Litiumpolymerbatterier (ogs\u00e5 kjent som LiPo-batterier) har blitt et stadig mer popul\u00e6rt valg i radiokontrollverdenen. De lette litiumpolymercellene har lang driftstid og overlegen str\u00f8mkapasitet, og de er sv\u00e6rt praktiske.<\/p>\n
De har en utmerket C-klassifisering, noe som gj\u00f8r dem egnet for bruksomr\u00e5der som krever h\u00f8y hastighet, for eksempel droneracing.<\/p>\n
Ikke-vandige l\u00f8semiddelfylte ionomerer som binder anioner til polymervertsmembraner, har vist seg \u00e5 forbedre ytelsen til litium-polymerbatterier ved \u00e5 redusere dendritisk avsetning.<\/p>\n
Litiumionbatterier er en uunnv\u00e6rlig str\u00f8mkilde for elektroniske enheter som mobiltelefoner, datamaskiner og nettbrett. Selv om litiumionbatterier gj\u00f8r en beundringsverdig jobb med \u00e5 levere energi til disse enhetene, har de ogs\u00e5 en rekke begrensninger som ofte p\u00e5virker ytelsen negativt. Litiumpolymerbatterier tilbyr et alternativ ved at de ikke lenger bruker flytende elektrolytter, men faste elektrolytter, slik at man unng\u00e5r fysiske skader eller termisk r\u00f8mning i de flytende batteriene, og i stedet tilbyr l\u00f8sninger med faste elektrolytter.<\/p>\n
Faste polymerelektrolytter (SPE) har lavere kokepunkt enn organiske flytende elektrolytter og kan gj\u00f8res mer fleksible ved \u00e5 inkorporere nanofibre i dem, noe som gj\u00f8r at litiumpolymerbatterier potensielt kan f\u00e5 plass p\u00e5 kredittkort p\u00e5 en mer kompakt m\u00e5te enn vanlig. Og takket v\u00e6re de tynnere SPE-ene som brukes i polymerbatterier sammenlignet med vanlige litiumionbatterier, kan kapasiteten til og med dobles.<\/p>\n
Faststoffelektrolytter gir mange fordeler i forhold til batterier med flytende elektrolytter, s\u00e6rlig n\u00e5r det gjelder produksjonstid. Konvensjonelle batterier involverer vanligvis flere trinn, for eksempel tilpasning av positive og negative elektrodematerialer f\u00f8r de settes sammen med separatorer og tilsetting av flytende elektrolytt, mens litiumpolymerbatterier ofte kan settes sammen i ett trinn.<\/p>\n
Litiumpolymerbatterier gir ekstra sikkerhet. Fordi de ikke bruker flytende elektrolytter, er litiumpolymerer mindre s\u00e5rbare for problemer for\u00e5rsaket av h\u00f8y ladetilstand (SOC) eller overlading. N\u00e5r et typisk flytende batteri utsettes for SOC\/overladingssykluser, vil det ekspandere p\u00e5 grunn av lett fordampning av elektrolytten. Denne ekspansjonen f\u00f8rer ofte til sprekker i grensesnittet mellom elektrode og elektrolytt og mellom faser og mekaniske p\u00e5kjenninger for\u00e5rsaket av denne ekspansjonsprosessen, noe som f\u00f8rer til nedbrytning av indre cellelag eller ugunstige metalliske elektroavsetninger som dendritter.<\/p>\n
Shi et al. har fokusert forskningsinnsatsen sin p\u00e5 \u00e5 lage SPE-er som kan overvinne slike problemer, og har laget en 3D-selvmontert SPE ved hjelp av en ionisk v\u00e6ske blandet med cellulose som har en imponerende ionisk ledningsevne p\u00e5 2,0\u00d710-4 S\/cm ved 25 \u00b0C og utmerkede mekaniske egenskaper. Videre styrker cellulosen ogs\u00e5 SPE-ens strukturelle integritet, samtidig som den danner en sterk litiumkoordinering som fremmer oppl\u00f8sningen av litiumsalt og dermed forbedrer den generelle ionetransporten, samtidig som den forhindrer IL-lekkasje.<\/p>\n
