Ličio{0}}jonų baterijų elementai: apibrėžimai, klasifikacija, veikimo principai ir taikymas energijos kaupimui ir fotovoltinei energijai

Atsižvelgiant į spartų naujų energijos kaupimo, fotovoltinės energijos gamybos, elektrinių transporto priemonių ir nešiojamųjų elektroninių prietaisų diegimą, ličio baterijos tapo plačiausiai naudojama elektrocheminės energijos kaupimo terpe. Nors šis terminas dažnai vartojamas šnekamojoje kalboje kaip įvairių ličio-produktų apibrėžimas, techniniu požiūriu „ličio baterijos“ apima dvi skirtingas kategorijas -pirminės ličio ir ličio -jonų baterijos-, kurios labai skiriasi veikimu, charakteristikomis ir taikymo scenarijais. Ličio -jonų akumuliatoriai, išsiskiriantys savo gebėjimu pakartotinai iškrauti-iškrovimo ciklus ir dideliu energijos tankiu, tapo pagrindiniu pasirinkimu tiek vartotojams, tiek pramonei.

 

Griežtąja prasme „Flash Battery“ ličio baterijos reiškia pirmines ličio baterijas-ne-pakartotinai įkraunamus, vienkartinius{2}}elementus. Jų konstrukcijoje elektrodams paprastai naudojamas ličio metalas arba ličio lydiniai, suporuoti su ne-vandeniniu elektrolito tirpalu. Įprastose pirminėse ličio baterijose naudojamas mangano dioksidas kaip katodas ir grynas ličio metalas kaip anodas, todėl yra didelis cheminis reaktyvumas. Naudojant dideles pirminės ličio chemijos energijos charakteristikas, šios baterijos yra tinkamos konkrečioms reikmėms, kurioms reikalingas tikslus energijos tiekimas pagal vienkartinio naudojimo scenarijus; tačiau dėl medžiagų savybių jų negalima naudoti pakartotinai.

 

 

Labai reaktyvus metalinio ličio cheminis pobūdis buvo pagrindinis veiksnys, ribojantis tradicinių pirminių ličio baterijų paplitimą. Grynas metalinis litis kelia itin griežtus gamybos, laikymo sąlygų ir darbo aplinkos reikalavimus; jis lengvai reaguoja su oru ir drėgme, o tai kelia pavojų saugai, kuri ilgą laiką trukdė didelio masto{1}}vienkartinių ličio baterijų pramonei. Priešingai, įkraunami ličio-jonų baterijų elementai iš esmės įveikė šias technologines kliūtis, todėl juos galima perdirbti ir pradėti naują ličio- energijos erą.

 

Šiuo metu plačiai naudojamos įkraunamos ličio baterijos yra pramonės standartas. Jie veikia per įkrovimo ir iškrovimo ciklus tarp katodo ir anodo ličio jonų įsiterpimo ir de{1}}įterpimo (migracijos); Kadangi grynas metalinis litis reakcijoje nedalyvauja, saugumas ir stabilumas žymiai padidėja. Šios įkraunamos baterijos gali būti naudojamos įvairioms reikmėms – nuo ​​plataus vartojimo elektronikos ir pramoninės įrangos iki naujų energiją naudojančių transporto priemonių.

 

Dešimtmečius trukusios technologinės evoliucijos dėka buvo sukurtos įvairios pagrindinės katodinių medžiagų sistemos, skirtos ličio{0}}jonų baterijoms, kad atitiktų skirtingus veiklos poreikius; Visų pirma, ličio geležies fosfatas (LFP) tapo pagrindine pramoninės energijos kaupimo medžiaga. Įprastos katodo medžiagos yra ličio kobalto oksidas, ličio mangano oksidas, ličio nikelio oksidas ir ličio geležies fosfatas; nuo medžiagos pasirinkimo priklauso akumuliatoriaus saugumas, ciklo trukmė ir energijos tankis. Dėl savo aukščiausios saugos ir išskirtinai ilgo ciklo eksploatavimo trukmės LFP elementai tapo tinkamiausiu pasirinkimu energijos kaupimui ir varomajai galiai.

 

Ličio{0}}jonų akumuliatoriai pagal elektrolitų būseną skirstomi į skystų-elektrolitų ir polimerinių{2}}elektrolitų tipus. Skystojo-elektrolito akumuliatoriuose naudojamas skystas elektrolitas; Jie pasižymi brandžiomis technologijomis ir valdomomis sąnaudomis, todėl jie yra pagrindinis naujų energetinių transporto priemonių akumuliatorių pasirinkimas. Polimero{6}}elektrolito baterijose naudojamas sausas arba gelio -būsenos kietas polimerinis elektrolitas, užtikrinantis plonesnį, lengvesnį formos faktorių ir didesnį saugumą. LFP elementai sujungia ličio geležies fosfato chemiją su brandžiais gamybos procesais, subalansuodamos našumą ir kainą, kad tiktų įvairioms didelės-galios programoms.

 

Ličio{1}}jonų baterijos-, išleistos į rinką 1992 m., kurių privalumai, pvz., didelis energijos tankis, atminties efekto nebuvimas ir mažas savaiminio-iškrovimo greitis-, visiškai pakeitė tradicinius švino-rūgštinius akumuliatorius ir ankstyvos{6} kartos pirmines ličio baterijas. Palyginti su tradicinėmis baterijomis, jis palaiko pakartotinius įkrovimo{8}}iškrovimo ciklus ir siūlo žymiai pailgintą tarnavimo laiką, todėl tinka scenarijais, kai reikalingas ilgalaikis{9}} nepertraukiamas veikimas. Akumuliatoriaus energijos kaupimo pramonė pasiekė didelio masto, įprastą energijos kaupimo elektrinių{11}diegimą.