Taybetmendiyên Pîlên Lithium-ion çi ne?
Kapasîte û Hêza Elektrîmotîv a Materyalên Pîlê Lîtium-ion
Di dema barkirina-reaksiyona daxistina bataryayên lîtium-îonê de, tenê madeyên çalak ên elektrodên pozîtîf û neyînî dikevin ber reaksiyonên lîtium-navbera îyonê/deintercalation, dema ku elektrolît û materyalên din nayên xerckirin. Ji ber vê yekê, potansiyela ku tê de materyalên elektrodê yên erênî û neyînî bi îyonên lîtiumê bi paşvegerandin/deintercalekirin voltaja dorhêla vekirî ya pîlê diyar dike, û mîqdara îyonên lîtiumê yên ku di nav hev de/deintercalkirin kapasîteya madeya çalak diyar dike. Gelek çêkerên bataryayên lîtium-îyonê yên gerdûnî û peydakiroxên bataryayên lîtium-îyonî xwe dispêrin van taybetmendiyên materyalê da ku bigihîjin hilberîna girseyî ya domdar û performansa hilberê domdar.
Ji bo elektroda negatîf reaksîyon li gorî hevkêşeya (1.2) pêk tê. Her molek karbonê (12 g), herî zêde 1/6 mol îyonên lîtiumê dikare were navber kirin. Ji ber vê yekê, kapasîteya taybetî ya teorîkî ya materyalê elektrodê neyînî ya karbonê ye
1/6(mol)×96485(Dîbara Faraday,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)
Di karanîna rojane de, bi berçavgirtina windabûna lîtiumê ji ber adsorption û avakirina fîlima interfaza elektrolîtê ya zexm (SEI), kapasîteya taybetî ya gihîştî ya materyalên karbonê 300-345 mA·h / g e. Pêşkêşkerên pakêta bataryaya lîtium-îonê ya pêşeng vê astê bi formûlasyona grafîtê ya xweşbîn û pêvajoyên pêçandî yên rast bi dest dixin.
Ji bo materyalê elektrodê erênî, kapasîteya wê bi mîqdara îyonên lîtiumê ve girêdayî ye ku dikare were derxistin / têxe. Wekî mînakek LiCoO2, heya her molek LiCoO2 1 mol îyonên lîtium dikare beşdarî reaksiyonê bibe. Ji ber vê yekê, kapasîteya taybetî ya teorîkî ya LiCoO2 (girsa molekulê ya têkildar 97.86) ye
1 (mol)×96485 (C/mol)/97,86 (g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1,6)
Di pratîkê de, ji bo domandina aramiya krîstal a materyalê LiCoO2, bi gelemperî tenê 30% -60% îyonên lîtium beşdarî reaksiyonê dibin. Ji ber vê yekê, kapasîteya taybetî ya rastîn a materyalê LiCoO2 137-164 mA·h / g e. Hilberînerên sereke yên bataryayên lîtium-îon OEM bi riya BMS-ya pêşkeftî kûrahiya barkirin û dakêşanê kontrol dikin da ku jiyana çerxê herî zêde bikin û di heman demê de ewlehiyê misoger bikin.
Ji bo fosfatê hesinê lîtiumê, 1 mol îyonên lîtiumê li ser mole fosfata hesinê lîtiumê dikare bi tevahî beşdarî reaksiyonê bibe. Ji ber vê yekê, kapasîteya taybetî ya teorîkî û rastîn a materyalê fosfatê hesin lîtium (girseya molekulê ya têkildar 157.8) ye.
1 (mol)×96485 (C/mol)/157.8 (g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)
Di xwezayê de, potansiyela redoksa standard a Li/Li⁺ ya herî kêm e, digihîje -3,04 V (li hember elektroda hîdrojenê ya standard). Ji bo materyalên elektrodên neyînî yên karbonê, potansiyela derxistin û ketina lîtium-ion li nêzî potansiyela hevsengiya Li / Li⁺ ye. Li gorî teoriya elektrokîmyayî, di germahiya odeyê de, potansiyela elektrodê E ya elektroda neyînî ya karbonê ye
E=E dereceya + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)
ko
E derece - potansiyela elektrodê standard;
C(Li⁺) - giraniya îyonên lîtiumê di çareya elektrolîtê de;
C(Li,C₆) - îyonên lîtiumê di karbona elektroda neyînî de.
