Li-ion polimer akkumulátor technológia

A lítium-ion polimer akkumulátor technológia vonzó alternatívát kínál a hagyományos lítium akkumulátorokkal szemben, mivel nagyobb fajlagos teljesítményt és energiasűrűséget képes biztosítani, miközben széles hőmérséklet-tartományban biztonságosan működik anélkül, hogy a termikus elszabadulás problémát jelentene.

Költségek

A lítium-polimer akkumulátorok jelentős költségelőnyöket kínálnak hagyományos lítium-ionos társaikhoz képest, mivel folyékony elektrolit helyett szilárd polimereket használnak elektrolitforrásként - ezáltal a gyúlékony oldószerek eltűnnek, miközben vékonyabb cellakialakítást tesznek lehetővé, és magasabb hőmérsékleten megszűnik a dendritképződés.

A lítium-polimer akkumulátorok négy fő részből állnak: pozitív elektród, negatív elektród, szeparátor és elektrolit. Egy polietilénből vagy polipropilénből készült porózus fólia alkotja a szeparátort, amely elválasztja az elektródákat, miközben a lítiumionok szabadon áramolhatnak közöttük, és az akkumulátor túlmelegedése esetén az átmeneti kikapcsolásra is szolgálhat.

Az elektrolitok olyan anyagok, amelyeket az akkumulátorokban a lítiumionok anód és katód közötti szállítására használnak, és különböző anyagokból állhatnak. A leggyakrabban szerves oldatot használnak, bár más választási lehetőségek, például a zselésített polimer elektrolitok is életképes lehetőségeket kínálnak a hőmérséklet-tartomány és a kémiai stabilitás tekintetében.

A lítium egyedülálló elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkező elem, és ezért kiválóan alkalmas az akkumulátortechnológia számára. Mivel a lítium az egyik legkönnyebb fém, sűrűsége más elemekkel összehasonlítva mindössze 0,09 g/cm3 ; a lítium grammonként nagyobb fajlagos energiával és kapacitással büszkélkedhet, mint más fémek; emellett kiváló elektronvezető, ami nagyobb energiasűrűségű akkumulátorokat tesz lehetővé.

Az elmúlt évtizedben az akkumulátorgyártó vállalatok a gyártási folyamatok javításán dolgoztak a gyártási költségek csökkentése érdekében. A BNEF kutatása szerint a csomagok és cellák költségei ma már a belső égésű motorokéval vetekszenek. Sajnos az akkumulátorok anyagárai továbbra is folyamatos kihívást jelentenek, és az EV-k iránti kereslet növekedése miatt az áruk inflációba kerülhet.

A lítiumion-polimer akkumulátorok ára az anyagköltségek csökkenésével és a gyártási folyamatok hatékonyabbá válásával tovább csökken. Az iparág vezetői a lítiumvas-foszfát (LiFePO4) katódok mellett döntöttek, mint alacsonyabb költségű katódválaszték mellett, amely 32% olcsóbb, mint a költségesebb lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC). Továbbá az akkumulátorgyártók mikronedli előkezelési technikákat alkalmaznak a Ni-fémfólia költségeinek csökkentése érdekében, valamint új blokk-kopolimer elektrolitokat, amelyek dendrit-ellenállással rendelkeznek, miközben fenntartják a cellák biztonságát.

Biztonság

A lítium-polimer akkumulátorok hatékonyabbak és kevésbé hajlamosak a túlmelegedésre, mint folyékony társaik, valamint rugalmasabban alkalmazhatók, mint folyékony társaik. Továbbá ezek a lítium-polimer akkumulátorok hosszú ideig tárolhatók töltésvesztés nélkül, alacsony önkisülési arány mellett. E tulajdonságaiknak köszönhetően a lítium-polimer akkumulátorok népszerű választássá váltak az elektronikus eszközök, elektromos kerékpárok és elektromos járművek energiaellátására; azonban a tűz vagy robbanás elkerülése érdekében óvatosan kell bánni velük; a biztonságos használat érdekében a legjobb gyakorlat, ha az akkumulátorokat használaton kívül egy lipo biztonságos táskában vagy tartályban tárolja; rendszeresen ellenőrizze a sérülés jeleit - ha sérült, azonnal dobja ki, és cserélje ki újjal.

A tűzesetek elkerülése érdekében mindig olyan töltőt használjon, amelyet az akkumulátor gyártója jóváhagyott a termékeivel való használatra. Továbbá mindig legyen a közelben egy száraz tűzoltó készülék arra az esetre, ha bármilyen tűz keletkezne. Végül pedig soha ne tegye a lítium-polimer akkumulátorokat vagy cellákat közvetlenül napfény alá, mivel ez hőmérséklet-emelkedéshez és kémiai reakciókhoz vezethet, amelyek végül tüzet okozhatnak.

A túlmelegedett lítium-polimer akkumulátorok elektrolitja elpárologhat és meggyulladhat, ami rövidzárlathoz vezethet a cellákon belül, és robbanáshoz, amely tüzet okozhat a közeli területeken. Az ilyen kockázatokat nem érdemes vállalni, ha ez életeket és közösségeket veszélyeztethet a közelben.

A lítium-ion akkumulátorok a túlmelegedésen kívül további biztonsági problémákat is felvetnek. A gyártás során mikroszkopikus fémrészecskékkel való szennyeződés belső rövidzárlatot okozhat. Továbbá a negatív elektródákon lévő szénlapkák leválhatnak, megakadályozva a kisütést. A pozitív elektródák aktív anyaga elmozdulhat, és blokkolhatja a töltési vagy lemerülési folyamatokat.

