Li-ioon-polümeer akutehnoloogia

Li-ioon-polümeerakude tehnoloogia pakub atraktiivset alternatiivi traditsioonilistele liitiumakudele, mis võib pakkuda suuremat erivõimsust ja energiatihedust, töötades samal ajal ohutult laias temperatuurivahemikus, ilma et termiline läbikukkumine oleks probleemiks.

Kulud

Liitiumpolümeerakud pakuvad märkimisväärseid kulueeliseid võrreldes traditsiooniliste liitiumioonakudega, kuna elektrolüüdi allikatena kasutatakse vedelate elektrolüütide asemel tahkeid polümeere - see eemaldab tuleohtlikud lahustid, võimaldades samal ajal õhemad elemendi konstruktsioonid ja välistades dendriitide moodustumise kõrgematel temperatuuridel.

Liitiumpolümeerakud koosnevad neljast peamisest osast, milleks on positiivne elektrood, negatiivne elektrood, separaator ja elektrolüüt. Polüetüleenist või polüpropüleenist valmistatud poorne kile moodustab separaatori, mis eraldab elektroodid, võimaldades liitiumioonidel siiski vabalt nende vahel liikuda, ning võib ka ajutiselt sulgeda, kui aku läheb liiga kuumaks.

Elektrolüüdid on ained, mida kasutatakse patareides liitiumioonide transportimiseks anoodi ja katoodi vahel ning mis võivad koosneda erinevatest materjalidest. Kõige sagedamini kasutatakse orgaanilist lahust, kuigi ka muud valikud, näiteks geelistatud polümeerelektrolüüdid, pakuvad temperatuuri ja keemilise stabiilsuse poolest elujõulisi võimalusi.

Liitium on unikaalsete elektrokeemiliste omadustega element ja seetõttu suurepärane kandidaat akutehnoloogia jaoks. Kuna liitium on üks kergemaid metalle, mille tihedus on võrreldes teiste elementidega ainult 0,09 g/cm3 , siis on liitiumil suurem spetsiifiline energia ja mahtuvus grammi kohta kui teistel metallidel; lisaks sellele on ta suurepärane elektronide juht, mis võimaldab suurema energiatihedusega patareisid.

Viimase kümne aasta jooksul on akutootjad töötanud tootmisprotsesside täiustamise nimel, et vähendada tootmiskulusid. BNEFi uuringu kohaselt konkureerivad akupakettide ja -elementide kulud praegu sisepõlemismootorite kuludega. Kahjuks on akumaterjalide hinnad jätkuvalt probleemiks ja nende hind võib suureneva nõudluse tõttu elektrisõidukite järele inflatsiooniga kaasneda.

Liitiumioonpolümeerakude hind langeb jätkuvalt, kuna materjalikulud vähenevad ja tootmisprotsessid muutuvad tõhusamaks. Tööstuse juhid on valinud liitiumraudfosfaat (LiFePO4) katoodid kui odavama katoodi variandi, mis on 32% odavam kui kallim liitiumnikkel-mangaan-kobaltoksiid (NMC). Lisaks kasutavad akutootjad mikronõela eeltöötlustehnikaid Ni metallfooliumi kulude vähendamiseks ja uusi plokk-kopolümeerelektrolüüte, mis on dendriidikindlad, säilitades samal ajal rakkude ohutuse.

Turvalisus

Liitiumpolümeerakud on tõhusamad ja vähem ülekuumenevad kui nende vedelad analoogid, samuti on nende kasutamine paindlikum kui vedelate analoogide puhul. Lisaks sellele saab neid liitiumpolümeerakusid säilitada pikka aega ilma laengu kaotamiseta ja nende isepuhastumise määr on madal. Nende omaduste tõttu on liitiumpolümeerakud muutunud populaarseks valikuks elektroonikaseadmete, elektrijalgrataste ja elektrisõidukite toitmiseks; kuid nende käsitsemisel tuleb olla ettevaatlik, et vältida tulekahjusid või plahvatusi; selleks, et seda ohutult teha, on parim tava hoida akusid kasutamata jätmisel lipo-turvalises kotis või konteineris; kontrollida regulaarselt kahjustuste olemasolu - kui need on kahjustatud, visake need kohe ära ja asendage uutega.

Tulekahjude vältimiseks kasutage alati laadijat, mis on akutootja poolt nende toodetega kasutamiseks heaks kiidetud. Lisaks sellele peaks teil alati olema lähedal kuivtulekustuti, juhuks kui tulekahju hakkab puhkema. Lõpuks, ärge kunagi asetage liitiumpolümeerakusid või -elemendid otse päikesevalguse kätte, sest see võib põhjustada temperatuuri tõusu ja keemilisi reaktsioone, mis võivad lõpuks käivituda ja põhjustada tulekahju.

Ülekuumenevad liitium-polümeerakud võivad põhjustada elektrolüütide aurustumist ja süttimist, mis võib põhjustada lühise rakkudes ja plahvatuse, mis levitab tulekahju lähedalasuvatele aladele. Selliseid riske ei tasu võtta, kui see võib ohustada elusid ja läheduses asuvaid kogukondi.

Lisaks ülekuumenemisele tekitavad liitiumioonakud täiendavaid ohutusprobleeme. Tootmise käigus toimunud saastumine mikroskoopiliste metallosakestega võib tekitada sisemise lühise. Peale selle võivad negatiivsete elektroodide süsinikuotsad eralduda, mis takistab tühjenemist. Positiivsete elektroodide aktiivne materjal võib eemalduda ja blokeerida vastavalt laadimis- või tühjendusprotsessi.

