Ania Dagiti Karakteristiko dagiti Lithium-ion a Bateria?
Kapasidad ken Elektromotibo a Puersa dagiti Materiales ti Bateria ti Lithium-ion
Bayat ti panagkarga-a panagiparuar a reaksion dagiti bateria ti lithium-ion, dagiti laeng aktibo a material dagiti positibo ken negatibo nga elektrodo ket agpasarda kadagiti reaksion ti lithium-ion nga intercalation/deintercalation, bayat a ti elektrolito ken dagiti dadduma pay a material ket saan a mausar. Gapuna, ti potensial a dagiti positibo ken negatibo a material ti elektrodo ket reversible nga ag-intercal/deintercalate dagiti ion ti lithium ket mangikeddeng ti open-sirkuit a boltahe ti bateria, ken ti kaadu dagiti ion ti lithium nga ag-intercalating/deintercalating ket mangikeddeng ti kapasidad ti aktibo a material. Adu a sangalubongan a managaramid ti bateria ti lithium-ion ken dagiti suplayer ti bateria ti lithium-ion ket agpannuray kadagitoy a kababalin ti material tapno magun-od ti natalinaay a masa a panagpataud ken agtultuloy a panagaramid ti produkto.
Para iti negatibo nga elektrodo, ti reaksion ket mapasamak segun ti Ekuador (1.2). Iti tunggal mole ti karbon (12g), ti kangatuan a 1/6 mol dagiti ion ti lithium ket mabalin a mairaman. Gapuna, ti teoretiko nga espesipiko a kapasidad ti karbon a negatibo nga elektrodo a material ket
1/6 (mol) × 96485 (Faraday nga konstante, C / mol) / 12 (g) =3400 C / g =372 (mA · h / g) (1.5)
Iti inaldaw a panagusar, no maikonsidera ti pannakapukaw ti litio gapu ti panagsepsep ken ti pannakaporma ti solido nga elektrolito nga interphase (SEI) a pelikula, ti aktual a maragpat nga espesipiko a kapasidad dagiti materiales ti karbon ket 300–345 mA·h/g. Dagiti mangidadaulo a suplayer ti lithium-ion battery pack ket makagun-od iti daytoy a lebel babaen ti nasayaat a pormulasion ti graphite ken dagiti eksakto a proseso ti panagkalupkop.
Para iti positibo a material ti elektrodo, ti kapasidadna ket agpannuray iti kaadu dagiti ion ti lithium a mabalin a maala/maikabil. No alaen ti LiCoO2 a kas pagarigan, aginggana ti 1 mol dagiti ion ti lithium iti tunggal maysa a mole ti LiCoO2 ket mabalin a makipaset iti reaksion. Gapuna, ti teoretiko nga espesipiko a kapasidad ti LiCoO2 (relatibo a molekular a masa 97.86) ket
1 (mol) × 96485 (C / mol) / 97.86 (g) =985.95 C / g =273.9 (mA · h / g) (1.6)
Iti praktis, tapno mataginayon ti kristal a kinatalged ti material ti LiCoO2, sapasap a 30%–60% laeng kadagiti ion ti litio ti makipaset iti reaksion. Gapuna, ti aktual nga espesipiko a kapasidad ti material ti LiCoO2 ket 137–164 mA·h/g. Dagiti kangrunaan a lithium-ion battery OEM manufacturers kontrolenda ti kauneg ti charge ken discharge babaen ti advanced BMS tapno mapaadu ti biag ti siklo bayat a masigurado ti kinatalged.
Para iti lithium iron phosphate, 1 mol ti lithium ions iti tunggal mole ti lithium iron phosphate ket naan-anay a makipaset iti reaksion. Gapuna, ti teoretiko ken aktual nga espesipiko a kapasidad ti lithium iron phosphate a material (relatibo a molekular a masa 157.8) ket
1 (mol) × 96485 (C / mol) / 157.8 (g) =611.44 C / g =169.8 (mA · h / g) (1.7)
Iti nakaparsuaan, ti pagalagadan a redox a potensial ti Li/Li+ ket isu ti kababaan, a dumanon iti -3.04 V (vs. ti pagalagadan nga elektrodo ti hidroheno). Para kadagiti karbon a negatibo nga elektrodo a materiales, ti potensial ti panagala ken panagikabil ti lithium-ion ket asideg iti Li/Li+ a potensial ti panagtimbeng. Segun ti elektrokemikal a teoria, iti temperatura ti siled, ti potensial ti elektrodo E ti negatibo nga elektrodo ti karbon ket
E=E grado + 0.02567 · ln[C (Li+)/C (Li,C3)] (1.8)
sadinno
E℃- ti pagalagadan a potensial ti elektrodo;
C(Li+) - konsentrasion dagiti ion ti lithium iti solusion ti elektrolito;
C(Li,C3) - konsentrasion dagiti ion ti litio iti negatibo nga elektrodo a karbon.
