Een lithiumbatterij verlengen

Lithiumionen aan de anode bewegen door een elektrolyt om de kathode te bereiken, waar ze zich verbinden met elektronen om een elektrische lading te genereren die het mogelijk maakt om stroom te leveren wanneer dat nodig is. Dit creëert het unieke stroomvoorzieningssysteem van de batterij.

Recente vooruitgang in de selectie van silicium anodematerialen is erop gericht om te voorkomen dat Li-ionen worden opgesloten in elektrolytwanden en om hun omkeerbaarheid te verbeteren [155].

Langere levensduur

Lithiumbatterijen drijven elke dag miljoenen levens aan - van laptops en mobiele telefoons tot hybride en elektrische auto's. Hun voordelen variëren van een hoge energiedichtheid, licht gewicht, snelle oplaadsnelheden en een langere levensduur dan loodzuuraccu's. De sleutel tot het verlengen van de levensduur van lithiumbatterijen ligt in het begrijpen hoe uw lithiumbatterij in de loop van de tijd degradeert en het nemen van proactieve maatregelen om de levensduur te verlengen - dit omvat het begrijpen welk type lithiumbatterij meer specifieke zorg nodig heeft in termen van laadsnelheid, ontladingsdiepte, belasting enzovoort - plus het vermijden van veelgemaakte fouten zoals overladen en wonen bij hoge temperaturen.

De capaciteit van Li-ion-batterijen neemt na verloop van tijd geleidelijk af door chemische reacties die de elektroden en elektrolyt aantasten, waardoor de interne weerstand toeneemt en de levensduur afneemt. Dit proces treedt op ongeacht of de batterij regelmatig wordt gebruikt of ongebruikt blijft liggen. Periodieke cycli en opslag bij een koele temperatuur kunnen dit afbraakproces echter aanzienlijk vertragen.

Het aantal cycli van lithiumbatterijen hangt af van de laad- en ontlaadomstandigheden en de bedrijfstemperatuur. Apparaten voor consumenten laden ze meestal op tot 4,20 V per cel om de capaciteit en gebruiksduur te maximaliseren; industriële toepassingen gebruiken echter vaak lagere spanningsdrempels, zoals in satellieten of elektrische voertuigen, voor een langere levensduur.

Voor een optimale levensduur van de batterij vermijd je snelladers, omdat deze batterijen snel verhitten en afbreken. Laat de batterij bovendien niet te vaak leeglopen, omdat dit de interne weerstand verhoogt en de looptijd en levensduur verkort.

Ionic's lithium deep-cycle batterijen hebben een gemiddelde levensduur van 3.000 tot 5.000 volledige cycli met nog 80% capaciteit over, bereikt door het gebruik van alleen topkwaliteit lithium ijzer fosfaat (LiFePO4) materialen, ontworpen voor compatibiliteit met verschillende ladingen en laders, en Bluetooth monitoring die real-time informatie geeft over de laadstatus en de resterende looptijd berekent - waardoor onze scheepsklanten gemoedsrust hebben wanneer ze vooruit plannen en hun batterij nodig hebben wanneer ze die het meest nodig hebben.

Hogere energiedichtheid

Lithiumbatterijen hebben een hoge energiedichtheid, wat betekent dat ze een aanzienlijke hoeveelheid energie opslaan in een kleine ruimte (om professor Paul Christensen te citeren). Om chemische energie om te zetten in elektrische stroom, moeten lithiumionen tussen een anode en kathode bewegen door een anode-kathode poreuze afscheider en elektrolytlaag; herhaaldelijk opladen en ontladen zal de prestaties na verloop van tijd aanzienlijk verbeteren.

Er zijn verschillende soorten oplaadbare lithiumbatterijen op de markt, elk met zijn eigen interne chemische samenstelling. Hoewel sommige accu's duurder zijn dan andere, hebben ze allemaal een hogere energiedichtheid dan loodzuuraccu's - wat betekent dat ze meer elektrische lading per kilogram of volume opslaan en dus een langer rijbereik of meer gebruiksuren van elektrisch gereedschap bieden zonder dat ze veel groter of zwaarder worden.

Batterijtechnologie is voortdurend in ontwikkeling, waarbij onderzoekers voortdurend op zoek zijn naar manieren om bestaande componenten te verbeteren. Professor Corie Cobb van ME en haar onderzoek in het Integrated Fabrication Lab richten zich op het ontwerpen van 3D-elektrode-architecturen die de fabricage van batterijen stroomlijnen; J. Devin MacKenzie van de faculteit ME en materials science & engineering (MSE) onderzoekt ook structureel ontworpen antimoonlegeringen als batterijmaterialen.

Energiedichtheid is een van de belangrijkste meeteenheden van elke batterij. De energiedichtheid meet hoeveel energie een cel of batterij kan vasthouden per massa- of volume-eenheid en is daarom bijzonder belangrijk voor toepassingen zoals elektrische voertuigen die een groot rijbereik nodig hebben met een beheersbaar gewicht en formaat.

Accu's met een hogere energiedichtheid zijn langer operationeel voordat ze moeten worden opgeladen, waardoor het brandstofverbruik en de onderhoudskosten dalen, terwijl kleinere accu's compacter in het voertuigontwerp passen en meer vermogen leveren voor acceleratie of taken met een hoge belasting.

