A lítium akkumulátor áttekintése |BSLBATT Megújuló Energia

A BSLBATT Engineered Technologies tapasztalt mérnöki, tervezői, minőségügyi és gyártási csapatainkat használja fel, hogy ügyfeleink biztosak lehessenek olyan műszakilag fejlett akkumulátor-megoldásokban, amelyek megfelelnek egyedi alkalmazásaik egyedi követelményeinek.Újratölthető és nem újratölthető lítium cellák és akkumulátorok tervezésére szakosodtunk, mivel különféle lítiumcellás vegyi anyagokkal dolgozunk, hogy lehetőségeket és megoldásokat kínáljunk az igényes alkalmazásokhoz világszerte.

Lítium akkumulátor csomag Technológiák

Széleskörű gyártási képességeink lehetővé teszik számunkra, hogy a legalapvetőbb akkumulátorcsomagokat, speciális áramköröket, csatlakozókat és házakat tartalmazó egyedi csomagokat készítsünk.A kis mennyiségtől a nagy mennyiségig megvan a képességünk és az iparági szakértelem, hogy megfeleljünk az összes OEM egyedi igényeinek, mivel tapasztalt mérnöki csapatunk egyedi akkumulátormegoldásokat tervez, fejleszt, tesztel és gyárt a legtöbb alkalmazás speciális igényeihez.

A BSLBATT kulcsrakész megoldásokat kínál az ügyfelek igényei és specifikációi alapján.Együttműködünk az iparág vezető cellagyártóival, hogy optimális megoldásokat kínálhassunk, és a legkifinomultabb vezérlő- és felügyeleti elektronikát fejlesztjük és építjük be akkumulátoraiba.

Hogyan működik a lítium-ion akkumulátor?

A lítium-ion akkumulátorok kihasználják a lítium-ionok erős redukciós potenciálját, hogy az összes akkumulátortechnológiában központi szerepet töltsenek be a redox reakcióban – redukció a katódon, oxidáció az anódon.Az akkumulátor pozitív és negatív pólusainak összekapcsolása egy áramkörön keresztül egyesíti a redoxreakció két felét, lehetővé téve az áramkörhöz csatlakoztatott eszköz számára, hogy energiát vonjon ki az elektronok mozgásából.

Míg ma az iparban sokféle lítium-alapú vegyszert használnak, mi lítium-kobalt-oxidot (LiCoO2) fogunk használni – azt a kémiát, amely lehetővé tette a lítium-ion akkumulátorokkal a nikkel-kadmium akkumulátorok helyettesítését, amelyek a fogyasztók számára szokásosak voltak. elektronika egészen a 90-es évekig – hogy bemutassa a népszerű technológia mögött meghúzódó alapvető kémiát.

A LiCoO2 katód és a grafit anód teljes reakciója a következő:

LiCoO2 + C ⇌ Li1-xCoO2 + LixC

Ahol az előremenő reakció a töltést, a fordított reakció pedig a kisütést jelenti.Ez a következő félreakciókra bontható:

A pozitív elektródán a katódon redukció történik a kisülés során (lásd fordított reakció).

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

A negatív elektródánál a kisülés során az anódnál oxidáció megy végbe (lásd fordított reakció).

C + xLi+ + e- ⇌ LixC

A kisülés során a lítium-ionok (Li+) a negatív elektródáról (grafit) az elektroliton (oldatban szuszpendált lítium-sók) és a szeparátoron keresztül a pozitív elektródáig (LiCoO2) jutnak el.Ugyanakkor az elektronok az anódról (grafit) a katódra (LiCoO2) mozognak, amely egy külső áramkörön keresztül kapcsolódik.Ha külső áramforrást alkalmazunk, a reakció megfordul, a megfelelő elektródák szerepével együtt, feltöltve a cellát.

Mit tartalmaz a lítium-ion akkumulátor

Az Ön tipikus hengeres 18650-es cellája, amely az iparban a laptopoktól az elektromos járművekig terjedő kereskedelmi alkalmazásokban használt általános alaktényező, OCV (nyílt áramköri feszültség) 3,7 volt.Gyártótól függően körülbelül 20 ampert képes leadni 3000 mAh vagy nagyobb kapacitással.Az akkumulátorcsomag több cellából áll, és általában tartalmaz egy védő mikrochipet, amely megakadályozza a túltöltést és a minimális kapacitás alatti kisülést, ami túlmelegedéshez, tüzet és robbanáshoz vezethet.Nézzük meg közelebbről egy cella belsejét.

Pozitív elektróda/katód

A pozitív elektróda tervezésének kulcsa, hogy olyan anyagot válasszunk, amelynek elektropotenciálja nagyobb, mint 2,25 V, összehasonlítva a tiszta lítium fémekkel.A lítium-ion katódanyagai nagymértékben változnak, de általában réteges lítium átmenetifém-oxidokat tartalmaznak, mint például a korábban feltárt LiCoO2 katód.Egyéb anyagok közé tartoznak a spinellek (pl. LiMn2O4) és az olivinek (azaz LiFePO4).

