Li-Ion Polimer Pil Teknolojisi - elektrikli bisikletler

Li-ion polimer pil teknolojisi, termal kaçak sorunu olmaksızın geniş bir sıcaklık aralığında güvenli bir şekilde çalışırken daha yüksek özgül güç ve enerji yoğunluğu sağlama potansiyeli ile geleneksel lityum pillere cazip bir alternatif sunmaktadır.

Maliyet

Lityum polimer piller, elektrolit kaynağı olarak sıvı elektrolitler yerine katı polimerlerin kullanılması nedeniyle geleneksel lityum iyon muadillerine göre önemli maliyet avantajları sunmaktadır - bu, yanıcı çözücüleri ortadan kaldırırken daha ince hücre tasarımlarına izin vermekte ve daha yüksek sıcaklıklarda dendrit oluşumunu ortadan kaldırmaktadır.

Lityum polimer piller pozitif elektrot, negatif elektrot, ayırıcı ve elektrolit olmak üzere dört ana parçadan oluşur. Polietilen veya polipropilenden yapılmış gözenekli bir film, elektrotları ayırırken lityum iyonlarının aralarında serbestçe geçmesine izin veren ve aynı zamanda pil çok ısınırsa geçici olarak kapanmaya yarayan ayırıcıyı oluşturur.

Elektrolitler, lityum iyonlarını anot ve katot arasında taşımak için pillerde kullanılan maddelerdir ve çeşitli malzemelerden oluşabilir. Jelleşmiş polimer elektrolitler gibi diğer seçenekler sıcaklık aralığı ve kimyasal stabilite açısından uygun seçenekler sunsa da organik bir çözelti en sık görülenidir.

Lityum, benzersiz elektrokimyasal özelliklere sahip bir elementtir ve sonuç olarak pil teknolojisi için mükemmel bir adaydır. Diğer elementlere kıyasla sadece 0,09 g/cm3 yoğunluğuyla en hafif metallerden biri olan lityum, diğer metallere kıyasla gram başına daha yüksek spesifik enerji ve kapasiteye sahiptir; ayrıca elektronların mükemmel bir iletkeni olarak hareket ederek daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip pilleri mümkün kılar.

Geçtiğimiz on yıl boyunca batarya şirketleri üretim maliyetlerini düşürmek için üretim süreçlerini geliştirmeye çalıştı. BNEF araştırmasına göre, paket ve hücre maliyetleri artık içten yanmalı motorların (ICE'ler) maliyetleriyle yarışıyor. Ne yazık ki, batarya malzeme fiyatları süregelen bir sorun olmaya devam ediyor ve artan elektrikli araç talebi nedeniyle fiyatlarında enflasyon görülebilir.

Malzeme maliyetleri azaldıkça ve üretim süreçleri daha verimli hale geldikçe lityum-iyon polimer pillerin fiyatı düşmeye devam etmektedir. Sektör liderleri, daha maliyetli lityum nikel manganez kobalt oksitten (NMC) 32% daha ucuz olan daha düşük maliyetli bir katot seçeneği olarak lityum demir fosfat (LiFePO4) katotlarını tercih etmiştir. Ayrıca, batarya üreticileri Ni metal folyo maliyetlerini düşürmek için mikroiğne ön işlem tekniklerini ve hücre güvenliğini korurken dendrit dirençli yeni blok kopolimer elektrolitleri kullanmaktadır.

Güvenlik

Lityum polimer bataryalar sıvı muadillerine göre daha verimli ve aşırı ısınma olasılığı daha düşüktür, ayrıca uygulamada sıvı muadillerine göre daha esnektir. Ayrıca, bu lityum polimer piller düşük kendi kendine deşarj oranlarıyla şarj kaybetmeden uzun süre saklanabilir. Bu nitelikleri nedeniyle lityum polimer piller elektronik cihazlara, elektrikli bisikletlere ve elektrikli araçlara güç sağlamak için popüler seçenekler haline gelmiştir; ancak yangın veya patlamalardan kaçınmak için bunları kullanırken dikkatli olunmalıdır; bunu güvenli bir şekilde yapmak için en iyi uygulama, pilleri kullanılmadığında lipo güvenli bir torba veya kap içinde saklamaktır; hasar belirtileri için düzenli olarak inceleyin - hasarlıysa hemen atın ve yenisiyle değiştirin.

Yangınlardan kaçınmak için her zaman akü üreticiniz tarafından kendi ürünleriyle kullanım için onaylanmış bir şarj cihazı kullanın. Ayrıca, yangın çıkma ihtimaline karşı her zaman yanınızda kuru bir yangın söndürücü bulundurun. Son olarak, lityum polimer pilleri veya hücreleri asla doğrudan güneş ışığı altına koymayın, çünkü bu sıcaklık artışına ve sonunda yangınlara yol açabilecek kimyasal reaksiyonlara neden olabilir.

Aşırı ısınan lityum-polimer aküler, elektrolitlerinin buharlaşmasına ve tutuşmasına neden olarak potansiyel olarak hücrelerinde kısa devreye ve yangının yakındaki alanlara yayılmasına neden olan bir patlamaya yol açabilir. Yakınlardaki yaşamları ve toplulukları tehlikeye atabilecek bu tür riskleri almaya değmez.

Lityum-iyon piller aşırı ısınmanın yanı sıra ek güvenlik endişeleri de yaratmaktadır. Üretim sırasında mikroskobik metalik partiküllerle kirlenme dahili bir kısa devre yaratabilir. Ayrıca, negatif elektrotlardaki karbon tırnaklar koparak deşarjı engelleyebilir. Pozitif elektrotun aktif malzemesi yerinden çıkabilir ve sırasıyla şarj veya boşaltma işlemlerini engelleyebilir.

