Klasifikasi Bateri Litium-ion Dari Perspektif Bahan

(Klasifikasi Bateri Litium-ion Dari Perspektif Bahan)

Sama seperti bateri berasaskan plumbum dan berasaskan nikel, ion litium menggunakan elektrod positif (katod), elektrod negatif (anod), dan elektrolit sebagai konduktor. Kawat positif adalah oksida logam, dan elektrod negatif terdiri daripada grafit berliang. Semasa nyahcas, ion litium bergerak dari elektrod negatif ke elektrod positif melalui elektrolit dan pemisah; semasa pengecasan, ion litium mengalir dari elektrod positif ke elektrod negatif dalam arah yang bertentangan.

 

Apabila bateri dicas dan dinyahcas, Li+ mengangkut antara elektrod positif dan negatif, semasa nyahcas, anod teroksida, kehilangan elektron, dan katod dikurangkan untuk mendapatkan zarah; apabila mengecas, cas bergerak ke arah yang bertentangan.

 

Terdapat banyak jenis bateri litium-ion, bergantung kepada bahan elektrod. Tetapi apabila anda memilih bahan yang berbeza, prestasi bateri akan sangat berbeza.

 

Bahan elektrod positif semuanya mengandungi Li+. Litium kobalt oksida biasa (lithium kobalt oksida), litium mangan oksida (juga dikenali sebagai spinel atau litium manganat), litium besi fosfat, nikel kobalt bahan ternari mangan (NMC) [3] dan litium nikel kobalt Aluminium oksida (NCA). Semua bahan ini mempunyai had tenaga atas teori (lithium-ion mempunyai kapasiti teori kira-kira 2000 kWj, iaitu lebih sepuluh kali ganda tenaga khusus bateri lithium-ion komersial).

 

Bateri litium-ion asal Sony menggunakan kok (produk arang batu) sebagai bahan elektrod yang berbahaya. Sejak 1997, kebanyakan pengeluar bateri litium-ion, termasuk Sony, telah menukar bahan anod kepada grafit, menghasilkan lengkung nyahcas yang rata. Grafit ialah sejenis karbon yang digunakan dalam pensel. Ia boleh menyimpan ion litium dengan baik semasa pengecasan dan mempunyai kitaran yang panjang serta kestabilan yang sangat baik. Daripada bahan karbon, grafit adalah yang paling biasa, diikuti oleh karbon keras dan karbon lembut. Karbon lain, seperti tiub nano karbon, masih belum menemui kegunaan komersialnya. Rajah di bawah membandingkan lengkung nyahcas voltan bateri litium-ion moden dengan grafit sebagai elektrod negatif dan bateri litium-ion dengan elektrod negatif kok lama.

 

Dalam julat pelepasan operasi biasa, bateri harus mempunyai lengkung voltan rata, yang lebih baik daripada bekas kok.

 

Bahan anod juga sedang berkembang, dan penyelidik sentiasa bereksperimen dengan bahan baharu, termasuk aloi berasaskan silikon. Dalam aloi ini, enam atom karbon terikat kepada satu litium-ion, dan satu atom silikon boleh mengikat empat ion litium. Ini bermakna elektrod silikon negatif secara teorinya boleh menyimpan sepuluh kali ganda tenaga bahan grafit. Pada masa ini, bahan silikon telah meningkat sebanyak 20%-30% dalam kapasiti khusus pada kos mengurangkan potensi beban dan hayat kitaran. Walau bagaimanapun, masalahnya ialah semasa proses pengecasan, ion litium mudah berkembang dalam jumlah selepas dibenamkan dalam bahan berasaskan silikon (berkembang kepada lebih daripada empat kali ganda saiz awal).

 

Garam litium titanat berstruktur nano mempunyai hayat kitaran dan kapasiti beban yang baik, prestasi suhu rendah yang sangat baik, dan prestasi keselamatan berfungsi sebagai bahan elektrod yang berbahaya. Namun, fungsi khususnya adalah rendah, dan kosnya tinggi.

(Klasifikasi Bateri Litium-ion Dari Perspektif Bahan)