Как работают литий-ионные аккумуляторы? – Плюсы и минусы

Литий-ионные аккумуляторы — это тип перезаряжаемых аккумуляторов. которые важны в мобильных системах. Литий-ионные аккумуляторы являются одними из наиболее часто используемых аккумуляторов в автомобильной промышленности. Как работают литий-ионные аккумуляторы?

Вы можете найти эти батареи в мобильных телефонах. , MP3-плееры , ноутбуки и другие электронные устройства .

Литий-ионный аккумулятор для автомобилей :литий-ионные элементы, собранные вместе, образуют высоковольтные батареи в электромобилях. в наши дни.

Что такое элементы и батареи?

Что такое батарея и элементы ?

ячейка представляет собой базовый электрохимический блок, содержащий электроды (анод и катод), сепаратор и электролиты.

Одноэлементные не способны поставлять большое количество электроэнергии в приборы. Таким образом, они соединяются в аккумуляторную батарею.

 батарея  или аккумулятор – это набор элементов или блоков элементов с корпусом, электрическими соединениями и, возможно, электроникой для управления и защиты

Литий-ионные элементы соединяются вместе, образуя аккумуляторы на 12 В, 36 В и даже выше (400 В).

Компоненты ячейки

Основными компонентами ячейки являются

• Анод — отрицательный электрод
• Катод — положительный электрод
• Электролит
• Органический разделитель

Компоненты литий-ионного аккумулятора

• Анод :литий-интеркалированный графит (LiC₆ )
• Катод :литий-интеркалированный LiCoO₂ (Li_х СоО2)

Интеркаляция – это обратимое включение молекул в материал со слоистой структурой. Это еще больше увеличивает разрыв Ван-дер-Ваальса и приводит к недельной связи.

• Электролит :Смесь LiPF₆ и алкилкарбонат (смесь этиленкарбоната и диметилкарбоната, также известная как EC-DMC)
• Органический разделитель :полупроницаемая полимерная микропористая мембрана, которая позволяет определенным молекулам или ионам проходить через нее путем диффузии.

Как работают литий-ионные аккумуляторы?

Что происходит с литий-ионным аккумулятором, когда он заряжается и разряжается? Вот принципиальная схема литий-ионного аккумулятора.

Литий-ионный аккумулятор Разрядка — самопроизвольный процесс

На аноде и катоде происходят следующие химические реакции.

• Анод (отрицательный электрод):LiC₆ -> С₆ + Ли ⁺ + е ^–

• Катод (Положительный электрод):CoO₂ <суп> + Ли ⁺ + е ^– -> LiCoO₂

Ли ⁺ ионы пересекают полупроницаемую мембрану, а электроны перемещаются от анода к катоду через подключенную внешнюю нагрузку. Обычно направление тока противоположно направлению электронов. Таким образом, ток течет от катода к аноду.

Зарядка литий-ионного аккумулятора – неспонтанный процесс

Во время разряда происходят химические реакции

• Анод :С₆ + Ли ⁺ + е ^– -> ЛиК₆

• Катод :LiCoO₂ -> СоО₂ <суп> + Ли ⁺ + е ^–

Когда мы подключаем зарядное оборудование к аккумулятору (анод к минусу, а катод к плюсу), аккумулятор начинает заряжаться. Напряжение внешнего источника питания должно быть выше, чем напряжение элемента, чтобы он заряжался.

Общая реакция

Общая реакция, происходящая в ионно-литиевой батарее, выглядит следующим образом. Это обратимая реакция.

• ЛиК₆ + СоО₂ <-> С₆ + LiCoO₂

Слева направо происходит во время разрядки и справа налево во время зарядки литий-ионного аккумулятора.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Ниже приведены основные преимущества литий-ионных аккумуляторов.

#1 Высокая удельная энергия (Втч/кг) и плотность энергии (Втч/л)

Размер литий-ионного аккумулятора будет меньше по сравнению с аккумуляторами других технологий для хранения такого же количества энергии.

• Плотность энергии =250–650 Втч/л
• Удельная энергия =100–250 Втч/кг

Таким образом, литий-ионные аккумуляторы легче. и меньше .

#2. Более высокое номинальное напряжение

Номинальное напряжение литий-ионного элемента выше, чем у свинцово-кислотных, никель-металлогидридных и никель-кадмиевых аккумуляторов. Оно составляет от 3,6 до 3,85 В

#3 Меньше саморазряда

Литий-ионные батареи не будут саморазряжаться. Литий-ионный аккумулятор теряет всего около 5 % своего заряда в месяц по сравнению с 20 % потери в месяц для никель-металлгидридных аккумуляторов.

#4 Нет эффекта памяти

У них нет эффекта памяти, что означает, что вам не нужно полностью разряжать их перед зарядкой, как в случае с некоторыми другими химическими элементами аккумуляторов. Ni-Cd аккумуляторы имеют эффект памяти, что приводит к проблемам при зарядке и разрядке.

#5 Долгая жизнь

Литий-ионные аккумуляторы могут выдерживать несколько тысяч циклов заряда/разряда. Другие аккумуляторные технологии не служат так долго.

Недостатки литий-ионного аккумулятора

Для литий-ионного аккумулятора требуется особая осторожность. Перечислим несколько недостатков литий-ионных аккумуляторов.

#1 Чувствителен к температуре

Они чрезвычайно чувствительны к высоким температурам. Под воздействием тепла литий-ионные аккумуляторы выходят из строя гораздо быстрее, чем обычно.

Из-за чувствительности литий-ионных аккумуляторов к высоким температурам управление температурным режимом очень важно для электромобиля, в котором используются литий-ионные аккумуляторы.

Нажмите, чтобы твитнуть

Необходима BMS №2

Для управления литий-ионной батареей необходимо использовать систему управления батареями. Это делает их еще дороже.

• Система управления батареями:полное руководство

#3 Вероятность теплового разгона

В литий-ионных батареях существует небольшая вероятность теплового разгона. Короткое замыкание ячейки генерирует больше тепла, и соседние ячейки повреждаются.

Термический разгон является наиболее частым случаем возгорания электромобиля. Иногда это происходило очень медленно.

Вы можете прочитать:Безопасны ли электромобили при авариях?

Заключение

Литий-ионные аккумуляторы сейчас широко распространены во многих электронных системах. Они легкие и имеют меньшие размеры по сравнению с батареями других технологий.

Мы обсудили химию, принцип работы литий-ионных аккумуляторов, а также преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов.