timcheall air 80 ° 90 ceum mar thoradh air cuairtean goirid a-staigh, lochdan saothrachaidh, no milleadh bhon taobh a-muigh, faodaidh freagairt ath-neartachaidh tòiseachadh. Bidh teas ag adhbhrachadh lobhadh electrolyte, a 'cruthachadh barrachd teas is gas, a dh' fhaodadh teine no aimhreit adhbhrachadh. Tha bataraidhean an latha an-diugh a’ toirt a-steach grunn fheartan sàbhailteachd- fionnaichean faochadh cuideam, fuses teirmeach, agus dìon BMS sòlaimte - gus casg a chuir air an t-suidheachadh seo.

Tha milleadh corporra air bataraidhean lithium a’ cruthachadh fìor chunnartan. Faodaidh punndadh cealla cuairteachadh goirid a-staigh adhbhrachadh le ruith teirmeach sa bhad. Bidh a bhith a’ pronnadh no a’ lùbadh cheallan pouch a’ milleadh an dealaiche, a dh’ fhaodadh a bhith a’ ceadachadh conaltradh dìreach le dealan. Na cleachd bataraidhean a tha follaiseach gu bràth, agus cuir às dhaibh gu ceart aig goireasan ath-chuartachaidh ainmichte.

Le bhith a’ cur cus cosgais agus thairis-a’ sgaoileadh an dà chuid cron air bataraidhean agus a’ cruthachadh chunnartan. Le bhith a’ cur cosgais os cionn 4.2V (no 4.35V airson cuid de cheimigean nas ùire) faodaidh e stuthan electrod a dhì-sheasmhachd agus plating lithium adhbhrachadh air an anod, a’ cruthachadh dendrites a dh’ fhaodadh an dealaiche a bhriseadh. Le bhith a’ leigeil a-mach fo mu 2.5V gach cealla faodaidh sin copar a sgaoileadh bho luchd-cruinneachaidh gnàthach, a’ lughdachadh comas gu maireannach agus a’ cruthachadh chunnartan cuairt ghoirid a-staigh.

Cùm bataraidhean ann an àiteachan fionnar, tioram air falbh bho stuthan lasanta. Na cuir a-mach iad gu teòthachd nas àirde na 60 ceum (140 ceum F), agus seachain bataraidhean fhàgail ann an carbadan teth as t-samhradh. Airson còmhdhail, tha riaghailtean a’ seòrsachadh bataraidhean lithium- mar bhathar cunnartach a dh’ fheumas pacadh sònraichte agus bileagan airson giùlan adhair os cionn ìrean comas sònraichte.

Chan eil, feumaidh tu charger a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte airson ceimigeachd lithium-ion. Bidh na cargairean sin a’ riaghladh bholtachd gu dìreach gu 4.2V gach cealla agus ag atharrachadh bho shruth seasmhach gu cosgais bholtachd seasmhach gu fèin-ghluasadach. Le bhith a’ cleachdadh chargairean airson bataraidhean stèidhichte air luaidhe, nì sin cron air bataraidhean lithium agus dh’ fhaodadh sin cunnartan sàbhailteachd a chruthachadh.

Mar as trice bidh bataraidhean lithium-ion càileachd a’ lìbhrigeadh 1000-5000 cearcall làn chosgais a rèir ceimigeachd agus suidheachaidhean cleachdaidh. Ann am briathran mìosachain, bi an dùil 3-10 bliadhna de bheatha seirbheis. Tha ceimigeachd LiFePO4 a’ tabhann a’ bheatha rothaireachd as fhaide aig cearcallan 3000-5000, agus mar as trice bidh lithium cobalt oxide a’ toirt seachad 500-1000 cearcall mus caillear comas mòr.

Bidh a h-uile bataraidh lithium a’ dol tro aois mìosachain mar thoradh air ath-bheachdan ceimigeach nach eileas ag iarraidh eadhon aig fois. Bidh a bhith a’ stòradh bataraidhean aig teòthachd àrd no làn chosgais a’ luathachadh a’ chrìonaidh seo. Airson na toraidhean as fheàrr aig àm stòraidh, cuir cosgais gu 40-50% agus cùm ann an àrainneachd fionnar. Faodaidh bataraidh a tha air a stòradh gu ceart còrr air 95% de chomas a chumail às deidh bliadhna.

Tha an t-eadar-dhealachadh seo a 'cur dragh air mòran dhaoine.Dè a th’ ann am bataraidh lithiummar as trice a’ toirt iomradh air prìomh cheallan (nach gabh ath-phàigheadh) a’ cleachdadh lithium meatailteach. Gabhaidh bataraidhean lithium-ath-luchdachadh agus chan eil lithium meatailteach ann-dìreach lithium ann an cruth ianach air a stòradh taobh a-staigh stuthan dealain. Chan eil an dà sheòrsa eadar-mhalairteach air sgàth bholtaids eadar-dhealaichte agus ceimigeachd a-staigh.

Lithium Rechargeable

Tha teicneòlas bataraidh lithium ath-thagraidh a’ leantainn air adhart gu luath. Tha rannsachadh air electrolytes stàite cruaidh a’ gealltainn dùmhlachd lùtha nas àirde agus sàbhailteachd nas fheàrr le bhith a’ cur às do electrolytes leaghaidh lasanta. Dh'fhaodadh anodan sileacain an comas àrdachadh 30-40% thairis air grafait traidiseanta. Dh’ fhaodadh ceimigeachd lithium-sulfair mu dheireadh dùmhlachd lùtha a lìbhrigeadh nas àirde na 500 Wh / kg, faisg air a dhà uiread de theicneòlas gnàthach.

Tha na bataraidhean sin air atharrachadh gu bunaiteach mar a bhios sinn a’ stòradh agus a’ cleachdadh lùth dealain. Bho -fhònaichean meud pòcaid gu ionadan-clèithe-, tha teicneòlas lithium ath-ath-phàighte a’ comasachadh dòighean-beatha ùr-nodha gluasadach agus ath-nuadhachail. Tha cothlamadh an teicneòlais de dhlùths lùth àrd, cosgais reusanta, agus ath-phàigheadh air a dhèanamh mar am fuasgladh stòraidh lùth as làidire thairis air grunn thagraidhean. Mar a bhios lannan saothrachaidh a’ dol am meud agus ceimigean ùra a’ nochdadh, tha coltas ann gum bi bataraidhean lithium ath-thagraidh a’ toirt cumhachd do na h-innealan agus carbadan againn airson deicheadan ri thighinn.