Li-jonu polimēru akumulatoru tehnoloģija

Li-jonu polimēru akumulatoru tehnoloģija ir pievilcīga alternatīva tradicionālajiem litija akumulatoriem, kas var nodrošināt lielāku īpatnējo jaudu un enerģijas blīvumu, vienlaikus droši darbojoties plašā temperatūru diapazonā un neradot termiskā izsīkuma problēmas.

Izmaksas

Litija polimēru baterijām ir ievērojamas izmaksu priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām litija jonu baterijām, jo elektrolīta avota vietā tiek izmantoti cietie polimēri, nevis šķidrie elektrolīti - tādējādi tiek likvidēti viegli uzliesmojoši šķīdinātāji, vienlaikus ļaujot veidot plānākus elementus un novēršot dendrītu veidošanos augstā temperatūrā.

Litija polimēru baterijas sastāv no četrām galvenajām daļām, tostarp: pozitīvā elektroda, negatīvā elektroda, separatora un elektrolīta. No polietilēna vai polipropilēna izgatavota poraina plēve veido separatoru, kas atdala elektrodus, vienlaikus ļaujot litija joniem brīvi pārvietoties starp tiem, un var kalpot arī kā īslaicīga atslēgšanās ierīce, ja akumulators kļūst pārāk karsts.

Elektrolīti ir vielas, ko baterijās izmanto litija jonu transportēšanai starp anodu un katodu, un tie var sastāvēt no dažādiem materiāliem. Visbiežāk sastopams organiskais šķīdums, lai gan temperatūras diapazona un ķīmiskās stabilitātes ziņā dzīvotspējīgas ir arī citas izvēles iespējas, piemēram, želejveida polimēru elektrolīti.

Litijam piemīt unikālas elektroķīmiskās īpašības, tāpēc tas ir lieliski piemērots akumulatoru tehnoloģijai. Tā kā litijs ir viens no vieglākajiem metāliem, kura blīvums ir tikai 0,09 g/cm3 salīdzinājumā ar citiem elementiem; litijs var lepoties ar lielāku īpatnējo enerģiju un ietilpību uz gramu nekā citi metāli; turklāt tas ir lielisks elektronu vadītspējīgs, kas ļauj ražot baterijas ar lielāku enerģijas blīvumu.

Pēdējo desmit gadu laikā akumulatoru uzņēmumi ir strādājuši pie ražošanas procesu uzlabošanas, lai samazinātu ražošanas izmaksas. Saskaņā ar BNEF pētījumiem bateriju komplektu un elementu izmaksas šobrīd konkurē ar iekšdedzes dzinēju (ICE) izmaksām. Diemžēl akumulatoru materiālu cenas joprojām ir pastāvīga problēma, un to cenas varētu palielināties pieaugošā elektromobiļu pieprasījuma dēļ.

Litija jonu polimēru akumulatoru cena turpina samazināties, jo samazinās materiālu izmaksas un ražošanas procesi kļūst efektīvāki. Nozares līderi ir izvēlējušies litija dzelzs fosfāta (LiFePO4) katodus kā lētāku katoda variantu, kas ir 32% lētāks nekā dārgākais litija niķeļa mangāna kobalta oksīds (NMC). Turklāt akumulatoru ražotāji izmanto mikrokodolu priekšapstrādes paņēmienus Ni metāla folijas izmaksu samazināšanai un jaunus blokkopolimēru elektrolītus ar dendrītu noturību, vienlaikus saglabājot elementu drošību.