Võimalike probleemide vältimiseks peaksid kasutajad ostma ainult kaubamärgiga liitium-polümeerakusid akrediteeritud müüjatelt ja laadijatelt ning järgima kõiki ohutusjuhiseid, sealhulgas tootja soovitatud maksimaalset tühjendusvoolu ja polaarsuse soovitusi. Samuti peaksid nad lugema aku materjali ohutuskaarti, et veenduda, et see sobib nende seadmele või rakendusele probleemideta.

Eluaeg

Liitium-polümeerakude eluiga on väga erinev, sõltuvalt mitmest tegurist, sealhulgas nende keemilisest koostisest, konstruktsioonist ja neid kasutavate seadmete energiavajadusest. Liitiumioonakud pakuvad rohkem energiat väiksema maksumuse eest, mis sobib ideaalselt energiat nõudvatele seadmetele, samas kui liitiumpolümeerakud pakuvad ohutumaid akulahendusi, kui on vaja õhukesi seadmeid. Sama oluline on valida seadme jaoks sobiv aku; sama oluline on ka selle õige kasutamine.

Aku jõudluse maksimeerimiseks vältige aku ülelaadimist ja hoiustamist kõrgel temperatuuril - mõlemad võivad aku eluiga oluliselt lühendada. Vältige ka aku täielikku tühjendamist, sest see võib kahjustada selle sisemisi ahelaid ja potentsiaalselt lühendada selle eluiga.

Üldiselt mõõdetakse akude kasutusiga pigem laadimistsüklite kui kuude kaupa; näiteks 500 tsükliga akud säilitavad pärast 500 laadimist veel ligikaudu 80% oma algsest mahutavusest.

Kuid keskkonnatingimused, nagu ladustamine, laadimiskiirus ja tühjenemise sügavus, võivad aku kasutusiga oluliselt lühendada. Liitiumakud erinevad oma suuruse, konstruktsiooni ja elektroodide keemia poolest, mis määrab nende eluea; üldiselt kestavad kvaliteetsemad akud kauem.

Liitium-ioonpolümeeri aku tsükli kestust võivad oluliselt mõjutada tühjenemise sügavus, laadimiskiirus, temperatuur ja sisemise takistuse kasv aja jooksul - kõik need tegurid mõjutavad nii mahtuvuse vähenemist kui ka varajast vooluahela lagunemist.

Li-polümeerakud paisuvad ülelaadimisel vähem dramaatiliselt kui nende liitiumioonakud; nende paisumine on samuti vähem märgatav ja nende tsükliline võimsus kipub ületama teisi liitiumakutehnoloogia vorme tänu nende ainulaadsele DEE elektrolüüdile, mis tagab suurepärase ioonjuhtivuse negatiivsete ja positiivsete elektroodide vahel, mis parandab töökindlust ja tsüklilist võimsust; lisaks on nende akudel elektroodidel vastupidavad katted, mis kaitsevad neid kulumise eest, mis lisab pikaealisust ja turvalisust - luues turvalised akud, mis sobivad mitmesugustesse rakendustesse ja seadmetesse!

Laadimine

Liitiumpolümeerakusid võib olla keeruline korralikult laadida. On väga oluline, et kasutajad järgiksid tootja juhiseid ja kasutaksid tõhusat laadija, et neid akusid korralikult laadida, ning enne kasutamist peavad need olema täielikult laetud, enne kui mõni seade seda kasutab. Nende sisemine struktuur on keeruline, kuna laadimine nõuab mitmete liideste, näiteks katoodi ja elektrolüüdi liidese, negatiivse elektroodi võre ja elektrolüüdi läbimist. Liitiumpolümeerakud võivad üle laadida; seetõttu on oluline regulaarselt jälgida aku taset, sest aeg-ajalt võib esineda ülelaadimist.

Liitiumpolümeerakud annavad täislaetud kujul suurema pinge ja energia ning on vähem tundlikud temperatuurimuutuste suhtes kui muud tüüpi akud. Samuti on liitiumpolümeerakusid võimalik mitu korda laadida, ilma et nende eluiga suureneks; laadimine peaks siiski toimuma aeglaselt suletud kohas, kuna ebaõige laadimine võib põhjustada termilist läbikukkumist ja põhjustada tulekahju või plahvatust.

Laadimisprotsessi käigus liiguvad liitiumioonid positiivsest elektroodist elektrolüütidesse ja seejärel grafiidist koosnevale negatiivsele elektroodile. Aja jooksul, kui nad jõuavad lähemale metallist liitiumile, vabanevad nad lõpuks grafiitsidemetest, muutudes dendriitideks, mis tungivad läbi positiivse ja negatiivse elektroodi vahelise diafragma, mille tulemuseks on lühis.

Liitiumioon-polümeerakusid tuleks laadida temperatuuril 0,2 C või alla selle, et tagada ohutud laadimistingimused. Neid tuleks laadida vähemalt 30 minutit, kuni nende voolutugevus jõuab küllastuspunkti - tavaliselt 10% nende koguvõimsusest - enne kui saavutatakse 4,2 V iga elemendi kohta kui pinge, mille juures laadimine peaks lõppema.

Ülelaetud aku võib tekitada püsivat kahju, kuna selle laadimiskiirus ületab interkalatsiooniprotsessi ja põhjustab liiga paljude ioonide jäämist aku pinnale. Ülelaadimine võib äärmuslikel juhtudel isegi kiirendada aku vananemist.