Baterie litowo-polimerowe (znane r\u00f3wnie\u017c jako baterie LiPo) staj\u0105 si\u0119 coraz bardziej popularnym wyborem w \u015bwiecie sterowania radiowego. Te lekkie ogniwa litowo-polimerowe oferuj\u0105 d\u0142ugi czas pracy i doskona\u0142\u0105 moc, a tak\u017ce wi\u0119ksz\u0105 wygod\u0119.<\/p>\n
Charakteryzuj\u0105 si\u0119 doskona\u0142\u0105 ocen\u0105 C, dzi\u0119ki czemu nadaj\u0105 si\u0119 do zastosowa\u0144 wymagaj\u0105cych du\u017cych pr\u0119dko\u015bci, takich jak wy\u015bcigi dron\u00f3w.<\/p>\n
Niewodne jonomery wype\u0142nione rozpuszczalnikiem, kt\u00f3re wi\u0105\u017c\u0105 aniony z membranami polimerowymi, wykaza\u0142y lepsz\u0105 wydajno\u015b\u0107 akumulator\u00f3w litowo-polimerowych poprzez ograniczenie osadzania si\u0119 dendryt\u00f3w.<\/p>\n
Baterie litowo-jonowe s\u0105 niezb\u0119dnym \u017ar\u00f3d\u0142em zasilania dla urz\u0105dze\u0144 elektronicznych, takich jak telefony kom\u00f3rkowe, komputery i tablety. Chocia\u017c baterie litowo-jonowe wykonuj\u0105 godn\u0105 podziwu prac\u0119 w zakresie dostarczania energii do tych urz\u0105dze\u0144, maj\u0105 one r\u00f3wnie\u017c r\u00f3\u017cne ograniczenia, kt\u00f3re cz\u0119sto negatywnie wp\u0142ywaj\u0105 na wydajno\u015b\u0107. Baterie litowo-polimerowe oferuj\u0105 alternatyw\u0119, ca\u0142kowicie rezygnuj\u0105c z elektrolit\u00f3w ciek\u0142ych na rzecz elektrolit\u00f3w sta\u0142ych; eliminuj\u0105c uszkodzenia fizyczne lub ucieczk\u0119 termiczn\u0105 z tych ciek\u0142ych i oferuj\u0105c zamiast tego rozwi\u0105zania z elektrolitami sta\u0142ymi.<\/p>\n
Sta\u0142e elektrolity polimerowe (SPE) oferuj\u0105 ni\u017csze temperatury wrzenia ni\u017c organiczne elektrolity ciek\u0142e i mog\u0105 by\u0107 bardziej elastyczne dzi\u0119ki wbudowaniu w nie nanow\u0142\u00f3kien, dzi\u0119ki czemu baterie litowo-polimerowe mog\u0105 zmie\u015bci\u0107 si\u0119 na karcie kredytowej w bardziej kompaktowy spos\u00f3b ni\u017c zwykle. Ponadto, dzi\u0119ki cie\u0144szym elektrolitom SPE stosowanym w bateriach polimerowych w por\u00f3wnaniu ze zwyk\u0142ymi bateriami litowo-jonowymi, ich pojemno\u015b\u0107 mo\u017ce si\u0119 nawet podwoi\u0107.<\/p>\n
Elektrolity p\u00f3\u0142przewodnikowe maj\u0105 wiele zalet w por\u00f3wnaniu z akumulatorami z elektrolitami ciek\u0142ymi, zw\u0142aszcza pod wzgl\u0119dem czasu produkcji. Konwencjonalne baterie zazwyczaj wymagaj\u0105 kilku etap\u00f3w, takich jak dostosowanie materia\u0142\u00f3w elektrod dodatnich i ujemnych przed monta\u017cem z separatorami i dodaniem ciek\u0142ego elektrolitu; natomiast baterie litowo-polimerowe cz\u0119sto mo\u017cna zmontowa\u0107 w jednym kroku.<\/p>\n
Akumulatory litowo-polimerowe oferuj\u0105 dodatkowe bezpiecze\u0144stwo. Poniewa\u017c nie wykorzystuj\u0105 one ciek\u0142ych elektrolit\u00f3w, polimery litu s\u0105 mniej podatne na problemy spowodowane wysokim stanem na\u0142adowania (SOC) lub prze\u0142adowaniem. Typowa ciek\u0142a bateria, gdy jest nara\u017cona na cykle SOC\/prze\u0142adowania, rozszerza si\u0119 z powodu niewielkiego odparowania elektrolitu; ta ekspansja cz\u0119sto prowadzi do p\u0119kni\u0119\u0107 na styku elektroda|elektrolit i mi\u0119dzyfaz oraz napr\u0119\u017ce\u0144 mechanicznych spowodowanych tym procesem ekspansji, kt\u00f3re prowadz\u0105 do degradacji wewn\u0119trznych warstw ogniwa lub niekorzystnych elektrodepozycji metalicznych, takich jak dendryty.<\/p>\n
