Как работает литий-ионный аккумулятор?

Как носитель электрической энергии и источник питания для многих устройств, мы можем с уверенностью сказать, что литий-ионные аккумуляторы необходимы для нас. Без этого наш мир вряд ли будет функционировать должным образом. Так что же такое литий-ионный аккумулятор? И что делает его таким важным?

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионные батареи являются перезаряжаемыми батареями, что означает, что они в основном основаны на движении ионов лития между положительным и отрицательным электродами. Во время зарядки и разрядки Li+ интеркалируется и деинтеркалируется между двумя электродами. При зарядке Li + деинтеркалируется с положительного электрода, а затем внедряется в отрицательный электрод через электролит, так что отрицательный электрод находится в состоянии, богатом литием. При разрядке наоборот.

Литиевые батареи можно разделить на литиевые батареи и ионно-литиевые батареи. Мы используем ионно-литиевые батареи в наших повседневных гаджетах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, но вместо этого мы обычно называем их литиевыми батареями. Как правило, в литиевых батареях в качестве электродов используются материалы, содержащие литий, что делает их символом современных высокопроизводительных батарей. Настоящие литиевые батареи редко используются в нашей повседневной жизни из-за их высокого риска для безопасности.

Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов

Преимущества

• Высокое напряжение. Рабочее напряжение одного элемента достигает 3,7–3,8 В (3,2 В для литий-железо-фосфата), что в три раза больше, чем у Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов.
• Большая удельная энергия. Фактическая удельная энергия составляет около 555 Втч/кг, что означает, что удельная емкость материала может достигать более 150 мАч/г (в 3-4 раза больше, чем у Ni-Cd, в 2-3 раза больше, чем у Ni-MH), что близко к 88% от его теоретического значения.
• Долгий срок службы. Как правило, он может достигать более 500 раз или даже более 1000 раз зарядки, а фосфат лития-железа может достигать более 2000 раз.
• Малый саморазряд . При комнатной температуре скорость саморазряда полностью заряженного литий-ионного аккумулятора после хранения в течение одного месяца составляет около 2%, что намного ниже, чем у Ni-Cd (25-30%) и Ni-MH (что составляет 25-30%). 30–35%).
• Быстрая зарядка. Емкость 1С может достигать более 80% номинальной емкости после зарядки в течение 30 минут, а феррофосфорной батареи может достигать 90% номинальной емкости в течение 10 минут.
• Рабочая температура. Рабочая температура от -25 до 45 °C. Ожидается, что с улучшением электролита и катода температура расширится до -40–70 °C.

Недостатки

• Легко стареет. В отличие от других перезаряжаемых батарей, емкость литий-ионных батарей будет медленно снижаться. Скорость снижения зависит от количества использований и температуры. Поскольку высокие температуры могут быть разрушительными (материал батареи разрушается), эту функцию легче реализовать в электронных продуктах с высоким рабочим током.
• Непереносимость перезарядки . При перезарядке чрезмерно внедренные ионы лития будут постоянно иммобилизованы в решетке и не могут быть высвобождены, что приведет к короткому сроку службы батареи.
• Непереносимость чрезмерного разряда. Во время переразряда электрод деинтеркалирует слишком много ионов лития, что приводит к коллапсу решетки и сокращению срока службы батареи.
• Проблемы безопасности. Органический электролит, используемый в литий-ионных батареях, создает определенные угрозы безопасности, такие как возгорание или даже взрыв.

Приложения

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы в основном используются в следующих областях.

Применение в электронных продуктах 

Литий-ионные аккумуляторы можно сделать меньше и легче, поэтому они широко используются в портативных электронных устройствах. Благодаря популярности мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, видеокамер, ноутбуков и портативных игровых консолей (PSP) рынок литий-ионных аккумуляторов продолжает быстро расти.

Применение на транспортных средствах

Литий-ионный аккумулятор имеет преимущества хорошей плотности энергии и удельной мощности. В целом он превосходит другие батареи, поэтому он широко используется в различных электромобилях, таких как электровелосипеды и электромобили.

Применение в аэрокосмической отрасли  

В 2004 году литий-ионные батареи использовались в марсианских посадочных модулях и вездеходах. Кроме того, Агентство космических исследований НАСА и другие космические агентства рассматривают возможность использования литий-ионных аккумуляторов в космических миссиях. В настоящее время основной функцией литий-ионных аккумуляторов в авиации является обеспечение поддержки запуска, коррекции полета и наземных операций.

Если вы хотите узнать больше об аккумуляторах, пожалуйста, свяжитесь с нами или оставьте комментарий. Мы будем очень рады услышать от вас.