Как работают литий-ионные батареи: понятное руководство по их энергии

Как носитель электрической энергии и источник питания для многих устройств, мы можем с уверенностью сказать, что литий-ионные батареи необходимы нам. Без них наш мир вряд ли функционировал бы правильно. Так что такое литий-ионная батарея? И что делает её такой важной?

Что такое литий-ионная батарея и как она работает?

Литий-ионные батареи — перезаряжаемые батареи, что означает, что они в основном полагаются на движение литийных ионов между положительным и отрицательным электродами. Во время заряда и разряда Li+ интеркалируется и деинтеркалируется между двумя электродами. При заряде Li+ деинтеркалируется из положительного электрода, а затем встраивается в отрицательный электрод через электролит, так что отрицательный электрод находится в литий-богатом состоянии. При разряде — наоборот.

Литийная батарея можно разделить на литийную батарею и литий-ионную батарею. Мы используем литий-ионные батареи в наших повседневных гаджетах вроде мобильных телефонов и ноутбуков, но обычно называем их просто литийными батареями. Обычно литийные батареи используют материалы, содержащие литий, как электроды, что делает их иконой современных высокопроизводительных батарей. Настоящие литийные батареи редко используются в повседневной жизни из-за их высокого риска безопасности.

Преимущества и недостатки литий-ионных батарей

Преимущества

• Высокое напряжение. Рабочее напряжение одной ячейки достигает 3.7-3.8В (3.2В для литий-железо-фосфатной), что в три раза выше, чем у Ni-Cd и Ni-MH батарей.
• Большая удельная энергия. Фактическая удельная энергия около 555 Вт·ч/кг, что означает, что удельная емкость материала может достигать более 150 мА·ч/г (3-4 раза выше Ni-Cd, 2-3 раза выше Ni-MH), что близко к 88% теоретического значения.
• Длинный цикл жизни. Обычно может достигать более 500 раз, или даже более 1000 зарядов, а литий-железо-фосфатная — более 2000 раз.
• Малый саморазряд. При комнатной температуре скорость саморазряда полностью заряженного Li-ion после хранения месяц составляет около 2%, что намного ниже Ni-Cd (25-30%) и Ni-MH (30-35%).
• Быстрый заряд. Емкость 1С может достичь более 80% номинальной емкости после зарядки 30 минут, а фосфатно-железная — 90% номинальной емкости за 10 минут.
• Рабочая температура. Диапазон -25 до 45 °C. С улучшением электролита и катода ожидается расширение до -40 до 70 °C.

Недостатки

• Быстро старение. В отличие от других перезаряжаемых батарей, емкость литий-ионных батарей медленно снижается. Темп снижения зависит от числа использований и температуры. Поскольку высокие температуры могут быть деструктивными (материал батареи разрушается), признак легче проявляется в электронных продуктах с высоким рабочим током.
• Непереносимость перезаряда. При перезряде излишне встроенные литийные ионы навсегда иммобилизуются в решетке и не могут быть освобождены, что ведет к короткому сроку службы батареи.
• Непереносимость глубокого разряда. При глубоком разряде электрод деинтеркалирует слишком много литийных ионов, приводя к коллапсу решетки и сокращению срока службы батареи.
• Проблемы безопасности. Органический электролит, используемый в литий-ионных батареях, делает батарею имеющей определенные риски безопасности, такие как горение или даже взрыв.

Применения

В настоящее время литий-ионные батареи 주로 используются в следующих областях.

Применение в электронных продуктах

Литий-ионные батареи могут быть сделаны меньше и легче, поэтому они широко используются в портативных электронных продуктах. С популярностью мобильных телефонов, цифровых камер, видеокамер, ноутбуков и портативных игровых консолей (PSP), рынок литий-ионных батарей поддерживает быстрый рост.

Применение на транспортных средствах

Литий-ионная батарея имеет преимущества хорошей энергоплотности и плотности мощности. Комплексно говоря, она превосходит другие батареи, поэтому широко используется в различных электромобилях, таких как электросамокаты и электромобили.

Применение в авиации и космонавтике

В 2004 году литий-ионные батареи использовались в Mars Lander и Rover. Кроме того, NASA Space Exploration Agency и другие космические агентства рассматривают использование литий-ионных батареей в космических миссиях. В настоящее время основная функция литий-ионных батарей в авиации — обеспечение поддержки для запуска, коррекции полета и наземных операций.

Если вы заинтересованы в более подробном изучении батарей, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами или оставить комментарий. Мы будем очень рады услышать от вас.