ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች ከምን የተሠሩ ናቸው?

የሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች መግቢያ

የሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች የስራ መርህ

የሊቲየም{0}አዮን ባትሪ በዋናነት ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ፣ ኔጌቲቭ ኤሌክትሮድ፣ ሊቲየም ionዎችን የሚያንቀሳቅስ ኤሌክትሮላይት እናመለያየትእና አወንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶችን የሚለይ መያዣ። አወንታዊው ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ በአጠቃላይ እንደ ሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ (ሊኮኦ₂)፣ ሊቲየም ኒኬል ኦክሳይድ (LiNiO₂)፣ ሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ (LiMn₂O₄) ወይም ተርናሪ ቁሶች ያሉ የሊቲየም ionዎችን ወደ ውስጥ ለማስገባት እና ለማውጣት የሚያስችል ውህድ ነው። (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂)። ኤሌክትሮላይቱ ከሊቲየም ጨዎችን ያቀፈ ነው (የተለመዱ የሊቲየም ጨዎችን LiClO₄፣ LiPF₆፣ LiBF₄፣ LiBOB፣ ወዘተ.) በአንድ የተወሰነ መሟሟት (በዋነኛነት የኤቲሊን ካርቦኔት (ኢ.ሲ.ሲ) ድብልቅ)፣ ዲዲቲል ካርቦኔት (DEC)፣ ዲሜቲል ካርቦኔት (ዲኤምሲ)፣ ፕሮፔሊን. መለያየቱ በአጠቃላይ ፖሊዮሌፊን ሙጫ ነው፣ በተለምዶ ነጠላ-ንብርብር ወይም ባለብዙ{6}}ንብርብር ፖሊፕሮፒሊን (PP) እና ፖሊ polyethylene (PE) ማይክሮፎረስ ሽፋንን፣ እንደ Celgard 2300 መለያየት። አሉታዊው ኤሌክትሮል በተለምዶ እንደ ፔትሮሊየም ኮክ፣ ንፁህ ግራፋይት እና የተነባበረ ግራፋይት የተቀላቀለ ካርቦን ያሉ የሊቲየም መጠላለፍ የሚችሉ ቁሳቁሶችን ይጠቀማል። በሊቲየም{10}አዮን ባትሪ ውስጥ ያለው ምላሽ ካርቦን (C₆) እንደ አሉታዊ ኤሌክትሮድ እና የሽግግር ብረት ኦክሳይድ LiMeO₂ እንደ ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ ነው።

በመሙላት ጊዜ፡-

በሚለቀቅበት ጊዜ;

በሚሞሉበት ጊዜ ሊቲየም አየኖች ከአዎንታዊ ኤሌክትሮድ ውስጥ ይለቀቃሉ እና ወደ አሉታዊ ኤሌክትሮል ውስጥ ይገባሉ; በሚፈስበት ጊዜ የሊቲየም ions ከአሉታዊው ኤሌክትሮድ ይለቀቃሉ እና ወደ ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ ውስጥ ይገባሉ። በሌላ አገላለጽ፣ በሚሞሉበት እና በሚፈስሱበት ጊዜ፣ ሊቲየም ionዎች ልክ እንደ ሚወዛወዝ ወንበር በአዎንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶች መካከል ወደ ኋላ እና ወደ ፊት ይንቀሳቀሳሉ። ስለዚህ፣ ሊቲየም{2}አዮን ባትሪዎች "የሚንቀጠቀጥ ወንበር ባትሪዎች" ይባላሉ። የእነሱ የስራ መርሆ በስእል 1.1 ሊገለጽ ይችላል.

