Որո՞նք են լիթիումի-իոնային մարտկոցների բնութագրերը:

Լիթիումի-իոնային մարտկոցի նյութերի հզորությունը և էլեկտրաշարժիչ ուժը

Լիթիումի-իոնային մարտկոցների լիցքավորման-լիցքաթափման ռեակցիայի ժամանակ միայն դրական և բացասական էլեկտրոդների ակտիվ նյութերն են ենթարկվում լիթիումի-իոնների ինտերկալացիայի/դեինտերկալացիայի ռեակցիաների, մինչդեռ էլեկտրոլիտը և այլ նյութերը չեն սպառվում: Հետևաբար, պոտենցիալը, որի դեպքում դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութերը շրջելիորեն փոխկապակցվում են/դեինտերկալատում են լիթիումի իոնները, որոշում է մարտկոցի բաց{4}}շղթայի լարումը, իսկ լիթիումի իոնների ինտերկալացիան/դեինտերկալացումը որոշում է ակտիվ նյութի հզորությունը: Համաշխարհային լիթիում-իոնային մարտկոցների արտադրողներ և լիթիում-իոնային մարտկոցների մատակարարներ հիմնվում են այս նյութի բնութագրերի վրա՝ կայուն զանգվածային արտադրություն և արտադրանքի կայուն արդյունավետություն ձեռք բերելու համար։

Բացասական էլեկտրոդի համար ռեակցիան տեղի է ունենում համաձայն (1.2) հավասարման: Ածխածնի մեկ մոլի վրա (12 գ) կարելի է ներթափանցել առավելագույնը 1/6 մոլ լիթիումի իոններ: Հետևաբար, ածխածնային բացասական էլեկտրոդի նյութի տեսական հատուկ հզորությունը հետևյալն է
1/6 (մոլ) × 96485 (Ֆարադեյի հաստատուն, C/մոլ)/12 (գ)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)

Ամենօրյա օգտագործման դեպքում, հաշվի առնելով կլանման և պինդ էլեկտրոլիտային միջֆազի (SEI) թաղանթի ձևավորման պատճառով լիթիումի կորուստը, ածխածնային նյութերի իրական հասանելի հատուկ հզորությունը կազմում է 300–345 mA·h/g: Լիթիում{3}}իոնային մարտկոցների առաջատար մատակարարները հասնում են այս մակարդակին օպտիմիզացված գրաֆիտի ձևավորման և ծածկույթի ճշգրիտ գործընթացների միջոցով:

Դրական էլեկտրոդի նյութի համար դրա հզորությունը կախված է լիթիումի իոնների քանակից, որոնք կարող են արդյունահանվել/տեղադրվել: Օրինակ՝ LiCoO2-ը կարող է մասնակցել մինչև 1 մոլ լիթիումի իոնների մեկ մոլ LiCoO2-ի ռեակցիային: Հետևաբար, LiCoO2-ի տեսական հատուկ հզորությունը (97,86 հարաբերական մոլեկուլային զանգված) կազմում է.
1 (մոլ)×96485 (C/մոլ)/97,86 (գ)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)

Գործնականում, LiCoO2 նյութի բյուրեղային կայունությունը պահպանելու համար, ընդհանուր առմամբ, ռեակցիային մասնակցում է լիթիումի իոնների միայն 30%-60%-ը: Հետևաբար, LiCoO2 նյութի իրական հատուկ հզորությունը 137–164 mA·h/g է: Լիթիում-իոնային մարտկոցների OEM հիմնական արտադրողները վերահսկում են լիցքավորման և լիցքաթափման խորությունը առաջադեմ BMS-ի միջոցով՝ առավելագույնի հասցնելու ցիկլի կյանքը՝ միաժամանակ ապահովելով անվտանգությունը:

Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատի դեպքում ռեակցիային կարող է լիովին մասնակցել 1 մոլ լիթիումի իոններ լիթիումի երկաթի ֆոսֆատի մեկ մոլի վրա։ Հետևաբար, լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ նյութի տեսական և փաստացի հատուկ հզորությունը (157.8 հարաբերական մոլեկուլային զանգված) կազմում է.
1 (մոլ)×96485 (C/մոլ)/157.8 (գ)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)

Բնության մեջ Li/Li⁺-ի ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալը ամենացածրն է՝ հասնելով -3,04 Վ-ի (ընդդեմ ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի): Ածխածնային բացասական էլեկտրոդների համար լիթիում-իոնային արդյունահանման և տեղադրման պոտենցիալը մոտ է Li/Li⁺ հավասարակշռության ներուժին: Համաձայն էլեկտրաքիմիական տեսության՝ սենյակային ջերմաստիճանում ածխածնի բացասական էլեկտրոդի էլեկտրոդային պոտենցիալը E է

E=E աստիճան + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C6)] (1.8)

որտեղ
E աստիճան - ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժ;
C(Li⁺) - լիթիումի իոնների կոնցենտրացիան էլեկտրոլիտի լուծույթում;
C(Li,C6) - լիթիումի իոնների կոնցենտրացիան բացասական էլեկտրոդի ածխածնի մեջ.