Accu's met een hogere energiedichtheid kunnen hun totale afmetingen en gewicht aanzienlijk verlagen, waardoor ze met name nuttig zijn voor draagbare elektronica en elektrische voertuigen waarbij elke kilogram telt. Helaas kunnen accu's met een hoge energiedichtheid minder ideale spanningsprofielen hebben voor bepaalde toepassingen en bieden ze mogelijk geen snelle energiestoot wanneer dat nodig is.

Sneller opladen

Nu steeds meer mensen overstappen op elektrische voertuigen, stijgt de vraag naar lithium-ion accu's die snel kunnen worden opgeladen. Terwijl traditionele loodzuuraccu's slechts een ontladingsdiepte van 50% bereiken, hebben lithium-ion-accu's een ontladingsdiepte van 99%, waardoor ze ideaal zijn voor energie-intensieve toepassingen zoals EV's. Hun snellere oplaadsnelheid resulteert ook in kortere oplaadtijden.

Lithium-ion-accu's maken gebruik van twee elektroden die respectievelijk bestaan uit metaaloxide en poreuze koolstof om energie op te slaan. Tijdens het opladen bewegen ionen vrij tussen deze elektroden door een elektrolyt en separator; bij ontlading ondergaat de anode oxidatie en elektronenverlies, waarna ze bij het opladen weer terugkeren naar de kathode.

Ingenieurs hebben materialen ontwikkeld, zoals legeringsmaterialen van silicium, germanium en antimoon, die lithiumionen beter kunnen opslaan dan grafietanoden door deze ionen te intercaleren tussen lagen grafeen. Helaas veranderen deze legeringsmaterialen fysiek tijdens laad-/ontlaadcycli, wat kan leiden tot prestatieverlies of storingen.

Onderzoekers van de Cornell University hebben een methode ontdekt om veranderingen in het fysieke volume te minimaliseren, waardoor krachtige lithiumbatterijen met hogere laadsnelheden mogelijk worden. Door indium toe te voegen (meestal gebruikt voor coatings van aanraakschermen), verlaagde hun team de energiebarrières tussen de elektroden, waardoor ionen zich gemakkelijker tussen de elektroden kunnen verplaatsen.

Onderzoekers waarschuwden dat het essentieel is om bewust te zijn van de nadelen van snelladen. Sneller opladen vereist een aanzienlijk hogere stroomsterkte en vermogen, wat de levensduur van de batterij aanzienlijk kan verkorten - dit kwam vooral voor bij lithium-ion batterijen.

Experts adviseren om de aanbevolen oplaadsnelheden van batterijfabrikanten te volgen om de levensduur van de batterij te maximaliseren, waarbij Power Cells worden aanbevolen om te worden opgeladen bij 1C om ervoor te zorgen dat hun anode en kathode niet worden blootgesteld aan te hoge spanningen; voor bestuurders van elektrische voertuigen (EV) is dit echter niet altijd haalbaar vanwege de beperkte rijafstanden die mogelijk zijn met lithium-ion-batterijen.

Lagere kosten

Lithiumbatterijen bieden veel voordelen ten opzichte van loodzuuraccu's, waaronder kosten. Omdat lithiumcellen langer meegaan, minder wegen en efficiënter werken, maken ze door hun kosteneffectieve aard op termijn de beste investering - waardoor u geld bespaart bij elke aankoop of vervanging en op brandstof voor motoren of generatoren.

Lithium-ion batterijen zijn een ongelooflijk populaire energiebron geworden voor consumentenelektronica, hybride voertuigen en elektrische auto's vanwege hun lichte gewicht en hoge energiedichtheid. Hun ontwerp zorgt voor een toename in capaciteit en tegelijkertijd voor aanzienlijke kostenbesparingen. Dit ontwerp heeft geleid tot een enorme capaciteitsverhoging en tegelijkertijd tot een aanzienlijke kostenverlaging.

Naarmate de technologie zich heeft ontwikkeld, hebben fabrikanten de kosten verder kunnen verlagen door betere materialen te gebruiken en de productieprocessen te optimaliseren. Lean productiemethoden die zich richten op het minimaliseren van verspilling en het optimaliseren van de productiviteit zijn bijzonder veelbelovende methoden voor het verlagen van de kosten die gepaard gaan met de productie van batterijen.

Veiligheidskwesties blijven een van de belangrijkste obstakels voor de wijdverspreide toepassing van lithium-ion accu's, met thermische runaway (een reeks van chemische reacties die leiden tot brand) als een van de belangrijkste. Lithium-ion batterijen kunnen gevoelig zijn voor dit probleem als hun kathodes of anodes scheuren of kortsluiting ontwikkelen; verbeteringen in de celchemie en verpakkingstechnologieën hebben deze batterijen echter veiliger dan ooit gemaakt.

Lithium-ion accu's zijn de keuze bij uitstek geworden voor UPS-toepassingen vanwege hun lagere totale eigendomskosten, met name bij driefasige UPS-eenheden die doorgaans groter en duurder zijn dan hun eenfasige tegenhangers.

Naarmate de lithiumindustrie zich verder ontwikkelt, openen nieuwe innovaties zoals droge lithiumpolymeren spannende nieuwe wegen voor batterijchemie en -ontwerpen. Deze ontwikkelingen beloven langere ontlaadcycli met diepere ontladingsdiepten zonder risico op thermische runaway of andere veiligheidsrisico's. Dit betekent dat we lithium-ion-accu's mogelijk nog vaker in toepassingen zullen zien dan voorheen.