Drošība

Litija polimēru akumulatori ir efektīvāki un mazāk pakļauti pārkaršanai nekā to šķidrie analogi, kā arī to pielietojums ir elastīgāks nekā šķidrajiem analogiem. Turklāt šīs litija polimēru baterijas var uzglabāt ilgu laiku, nezaudējot uzlādi, un to pašizlādes ātrums ir zems. Pateicoties šīm īpašībām, litija polimēru akumulatori ir kļuvuši par populāru izvēli elektronisko ierīču, elektrisko velosipēdu un elektrisko transportlīdzekļu darbināšanai; tomēr, lai izvairītos no ugunsgrēkiem vai sprādzieniem, ar tiem ir jārīkojas uzmanīgi; lai to darītu droši, vislabāk ir akumulatorus, kad tie netiek izmantoti, glabāt lipo drošā maisiņā vai konteinerā; regulāri pārbaudīt, vai nav bojājumu pazīmju - ja tie ir bojāti, nekavējoties tos izmest un aizstāt ar jauniem.

Lai izvairītos no ugunsgrēka, vienmēr izmantojiet lādētāju, ko akumulatora ražotājs ir apstiprinājis lietošanai ar saviem produktiem. Turklāt vienmēr turiet līdzi sauso ugunsdzēšamo aparātu, ja sākas ugunsgrēks. Visbeidzot, nekad nenovietojiet litija polimēru akumulatorus vai baterijas tieši saules gaismā, jo tas var izraisīt temperatūras paaugstināšanos un ķīmiskas reakcijas, kas galu galā var izraisīt ugunsgrēku.

Pārkarsušu litija-polimēra akumulatoru elektrolīts var iztvaikot un aizdegties, izraisot īssavienojumu šūnās un sprādzienu, kas var izplatīties tuvumā. Šādu risku nav vērts uzņemties, ja tas var apdraudēt dzīvības un tuvumā esošās kopienas.

Litija jonu akumulatori rada ne tikai pārkaršanas, bet arī papildu drošības problēmas. Piesārņojums ar mikroskopiskām metāla daļiņām ražošanas laikā var radīt iekšējo īssavienojumu. Turklāt oglekļa ieliktņi uz negatīvajiem elektrodiem var atdalīties, neļaujot izlādēties. Pozitīvā elektroda aktīvais materiāls var izkrist un bloķēt attiecīgi uzlādes vai izlādes procesus.

Lai izvairītos no iespējamām problēmām, lietotājiem jāiegādājas tikai firmas litija polimēru akumulatori no akreditētiem pārdevējiem un lādētājiem un jāievēro visi drošības norādījumi, tostarp ražotāja ieteiktā maksimālā izlādes strāva un polaritātes ieteikumi. Viņiem arī jāizlasa akumulatora materiālu drošības datu lapa, lai pārliecinātos, ka tas bez problēmām būs piemērots viņu ierīcei vai lietojumam.

Dzīves ilgums

Litija polimēru akumulatoru darbmūžs ievērojami atšķiras atkarībā no vairākiem faktoriem, tostarp to ķīmiskā sastāva, konstrukcijas un ierīču, kurās tie tiek izmantoti, jaudas prasībām. Litija jonu baterijas piedāvā lielāku jaudu par mazākām izmaksām - ideāli piemērotas ierīcēm, kurām nepieciešama liela jauda; savukārt litija polimēru baterijas piedāvā drošākus akumulatoru risinājumus, ja nepieciešamas plānas ierīces. Tikpat svarīgi ir izvēlēties ierīcei piemērotu akumulatoru; vienlīdz svarīga ir arī tā pareiza lietošana.

Lai maksimāli palielinātu akumulatora veiktspēju, izvairieties no uzlādes pārslodzes un uzglabāšanas augstā temperatūrā - abas šīs darbības var ievērojami samazināt akumulatora kalpošanas ilgumu. Izvairieties arī no pilnīgas izlādes, jo tas var sabojāt akumulatora iekšējās shēmas un, iespējams, saīsināt tā kalpošanas laiku.

Parasti akumulatoru darbības ilgumu mēra uzlādes ciklu, nevis mēnešu izteiksmē, piemēram, akumulatori ar 500 ciklu darbības ilgumu pēc 500 uzlādēšanas joprojām saglabās aptuveni 80% no savas sākotnējās ietilpības.

