بررسی اجمالی باتری لیتیومی |انرژی های تجدیدپذیر BSLBATT

BSLBATT Engineered Technologies از تیم‌های مهندسی، طراحی، کیفیت و ساخت مجرب ما استفاده می‌کند تا مشتریان ما بتوانند از راه‌حل‌های فنی پیشرفته باتری که نیازهای منحصر به فرد برنامه‌های خاص خود را برآورده می‌کنند، مطمئن باشند.ما در طراحی سلول‌های لیتیومی قابل شارژ و غیرقابل شارژ و طراحی بسته باتری تخصص داریم، زیرا با انواع شیمی سلول‌های لیتیومی کار می‌کنیم تا گزینه‌ها و راه‌حل‌هایی را برای کاربردهای سخت در سراسر جهان ارائه دهیم.

بسته باتری لیتیومی فن آوری ها

قابلیت‌های تولیدی گسترده ما ما را قادر می‌سازد تا ابتدایی‌ترین بسته‌های باتری، بسته‌های سفارشی با مدارات، اتصالات و محفظه‌های تخصصی بسازیم.از حجم کم تا زیاد، ما توانایی و تخصص صنعت را داریم تا نیازهای منحصر به فرد همه OEM ها را برآورده کنیم زیرا تیم مهندسی مجرب ما می تواند راه حل های باتری سفارشی را برای نیازهای خاص اکثر برنامه ها طراحی، توسعه، آزمایش و تولید کند.

BSLBATT راه حل های کلید در دست را بر اساس نیازها و مشخصات مشتری ارائه می دهد.ما با تولید کنندگان سلول های پیشرو در صنعت برای ارائه راه حل های بهینه شریک هستیم و پیچیده ترین تجهیزات الکترونیکی کنترل و نظارت را در بسته های باتری آن توسعه داده و ادغام می کنیم.

باتری لیتیوم یون چگونه کار می کند؟

باتری‌های لیتیوم یونی از پتانسیل احیای قوی یون‌های لیتیوم برای نیرو دادن به واکنش ردوکس مرکزی برای تمام فناوری‌های باتری استفاده می‌کنند - کاهش در کاتد، اکسیداسیون در آند.اتصال پایانه های مثبت و منفی یک باتری از طریق یک مدار، دو نیمه واکنش ردوکس را متحد می کند و به دستگاه متصل به مدار اجازه می دهد تا انرژی را از حرکت الکترون ها استخراج کند.

در حالی که امروزه انواع مختلفی از مواد شیمیایی مبتنی بر لیتیوم در صنعت استفاده می شود، ما از اکسید لیتیوم کبالت (LiCoO2) استفاده خواهیم کرد - شیمی که به باتری های لیتیوم یون اجازه می دهد تا جایگزین باتری های نیکل-کادمیم شوند که برای مصرف کنندگان معمول بود. الکترونیک تا دهه 90 - برای نشان دادن شیمی اولیه پشت این فناوری محبوب.

واکنش کامل برای یک کاتد LiCoO2 و یک آند گرافیت به شرح زیر است:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

در جایی که واکنش رو به جلو نشان دهنده شارژ و واکنش معکوس نشان دهنده تخلیه است.این را می توان به نیمه واکنش های زیر تقسیم کرد:

در الکترود مثبت، کاهش در کاتد در حین تخلیه رخ می دهد (به واکنش معکوس مراجعه کنید).

LiCo3+O2 ⇌ xLi+ + Li1-xCo4+xCo3+1-xO2 + e-

در الکترود منفی، اکسیداسیون در آند در حین تخلیه رخ می دهد (به واکنش معکوس مراجعه کنید).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

در طول تخلیه، یون های لیتیوم (Li+) از الکترود منفی (گرافیت) از طریق الکترولیت (نمک های لیتیوم معلق در یک محلول) و جداکننده به الکترود مثبت (LiCoO2) حرکت می کنند.در همان زمان، الکترون ها از آند (گرافیت) به کاتد (LiCoO2) که از طریق یک مدار خارجی متصل است، حرکت می کنند.اگر منبع تغذیه خارجی اعمال شود، واکنش همراه با نقش الکترودهای مربوطه معکوس می شود و سلول را شارژ می کند.

