Litium-ion-batterier

Prinsippet for drift av ethvert elektrisk batteri er akkumulering av elektrisk energi under en kjemisk reaksjon som oppstår når en ladende elektrisk strøm strømmer gjennom et batteri, og generering av elektrisk energi når en utladningsstrøm strømmer under en revers kjemisk reaksjon.

Vendbarheten til den kjemiske reaksjonen i batteriet gjør at du gjentatte ganger kan lade ut og lade batteriet. Dette er fordelen med batterier fremfor engangsstrømskilder, vanlige batterier, hvor bare utladningsstrøm er mulig.

Som medium for ladningsoverføring fra en batterielektrode til en annen, brukes en elektrolytt - en spesiell løsning, på grunn av den kjemiske reaksjonen som materialet på elektrodene har, både direkte og revers kemiske reaksjoner i batteriet er mulig, noe som gjør det mulig å lade batteriet og hans rang.

I dag er en av de mest lovende batteritypene litiumionbatteri. I disse batteriene fungerer aluminium som en negativ elektrode (katode), og kobber som en positiv elektrode (anode). Elektrodene kan ha en annen form, som regel er det en folie i form av en sylinder eller en avlang pakke.

Påfør på aluminiumsfolie katodemateriale, som oftest kan være en av tre: litiumkobaltat LiCoO2, litiumferrofosfat LiFePO4, eller litiummanganspinnel LiMn2O4, og grafitt blir påført en kobberfolie. Litiumferrofosfat LiFePO4 er det eneste, for øyeblikket sikre katodematerialet når det gjelder eksplosjonsfare og miljøvennlighet generelt.

Polymerelektrolytter som kan innlemme litiumsalter i deres sammensetning, på grunn av deres plastisitet, gjør det mulig å produsere litium-ion-batterier med en stor indre overflate og nesten hvilken som helst form, og dette øker både produserbarheten av produksjonen og de generelle dimensjonene.

I prosessen med å lade et slikt batteri beveger litiumioner seg gjennom elektrolytten og er innebygd i krystallgitteret til grafitt på anoden, og danner litiumgrafittforbindelse LiC6. Under utladningen skjer den omvendte prosessen - litiumioner beveger seg til katoden (oksidasjonsmiddel) fra anoden, og elektroner beveger seg i den eksterne kretsen til katoden, som et resultat får prosessen elektrisk nøytralitet.

Den nominelle spenningen til et litiumionbatteri er 3,6 volt, men potensialforskjellen under lading kan nå 4,23 volt. I forbindelse med dette faktum produseres ladningen med den maksimalt tillatte spenningen på ikke mer enn 4,2 volt.

Noen litiumforbindelser kan lett antennes hvis spenningen overskrides, og derfor er de tradisjonelt innebygd i litium-ion-batterier ladenivåkontrolleresom ikke tillater overskridelse av den kritiske spenningen. En annen sikkerhetsfunksjon er den integrerte ventilen for å avlaste overflødig trykk inne i posen.

Litium-ion-batterier har allerede tatt sin rettmessige plass i markedet for bærbare husholdningsapparater. Dette er batterier for mobiltelefoner, kameraer, videokameraer, nettbrett, spillere, etc.

Litiumferrofosfat LiFePO4 betraktet som det mest lovende katodematerialet på grunn av miljøvennlighet. Litiumkoboltat LiCoO2 er på sin side giftig og miljøskadelig, og for batterier basert på det, kan bare 50% av ionene trekkes ut fra strukturen til forbindelsen, fordi hvis du fjerner litium helt fra det, vil strukturen bli ustabil, vil kobolt gå i oksidasjonstilstand + 4 og vil være i stand til å oksidere oksygen, og det frigjorte atomoksygen vil oksidere elektrolytten, og en eksplosjon vil oppstå.Batterier med økt kapasitet (basert på LiCoO2) er ekstremt eksplosive.

Litiumferrofosfat LiFePO4 ble foreslått som katodemateriale til batterier for kraftigere apparater i 1997 av John Goodenough.

Litiumferrofosfat er til stede i jordskorpen, og vil ikke skape miljømessige problemer i fremtiden. Oksygen kan ikke frigjøres fra det, siden det hele er veldig sterkt bundet av fosfor med dannelse av et stabilt fosfation. Imidlertid, for muligheten for å bruke dette materialet, måtte det fragmenteres i små partikler, ellers ville det forbli en isolator på grunn av dets svært lave ledningsevne. Partikler ble laget lamellære med små størrelser langs bevegelsesretningen til litiumioner, deretter belagt med et nanometer tykt karbonlag.

Slike LiFePO4-nanopartikler er i stand til å lade på 10 minutter, og hvis belegget fortsatt er modifisert, vil ladetiden reduseres til 1-3 minutter. I fremtiden er det dette materialet som vil kunne gi strøm til elektriske kjøretøy i 10 år. Allerede teknologisk mulig ladning-utladningssyklus på 5-10 minutter med full sikkerhet.

Fra moderne vitenskaps synspunkt, utvikling og utgivelse av jevn bærbar nanoaccumulator Det vil ikke ta lang tid å vente, og ordet er bare for en bred teknologisk implementering av utviklingen. Når det gjelder utsiktene til elektriske kjøretøyer, kan vi nå anta at de vil bli den viktigste transportformen i byene i nær fremtid.

Comments

[#1 Vadim]

Den nærmeste fremtiden for de post-sovjetiske landene, et veldig vagt konsept. Så langt er ingen interessert i slike teknologier i bilindustrien.

Beskrivelsen er utmerket. Fant ikke hvordan du vedlikeholder batteriet riktig. Etter å ha søkt i informasjonen, viste han frem det viktigste problemet. Dette er en betimelig betalt. Det viser seg at jo høyere prosentdel av utslipp, jo færre sykluser "utladning - ladning". Det anbefales å lade i det hele tatt hvis det slippes ut med ikke mer enn 20%.

Hva synes du om dette?