በመደበኛ ክፍያ እና የመልቀቂያ ሁኔታዎች ውስጥ የሊቲየም ionዎችን ማስገባት እና ማውጣት በተደራረቡ የካርቦን ቁሶች እና ኦክሳይድ ቅንጣቶች መካከል ወይም በሊቲየም ውስጥ ባሉ ንብርብሮች መካከል{0}አዮን ባትሪዎች በአጠቃላይ በ interlayer ክፍተት ላይ ለውጦችን ብቻ ያመጣል እና የክሪስታል መዋቅርን አያበላሽም። በሚከፍሉበት እና በሚለቁበት ጊዜ የአዎንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶች ኬሚካላዊ አወቃቀሮች በመሠረቱ ሳይለወጡ ይቀራሉ። ስለዚህ፣ ከክፍያው ተለዋዋጭነት አንጻር{3}የፈሳሽ ምላሽ፣ የሊቲየም ionዎችን በባትሪ ቁሳቁሶች ውስጥ ማስገባት እና ማውጣት ጥሩ የምላሽ ሂደት ነው። በእነዚህ ባህሪያት ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{5}}አዮን ባትሪዎች ከኒኬል{6}ካድሚየም እና ኒኬል{7}የብረት ሃይድራይድ ባትሪዎች በአፈጻጸም የላቀ ናቸው።

ሊቲየም{0}}አዮን የባትሪ ምደባ

ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች ጥቅም ላይ በሚውሉት የካቶድ ቁሳቁስ፣ መልክ እና መጠን፣ የሕዋስ ማምረቻ ዘዴ፣ የማሸጊያ አይነት እና የመተግበሪያ ባህሪያት መሰረት ሊመደቡ ይችላሉ።

ጥቅም ላይ በሚውለው የካቶድ ቁሳቁስ ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች በሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ ባትሪዎች፣ ሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ ባትሪዎች፣ ሶስት ሊቲየም ባትሪዎች እና ሊቲየም ብረት ፎስፌት ባትሪዎች ሊከፈሉ ይችላሉ።

የሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ ባትሪዎች የ 3.7V ስመ ቮልቴጅ እና የስራ የቮልቴጅ መጠን 2.4~4.2V አላቸው። የሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ ባትሪዎች የተረጋጋ መዋቅር፣ ከፍተኛ ልዩ አቅም እና አጠቃላይ አፈጻጸማቸው አስደናቂ ነው፣ ነገር ግን ደህንነታቸው ደካማ ነው እና ዋጋቸው ከፍተኛ ነው፣ በዋናነት በትንንሽ እና መካከለኛ መጠን-ሴሎች ውስጥ ያገለግላሉ። በቅርብ ዓመታት ውስጥ ከፍተኛ{6}የቮልቴጅ ሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ ቁሶች ተዘጋጅተዋል፣ይህም የባትሪውን ከፍተኛ ገደብ ወደ 4.3V ወይም 4.35V ከፍ ሊያደርግ የሚችል፣በዚህም የባትሪውን አቅም እና የሃይል ጥግግት በብቃት ያሻሽላል። በአሁኑ ጊዜ የሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ ባትሪዎች ከፍተኛው የድምጽ መጠን ያለው የኢነርጂ እፍጋታቸው 550Wh/kg ይደርሳል ይህም ከፍተኛ{11}የሞባይል ስልኮችን እና ሌሎች የኤሌክትሮኒክስ ምርቶችን ለማብቃት ብቸኛው ምርጫ ያደርጋቸዋል።

ሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ (MMANO) ባትሪዎች ስመ ቮልቴጅ 3.8V እና ከ2.5V እስከ 4.2V የሚሠራ የቮልቴጅ መጠን አላቸው። የትርፍ መከላከያ ቮልቴጅ 4.28V ± 0.025V ነው፣ እና በላይ{6}}የፍሳሽ መከላከያ ቮልቴጅ 2.5V ± 0.1V ነው። የMMANO ባትሪዎች ዝቅተኛ{10}ወጪ እና ጥሩ ደህንነት አላቸው። ይሁን እንጂ የሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ ቁስ እራሱ በአንፃራዊነት ያልተረጋጋ እና ለመበስበስ የተጋለጠ ነው, ጋዝ እና እብጠት ይፈጥራል. የዑደቱ ህይወት በአንጻራዊነት በፍጥነት ይበሰብሳል፣ ህይወቱ በአንጻራዊ ሁኔታ አጭር ነው፣ እና ከፍተኛ{13}የሙቀት አፈፃፀሙ ደካማ ነው። በዋናነት በዝቅተኛ{15}}ወጭ፣ መካከለኛ{16}}እስከ{17}}ትልቅ{18}}የኃይል ባትሪዎችን ለማምረት ያገለግላል።