No ti konsentrasion ti ion ti litio iti solusion ken iti negatibo nga elektrodo a karbon ket asideg, ti potensial ti elektrodo ti negatibo nga elektrodo ket kapada ti pagalagadan a potensial ti panagpabassit nga E℃. Sapasap, ti konsentrasion ti ion ti litio iti elektrolito ket naikeddeng, isu a dagiti panagbalbaliw ti konsentrasion ti ion ti litio iti negatibo nga elektrodo a karbon ket mangpataudto kadagiti panagbalbaliw iti negatibo a potensial ti elektrodo. Iti agdama ket awan ti sapasap a pamay-an a mangkuenta ti eksakto a potensial ti panagtimbeng ti Li/C3 nga addaan kadagiti nadumaduma a pateg ti x. Kaaduanna a naikeddeng dayta babaen ti eksperimento. Dagiti eksperimento ket mangipakita a ti potensial ti delithiation dagiti materiales a naibatay iti grafito- ket sapasap a nadumaduma iti nagbaetan ti 0–0.4 V (vs. Li/Li+), a mangaramid kadagitoy a relatibo a maibagay a negatibo nga elektrodo a materiales para kadagiti aplikasion. Ti Figura 1.2 ket mangipakita ti gagangay a kurba ti karga-discharge a pakabigbigan ti maysa a graphite a negatibo nga elektrodo.
Para iti LiCoO2 a positibo nga elektrodo a material, ti proseso ti lithium intercalation/deintercalation ket maymaysa a-phase a reaksion. Bayat nga agbaliwbaliw ti konsentrasion ti ion ti lithium iti positibo nga elektrodo a material, agbaliw met ti potensial ti positibo nga elektrodo. No maikonsidera ti konsentrasion ti ion ti lithium iti elektrolito ket 1 mol/L, para iti reaksion iti Ekuador (1.1), ti positibo a potensial ti elektrodo nga E ket
E=E grado + 0.02567 · ln[C (Li+,CoO2)/C (LiCoO2)] (1.9)
sadinno
E℃- ti pagalagadan a potensial ti elektrodo;
C(LiCoO2) - konsentrasion ti LiCoO2 iti positibo a material ti elektrodo;
C(Li+,CoO2) - konsentrasion ti Li+ ken CoO2 iti positibo nga elektrodo a material;
Bayat a dagiti ion ti lithium ket maala, ti positibo a potensial ti elektrodo ket mangipakita ti agpababa nga uso.
Ti proseso ti panagiparuar ti karga-ti material ti lithium iron phosphate ket ti panagbalbaliw manipud iti lithium iron phosphate aginggana iti iron phosphate kalpasan ti delithiation.
Ti reaksion iti lithium iron phosphate electrode ket
LifePO4 ↔ FePO+ Li+ + e− (1.10) .
Ti prosesona a lithium-ion intercalation/deintercalation ket dua-a paset a reaksion. Gapuna, dagiti panagbalbaliw ti konsentrasion ti lithium ion iti positibo nga elektrodo a material ket saan a mangapektar ti potensial a panagbalbaliw ti positibo nga elektrodo. Ti potensialna a panagtimbeng ket
E=E grado + 0.02567 · ln [C (FePO4)/C (LiFePO4)] (1.11)
Ti konsentrasion dagiti puro a solido ket 1. Maibatay kadagiti termodinamiko a parametrona, ti teoretiko a potensial ti panagtimbeng ket 3.4 V.
Ti gagangay a kurba ti pakabigbigan ti panagiparuar ti karga-ti material ti lithium iron phosphate ket naipakita iti Figura 1.3.