Tomēr vides apstākļi, piemēram, uzglabāšana, uzlādes ātrums un izlādes dziļums, var ievērojami saīsināt akumulatora kalpošanas laiku. Litija akumulatori atšķiras pēc izmēra, konstrukcijas un elektrodu ķīmiskā sastāva, kas nosaka to kalpošanas ilgumu; kopumā augstākas kvalitātes akumulatori kalpo ilgāk.

Litija jonu polimēru akumulatora cikla ilgumu var būtiski ietekmēt izlādes dziļums, uzlādes ātrums, temperatūra un iekšējās pretestības pieaugums laika gaitā - visi šie faktori ietekmē jaudas zudumu, kā arī agrīnu shēmas bojāšanos.

Līcij-polimēru baterijas mazāk izplešas, kad tās tiek uzlādētas pārāk strauji, nekā to litija jonu baterijas; to izplešanās arī nav tik jūtama, un to cikliskuma kapacitāte parasti pārsniedz citu litija bateriju tehnoloģiju, pateicoties to unikālajam DEE elektrolītam, kas nodrošina lielisku jonu vadītspēju starp negatīvajiem un pozitīvajiem elektrodiem, lai uzlabotu uzticamību un cikliskuma kapacitāti; turklāt šie elementi ir aprīkoti ar izturīgiem pārklājumiem uz elektrodiem, kas aizsargā pret nodilumu, nodrošinot ilgāku kalpošanas laiku un drošību - radot drošas baterijas, kas piemērotas dažādiem lietojumiem un dažādām ierīcēm.

Uzlāde

Litija polimēru akumulatorus var būt sarežģīti pareizi uzlādēt. Ir ļoti svarīgi, lai lietotāji ievērotu ražotāja norādījumus un izmantotu efektīvu lādētāju, lai pareizi uzlādētu šīs baterijas, un pirms lietošanas tās ir pilnībā jāuzlādē, pirms jebkura ierīce tās izmanto. To iekšējā struktūra ir sarežģīta, jo uzlādei ir jāpārvietojas pāri vairākām saskarnēm, piemēram, katoda-elektrolīta saskarnei, negatīvo elektrodu režģim un elektrolītam. Litija polimēru akumulatorus ir iespējams uzlādēt pārmērīgi, tāpēc ir svarīgi regulāri uzraudzīt akumulatora uzlādes līmeni, jo dažkārt var rasties pārlāde.

Litija polimēru akumulatori nodrošina lielāku spriegumu un enerģiju, kad tie ir pilnībā uzlādēti, kā arī ir mazāk jutīgi pret temperatūras izmaiņām nekā cita veida akumulatori. Litija polimēru akumulatorus ir iespējams uzlādēt vairākas reizes, nepaildzinot to kalpošanas laiku; tomēr uzlāde jāveic lēni, slēgtā vietā, jo nepareiza uzlāde var izraisīt termisko izsīkšanu un izraisīt ugunsgrēku vai eksploziju.

Uzlādes procesā litija joni no pozitīvā elektroda pārvietojas elektrolītā un pēc tam uz grafīta veidotā negatīvā elektroda. Laika gaitā, tuvojoties metāliskajam litijam, tie atbrīvojas no grafīta saitēm, kļūstot par dendrītiem, kas izurbj diafragmu starp pozitīvo un negatīvo elektrodus, izraisot īssavienojumu.

Lai nodrošinātu drošus uzlādes apstākļus, litija jonu polimēru baterijas jāuzlādē 0,2 C vai zemākā temperatūrā. Tās jālādē vismaz 30 minūtes, līdz to strāva sasniedz piesātinājuma punktu - parasti 10% no to kopējās ietilpības -, pirms tiek sasniegts 4,2 V katram elementam kā spriegums, pie kura uzlāde jāpārtrauc.

Pārlādēta baterija var nodarīt ilgstošu kaitējumu, jo tās uzlādes ātrums pārsniedz interkalācijas procesus un uz tās virsmas paliek pārāk daudz jonu. Pārlādēšana var pat paātrināt akumulatora novecošanu ārkārtējos gadījumos.