Ternary Lithium{0}}ion (TLC) ባትሪዎች 3.6V ስመ የቮልቴጅ እና ከ2.75V እስከ 4.2V የሚደርስ የቮልቴጅ መጠን አላቸው። የትርፍ መከላከያ ቮልቴጅ 4.28V ± 0.025V ነው፣ እና በላይ{7}}የፍሳሽ መከላከያ ቮልቴጅ 2.75V ± 0.1V ነው። የቲኤልሲ ባትሪዎች በአጠቃላይ ጥሩ አፈጻጸም አላቸው፣ ከሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ (LCO) ርካሽ ናቸው፣ እና የተሻሻለ ደህንነትን ይሰጣሉ። በኃይል ባትሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ, እና በካቶድ ቁሳቁስ ገበያ ውስጥ የገበያ ድርሻቸው ከአመት አመት እየጨመረ ነው. አነስተኛ ሊቲየም{13}}አዮን ባትሪዎች ሶስትዮሽ ሊቲየም{14}}አዮን ቁሶችን በመጠቀም ቀስ በቀስ በገበያ ተቀባይነት እያገኙ ነው። የሶስተኛ ደረጃ ቁሶች ከሊቲየም ኮባልት ኦክሳይድ እና ሊቲየም ማንጋኒዝ ኦክሳይድ ጋር ሊዋሃዱ ይችላሉ ለአረብ ብረት{16}}ካዝ፣ አሉሚኒየም{17}}ካስድ፣ ከረጢት፣ ፖሊመር እና ሲሊንደሪካል ሊቲየም{18} ion ባትሪዎች፣ ይህም የባትሪ ወጪን በእጅጉ የሚቀንስ እና አጠቃላይ አፈፃፀሙን ያሻሽላል። በአሁኑ ጊዜ የሶስተኛ ቁስ ባትሪዎች 180 Wh/kg የኢነርጂ እፍጋታ (26650 ብረት{22}}የካስድ ባትሪዎች 4600 ሚአአም/ኪግ ከ90 ግራም ክብደት ጋር ሊደርሱ ይችላሉ) ይህም በዋጋው ላይ ግልጽ የሆነ ጥቅም ይሰጣል{25}ውጤታማነት።

የሊቲየም ብረት ፎስፌት (ኤልኤፍፒ) ባትሪዎች የ 3.2 ቮ ቮልቴጅ እና የስራ ቮልቴጅ 2.5 ~ 3.75V ክልል አላቸው. የትርፍ መከላከያ ቮልቴጅ 3.75V±0.025V ነው፣ እና በላይ{6}የፍሳሽ መከላከያ ቮልቴጅ 2.5V±0.1V ነው። የኤልኤፍፒ ባትሪዎች ትልቁ ጥቅም የአዎንታዊ ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ መረጋጋት እና አለመበስበስ ነው፣ ይህም ከሌሎች አወንታዊ ኤሌክትሮዶች ማቴሪያል ስርዓቶች ጋር ሲወዳደር ወደር የለሽ ደህንነትን ይሰጣቸዋል። የኤልኤፍፒ ባትሪዎች ረጅም የዑደት ህይወት አላቸው፣ በሀብቶች ብዙ ናቸው እና ለአካባቢ ተስማሚ ናቸው። ነገር ግን፣ ዝቅተኛ የመልቀቂያ መድረክ እና ደካማ ዝቅተኛ{13}የሙቀት አፈጻጸም አላቸው።

በመልክ እና በመጠን ላይ በመመስረት ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች ወደ ሲሊንደሪካል ባትሪዎች እና ፕሪዝማቲክ ባትሪዎች ወዘተ ሊከፋፈሉ ይችላሉ።

በህዋስ ማምረቻ ዘዴ ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች የቁስል ባትሪዎች (ሲሊንደሪካል ቁስል እና ጠፍጣፋ ቁስል)፣ የተደራረቡ ባትሪዎች፣ ወዘተ ሊከፋፈሉ ይችላሉ።