Երբ լուծույթում և բացասական էլեկտրոդի ածխածնի մեջ լիթիումի իոնի կոնցենտրացիան մոտ է, բացասական էլեկտրոդի էլեկտրոդի պոտենցիալը հավասար է ստանդարտ նվազեցման ներուժի E աստիճանին: Ընդհանուր առմամբ, էլեկտրոլիտում լիթիումի իոնի կոնցենտրացիան ֆիքսված է, ուստի բացասական էլեկտրոդի ածխածնի մեջ լիթիումի իոնի կոնցենտրացիայի փոփոխությունները կհանգեցնեն բացասական էլեկտրոդի ներուժի փոփոխություններին: Ներկայումս գոյություն չունի Li/C6-ի ճշգրիտ հավասարակշռության պոտենցիալը տարբեր x արժեքներով հաշվարկելու ունիվերսալ մեթոդ: Այն ընդհանուր առմամբ որոշվում է փորձարարական եղանակով։ Փորձերը ցույց են տալիս, որ գրաֆիտի{4}}հիմքի վրա հիմնված նյութերի դելիտիայի ներուժը սովորաբար տատանվում է 0–0,4 Վ-ի միջև (ընդդեմ Li/Li⁺-ի), ինչը դրանք դարձնում է համեմատաբար հարմար բացասական էլեկտրոդային նյութեր կիրառման համար: Նկար 1.2-ը ցույց է տալիս գրաֆիտի բացասական էլեկտրոդի լիցքավորման{10} բնորոշ կորը:

LiCoO2 դրական էլեկտրոդային նյութի համար լիթիումի ինտերկալացիայի/դեինտերկալացիայի գործընթացը միաֆազ ռեակցիա է: Քանի որ դրական էլեկտրոդի նյութում լիթիումի իոնի կոնցենտրացիան փոխվում է, դրական էլեկտրոդի ներուժը նույնպես փոխվում է: Հաշվի առնելով, որ լիթիումի իոնի կոնցենտրացիան էլեկտրոլիտում 1 մոլ/լ է, (1.1) բանաձեւի ռեակցիայի համար էլեկտրոդի դրական պոտենցիալը E է.

Figure 1.2: Charge-discharge characteristic curves of graphite anode

E=E աստիճան + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO2)/C(LiCoO2)] (1.9)

որտեղ
E աստիճան - ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժ;
C(LiCoO2) LiCoO2-ի - կոնցենտրացիան դրական էլեկտրոդի նյութում;
C(Li⁺,CoO2) Li+ և CoO2-ի - կոնցենտրացիան դրական էլեկտրոդի նյութում;
Քանի որ լիթիումի իոնները արդյունահանվում են, դրական էլեկտրոդի ներուժը ցույց է տալիս նվազման միտում:

Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ նյութի լիցքաթափման գործընթացը լիթիումի երկաթի ֆոսֆատից փոխակերպումն է երկաթի ֆոսֆատից հետո:

Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատի էլեկտրոդում ռեակցիան հետևյալն է
LiFePO4 ↔ FePO4 + Li⁺ + e- (1.10)

Դրա լիթիումի-իոնների ինտերկալացիայի/դեինտերկալացման գործընթացը երկու-փուլային ռեակցիա է: Հետևաբար, դրական էլեկտրոդի նյութում լիթիումի իոնի կոնցենտրացիայի փոփոխությունները չեն ազդում դրական էլեկտրոդի պոտենցիալ փոփոխության վրա: Նրա հավասարակշռության ներուժն է

E=E աստիճան + 0.02567 · ln[C(FePO4)/C(LiFePO4)] (1.11)

Մաքուր պինդ մարմինների կոնցենտրացիան 1 է։ Նրա թերմոդինամիկական պարամետրերի հիման վրա տեսական հավասարակշռության ներուժը կազմում է 3,4 Վ։

Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ նյութի լիցքի-արտանետման բնորոշ կորը ներկայացված է Նկար 1.3-ում:

Figure 1.3 Charge-discharge characteristic curves of lithium iron phosphate material.

Լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքի բնութագրերը

Համեմատած այլ մարտկոցների հետ՝ լիթիում-իոնային մարտկոցներն ունեն հետևյալ բնութագրերը, որոնք լայնորեն ճանաչված են լիթիում-իոնային մարտկոցների դիստրիբյուտորների և արդյունաբերական հաճախորդների կողմից.

