Litijske baterije so idealna re\u0161itev za napajanje, saj se hitro polnijo in trajajo dlje kot tradicionalne svin\u010dene baterije. Vendar lahko nepravilno polnjenje znatno skraj\u0161a njihovo \u017eivljenjsko dobo.<\/p>\n
Litijevih baterij ne smete polniti s hitrim polnjenjem, saj lahko po\u0161koduje njihove celice, ker se iz njih izlo\u010di kovinski litij, kar jih lahko popolnoma uni\u010di. Namesto tega jih je treba polniti, dokler ne dose\u017eejo 1. stopnje nasi\u010denja.<\/p>\n
Elektroliti so teko\u010dine, ki se uporabljajo za prenos toka med elektrodami v litijevih baterijah in so lahko vodni ali na osnovi organskih topil, pri \u010demer prvi zagotavljajo ve\u010djo gostoto energije, vendar so bolj vnetljivi, medtem ko imajo elektroliti na osnovi organskih topil obi\u010dajno manj\u0161o hlapljivost, vendar so slab\u0161e zmogljivi; v zadnjem \u010dasu potekajo raziskave za izbolj\u0161anje zmogljivosti elektrolitov, da bi dosegli vi\u0161je ravni zmogljivosti.<\/p>\n
Elektroliti so obi\u010dajno sestavljeni iz litija, za popestritev pa so lahko dodani tudi drugi elementi. Njihovi ioni so z interkalacijo tesno povezani z anodo in katodo; ko se nabiti ioni s to metodo pritrdijo na elektrone v gostiteljskem materialu. Ko se baterija izprazni, se njeni ioni ponovno sprostijo in potujejo skozi elektrolit proti katodi, kjer sprostijo elektrone, ki te\u010dejo po zunanjih \u017eicah in se uporabljajo kot tok.<\/p>\n
Litij-ionske baterije imajo visoko gostoto energije in jih je mogo\u010de ve\u010dkrat polniti. Danes jih najdemo v telefonih, digitalnih fotoaparatih in prenosnih ra\u010dunalnikih; vendar imajo te litij-ionske baterije nekaj pomembnih pomanjkljivosti, vklju\u010dno s toplotno nestabilnostjo; \u010de se na primer anoda pregreje, lahko nastane kisik, ki je vnetljiv - to velja tudi za razpadajo\u010de katode, ki v procesu razpadanja proizvajajo kisik.<\/p>\n
Raziskovalci z raziskavami novih elektrolitov napredujejo pri izbolj\u0161anju zmogljivosti litijevih baterij. Obstajata dve \u0161iroki kategoriji elektrolitov: ionske teko\u010dine in polimerni elektroliti. Ionski teko\u010di elektroliti so sestavljeni iz soli, raztopljenih v topilih, ki se razlikujejo po prevodnosti in stabilnosti napetosti glede na velikost kationskih in etrskih skupin, raztopljenih v njih, pri \u010demer imajo ve\u010dji kationi in etrske skupine na splo\u0161no ni\u017ejo viskoznost in tali\u0161\u010de kot njihovi kolegi.<\/p>\n
Grafit je idealen material za anodo v litijevih baterijah zaradi nizkih zahtev glede napetosti in zmogljivosti, visoke energijske gostote in sposobnosti interkalacije litijevih ionov, kar mu omogo\u010da shranjevanje elektri\u010dnega naboja. Litijevi ioni se med polnjenjem premikajo od anode h katodi, med praznjenjem pa se vra\u010dajo nazaj in ustvarjajo elektri\u010dno energijo, ki napaja naprave, kot so mobilni telefoni ali vozila.<\/p>\n
Za polnjenje litijevih baterij je treba uporabiti zunanji elektri\u010dni vir s previsoko napetostjo. To povzro\u010di, da elektroni te\u010dejo od pozitivne (pozitivno nabite) anode proti negativni katodi in prena\u0161ajo litijeve ione med elektrodama - elektrokemijsko polnjenje je tisto, kar omogo\u010da tako u\u010dinkovito polnjenje litijevih baterij.<\/p>\n
Anodni materiali v litijevih baterijah morajo biti skrbno zasnovani, da zagotavljajo visoko zmogljivost in dolgo \u017eivljenjsko dobo cikla. Anoda mora shranjevati velike koli\u010dine Li-ionov z minimalnim pove\u010danjem prostornine, hkrati pa mora biti elektri\u010dno prevodna, da omogo\u010da nemoten prehod Li-ionov skozi celico.<\/p>\n
