Материалдар тұрғысынан литий-иондық батареялардың жіктелуі

(Материалдар тұрғысынан литий-иондық батареялардың классификациясы)

Қорғасын және никель негізіндегі аккумуляторлар сияқты, литий иондары өткізгіш ретінде оң электродты (катодты), теріс электродты (анодты) және электролитті пайдаланады. Оң сым металл оксиді, ал теріс электрод кеуекті графиттен тұрады. Разряд кезінде литий иондары электролит және сепаратор арқылы теріс электродтан оң электродқа ауысады; зарядтау кезінде литий иондары оң электродтан теріс электродқа қарама-қарсы бағытта ағады.

 

Батарея зарядталған және зарядсызданған кезде, Li+ оң және теріс электродтар арасында жүреді, разряд кезінде анод тотығады, электрондарды жоғалтады және бөлшектерді алу үшін катод азаяды; зарядтау кезінде заряд қарама-қарсы бағытта қозғалады.

 

Электрод материалына байланысты литий-ионды батареялардың көптеген түрлері бар. Бірақ әртүрлі материалдарды таңдағанда, батареяның өнімділігі айтарлықтай өзгереді.

 

Оң электрод материалдарының барлығында Li+ бар. Кәдімгі литий кобальт оксиді (литий кобальт оксиді), литий марганец оксиді (сонымен қатар шпинель немесе литий манганаты ретінде белгілі), литий темір фосфаты, никель кобальт марганец үштік материалы (NMC) [3] және литий никель кобальт оксиді (Алюминий). Бұл материалдардың барлығы теориялық жоғарғы энергия шегіне ие (литий-ионның теориялық қуаты шамамен 2000 кВт/сағ, бұл коммерциялық литий-иондық аккумулятордың меншікті энергиясынан он есе артық).

 

Sony компаниясының түпнұсқа литий-ионды батареясы зиянды электрод материалы ретінде коксты (көмір өнімі) пайдаланады. 1997 жылдан бастап литий-ионды аккумулятор өндірушілерінің көпшілігі, соның ішінде Sony, анодтық материалдарды графитке айналдырды, нәтижесінде тегіс разряд қисығы пайда болды. Графит - қарындаштарда қолданылатын көміртектің бір түрі. Ол зарядтау кезінде литий иондарын жақсы сақтай алады және ұзақ цикл мен тамаша тұрақтылыққа ие. Көміртекті материалдардың ішінде ең көп таралғаны графит, одан кейін қатты көміртек және жұмсақ көміртек. Көміртекті нанотүтіктер сияқты басқа көміртектер әлі коммерциялық мақсатта қолданысын тапқан жоқ. Төмендегі суретте қазіргі заманғы литий-ионды аккумулятордың теріс электрод ретіндегі графиті бар және ескі кокс теріс электроды бар литий-ионды аккумулятордың кернеу разрядының қисықтары салыстырылады.

 

Қалыпты жұмыс разрядының диапазонында аккумулятордың бұрынғы коксқа қарағанда тегіс кернеу қисығы болуы керек.

 

Анодтық материалдар да дамып келеді және зерттеушілер жаңа материалдармен, соның ішінде кремний негізіндегі қорытпалармен үнемі тәжірибе жасауда. Бұл қорытпада алты көміртек атомы бір литий-ионмен байланысқан, ал бір кремний атомы төрт литий ионын байланыстыра алады. Бұл теріс кремний электродының теориялық тұрғыдан графит материалының энергиясын он есе көп сақтай алатынын білдіреді. Қазіргі уақытта кремний материалдары жүктеме потенциалы мен цикл мерзімін қысқарту есебінен меншікті сыйымдылықта 20%-30%-ға өсті. Дегенмен, мәселе зарядтау процесінде литий иондары кремний негізіндегі материалға енгізілгеннен кейін көлемі бойынша оңай кеңейеді (бастапқы өлшемнен төрт есеге дейін өседі).

 

Наноқұрылымды литий титанат тұзы жақсы цикл мерзімі мен жүктеме сыйымдылығына, тамаша төмен температура өнімділігіне және зиянды электрод материалы ретінде функционалды қауіпсіздік көрсеткіштеріне ие. Дегенмен, оның өзіндік қызметі төмен, ал құны жоғары.

(Материалдар тұрғысынан литий-иондық батареялардың классификациясы)