A potenciális problémák elkerülése érdekében a felhasználóknak csak márkás lítium-polimer akkumulátorokat kell vásárolniuk akkreditált forgalmazóktól és töltőktől, és be kell tartaniuk az összes biztonsági irányelvet, beleértve a gyártó által ajánlott maximális kisütési áramot és a polaritással kapcsolatos ajánlásokat. El kell olvasniuk az akkumulátorok anyagbiztonsági adatlapját is, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy az adott eszköz vagy alkalmazás problémamentesen használható.

Élettartam

A lítium-polimer akkumulátorok élettartama számos tényezőtől függően jelentősen eltér, beleértve a kémiai összetételt, a kialakítást és az őket használó eszközök energiaigényét. A lítiumion-akkumulátorok nagyobb teljesítményt kínálnak kevesebb költségért - tökéletesek az energiaigényes eszközökhöz; míg a lítium-polimer akkumulátorok biztonságosabb akkumulátor-megoldásokat kínálnak, ha vékony eszközökre van szükség. A készülékhez megfelelő akkumulátor kiválasztása ugyanolyan kritikus; ugyanilyen fontos annak megfelelő használata is.

Az akkumulátor teljesítményének maximalizálása érdekében kerülje a túltöltést és a magas hőmérsékleten való tárolást - mindkettő jelentősen csökkentheti az akkumulátor élettartamát. Kerülje továbbá a teljes lemerítést, mivel ez károsíthatja a belső áramköröket, és potenciálisan lerövidítheti az élettartamát.

Általában az akkumulátorok élettartamát nem hónapokban, hanem töltési ciklusokban mérik; például az 500 ciklusos élettartamú akkumulátorok 500 töltés után még mindig körülbelül 80% eredeti kapacitásukat őrzik meg.

A környezeti feltételek, például a tárolás, a töltési sebesség és a kisütés mélysége azonban jelentősen lerövidíthetik az akkumulátor élettartamát. A lítium akkumulátorok mérete, kialakítása és az elektródák kémiai összetétele eltérő, ami meghatározza az élettartamot; általánosságban elmondható, hogy a jobb minőségű akkumulátorok tovább bírják.

A lítium-ion polimer akkumulátorok ciklusos élettartamát nagymértékben befolyásolhatja a kisütés mélysége, a töltési sebesség, a hőmérséklet és a belső ellenállás idővel történő növekedése - ezek a tényezők mind befolyásolják a kapacitásveszteséget, valamint a korai áramköri leépülést.

A lítium-polimer akkumulátorok túltöltéskor kevésbé drámaian tágulnak, mint lítium-ionos társaik; tágulásuk általában kevésbé észrevehető, és ciklikus kapacitásuk általában felülmúlja a lítium akkumulátor technológia más formáit, köszönhetően az egyedi DEE elektrolitjuknak, amely kiváló ionos vezetőképességet biztosít a negatív és pozitív elektródák között a nagyobb megbízhatóság és ciklikus kapacitás érdekében; ezen kívül ezek a cellák tartós bevonattal rendelkeznek az elektródákon, hogy megvédjék a kopástól a további hosszú élettartam és biztonság érdekében - így biztonságos akkumulátorok jönnek létre, amelyek számos alkalmazáshoz és eszközhöz alkalmasak!

Töltés

A lítium-polimer akkumulátorokat nehézkes lehet megfelelően feltölteni. Elengedhetetlen, hogy a felhasználók kövessék a gyártó utasításait, és hatékony töltőt használjanak, hogy ezeket a cellákat megfelelően feltöltsék, és használat előtt teljesen fel kell tölteni őket, mielőtt bármely eszköz felhasználná őket. Belső szerkezetük összetett, mivel a töltéshez több határfelületen, például a katód-elektrolit határfelületen, a negatív elektróda rácson és az elektroliton kell áthaladnia. A lítiumpolimer akkumulátorok túltöltése lehetséges; ezért az akkumulátorok töltöttségi szintjének rendszeres ellenőrzése kulcsfontosságú, mivel időnként túltöltés fordulhat elő.

A lítium-polimer akkumulátorok teljesen feltöltve nagyobb feszültséget és energiát biztosítanak, valamint kevésbé érzékenyek a hőmérséklet-változásra, mint más típusú akkumulátorok. A lítium-polimer akkumulátorok többször is feltölthetők anélkül, hogy az élettartamuk növekedne; a töltést azonban lassan, zárt helyen kell végezni, mivel a helytelen töltés hőkiáramláshoz vezethet, és tüzet vagy robbanást okozhat.

A töltési folyamat részeként a lítiumionok a pozitív elektródról az elektrolitba, majd a grafitból álló negatív elektródra kerülnek. Idővel, ahogy egyre közelebb kerülnek a fémlítiumhoz, végül kiszabadulnak a grafitkötésekből, és dendritekké alakulnak, amelyek átfúrják a pozitív és negatív elektródák közötti membránt, ami rövidzárlatot eredményez.

A lítiumion-polimer akkumulátorokat 0,2 C-on vagy annál alacsonyabb hőmérsékleten kell tölteni a biztonságos töltési feltételek biztosítása érdekében. Legalább 30 percig kell tölteni őket, amíg az áramuk eléri a telítési pontot - jellemzően a teljes kapacitásuk 10%-jét -, mielőtt elérik a cellánként 4,2 V-ot, mint azt a feszültséget, amelynél a töltést be kell fejezni.

A túltöltött akkumulátor tartós károkat okozhat, mivel a töltési sebesség meghaladja az interkalációs folyamatokat, és túl sok ion marad a felszínen. A túltöltés szélsőséges esetben még az akkumulátor öregedését is felgyorsíthatja.