Dema ku di nav çareseriyê de û di karbona elektroda neyînî de giraniya îyona lîtiumê nêzîk be, potansiyela elektrodê ya elektroda neyînî bi potansiyela kêmkirina standard E derece ye. Bi gelemperî, hûrbûna îyona lîtiumê di elektrolîtê de sabît e, ji ber vê yekê guhertinên di berhevoka îyona lîtiumê de di karbona elektroda neyînî de dê bibe sedema guheztina potansiyela elektroda neyînî. Heya niha rêbazek gerdûnî tune ku potansiyela hevsengiya rastîn a Li/C₆ bi nirxên x-yê cihêreng hesab bike. Bi gelemperî bi ezmûnî tê destnîşankirin. Ceribandin nîşan didin ku potansiyela delîtasyonê ya materyalên bingehîn ên grafît-bi gelemperî di navbera 0-0,4 V (li hember Li/Li⁺) de diguhere, û wan ji bo sepanan materyalên elektrodên neyînî yên nisbeten guncan dike. Hêjmara 1.2 nîşana barkirina tîpîk-kûçika taybetmendiya dakêşanê ya elektrodeke neyînî ya grafît dide.
Ji bo materyalên elektrodê erênî yên LiCoO2, pêvajoya navberkirina lîtium/deintercalation reaksiyonek yek-qonaxê ye. Her ku di maddeya elektroda erênî de giraniya îyona lîtiumê diguhere, potansiyela elektroda erênî jî diguhere. Bi dîtina balkişandina îyona lîtiumê di elektrolîtê de 1 mol/L ye, ji bo reaksiyona di Hevkêşana (1.1) de, potansiyela elektrodê erênî E ye.
E=E dereceya + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO2)/C(LiCoO2)] (1.9)
ko
E derece - potansiyela elektrodê standard;
C(LiCoO2) - giraniya LiCoO2 di materyalê elektrodê erênî de;
C(Li⁺,CoO2) - kombûna Li⁺ û CoO2 di materyalê elektrodê erênî de;
Gava ku îyonên lîtiumê têne derxistin, potansiyela elektrodê erênî meylek daketî nîşan dide.
Pêvajoya barkirinê-ya materyalê hesin fosfatê lîtium veguherîna ji fosfata hesinê lîtium bo fosfata hesin piştî veqetandinê ye.
Reaksiyona li elektrodê fosfat hesinê lîtiumê ye
LiFePO4 ↔ FePO4 + Li⁺ + e- (1.10)
Pêvajoya wê ya lîtium-îyona navberî/deintercalation reaksiyonek du-qonaxê ye. Ji ber vê yekê, guhertinên di berhevoka îyona lîtiumê de di materyalê elektrodê erênî de bandorê li guherîna potansiyela elektroda erênî nake. Potansiyela hevsengiya wê ye
E=E dereceya + 0.02567 · ln[C(FePO4)/C(LiFePO4)] (1.11)
Giraniya madeyên safî 1 e. Li gorî pîvanên wê yên termodnamîk, potansiyela hevsengiya teorîkî 3,4 V ye.
Xala 1.3-ê ya maddeya fosfatê ya hesinê lîtiumê ya tîpî-bara barkirinê tê nîşandan.