Shi i in. skoncentrowali swoje wysi\u0142ki badawcze na stworzeniu SPE, kt\u00f3re mog\u0105 przezwyci\u0119\u017cy\u0107 takie problemy, tworz\u0105c tr\u00f3jwymiarow\u0105, samoorganizuj\u0105c\u0105 si\u0119 SPE przy u\u017cyciu cieczy jonowej po\u0142\u0105czonej z celuloz\u0105, kt\u00f3ra ma imponuj\u0105c\u0105 przewodno\u015b\u0107 jonow\u0105 2,0\u00d710-4 S\/cm w 25 \u00b0 C i doskona\u0142e w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne. Co wi\u0119cej, celuloza wzmacnia r\u00f3wnie\u017c integralno\u015b\u0107 strukturaln\u0105 SPE, jednocze\u015bnie tworz\u0105c siln\u0105 koordynacj\u0119 litu w celu promowania rozpuszczania soli litu, poprawiaj\u0105c w ten spos\u00f3b og\u00f3lny transport jon\u00f3w, jednocze\u015bnie zapobiegaj\u0105c wyciekom IL.<\/p>\n
Katoda akumulatora s\u0142u\u017cy jako elektroda ujemna, odci\u0105gaj\u0105c elektrony od elektrody dodatniej podczas roz\u0142adowywania. Materia\u0142y katodowe s\u0105 zwykle oparte na w\u0119glu, takie jak grafit lub krzem; grafit jest cz\u0119\u015bciej u\u017cywany ze wzgl\u0119du na ni\u017cszy koszt, wy\u017csz\u0105 przewodno\u015b\u0107 elektryczn\u0105 i stabilno\u015b\u0107, podczas gdy krzem oferuje wy\u017csz\u0105 g\u0119sto\u015b\u0107 energii. Obecnie stosowane s\u0105 r\u00f3\u017cne iteracje materia\u0142\u00f3w katodowych, kt\u00f3re maj\u0105 na celu osi\u0105gni\u0119cie r\u00f3wnowagi mi\u0119dzy g\u0119sto\u015bci\u0105 energii a \u017cywotno\u015bci\u0105.<\/p>\n
Anoda jest elektrod\u0105 dodatni\u0105 w akumulatorze, s\u0142u\u017c\u0105c\u0105 do poch\u0142aniania dodatnio na\u0142adowanych jon\u00f3w litu podczas \u0142adowania. Typowe materia\u0142y anodowe obejmuj\u0105 stopy niklowo-kobaltowe, kt\u00f3re oferuj\u0105 dobr\u0105 r\u00f3wnowag\u0119 mi\u0119dzy g\u0119sto\u015bci\u0105 energii a \u017cywotno\u015bci\u0105 cyklu; ta\u0144sze ni\u017c opcje czystego niklu z ni\u017cszymi profilami temperatury topnienia \/ wrzenia, kt\u00f3re sprawiaj\u0105, \u017ce nadaj\u0105 si\u0119 do akumulator\u00f3w samochodowych w wysokich temperaturach.<\/p>\n
\u0141adowanie odbywa si\u0119 poprzez zastosowanie przepi\u0119cia z zewn\u0119trznego \u017ar\u00f3d\u0142a zasilania do ka\u017cdego ogniwa, wymuszaj\u0105c przep\u0142yw elektron\u00f3w z elektrody dodatniej do ujemnej i interkalacj\u0119 jon\u00f3w litu z materia\u0142em anody w celu interkalacji. Po na\u0142adowaniu pojemno\u015b\u0107 akumulatora wzrasta powoli, a\u017c do osi\u0105gni\u0119cia g\u00f3rnej granicy napi\u0119cia \u0142adowania na ogniwo.<\/p>\n
Akumulatory litowo-jonowe zosta\u0142y zauwa\u017cone przez pras\u0119 ze wzgl\u0119du na ich tendencj\u0119 do samozap\u0142onu, jednak ryzyko z tym zwi\u0105zane pozostaje stosunkowo niskie. Bardziej powszechnym zjawiskiem w\u015br\u00f3d tych akumulator\u00f3w jest niekontrolowany wzrost temperatury, w kt\u00f3rym ich ujemna elektroda nagrzewa si\u0119, zanim zacznie si\u0119 utlenia\u0107 i potencjalnie zapali\u0107, ostatecznie prowadz\u0105c do eksplozji lub po\u017caru w wybuchowej reakcji \u0142a\u0144cuchowej, kt\u00f3ra prowadzi do eksplozji lub po\u017caru w zestawie akumulator\u00f3w.<\/p>\n
