Класификација на литиум-јонски батерии од перспектива на материјали

(Класификација на литиум-јонски батерии од перспектива на материјали)

Слично на батериите на база на олово и никел, литиумските јони користат позитивна електрода (катода), негативна електрода (анода) и електролит како проводник. Позитивната жица е метален оксид, а негативната електрода е составена од порозен графит. За време на празнењето, јоните на литиум се движат од негативната електрода до позитивната електрода преку електролитот и сепараторот; за време на полнењето, јоните на литиум течат од позитивната електрода до негативната електрода во спротивни насоки.

 

Кога батеријата се полни и испразнува, Li+ се префрла помеѓу позитивните и негативните електроди, за време на празнењето, анодата оксидира, губи електрони и катодата се намалува за да се добијат честички; при полнење, полнењето се движи во спротивна насока.

 

Постојат многу видови на литиум-јонски батерии, во зависност од материјалот на електродата. Но, кога избирате различни материјали, перформансите на батеријата ќе се разликуваат многу.

 

Позитивните електроди материјали содржат Li+. Заеднички литиум кобалт оксид (литиум кобалт оксид), литиум манган оксид (исто така познат како спинел или литиум манганат), литиум железо фосфат, троен материјал од никел кобалт манган (NMC) [3] и литиум никел кобалт алуминиум оксид (NCA). Сите овие материјали имаат теоретска горна граница на енергија (литиум-јонскиот има теоретски капацитет од околу 2000 kWh, што е повеќе од десет пати повеќе од специфичната енергија од комерцијална литиум-јонска батерија).

 

Оригиналната литиум-јонска батерија на Sony користи кокс (производ од јаглен) како штетен материјал за електрода. Од 1997 година, повеќето производители на литиум-јонски батерии, вклучувајќи го и Sony, ги конвертираа анодните материјали во графит, што резултираше со рамна крива на празнење. Графитот е форма на јаглерод што се користи во моливи. Може добро да складира литиумски јони за време на полнењето и има долг циклус и одлична стабилност. Од јаглеродните материјали најзастапен е графитот, а потоа тврд јаглерод и мекиот јаглерод. Другите јаглероди, како што се јаглеродните наноцевки, сè уште не ја нашле својата комерцијална употреба. Сликата подолу ги споредува кривите на празнење на напон на модерна литиум-јонска батерија со графит како негативна електрода и литиум-јонска батерија со стара кокс-негативна електрода.

 

Во нормалниот работен опсег на празнење, батеријата треба да има рамна крива на напон, што е подобро од поранешната кокс.

 

Анодните материјали исто така се развиваат, а истражувачите континуирано експериментираат со нови материјали, вклучително и легури на база на силикон. Во оваа легура, шест јаглеродни атоми се поврзани со еден литиум-јон, а еден атом на силициум може да поврзе четири јони на литиум. Тоа значи дека негативната силициумска електрода теоретски може да складира десет пати поголема енергија од графитниот материјал. Во моментов, силиконските материјали се зголемени за 20%-30% во специфичен капацитет по цена на намалување на потенцијалот на оптоварување и животниот век на циклусот. Меѓутоа, проблемот е во тоа што за време на процесот на полнење, литиумските јони лесно се шират во волумен откако ќе бидат вградени во материјалот базиран на силикон (расте до повеќе од четири пати поголема од почетната големина).

 

Наноструктурната сол на литиум титанат има добар век на траење и носивост, одлични перформанси при ниски температури и функционални безбедносни перформанси како штетен материјал за електрода. Сепак, неговата специфична функција е ниска, а цената е висока.

(Класификација на литиум-јонски батерии од перспектива на материјали)