Taybetmendiyên Performansê yên Pîlên Lithium-ion
Li gorî bataryayên din, bataryayên lîtium-yon xwedî taybetmendiyên jêrîn in ku bi berfirehî ji hêla belavkerên lîtium-îon û xerîdarên pîşesaziyê ve têne nas kirin:
Dendika enerjiyê ya bilind.Tîrêjiya enerjiyê ya bataryayên lîtium-îon digihîje 100 W·h/kg û 200 W·h/L an jî zêdetir. Pîlên lîtium-îyonên katodê yên sêdar ên dawîn enerjiya taybetî ya girseyê 200 W·h/kg bi dest xistine. Bi karanîna materyalên anodê yên bilind-nîkel silicon- û materyalên katodê yên dewlemend ên lîtium-, enerjiya taybetî ya girseyê tê çaverê kirin ku bigihîje 400 W·h/kg û dendika enerjiyê ya voltîkî 900 W·h/L, ku pir ji bataryayên kevneşopî zêdetir e. Ji ber vê yekê, bataryayên lîtium-ion bi berfirehî di hilberên elektronîkî yên portable û wesayîtên elektrîkê de têne bikar anîn.
voltaja dorê ya vekirî-bilind.Ji ber bikaranîna-helwêstên organîk ên ne-avî, voltaja yek-hucreyê digihêje 3,6–3,8 V, ku 2–3 caran ji nîkel-hîdrîdên metal an nîkel-pîlên kadmiumê ye. Bikaranîna maddeyên katodê yên voltaja bilind bi bandor dikare voltaja xebitandinê ya yek şaneyek 4,5–5 V zêde bike, ku ev yek ji sedemên girîng e ji bo berzbûna enerjiya bilind a bataryayên lîtium-.
Dikare bi-rêjeya bilind û barkirinê.Mînakî, hemî -baterên lîtiumê yên hişk-lithium- yên ku elektrolîtên polîmer bikar tînin, dikarin bi ewlehiyek baş rêjeyên dakêşanê ji 10 ° C bi dest bixin; bataryayên lîtium-îonê ku wekî katodê fosfata hesin lîtium bikar tînin dikarin 100C dakêşanê bi dest bixin.
Rêjeya xweya kêm-derxistinê.Di germahiya odeyê de, rêjeya mehane ya -xwe-dakêşana bataryayên lîtium-îyonê bi giştî ji %10 kêmtir e, ji bataryayên nîkel-hîdrîdên metal (15%) û nîvî yên pîlên nîkel-kadmium kêmtir e. Rêjeya xwe-vekêşana bataryayên hesin fosfat lîtium bi giştî ji %3 kêmtir e.
Dostaniya jîngehê,lîber, kadmium, merkur, an maddeyên din ên zerardar tune û jîngehê qirêj nake.
Bandora bîranînê tune.Bandora bîranînê diyar dike ku dema ku kapasîteya pîlê kêm dibe berî ku bi tevahî were dakêşandin an jî berî ku bi tevahî were barkirin were bikar anîn kêm dibe (bandora bîrê ne hilweşîna kapasîteyê ye). Pîlên lîtium-îyonê tu bandora bîrê tune.
Ewlekariya baş.Pîlên lîtium-îon bi gelemperî materyalên karbonê wekî elektrodek neyînî bikar tînin, ku potansiyela elektrodê wê nêzî ya lîtiumê metalîk e. Iyonên lîtiumê dikarin bi rengek vegerî di nav karbonê de tevlihev bibin û ji hev veqetînin, îhtîmala depokirina metala lîtiumê pir kêm dike û ewlehiya bataryayê bi girîngî baştir dike. Di van salên dawîn de,-zêdekarên êgir,-veqetînerên retardant ên şewatê, cîhazên PTC (hevsengiya germahiya erênî), valavên teqemeniyê-, pergalên birêvebirina pîlê, û teknolojiyên din ewlekariya pir zêde ya bataryayên lîtium-îyonî misoger kirine.
Jiyana çerxa dirêj.Jiyana çerxa bataryayên lîtium-îonî bi giştî ji 500 sikilî zêdetir e. Jiyana çerxa bataryayên fosfat hesin lîtium bi gelemperî 2000-3000 dor e. Dema ku bi pergalên materyalên anode yên bi kapasîteya çerxa bilind (wek lîtium titanate) re were hevber kirin, ji 10,000 zêdetir çerx dikare were bidestxistin. Ev yek ji bo pergalên bataryayên hilanîna enerjiyê û projeyên ESS-ê yên mezin-bataryayên fosfatê yên hesinê lîtiumê bijareya çêtirîn dike.