Ogniwa litowo-jonowe ze sta\u0142ymi elektrolitami polimerowymi mog\u0105 pom\u00f3c zmniejszy\u0107 ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury. Takie elektrolity sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z folii przypominaj\u0105cych plastik, kt\u00f3re zast\u0119puj\u0105 tradycyjne porowate separatory w porach nas\u0105czonych rozpuszczalnikami organicznymi; zwykle sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z jednego z kilku polimer\u00f3w, takich jak akrylonitryl, ma\u015blan lub polifluorek winylidenu (PVdF).<\/p>\n
Lit w czystej postaci pierwiastkowej jest wysoce reaktywny. Aby unikn\u0105\u0107 interakcji z wod\u0105 i produkcji wodoru, kt\u00f3ry m\u00f3g\u0142by spowodowa\u0107 eksplozj\u0119 baterii, baterie litowo-jonowe wykorzystuj\u0105 niewodne elektrolity sk\u0142adaj\u0105ce si\u0119 z soli litu w polimerach, takich jak w\u0119glan etylenu lub w\u0119glan propylenu - cztery kluczowe sk\u0142adniki tworz\u0105ce w tym przypadku jedno ogniwo baterii.<\/p>\n
Katody w bateriach litowych sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z tlenku metalu, podczas gdy anody sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z porowatego w\u0119gla. Po roz\u0142adowaniu jony litu przemieszczaj\u0105 si\u0119 z anody przez elektrolit i separator do katody przez elektrolit w celu wytworzenia energii elektrycznej. I odwrotnie, podczas \u0142adowania wracaj\u0105 przez anod\u0119 z powrotem do katody, co zapewnia wi\u0119ksz\u0105 moc.<\/p>\n
Zar\u00f3wno katody, jak i anody akumulator\u00f3w s\u0105 wykonane z syntetycznych zwi\u0105zk\u00f3w, kt\u00f3re s\u0105 mielone na drobne cz\u0105stki przed zmieszaniem ze spoiwami i rozpuszczalnikami, a nast\u0119pnie powlekane na metalow\u0105 foli\u0119 (zwykle aluminiow\u0105 dla anody i miedzian\u0105 dla katody). Po rozprowadzeniu na powierzchni folii metalowej, mieszaniny te s\u0105 rozprowadzane na wierzchu i suszone w piecu w celu zabezpieczenia ich struktury, usuni\u0119cia pozosta\u0142o\u015bci spoiwa \/ rozpuszczalnika i stworzenia mikroporowatej warstwy przepuszczalnej dla jon\u00f3w litu.<\/p>\n
Anoda zazwyczaj sk\u0142ada si\u0119 z tlenku niklowo-kobaltowego (NiCoO2) lub dwutlenku litowo-manganowego (LiMn2O4); oba materia\u0142y oferuj\u0105 ni\u017csze koszty ni\u017c kobalt, a jednocze\u015bnie s\u0105 \u0142atwo odwracalnie utleniane z powrotem do ich naturalnych stan\u00f3w niklu i manganu. Sze\u015bcienna struktura sieciowa Li-LiMn2O4 u\u0142atwia tr\u00f3jwymiarow\u0105 dyfuzj\u0119 jon\u00f3w litu do i z kryszta\u0142\u00f3w; podczas roz\u0142adowywania jeden jon litu na dwa jony Mn jest wprowadzany do tych kryszta\u0142\u00f3w, podczas gdy \u0142adowanie usuwa jeden jon litu z jednego na dwa jony Mn, kt\u00f3re s\u0105 nast\u0119pnie odwracalnie ekstrahowane podczas \u0142adowania.<\/p>\n
Niekt\u00f3re akumulatory wykorzystuj\u0105 plastikowe anody w\u0119glowe, kt\u00f3re s\u0105 znacznie ta\u0144sze i maj\u0105 mniejsz\u0105 zdolno\u015b\u0107 do pracy cyklicznej i pojemno\u015b\u0107 ni\u017c metaliczne anody litowe. Mimo to stanowi\u0105 one atrakcyjn\u0105 opcj\u0119 recyklingu, poniewa\u017c nie trzeba p\u00f3\u017aniej przechodzi\u0107 kosztownych i czasoch\u0142onnych proces\u00f3w oczyszczania; prowadzi to jednak do gromadzenia si\u0119 metalicznego litu na jego powierzchni, co z czasem zmniejsza pojemno\u015b\u0107.<\/p>\n
