Lithium-ion-batterier

Princippet for drift af ethvert elektrisk batteri er akkumulering af elektrisk energi under en kemisk reaktion, der opstår, når en opladende elektrisk strøm strømmer gennem et batteri, og generering af elektrisk energi, når en udladningsstrøm flyder under en revers kemisk reaktion.

Vendbarheden af ​​den kemiske reaktion i batteriet giver dig mulighed for gentagne gange at aflade og oplade batteriet. Dette er fordelen ved batterier i forhold til engangsstrømskilder, almindelige batterier, hvor kun udladningsstrøm er mulig.

Som medium til ladningsoverførsel fra en batterielektrode til en anden bruges en elektrolyt - en speciel løsning på grund af den kemiske reaktion med materialet på elektroderne er både direkte og revers kemiske reaktioner i batteriet muligt, hvilket gør det muligt at oplade batteriet og hans rang.

I dag er en af ​​de mest lovende typer batterier litiumionbatteri. I disse batterier fungerer aluminium som en negativ elektrode (katode) og kobber som en positiv elektrode (anode). Elektroderne kan have en anden form, som regel er det en folie i form af en cylinder eller en aflang pakning.

Påfør på aluminiumsfolie katodemateriale, som oftest kan være en af ​​tre: lithiumcobaltat LiCoO2, lithiumferrophosphat LiFePO4 eller lithiummangan-spinel LiMn2O4, og grafit påføres en kobberfolie. Lithiumferrophosphate LiFePO4 er det eneste, i øjeblikket sikre katodemateriale med hensyn til eksplosionsfare og miljøvenlighed generelt.

Polymerelektrolytter, der kan indarbejde lithiumsalte i deres sammensætning på grund af deres plastificitet, gør det muligt at fremstille lithium-ion-batterier med en stor indre overflade og næsten enhver form, og dette øger både produktionen og de samlede dimensioner betydeligt.

I processen med at oplade et sådant batteri bevæger lithiumioner sig gennem elektrolytten og indlejres i krystalgitteret af grafit på anoden og danner lithiumgrafitforbindelse LiC6. Under udladningen forekommer den omvendte proces - litiumioner bevæger sig til katoden (oxidationsmiddel) fra anoden, og elektroner bevæger sig i det ydre kredsløb til katoden, som et resultat får processen elektrisk neutralitet.

Et lithium-ion-batteris nominelle spænding er 3,6 volt, men potentialeforskellen under opladning kan nå 4,23 volt. I forbindelse med dette faktum produceres ladningen ved den maksimalt tilladte spænding på højst 4,2 volt.

Nogle lithiumforbindelser kan let antændes, hvis spændingen overskrides, derfor er de traditionelt indbygget i lithium-ion-batterier regulatorer for ladningsniveauder ikke tillader overskridelse af den kritiske spænding. En anden sikkerhedsfunktion er den integrerede ventil til at aflaste overskydende tryk inden i posen.

Lithium-ion-batterier har allerede taget deres retmæssige plads på markedet for bærbare husholdningsapparater. Dette er batterier til mobiltelefoner, kameraer, videokameraer, tablets, afspillere osv.

Lithium Ferrophosphate LiFePO4 Det betragtes som det mest lovende katodemateriale på grund af dets miljøvenlighed. Lithium cobaltat LiCoO2 er til gengæld giftigt og miljøskadeligt, og for batterier, der er baseret på det, kan kun 50% af ioner fjernes fra sammensætningen, fordi hvis du helt fjerner lithium fra det, vil strukturen blive ustabil, vil kobolt gå i oxidationstilstand + 4 og vil være i stand til at oxidere ilt, og det frigjorte atomiske ilt oxiderer elektrolytten, og der vil opstå en eksplosion.Batterier med øget kapacitet (baseret på LiCoO2) er ekstremt eksplosive.

Lithiumferrophosphate LiFePO4 blev foreslået som katodemateriale i batterier til mere kraftfulde enheder i 1997 af John Goodenough.

Lithiumferrophosphat er til stede i jordskorpen og vil ikke skabe miljømæssige problemer i fremtiden. Oxygen kan ikke frigives fra det, da det hele er meget stærkt bundet af fosfor med dannelsen af ​​en stabil fosfation. Men for muligheden for at anvende dette materiale måtte det fragmenteres i små partikler, ellers ville det forblive en isolator på grund af dets meget lave ledningsevne. Partikler blev fremstillet lamellær med små størrelser langs bevægelsesretningen af ​​lithiumioner, derefter coatet med et nanometer-tykt carbonlag.

Sådanne LiFePO4-nanopartikler er i stand til at oplade på 10 minutter, og hvis overtrækket stadig ændres, reduceres opladningstiden til 1-3 minutter. I fremtiden er det dette materiale, der kan levere strøm til elektriske køretøjer i 10 år. Allerede teknologisk mulig ladning-afladningscyklus på 5-10 minutter med fuld sikkerhed.

Fra moderne videnskabs synspunkt udvikling og frigivelse af jævn bærbar nanoaccumulator Det vil ikke tage lang tid at vente, og ordet er kun for en bred teknologisk implementering af udviklingen. Hvad angår udsigterne for elektriske køretøjer, kan vi nu allerede antage, at de vil blive den vigtigste transportform i byerne i den nærmeste fremtid.

Comments

[#1 Vadim]

Den nærmeste fremtid for de post-sovjetiske lande, et meget vagt koncept. Indtil videre er ingen interesseret i sådanne teknologier i bilindustrien.

Beskrivelsen er fremragende. Fandt bare ikke, hvordan man korrekt vedligeholder batteriet. Efter at have rummet i informationen, udpegede han det vigtigste problem. Dette er en rettidig afgift. Det viser sig, at jo højere procentdel af udladning, jo færre cyklusser "udladningsladning". Det anbefales at oplade overhovedet, hvis det aflades med højst 20%.

Hvad synes du om dette?