በማሸጊያ ቁሳቁስ አይነት ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{0}}አዮን ባትሪዎች ወደ ብረት{1}የካስድ ባትሪዎች፣ አሉሚኒየም{2}የካስድ ባትሪዎች፣ ፕላስቲክ{3}የካስድ ባትሪዎች፣ ለስላሳ{4}የጥቅል ባትሪዎች፣ወዘተ ሊከፈሉ ይችላሉ።

በመተግበሪያ ባህሪያት ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች ከፍተኛ{1}የሙቀት ባትሪዎች፣ ዝቅተኛ{2}የሙቀት ባትሪዎች፣ የሃይል ባትሪዎች እና የአቅም ባትሪዎች ወዘተ ሊከፈሉ ይችላሉ።

በመተግበሪያ አካባቢያቸው ላይ በመመስረት፣ ሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች በሚከተለው ሊመደቡ ይችላሉ፡ የመጠባበቂያ ባትሪዎች፣ የሃይል ባትሪዎች እና የኃይል ማከማቻ ባትሪዎች።

የሊቲየም{0}አዮን ባትሪዎች መተግበሪያዎች

ባትሪው ከተፈለሰፈ ጀምሮ እንደ ሊቲየም{0}አዮን ባትሪ ምንም አይነት የባትሪ ምርት በፍጥነት እና በስፋት ጥቅም ላይ አልዋለም ማለት ይቻላል። ለኮምፒዩተር ሲፒዩዎች የሰዓት ሃይል አቅርቦት እስከ ትልቁ ሊቲየም{2} ion ባትሪዎች በአውቶሞቢሎች እና በባህር ሰርጓጅ መርከቦች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ የአቅም ልዩነቱ ከ10 ሚሊዮን ጊዜ በላይ ነው። በዕለት ተዕለት ሕይወት፣ በሕክምና መሣሪያዎች፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች፣ በኃይል ማከማቻ ኃይል ጣቢያዎች፣ በኤሮስፔስ እና በሠራዊት ውስጥ ሰፊ አፕሊኬሽኖች አሏቸው።

ከ10 ዓመታት በላይ ታዋቂነት ካገኘ በኋላ፣ ሊቲየም{1}አዮን ባትሪዎች እንደ ሞባይል ስልኮች እና ላፕቶፖች ባሉ ዲጂታል ምርቶች ላይ በስፋት ጥቅም ላይ የሚውሉት ብቸኛ የኃይል ስርዓት ሆነዋል። በከፍተኛ ልዩ ሃይላቸው ምክንያት በሃይል መሳሪያዎች፣ በኤሌክትሪክ ብስክሌቶች፣ በኤሌክትሪክ አውቶቡሶች፣ በንፋስ እና በፀሃይ ሃይል ማከማቻ ሃይል ጣቢያዎች፣ በሞባይል የመገናኛ ጣቢያዎች፣ በማዕድን ማምረቻ መብራት ሃይል አቅርቦቶች፣ በማዕድን ማዳን ካፕሱል ሃይል አቅርቦቶች፣ ወታደራዊ ግለሰብ ወታደር የሃይል አቅርቦቶች፣ ራዲዮዎች፣ የሳተላይት ባትሪዎች እና ሌሎች በርካታ መተግበሪያዎች በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ። እንደ አኃዛዊ መረጃ፣ እ.ኤ.አ. በ2011 የቻይና የሊቲየም ባትሪ ኢንዱስትሪ የገበያ መጠን 39.7 ቢሊዮን ዩዋን ደርሷል፣ በዓመት{6}}{7}}በ43% ጭማሪ፣ እና የሊቲየም ባትሪዎች አመታዊ ምርት 2.97 ቢሊዮን ዩኒት ደርሷል፣ በዓመት{10}በ- የ2.6% ጭማሪ። የሊቲየም ባትሪ ኢንዱስትሪ የብሔራዊ ኢኮኖሚ አስፈላጊ የኢንዱስትሪ አቅጣጫ ሆኗል²¹።