آنچه در باتری لیتیوم یونی وجود دارد

سلول 18650 استوانه‌ای معمولی شما، که شکل رایجی است که توسط صنعت برای کاربردهای تجاری از لپ‌تاپ گرفته تا خودروهای الکتریکی استفاده می‌شود، دارای OCV (ولتاژ مدار باز) 3.7 ولت است.بسته به سازنده می تواند حدود 20 آمپر با ظرفیت 3000 میلی آمپر ساعت یا بیشتر ارائه دهد.بسته باتری از سلول های متعدد تشکیل شده است و به طور کلی شامل یک ریزتراشه محافظ برای جلوگیری از شارژ بیش از حد و تخلیه زیر حداقل ظرفیت است که می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد، آتش سوزی و انفجار شود.بیایید نگاهی دقیق تر به درونی یک سلول بیندازیم.

الکترود/کاتد مثبت

کلید طراحی یک الکترود مثبت، انتخاب ماده ای است که در مقایسه با فلزات لیتیوم خالص، پتانسیل الکتریکی آن بیشتر از 2.25 ولت باشد.مواد کاتدی در لیتیوم یون بسیار متفاوت هستند، اما آنها معمولاً دارای اکسیدهای فلزی واسطه لیتیوم لایه‌ای هستند، مانند طرح کاتد LiCoO2 که قبلاً بررسی کردیم.مواد دیگر عبارتند از اسپینل ها (یعنی LiMn2O4) و الیوین ها (یعنی LiFePO4).

الکترود/آند منفی

در یک باتری لیتیومی ایده آل، شما از فلز لیتیوم خالص به عنوان آند استفاده می کنید، زیرا ترکیبی بهینه از وزن مولکولی کم و ظرفیت ویژه بالا را برای باتری فراهم می کند.دو مشکل اصلی وجود دارد که مانع از استفاده لیتیوم به عنوان آند در کاربردهای تجاری می شود: ایمنی و برگشت پذیری.لیتیوم بسیار واکنش پذیر است و مستعد خرابی های فاجعه بار از نوع آتش سوزی است.همچنین در هنگام شارژ، لیتیوم به جای استفاده از مورفولوژی سوزنی مانند به نام دندریت، به حالت فلزی یکنواخت اولیه خود باز نمی گردد.تشکیل دندریت می تواند منجر به سوراخ شدن جداکننده ها شود که می تواند منجر به شلوارک شود.

راه حلی که محققان برای مهار مزایای فلز لیتیوم بدون تمام معایب ابداع کردند، ترکیب لیتیوم بود - فرآیند لایه‌بندی یون‌های لیتیوم در داخل گرافیت کربن یا برخی مواد دیگر، تا امکان حرکت آسان یون‌های لیتیوم از یک الکترود به الکترود دیگر را فراهم کند.مکانیسم های دیگر شامل استفاده از مواد آندی با لیتیوم است که واکنش های برگشت پذیر را امکان پذیرتر می کند.مواد آند معمولی شامل گرافیت، آلیاژهای مبتنی بر سیلیکون، قلع و تیتانیوم است.

جداکننده

نقش جداکننده این است که یک لایه عایق الکتریکی بین الکترودهای منفی و مثبت ایجاد کند، در حالی که همچنان به یون‌ها اجازه می‌دهد در طول شارژ و تخلیه از آن عبور کنند.همچنین باید از نظر شیمیایی در برابر تخریب توسط الکترولیت و سایر گونه های موجود در سلول مقاوم باشد و از نظر مکانیکی به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر سایش و پارگی مقاومت کند.جداکننده‌های معمولی لیتیوم یون معمولاً ماهیتی بسیار متخلخل دارند و از ورقه‌های پلی اتیلن (PE) یا پلی پروپیلن (PP) تشکیل شده‌اند.