Anodni materiali morajo biti ne le varni in okoljsko trajnostni, ampak tudi stro\u0161kovno u\u010dinkoviti pri uporabi in zagotavljati zanesljivo delovanje dobavne verige. Zato se \u0161tevilna podjetja za anode in katode odlo\u010dajo za reciklirane materiale; s tem se ne le zmanj\u0161ajo potrebe po surovinah, temve\u010d se lahko prihranijo tudi proizvodni stro\u0161ki!<\/p>\n
Sprva je kovinski litij veljal za idealen anodni material za litijeve baterije zaradi visoke specifi\u010dne energijske zmogljivosti in varnostnih pomislekov. Vendar so se raziskave s\u010dasoma preusmerile na varnej\u0161e materiale, kot sta koks in grafit, ki nudita ve\u010djo stabilnost, hkrati pa imata manj\u0161o kapaciteto - \u010deprav imata tudi ti snovi te\u017eave z nastajanjem dendritov.<\/p>\n
Katode so negativne elektrode v litijevi bateriji. Pri polnjenju zunanji tokokrog zagotavlja energijo, zaradi katere elektroni prehajajo s pozitivnih na negativne elektrode in spro\u0161\u010dajo kemi\u010dno energijo v obliki litijevih ionov, ki potujejo skozi elektrolit in se z interkalacijo vgradijo v katodo, pri \u010demer spro\u0161\u010dajo elektri\u010dni naboj in se prosto gibljejo znotraj svojih celic.<\/p>\n
V litijevih baterijah se za katode uporabljajo razli\u010dne vrste katod. LiCoO2 s svojo manganovo spinelno strukturo, ki omogo\u010da hitro praznjenje in polnjenje, ostaja najbolj priljubljena katoda, vendar ima nizko specifi\u010dno energijo in kraj\u0161o \u017eivljenjsko dobo v primerjavi z alternativnimi katodami, kot so nikelj-mangan-kobalt-grafit.<\/p>\n
Znanstveniki so si prizadevali za pove\u010danje zmogljivosti in napetosti LiCoO2 ter drugih katodnih materialov. Eden od pristopov vklju\u010duje zdru\u017eevanje LiCoO2 z drugimi materiali, kot je silicij, ki lahko absorbira 10-krat ve\u010d litijevih ionov kot njegova prvotna oblika; vendar lahko ponavljajo\u010de se vstavljanje\/izvle\u010denje Li+ ionov v\/iz silicija povzro\u010di, da se v njem tvori neza\u017eelen vmesnik trdnega elektrolita (SEI), kar zmanj\u0161uje zmogljivost shranjevanja naboja in stabilnost katod pri ciklih.<\/p>\n
Raziskovalna prizadevanja so trenutno usmerjena v izdelavo katodnega materiala z ve\u010djo specifi\u010dno energijo od grafita, ki se uporablja v ve\u010dini litij-ionskih baterij. Mo\u017ene alternative vklju\u010dujejo ogljikove saje, fluorofosfate in trde ogljikove hidrate - nekatera podjetja celo raziskujejo uporabo grafena (en atom debela plo\u0161\u010da ogljika) tako za anode kot za katode.<\/p>\n
Pri polnjenju in praznjenju baterij separator deluje kot tanka membrana med pozitivno in negativno elektrodo, ki omogo\u010da prosto prehajanje litijevih ionov med pozitivno in negativno elektrodo, hkrati pa prepre\u010duje nastajanje dendritov, ki bi lahko povzro\u010dili kratek stik ali v\u017eig. Poleg tega je za vzdr\u017eevanje napetosti baterije v celotni \u017eivljenjski dobi potreben ta bistveni del.<\/p>\n
Separatorji za litij-ionske baterije morajo v idealnem primeru izpolnjevati ve\u010d meril za doseganje optimalnega delovanja, na primer biti izjemno tanki, mehansko mo\u010dni in elektri\u010dno izolirani, hkrati pa omogo\u010dati prenos ionov in sprejem elektrolita za zmanj\u0161anje notranje upornosti celic. V praksi je ta ideal pogosto te\u017eko dose\u010di; v boju proti tem te\u017eavam so bile uporabljene numeri\u010dne \u0161tudije za analizo morfolo\u0161kih lastnosti separatorjev.<\/p>\n
Da bi pove\u010dali energijsko gostoto baterije, je treba zmanj\u0161ati notranji upor in pove\u010dati zmogljivost. To je mogo\u010de dose\u010di s spreminjanjem morfologije separatorja s kemi\u010dno modifikacijo, spreminjanjem povr\u0161inske strukture ali geometrije.<\/p>\n