Roz\u0142adowanie termiczne akumulatora litowo-polimerowego nast\u0119puje, gdy jego wewn\u0119trzne reakcje chemiczne staj\u0105 si\u0119 samopodtrzymuj\u0105ce, wytwarzaj\u0105c ciep\u0142o i uwalniaj\u0105c energi\u0119 w wyk\u0142adniczo rosn\u0105cym tempie. Na tym etapie ci\u015bnienie w akumulatorze gwa\u0142townie wzrasta, poniewa\u017c tworz\u0105 si\u0119 gazy, kt\u00f3re powoduj\u0105 ekspansj\u0119 w ogniwach, powoduj\u0105c rozerwanie foliowego opakowania akumulatora i uwalniaj\u0105c du\u017ce ilo\u015bci \u0142atwopalnych gaz\u00f3w, kt\u00f3re mog\u0105 by\u0107 niebezpieczne dla \u017cycia ludzkiego.<\/p>\n
Upadek termiczny mo\u017ce by\u0107 spowodowany wieloma czynnikami, w tym prze\u0142adowaniem akumulatora, wystawieniem go na dzia\u0142anie wysokich temperatur, awari\u0105 mechaniczn\u0105 lub wewn\u0119trznym\/zewn\u0119trznym zwarciem. Jest to nag\u0142e i trudne do kontrolowania zdarzenie, kt\u00f3re ostatecznie prowadzi do zniszczenia akumulatora z powodu destabilizacji i rozpadu materia\u0142\u00f3w organicznych litu, powoduj\u0105c niebezpiecznie szybki wzrost temperatury, kt\u00f3ry powoduje wewn\u0119trzne nagrzewanie si\u0119 ogniw akumulatora, co prowadzi do niekontrolowanych proces\u00f3w termicznych.<\/p>\n
Wszystkie akumulatory litowo-jonowe generuj\u0105 pewn\u0105 ilo\u015b\u0107 ciep\u0142a, ale je\u015bli tempo, w jakim to ciep\u0142o jest generowane, przekracza tempo jego rozpraszania, w\u00f3wczas jego wewn\u0119trzna temperatura b\u0119dzie rosn\u0105\u0107 wyk\u0142adniczo, a\u017c do utraty stabilno\u015bci. W tym momencie wewn\u0119trzne ogniwo p\u0119cznieje, poniewa\u017c jego struktura separatora zapada si\u0119, co prowadzi do kontaktu mi\u0119dzy elektrodami i wywo\u0142uje egzotermiczne reakcje chemiczne, kt\u00f3re gwa\u0142townie przyspieszaj\u0105 wzrost temperatury, wytwarzaj\u0105c ogromne ilo\u015bci ciep\u0142a, kt\u00f3re dodatkowo podnosz\u0105 temperatur\u0119 ogniwa, a\u017c do wyst\u0105pienia niekontrolowanego wzrostu temperatury.<\/p>\n
Ograniczenie zjawiska ucieczki termicznej mo\u017ce by\u0107 wyzwaniem niemal nie do pokonania, dlatego te\u017c do gry wkraczaj\u0105 rozwi\u0105zania awaryjne, takie jak wy\u0142\u0105czenie separatora - ich dzia\u0142anie polega na odci\u0119ciu transportu litu, co zatrzymuje proces ucieczki termicznej, cho\u0107 mo\u017ce to zaj\u0105\u0107 troch\u0119 czasu; do tego czasu temperatura baterii stale ro\u015bnie.<\/p>\n
Dlatego te\u017c, aby zminimalizowa\u0107 ryzyko tego zdarzenia i skuteczniej chroni\u0107 akumulatory przed niekontrolowanym wzrostem temperatury, jedn\u0105 ze skutecznych strategii jest przechowywanie ich w szafie akumulatorowej wyposa\u017conej w czujniki temperatury, kt\u00f3re monitoruj\u0105 wewn\u0119trzne temperatury ogniw i mog\u0105 interweniowa\u0107, zanim osi\u0105gn\u0105 pr\u00f3g niekontrolowanego wzrostu temperatury. Szafy te s\u0105 r\u00f3wnie\u017c wyposa\u017cone w funkcje komunikacyjne, aby umo\u017cliwi\u0107 podejmowanie decyzji opartych na danych, je\u015bli chodzi o potrzeby zwi\u0105zane z \u0142adowaniem, przechowywaniem i konserwacj\u0105.<\/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