Olası sorunlardan kaçınmak için kullanıcılar yalnızca akredite satıcılardan ve şarj cihazlarından markalı lityum polimer pilleri satın almalı ve üreticinin önerdiği maksimum deşarj akımı ve polarite önerileri dahil olmak üzere tüm güvenlik yönergelerine uymalıdır. Ayrıca, cihazlarına veya uygulamalarına sorunsuz bir şekilde uyacağından emin olmak için pillerinin malzeme güvenlik veri sayfasını okumalıdırlar.

Yaşam Süresi

Lityum polimer piller, kimyaları, tasarımları ve bunları kullanan cihazların güç talepleri dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlı olarak kullanım ömürleri açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Lityum iyon piller daha az maliyetle daha fazla güç sunar - güce aç cihazlar için mükemmeldir; lityum polimer piller ise ince cihazlar gerektiğinde daha güvenli pil çözümleri sunar. Cihazınız için uygun bataryayı seçmek ne kadar kritikse, doğru kullanımı da o kadar önemlidir.

Akünüzün performansını en üst düzeye çıkarmak için aşırı şarj etmekten ve yüksek sıcaklıklarda saklamaktan kaçının - her ikisi de kullanım ömrünü önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca tamamen deşarj etmekten kaçının çünkü bunu yapmak iç devrelerine zarar verebilir ve potansiyel olarak ömrünü kısaltabilir.

Genel olarak, batarya ömrü aylar yerine şarj döngüleri cinsinden ölçülür; örneğin, 500 döngü ömrüne sahip bataryalar 500 şarjdan sonra başlangıç kapasitelerinin yaklaşık 80%'sini koruyacaktır.

Ancak depolama, şarj hızı ve deşarj derinliği gibi çevresel koşullar bir pilin ömrünü önemli ölçüde kısaltabilir. Lityum pillerin boyutları, tasarımları ve elektrotların kimyası pilin ömrünü belirler; genel olarak daha kaliteli piller daha uzun ömürlüdür.

Lityum-iyon polimer pil çevrim ömrü deşarj derinliği, şarj oranı, sıcaklık ve zaman içinde iç direnç artışından büyük ölçüde etkilenebilir - bu faktörlerin tümü kapasite kaybının yanı sıra erken devre bozulmasını da etkiler.

Li-polimer piller aşırı şarj edildiklerinde lityum iyon muadillerine göre daha az dramatik genleşme gösterirler; genleşmeleri de daha az fark edilir olma eğilimindedir ve çevrim kapasiteleri, gelişmiş güvenilirlik ve çevrim kapasitesi için negatif ve pozitif elektrotlar arasında mükemmel iyonik iletkenlik sağlayan benzersiz DEE elektroliti nedeniyle diğer lityum pil teknolojilerini geride bırakma eğilimindedir; ayrıca bu hücreler, daha uzun ömür ve güvenlik için aşınmaya karşı koruma sağlamak üzere elektrotlarında dayanıklı kaplamalara sahiptir - çeşitli uygulamalar ve cihazlar için uygun güvenli piller oluşturur!

Şarj etme

Lityum polimer pillerin düzgün şarj edilmesi zor olabilir. Kullanıcıların üretici talimatlarını takip etmesi ve bu hücrelerin düzgün şarj edilmesi için verimli bir şarj cihazı kullanması çok önemlidir ve kullanımdan önce herhangi bir cihaz kullanmadan önce tamamen şarj edilmelidir. Şarj işlemi katot-elektrolit arayüzü, negatif elektrot ızgarası ve elektrolit gibi çeşitli arayüzlerden geçmeyi gerektirdiğinden iç yapıları karmaşıktır. Lityum polimer pillerin aşırı şarj edilmesi mümkündür; bu nedenle zaman zaman aşırı şarj meydana gelebileceğinden pil seviyelerinin düzenli olarak izlenmesi çok önemlidir.

Lityum polimer piller tam olarak şarj edildiğinde hem daha yüksek voltaj ve enerji sağlar hem de diğer pil türlerine göre sıcaklık değişikliklerine daha az duyarlıdır. Lityum polimer pilleri, kullanım ömrünü uzatmadan birden fazla kez şarj etmek de mümkündür; ancak, yanlış şarj termal kaçağa ve yangınlara veya patlamalara neden olabileceğinden, şarj işlemi kapalı bir yerde yavaşça yapılmalıdır.

Şarj işleminin bir parçası olarak, lityum iyonları pozitif elektrottan bir elektrolite, ardından grafit bileşimli negatif elektrota geçer. Zamanla metal lityuma yaklaştıkça grafit bağlarından kurtulurlar ve pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki diyaframı delerek kısa devreye neden olan dendritler haline gelirler.

Güvenli şarj koşullarını sağlamak için lityum iyon polimer piller 0,2 C veya altında şarj edilmelidir. Şarjın sonlandırılması gereken voltaj olarak hücre başına 4,2 V'a ulaşmadan önce, akımları doyma noktasına (tipik olarak toplam kapasitelerinin 10%'si) ulaşana kadar en az 30 dakika şarj edilmelidirler.

Aşırı şarj edilmiş bir akü, şarj hızı interkalasyon süreçlerini aştığı ve yüzeyinde çok fazla iyon kalmasına neden olduğu için kalıcı zarar verebilir. Aşırı şarj, aşırı durumlarda akünün yaşlanmasını bile hızlandırabilir.