Negatív elektróda/anód

Egy ideális lítium akkumulátorban tiszta lítium fémet használna anódként, mivel ez biztosítja az alacsony molekulatömeg és a nagy fajlagos kapacitás optimális kombinációját az akkumulátor számára.Két fő probléma akadályozza meg a lítium anódként történő felhasználását kereskedelmi alkalmazásokban: a biztonság és a megfordíthatóság.A lítium nagyon reaktív, és hajlamos a pirotechnikai jellegű katasztrofális meghibásodásokra.A töltés során a lítium nem laposodik vissza eredeti, egyenletes fémes állapotába, ahelyett, hogy dendritként ismert tűszerű morfológiát vesz fel.A dendritképződés kilyukadt elválasztókhoz vezethet, ami rövidzárlathoz vezethet.

A megoldás, amelyet a kutatók a lítium fém előnyeinek minden hátránya nélkül való kihasználására dolgoztak ki, a lítium interkaláció volt – a lítium-ionok széngrafitba vagy más anyagba való rétegezésének folyamata, amely lehetővé teszi a lítium-ionok könnyű mozgását egyik elektródáról a másikra.Más mechanizmusok közé tartozik az anódanyagok lítiummal történő használata, amelyek lehetővé teszik a reverzibilis reakciókat.A tipikus anódanyagok közé tartozik a grafit, a szilícium alapú ötvözetek, az ón és a titán.

Szétválasztó

A szeparátor szerepe az, hogy elektromos szigetelőréteget biztosítson a negatív és pozitív elektródák között, miközben továbbra is lehetővé teszi az ionok áthaladását rajta töltés és kisülés közben.Ezenkívül kémiailag ellenállónak kell lennie az elektrolit és a cellában lévő egyéb anyagok által okozott lebomlással szemben, és mechanikailag elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon a kopásnak.A szokásos lítium-ion szeparátorok általában nagyon porózus jellegűek, és polietilén (PE) vagy polipropilén (PP) lapokból állnak.

Elektrolit

Az elektrolit szerepe a lítium-ion cellában az, hogy olyan közeget biztosítson, amelyen keresztül a lítiumionok szabadon áramolhatnak a katód és az anód között a töltési és kisütési ciklusok során.Az ötlet az, hogy olyan közeget válasszunk, amely egyszerre jó Li+ vezető és elektronikus szigetelő is.Az elektrolitnak termikusan stabilnak és kémiailag kompatibilisnek kell lennie a cellában lévő többi komponenssel.Általában a lítium-sók, például a LiClO4, LiBF4 vagy LiPF6 szerves oldószerben, például dietil-karbonátban, etilén-karbonátban vagy dimetil-karbonátban szuszpendálva szolgálnak elektrolitként a hagyományos lítium-ion-konstrukciókhoz.

Szilárd elektrolit interfázis (SEI)

A lítium-ion cellákkal kapcsolatos fontos tervezési koncepció a szilárd elektrolit interfázis (SEI) – egy passzivációs film, amely az elektróda és az elektrolit határfelületén épül fel, amikor a Li+ ionok reagálnak az elektrolit bomlástermékeivel.A film a negatív elektródán a cella kezdeti töltése során képződik.A SEI megvédi az elektrolitot a további bomlástól a cella későbbi töltése során.Ennek a passziváló rétegnek az elvesztése hátrányosan befolyásolhatja a ciklus élettartamát, az elektromos teljesítményt, a kapacitást és a cella teljes élettartamát.A másik oldalon a gyártók úgy találták, hogy a SEI finomhangolásával javíthatják az akkumulátor teljesítményét.

Ismerje meg a lítium-ion akkumulátorcsaládot

A lítium, mint ideális elektródaanyag az akkumulátoros alkalmazásokhoz, sokféle lítium-ion akkumulátorhoz vezetett.Íme az öt leggyakrabban kapható, kereskedelmi forgalomban kapható akkumulátor a piacon.

Lítium-kobalt-oxid

Ebben a cikkben már részletesen foglalkoztunk a LiCoO2 akkumulátorokkal, mert ez a hordozható elektronikai eszközök, például mobiltelefonok, laptopok és elektronikus kamerák legnépszerűbb kémiája.A LiCoO2 sikerét nagy fajlagos energiájának köszönheti.A rövid élettartam, a rossz termikus stabilitás és a kobalt ára miatt a gyártók át kell váltaniuk a kevert katód kialakítására.