الکترولیت

نقش یک الکترولیت در یک سلول لیتیوم یونی فراهم کردن محیطی است که از طریق آن یون های لیتیوم می توانند آزادانه بین کاتد و آند در طول چرخه های شارژ و دشارژ جریان پیدا کنند.ایده این است که محیطی را انتخاب کنید که هم رسانای Li+ خوب باشد و هم یک عایق الکترونیکی.الکترولیت باید از نظر حرارتی پایدار بوده و از نظر شیمیایی با سایر اجزای سلول سازگار باشد.به طور کلی، نمک های لیتیوم مانند LiClO4، LiBF4، یا LiPF6 معلق در یک حلال آلی مانند دی اتیل کربنات، اتیلن کربنات یا دی متیل کربنات به عنوان الکترولیت برای طرح های معمولی لیتیوم یون عمل می کنند.

اینترفاز الکترولیت جامد (SEI)

یک مفهوم طراحی مهم برای درک سلول‌های لیتیوم یون، فاز میانی الکترولیت جامد (SEI) است - یک فیلم غیرفعال‌سازی که در سطح مشترک بین الکترود و الکترولیت ایجاد می‌شود، زیرا یون‌های Li+ با محصولات تخریب الکترولیت واکنش می‌دهند.فیلم در طول شارژ اولیه سلول روی الکترود منفی تشکیل می شود.SEI از الکترولیت در برابر تجزیه بیشتر در طول شارژهای بعدی سلول محافظت می کند.از دست دادن این لایه غیرفعال می‌تواند بر عمر چرخه، عملکرد الکتریکی، ظرفیت و عمر کلی یک سلول تأثیر منفی بگذارد.از طرف دیگر، سازندگان دریافته‌اند که می‌توانند عملکرد باتری را با تنظیم دقیق SEI بهبود بخشند.

با خانواده باتری های لیتیوم یونی آشنا شوید

جذابیت لیتیوم به عنوان یک ماده الکترود ایده‌آل برای کاربردهای باتری، منجر به تولید انواع باتری‌های لیتیوم یونی شده است.در اینجا پنج مورد از رایج ترین باتری های تجاری موجود در بازار آورده شده است.

اکسید لیتیوم کبالت

ما قبلاً در این مقاله به طور کامل به باتری‌های LiCoO2 پرداخته‌ایم زیرا نشان‌دهنده محبوب‌ترین شیمی برای وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ و دوربین‌های الکترونیکی است.LiCoO2 موفقیت خود را مدیون انرژی ویژه بالای خود است.طول عمر کوتاه، پایداری حرارتی ضعیف و قیمت کبالت، تولیدکنندگان را مجبور می‌کند که به طرح‌های کاتد ترکیبی روی بیاورند.

لیتیوم اکسید منگنز

باتری های لیتیوم اکسید منگنز (LiMn2O4) از کاتدهای مبتنی بر MnO2 استفاده می کنند.در مقایسه با باتری‌های استاندارد LiCoO2، باتری‌های LiMn2O4 سمیت کمتری دارند، هزینه کمتری دارند و استفاده از آنها ایمن‌تر است، اما ظرفیت کمتری دارند.در حالی که طرح‌های قابل شارژ در گذشته مورد بررسی قرار گرفته‌اند، صنعت امروز معمولاً از این شیمی برای سلول‌های اولیه (تک چرخه) استفاده می‌کند که غیرقابل شارژ هستند و قرار است پس از استفاده دور ریخته شوند.بادوام، پایداری حرارتی بالا و ماندگاری طولانی آنها را برای ابزارهای برقی یا تجهیزات پزشکی عالی می کند.

لیتیوم نیکل منگنز اکسید کبالت

گاهی اوقات کل بیشتر از مجموع اجزای آن است و باتری‌های لیتیوم نیکل منگنز اکسید کبالت (همچنین به عنوان باتری‌های NCM شناخته می‌شوند) عملکرد الکتریکی بیشتری نسبت به LiCoO2 دارند.NCM قدرت خود را در متعادل کردن مزایا و معایب مواد کاتدی فردی خود به دست می آورد.یکی از موفق‌ترین سیستم‌های لیتیوم یونی در بازار، NCM است که به طور گسترده در پیشرانه‌ها مانند ابزارهای برقی و دوچرخه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود.