Katoden i et batteri fungerer som batteriets negative elektrode, og trekker elektroner bort fra den positive elektroden under utladning. Katodematerialene er som regel karbonbaserte, for eksempel grafitt eller silisium. Grafitt brukes ofte p\u00e5 grunn av lavere kostnader, h\u00f8yere elektrisk ledningsevne og stabilitet, mens silisium gir h\u00f8yere energitetthet. I dag brukes det ulike varianter av katodematerialer som s\u00f8ker balanse mellom energitetthet og levetid.<\/p>\n
En anode er den positive elektroden i et batteri, som absorberer positivt ladede litiumioner under lading. Vanlige anodematerialer omfatter nikkel-kobolt-legeringer som gir god balanse mellom energitetthet og sykluslevetid, og som er rimeligere enn rene nikkelalternativer med lavere smeltepunkt\/kokepunktprofiler som gj\u00f8r dem egnet for bilbatterier med h\u00f8ye temperaturer.<\/p>\n
Ladingen skjer ved at hver celle tilf\u00f8res en overspenning fra en ekstern str\u00f8mkilde, noe som tvinger elektroner fra den positive til den negative elektroden og interkalerer litiumioner med anodemateriale for interkalering. N\u00e5r batteriet er ladet, \u00f8ker kapasiteten sakte helt til den maksimale ladespenningen per celle er n\u00e5dd.<\/p>\n
Litium-ion-batterier har f\u00e5tt en del omtale for sin tendens til \u00e5 ta fyr spontant, men risikoen er fortsatt relativt lav. Det vanligste problemet med disse batteriene er termisk runaway, der den negative elektroden varmes opp f\u00f8r den begynner \u00e5 oksidere og potensielt antennes, noe som til slutt f\u00f8rer til eksplosjon eller brann i en eksplosiv kjedereaksjon som igjen f\u00f8rer til eksplosjon eller brann i en batteripakke.<\/p>\n
Litium-ion-celler med faste polymerelektrolytter kan bidra til \u00e5 redusere risikoen for termisk runaway. Slike elektrolytter best\u00e5r av plastlignende filmer som erstatter tradisjonelle por\u00f8se separatorer i porer fuktet med organiske l\u00f8semidler, og best\u00e5r vanligvis av en av flere polymerer som akrylonitril, butyrat eller polyvinylidenfluorid (PVdF).<\/p>\n
Litium i ren grunnstoffform er sv\u00e6rt reaktivt. For \u00e5 unng\u00e5 interaksjon med vann og produksjon av hydrogengass som kan f\u00f8re til batterieksplosjon, bruker litium-ion-batterier ikke-vandige elektrolytter som best\u00e5r av litiumsalter i polymerer som etylenkarbonat eller propylenkarbonat - fire n\u00f8kkelkomponenter som i dette tilfellet utgj\u00f8r \u00e9n battericelle.<\/p>\n
Katoder i litiumbatterier best\u00e5r av metalloksid, mens anoder best\u00e5r av por\u00f8st karbon. Ved utladning beveger litiumioner seg fra anoden gjennom elektrolytt og separator til katoden via elektrolytt for produksjon av elektrisk energi. Omvendt, under lading returnerer de gjennom anoden tilbake til katoden, noe som gir mer str\u00f8m.<\/p>\n
B\u00e5de katoder og anoder i batteripakker er laget av syntetiske forbindelser som males til fine partikler f\u00f8r de blandes med bindemidler og l\u00f8semidler og deretter p\u00e5f\u00f8res metallfolie (vanligvis aluminium for anoder og kobber for katoden). Etter \u00e5 ha blitt spredt utover metallfolien, blir disse blandingene spredt p\u00e5 toppen og t\u00f8rket i en ovn for \u00e5 sikre strukturen, fjerne rester av bindemiddel\/l\u00f8sningsmiddel og skape en mikropor\u00f8s film som er gjennomtrengelig for litiumioner.<\/p>\n
En anode best\u00e5r vanligvis av nikkel-koboltoksid (NiCoO2) eller litium-mangandioksid (LiMn2O4). Begge materialene er billigere enn kobolt, samtidig som de lett kan oksideres reversibelt tilbake til sin naturlige tilstand av nikkel og mangan. Li-LiMn2O4s kubiske gitterstruktur legger til rette for tredimensjonal diffusjon av litiumioner inn i og ut av krystallene; under utladning settes ett litiumion per to Mn-ioner inn i disse krystallene, mens lading fjerner ett litiumion fra ett per to Mn-ioner, som deretter trekkes ut reversibelt under lading.<\/p>\n