Dagiti Karakteristiko ti Panagaramid dagiti Bateria ti Lithium-ion
No maidilig kadagiti sabali a bateria, dagiti bateria ti lithium-ion ket addaan kadagiti sumaganad a pakabigbigan a nasaknap a mabigbigan babaen dagiti agiwarwaras ti bateria ti lithium-ion ken dagiti kliyente ti industria:
Nangato ti densidad ti enerhia.Ti densidad ti enerhia dagiti bateria ti lithium-ion ket dumanon iti 100 W·h/kg ken 200 W·h/L wenno nasursurok pay. Dagiti kabarbaro a ternario a katodo a lithium-ion a bateria ket nakagun-od ti masa nga espesipiko nga enerhia iti 200 W·h/kg. Babaen ti panagusar kadagiti nangato a-nikel a silikon-a naibatay nga anodo a materiales ken dagiti lithium-nabaknang a katodo a materiales, ti masa nga espesipiko nga enerhia ket manamnama a dumanon iti 400 W·h/kg ken ti tomometriko a densidad ti enerhia iti 900 W·h/L, nga adayo a nasursurok ngem dagiti tradisional a bateria. Gapuna, dagiti bateria ti lithium-ion ket nasaknap a maus-usar kadagiti mayakar-akar nga elektroniko a produkto ken dagiti de koriente a lugan.
Nangato a boltahe ti open-circuit.Gapu ti panagusar kadagiti saan a-nadanum nga organiko a solvente, ti agmaymaysa a-selula a boltahe ket dumanon iti 3.6–3.8 V, nga isu daytoy ket 2–3 a daras ngem dagiti bateria ti nikel-metal a hidrido wenno nikel-kadmio. Ti epektibo a panagusar kadagiti nangato-boltahe a materiales ti katodo ket mabalin a mangpaadu ti boltahe ti panagpataray ti maymaysa a selula iti 4.5–5 V, nga isu daytoy ket maysa kadagiti napateg a rason para iti nangato a densidad ti enerhia dagiti bateria ti lithium-ion.
Kabaelanna ti nangato-rate a singir ken discharge.Kas pagarigan, amin a-solid-estado a lithium-ion a bateria nga agus-usar kadagiti polimero nga elektrolito ket makagun-od kadagiti rate ti panagiparuar iti ngato ti 10C nga addaan iti nasayaat a kinatalged; dagiti bateria ti lithium-ion nga agus-usar ti lithium iron phosphate a kas ti katodo ket makagun-od ti 100C a panagdiskarga.
Nababa ti self-discharge rate.Iti temperatura ti siled, ti binulan a self-discharge rate dagiti lithium-ion a bateria ket sapasap a basbassit ngem 10%, nababbaba ngem dagiti nikel-metal hydride a bateria (15%) ken kagudua ti nikel-cadmium a bateria. Ti self-discharge rate dagiti bateria ti lithium iron phosphate ket sapasap a basbassit ngem 3%.
Makaay-ayo iti aglawlaw, .nga awan ti linaonna a lead, cadmium, mercury, wenno dadduma pay a makadangran a substansia, ken saan a mangmulit iti aglawlaw.
Awan ti epekto ti memoria.Ti epekto ti memoria ket mangibagbaga ti penomenon a ti kapasidad ti bateria ket bumassit no makarga manen sakbay a naan-anay a maidiskarga wenno mausar sakbay a naan-anay a makarga (ti epekto ti memoria ket saan a panagrupsa ti kapasidad). Awan ti epekto ti memoria dagiti bateria ti lithium-ion.
Nasayaat ti kinatalged.Dagiti bateria ti litio-ion ket sapasap nga agus-usar kadagiti materiales ti karbon a kas ti negatibo nga elektrodo, nga addaan iti potensial ti elektrodo nga asideg iti metaliko a litio. Dagiti ion ti lithium ket mabalin a mabaliwan nga ag-intercalate ken ag-deintercalate iti karbon, a mangkissay unay ti posibilidad ti panagibukbok ti metal ti lithium ken dakkel a mangpasayaat ti kinatalged ti bateria. Kadagiti napalabas a tawen, dagiti gil-ayab-retardant additives, flame-retardant separators, PTC (positive temperature coefficient) devices, explosion-proof valves, sistema ti panagmanehar ti bateria, ken dadduma pay a teknolohia ket nangisigurado iti nangato unay a kinatalged dagiti lithium-ion a bateria.
Atiddog ti biag ti siklo.Ti siklo a biag dagiti bateria ti lithium-ion ket sapasap a nasurok a 500 a siklo. Ti siklo a biag dagiti bateria ti lithium iron phosphate ket sapasap a 2000–3000 a siklo. No maipada kadagiti sistema ti material ti anode nga addaan iti nangato a kabaelan ti siklo (kas ti lithium titanate), nasurok a 10,000 a siklo ti mabalin a maragpat. Daytoy ket mangaramid kadagiti bateria ti lithium iron phosphate a kasayaatan a pagpilian para kadagiti sistema ti bateria a pagidulinan ti enerhia ken dagiti dadakkel-scale nga ESS a proyekto.