Բարձր էներգիայի խտություն:Լիթիում{0}}իոնային մարտկոցների էներգիայի խտությունը հասնում է 100 Վտ.ժ/կգ և 200 Վտ.ժ/լ կամ ավելի: Վերջերս եռական կաթոդ լիթիում-իոնային մարտկոցները ստացել են 200 Վտ.ժ/կգ զանգվածային հատուկ էներգիա: Օգտագործելով բարձր-նիկելի սիլիցիումի-անոդային նյութերի և լիթիումի-հարուստ կաթոդային նյութերի զանգվածային հատուկ էներգիան, ակնկալվում է, որ կհասնի 400 Վտ.ժ/կգ, իսկ էներգիայի ծավալային խտությունը՝ 900 Վտ.ժ/լ, ինչը զգալիորեն գերազանցում է ավանդական մարտկոցները: Հետևաբար, լիթիում{13}}իոնային մարտկոցները լայնորեն օգտագործվում են շարժական էլեկտրոնային արտադրանքներում և էլեկտրական մեքենաներում։

Բարձր բաց-շղթայի լարում:Ոչ{0}}ջրային օրգանական լուծիչների օգտագործման պատճառով մեկ-բջջային լարումը հասնում է 3,6–3,8 Վ–ի, ինչը 2–3 անգամ գերազանցում է նիկելի-մետաղական հիդրիդին կամ նիկելային-կադմիումային մարտկոցներին։ Բարձր լարման կաթոդային նյութերի արդյունավետ օգտագործումը կարող է մեկ բջիջի գործառնական լարումը բարձրացնել մինչև 4,5–5 Վ, ինչը լիթիում-իոնային մարտկոցների բարձր էներգիայի խտության կարևոր պատճառներից մեկն է։

Բարձր-լիցքավորման և լիցքաթափման հնարավորություն:Օրինակ, բոլոր-պինդ-լիթիումային-իոնային մարտկոցները, որոնք օգտագործում են պոլիմերային էլեկտրոլիտներ, կարող են լավ ապահովությամբ ապահովել 10C-ից բարձր լիցքաթափման արագություն; Լիթիում-իոնային մարտկոցները, որոնք օգտագործում են լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը որպես կաթոդ, կարող են հասնել 100C լիցքաթափման:

Ինքնալիցքավորման ցածր մակարդակ-Սենյակային ջերմաստիճանում լիթիումի-իոնային մարտկոցների ամսական ինքնալիցքաթափման արագությունը սովորաբար 10%-ից պակաս է, քան նիկել-մետաղահիդրիդային մարտկոցները (15%) և նիկելային-կադմիումային մարտկոցների կեսը: Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցների ինքնալիցքաթափման արագությունը սովորաբար 3%-ից պակաս է։

Էկոլոգիապես մաքուր,չի պարունակում կապար, կադմիում, սնդիկ կամ այլ վնասակար նյութեր և չի աղտոտում շրջակա միջավայրը:

Հիշողության էֆեկտ չկա:Հիշողության էֆեկտը վերաբերում է այն երևույթին, երբ մարտկոցի հզորությունը նվազում է, երբ լիցքավորվում է մինչև լրիվ լիցքաթափվելը կամ օգտագործվում է մինչև լրիվ լիցքավորումը (հիշողության էֆեկտը հզորության քայքայումը չէ): Լիթիում-իոնային մարտկոցները հիշողության էֆեկտ չունեն:

Լավ անվտանգություն:Լիթիում-իոնային մարտկոցներում որպես բացասական էլեկտրոդ սովորաբար օգտագործվում են ածխածնային նյութեր, որոնք ունեն մետաղական լիթիումին մոտ էլեկտրոդի ներուժ: Լիթիումի իոնները կարող են շրջելիորեն փոխկապակցվել և անջատվել ածխածնի մեջ՝ զգալիորեն նվազեցնելով լիթիումի մետաղի նստվածքի հավանականությունը և զգալիորեն բարելավելով մարտկոցի անվտանգությունը: Վերջին տարիներին կրակի-հետաձգող հավելումները, բոցի-հետաձգման անջատիչները, PTC (դրական ջերմաստիճանի գործակից) սարքերը, պայթյունից պաշտպանվող-փականները, մարտկոցների կառավարման համակարգերը և այլ տեխնոլոգիաները երաշխավորել են լիթիում-իոնային մարտկոցների չափազանց բարձր անվտանգությունը:

Երկար ցիկլի կյանք:Լիթիումի-իոնային մարտկոցների ցիկլի կյանքը սովորաբար ավելի քան 500 ցիկլ է: Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցների ցիկլի կյանքը սովորաբար 2000–3000 ցիկլ է: Երբ համադրվում է բարձր ցիկլային հզորությամբ անոդային նյութերի համակարգերի հետ (օրինակ՝ լիթիումի տիտանատ), կարելի է հասնել ավելի քան 10000 ցիկլերի: Սա լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցները դարձնում է լավագույն ընտրությունը էներգիայի պահպանման մարտկոցների համակարգերի և մեծ-ESS նախագծերի համար:

Որո՞նք են լիթիումի-իոնային մարտկոցների բնութագրերը:

Որո՞նք են լիթիումի-իոնային մարտկոցների բնութագրերը:

Լիթիումի-իոնային մարտկոցի նյութերի հզորությունը և էլեկտրաշարժիչ ուժը

Լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքի բնութագրերը

Հանրաճանաչ ապրանքներ

Ուղարկել հարցումին