Noen batterier bruker karbonanoder av plast, som er mye billigere og har lavere syklingsevne og kapasitet enn metalliske litiumanoder. De er likevel et attraktivt resirkuleringsalternativ, siden du ikke trenger \u00e5 gjennomg\u00e5 dyre og tidkrevende renseprosesser i etterkant. Dette f\u00f8rer imidlertid til opphopning av metallisk litium p\u00e5 overflaten, noe som reduserer kapasiteten over tid.<\/p>\n
Termisk l\u00f8pskhet i et litiumpolymerbatteri oppst\u00e5r n\u00e5r de interne kjemiske reaksjonene blir selvopprettholdende, produserer varme og frigj\u00f8r energi i eksponentielt \u00f8kende hastighet. P\u00e5 dette stadiet \u00f8ker trykket raskt i batteriet, og det dannes gasser som f\u00e5r cellene til \u00e5 ekspandere, noe som f\u00f8rer til at batteriets folieemballasje sprekker og frigj\u00f8r store mengder brennbare gasser som kan v\u00e6re livsfarlige for mennesker.<\/p>\n
Termisk l\u00f8pskhet kan skyldes flere faktorer, blant annet at batteriet overlades, utsettes for h\u00f8ye temperaturer, mekaniske feil eller interne\/eksterne kortslutninger. Det er en plutselig hendelse som er vanskelig \u00e5 kontrollere, og som til slutt f\u00f8rer til \u00f8deleggelse p\u00e5 grunn av at litiums organiske materialer destabiliseres og brytes ned, noe som skaper farlig raske temperatur\u00f8kninger som f\u00f8rer til intern oppvarming i battericellene, noe som igjen f\u00f8rer til termiske l\u00f8pskhetsprosesser.<\/p>\n
Alle litium-ion-batterier genererer noe varme, men hvis hastigheten som denne varmen genereres med, overstiger avledningshastigheten, vil den interne temperaturen \u00f8ke eksponentielt inntil stabiliteten g\u00e5r tapt. P\u00e5 det tidspunktet vil den indre cellen svelle n\u00e5r separatorstrukturen kollapser, noe som f\u00f8rer til elektrodekontakt mellom elektrodene og utl\u00f8ser eksoterme kjemiske reaksjoner som raskt akselererer temperaturstigningen samtidig som det produseres enorme mengder varme som \u00f8ker celletemperaturen ytterligere inntil termisk l\u00f8pskhet inntreffer.<\/p>\n
\u00c5 redusere termisk l\u00f8pskhet kan v\u00e6re en nesten uoverstigelig utfordring, og det er her feilsikringer som separatoravstenging kommer inn i bildet - de fungerer ved \u00e5 stenge av litiumtransporten, noe som stopper den termiske l\u00f8pskhetsprosessen, selv om det kan ta litt tid f\u00f8r de virker; frem til den tiden kommer, fortsetter batteritemperaturen \u00e5 \u00f8ke jevnt og trutt.<\/p>\n
For \u00e5 minimere risikoen for denne hendelsen og beskytte batteriene mer effektivt mot termisk l\u00f8pskhet, er en effektiv strategi \u00e5 oppbevare dem i et batteriskap utstyrt med temperatursensorer som overv\u00e5ker celletemperaturen og kan gripe inn f\u00f8r de n\u00e5r terskelen for termisk l\u00f8pskhet. Disse skapene er ogs\u00e5 utstyrt med kommunikasjonsfunksjoner som muliggj\u00f8r datadrevet beslutningstaking n\u00e5r det gjelder lading, lagring og vedlikeholdsbehov.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Lithium polymer batteries (also known as LiPo batteries) have become an increasingly popular choice in radio control world. Offering long run times and superior power capacity, these lightweight lithium polymer cells offer greater convenience. They feature an excellent C rating, making them suitable for applications that demand fast bursts of speed such as drone racing. …<\/p>\n