لیتیوم فسفات آهن

باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) با کمک مواد کاتد فسفات نانوساختار، عمر چرخه‌ای طولانی و درجه جریان بالا با پایداری حرارتی خوب دارند.با وجود این پیشرفت‌ها، انرژی آن به اندازه فناوری‌های ترکیبی کبالت نیست و بالاترین میزان خود تخلیه را در بین سایر باتری‌های این لیست دارد.باتری های LiFePO4 به عنوان جایگزینی برای سرب اسید به عنوان باتری استارت خودرو محبوب هستند.

لیتیوم تیتانات

جایگزینی آند گرافیت با نانوبلورهای لیتیوم تیتانات، سطح آند را تا حدود 100 متر مربع در هر گرم به میزان زیادی افزایش می دهد.آند نانوساختار تعداد الکترون‌هایی را که می‌توانند از مدار عبور کنند، افزایش می‌دهد و به سلول‌های تیتانات لیتیوم توانایی شارژ و تخلیه ایمن با نرخ‌های بیش از 10 درجه سانتیگراد (ده برابر ظرفیت نامی آن) را می‌دهد.معاوضه برای داشتن سریعترین چرخه شارژ و دشارژ باتری‌های لیتیوم یون، ولتاژ نسبتاً پایین‌تر 2.4 ولت در هر سلول است، سلول‌های تیتانات لیتیوم در انتهای پایین طیف چگالی انرژی باتری‌های لیتیومی اما همچنان بالاتر از شیمی‌های جایگزین مانند نیکل است. کادمیومعلی‌رغم این عیب، عملکرد کلی الکتریکی، قابلیت اطمینان بالا، پایداری حرارتی و عمر چرخه بسیار طولانی به این معنی است که باتری همچنان در خودروهای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آینده باتری های لیتیوم یونی

فشار زیادی از سوی شرکت‌ها و دولت‌ها در سرتاسر جهان برای پیگیری تحقیقات و توسعه بیشتر در مورد لیتیوم یون و سایر فناوری‌های باتری برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای انرژی پاک و کاهش انتشار کربن وجود دارد.ذاتاً منابع انرژی متناوب مانند خورشید و باد می‌توانند از چگالی انرژی بالای یون لیتیوم و عمر چرخه طولانی بهره ببرند که در حال حاضر به فناوری کمک کرده است تا بازار خودروهای الکتریکی را به سمت خود بکشاند.

برای پاسخگویی به این تقاضای فزاینده، محققان در حال حاضر شروع به جابجایی مرزهای لیتیوم یون موجود به روش های جدید و هیجان انگیز کرده اند.سلول های لیتیوم پلیمری (Li-Po) برای عملکرد الکتریکی قابل مقایسه با ایمنی بهبود یافته و وزن سبک تر، الکترولیت های خطرناک مبتنی بر نمک لیتیوم مایع را با ژل های پلیمری ایمن تر و طرح های سلول نیمه مرطوب جایگزین می کنند.لیتیوم حالت جامد جدیدترین فناوری روی بلوک است که نویدبخش بهبود چگالی انرژی، ایمنی، عمر چرخه و طول عمر کلی با پایداری الکترولیت جامد است.پیش‌بینی اینکه کدام فناوری در رقابت برای راه‌حل ذخیره‌سازی انرژی نهایی پیروز می‌شود، دشوار است، اما مطمئناً لیتیوم یون نقش مهمی در اقتصاد انرژی در سال‌های آینده خواهد داشت.

ارائه دهنده راهکارهای ذخیره انرژی

ما محصولات پیشرفته ای تولید می کنیم که مهندسی دقیق را با تخصص برنامه های کاربردی گسترده ترکیب می کند تا به مشتریان در ادغام راه حل های ذخیره انرژی در محصولاتشان کمک کند.BSLBATT Engineered Technologies دارای فن آوری و تخصص یکپارچه سازی اثبات شده برای رساندن برنامه های کاربردی شما از ایده به تجاری سازی است.

برای کسب اطلاعات بیشتر، پست وبلاگ ما را در ذخیره سازی باتری لیتیومی .