Lítium-mangán-oxid

A lítium-mangán-oxid akkumulátorok (LiMn2O4) MnO2 alapú katódokat használnak.A szabványos LiCoO2 akkumulátorokhoz képest a LiMn2O4 akkumulátorok kevésbé mérgezőek, olcsóbbak és biztonságosabbak a használatuk, de kisebb a kapacitásuk.Míg az újratölthető kialakításokat már korábban is kutatták, a mai ipar jellemzően ezt a kémiát használja az elsődleges (egyciklusú) cellákhoz, amelyek nem újratölthetők, és használat után megsemmisítendők.Tartós, nagy termikus stabilitásuk és hosszú eltarthatóságuk kiválóan alkalmas elektromos szerszámokhoz vagy orvosi eszközökhöz.

Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid

Néha az egész nagyobb, mint a részek összege, és a lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid akkumulátorok (más néven NCM akkumulátorok) nagyobb elektromos teljesítménnyel büszkélkedhetnek, mint a LiCoO2.Az NCM erősödik az egyes katódanyagok előnyei és hátrányai közötti egyensúlyban.Az egyik legsikeresebb lítium-ion rendszer a piacon, az NCM-et széles körben használják hajtásláncokban, például elektromos kéziszerszámokban és elektromos kerékpárokban.

Lítium-vas-foszfát

A lítium-vasfoszfát (LiFePO4) akkumulátorok hosszú élettartamot és nagy áramerősséget érnek el, jó hőstabilitás mellett a nanostrukturált foszfát katód anyag segítségével.E fejlesztések ellenére nem olyan energiasűrű, mint a kobaltkeverékes technológiák, és a listán szereplő többi akkumulátor közül a legmagasabb önkisülési rátával rendelkezik.A LiFePO4 akkumulátorok népszerűek az ólom-sav alternatívájaként, mint autóindító akkumulátor.

Lítium-titanát

A grafit anód lítium-titanát nanokristályokra cserélése nagymértékben megnöveli az anód felületét grammonként körülbelül 100 m2-re.A nanostrukturált anód megnöveli az áramkörön keresztül áramló elektronok számát, így a lítium-titanát cellák biztonságosan tölthetők és kisüthetők 10 C-nál nagyobb sebességgel (a névleges kapacitás tízszerese).A lítium-ion akkumulátorok leggyorsabb töltési és kisütési ciklusának kompromisszuma egy viszonylag alacsonyabb, 2,4 V cellánkénti feszültség, a lítium-titanát cellák a lítium-akkumulátorok energiasűrűségi spektrumának alsó határán, de még mindig magasabbak, mint az alternatív vegyszerek, például a nikkel- kadmium.E hátrány ellenére az általános elektromos teljesítmény, a nagy megbízhatóság, a hőstabilitás és az extra hosszú ciklusélettartam azt jelenti, hogy az akkumulátort továbbra is használják az elektromos járművekben.

A lítium-ion akkumulátorok jövője

Világszerte nagy lendületet kapnak a vállalatok és a kormányok a lítium-ion és más akkumulátor-technológiák további kutatására és fejlesztésére, hogy kielégítsék a tiszta energia és a csökkentett szén-dioxid-kibocsátás iránti növekvő keresletet.A természetüknél fogva időszakos energiaforrások, mint például a nap és a szél, nagy hasznot húzhatnak a lítium-ionok nagy energiasűrűségéből és hosszú élettartamából, ami már segített a technológiai sarokba szorítani az elektromos járművek piacát.

Ennek a növekvő igénynek a kielégítésére a kutatók már elkezdték új és izgalmas módokon feszegetni a meglévő lítium-ion határait.A lítium-polimer (Li-Po) cellák a veszélyes folyékony lítium-só alapú elektrolitokat biztonságosabb polimer gélekre és félnedves cellákra cserélik, hogy összehasonlítható elektromos teljesítményt nyújtsanak nagyobb biztonsággal és könnyebben.A szilárdtest-lítium a blokk legújabb technológiája, amely a szilárd elektrolit stabilitásával javítja az energiasűrűséget, a biztonságot, a ciklus élettartamát és az általános hosszú élettartamot.Nehéz megjósolni, hogy melyik technológia nyeri meg a végső energiatárolási megoldásért folyó versenyt, de a lítium-ion minden bizonnyal az elkövetkező években is jelentős szerepet fog játszani az energiagazdaságban.

Energiatárolási megoldások szolgáltatója

Élvonalbeli termékeket gyártunk, ötvözve a precíziós tervezést kiterjedt alkalmazási szakértelemmel, hogy segítsük ügyfeleinket az energiatárolási megoldások termékeikbe való integrálásában.A BSLBATT Engineered Technologies bevált technológiai és integrációs szakértelemmel rendelkezik ahhoz, hogy alkalmazásait a koncepciótól a kereskedelmi forgalomba hozatalig vigye.

Ha többet szeretne megtudni, olvassa el a következő blogbejegyzésünket lítium akkumulátor tároló .