Toplotne lastnosti separatorjev imajo klju\u010dno vlogo pri varnosti baterij, saj njihova oblika vpliva na stabilnost medfaz in vmesnik trdnega elektrolita (SEI). Poleg tega pomagajo prepre\u010devati kratke stike med anodno in katodno elektrodo ter podalj\u0161ujejo \u017eivljenjsko dobo baterije.<\/p>\n
Karakterizacijo baterije lahko opravite z multimetrom ali osciloskopom, da ocenite zmogljivost polnjenja in praznjenja baterije. Zdrava baterija je zdrava, ko njena zmogljivost dose\u017ee 100% njene nazivne zmogljivosti; vendar se lahko ta pristop izka\u017ee za neto\u010dnega, \u010de je izpostavljena intenzivni uporabi; poleg tega lahko zana\u0161anje zgolj na cikle za merjenje zdravja precenjuje ocene \u017eivljenjske dobe.<\/p>\n
Sistemi za upravljanje baterij (BMS) so bistveni sestavni deli akumulatorskih baterij, ki zagotavljajo varno delovanje v varnih mejah ter optimizirajo njihovo zmogljivost in \u017eivljenjsko dobo. Sistemi BMS so sestavni del elektri\u010dnih vozil, sistemov za shranjevanje energije iz obnovljivih virov in prenosne elektronike ter so neprecenljivo sredstvo za podjetja, ki uporabljajo son\u010dno ali vetrno energijo za zmanj\u0161anje stro\u0161kov ali zmanj\u0161anje neto ni\u010delnih emisij.<\/p>\n
Litij-ionske baterijske celice morajo delovati znotraj dolo\u010denih napetostnih omejitev, da se \u010dim bolj zmanj\u0161ajo po\u0161kodbe in podalj\u0161a njihova \u017eivljenjska doba. Sistem BMS spremlja te celice, da zazna prenapetostne in prenizke napetosti ter uravnove\u0161a celice v ve\u010dceli\u010dnih baterijskih nizih, da bi nadomestil \u0161ibkej\u0161e celice, ki skraj\u0161ujejo \u017eivljenjsko dobo baterije. Sistem za upravljanje akumulatorjev upravlja tudi temperaturo, da zagotovi idealno obmo\u010dje delovanja akumulatorja(-ev).<\/p>\n
Pregrevanje in prekomerno polnjenje sta dva glavna vzroka za po\u0161kodbe litijevih baterijskih celic. Pri pregrevanju celic pride do kemi\u010dnih reakcij, pri katerih se spro\u0161\u010dajo plini, ki uhajajo iz celic in jih lahko uni\u010dijo ter povzro\u010dijo nevarnost po\u017eara. Sistem za upravljanje baterij lahko zazna prenapetostne ravni in ustavi polnjenje celic, da se izogne te\u017eavam s pregrevanjem.<\/p>\n
Sistemi BMS lahko \u0161\u010ditijo tudi pred notranjimi kratkimi stiki, tako da neprekinjeno spremljajo vsako celico baterijskega paketa in te podatke posredujejo v osrednjo nadzorno enoto. Upravljajo lahko tudi hladilne ventilatorje v elektri\u010dnih vozilih, da vzdr\u017eujejo stalno temperaturo paketa.<\/p>\n
Sistem za upravljanje baterij mora vklju\u010devati algoritem za nadzor kontaktorjev, ki spremlja njihovo stanje in prepre\u010duje prekomerno polnjenje ali praznjenje baterijskih celic ter prepoznava napake na kontaktorjih in po potrebi izklopi vire energije. Poleg tega mora tak sistem spremljati splo\u0161no stanje napolnjenosti (SoC), da ugotovi, kdaj je morda potrebno ponovno napolniti ali zamenjati baterijo; izra\u010dune SoC je mogo\u010de opraviti s se\u0161tevanjem napetosti celic s tokom, ki vstopa v paket celic ali izstopa iz njega.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Lithium batteries offer an ideal power solution, charging quickly and lasting longer than traditional lead acid battery technology. However, improper charging could shorten their lifespan considerably. Trickle charging lithium batteries should not be done as it can damage their cells by plating out lithium metal, potentially destroying them completely. They should instead be charged until …<\/p>\n