Apa Karakteristik Baterai Lithium-Ion?
Kapasitas lan Daya Elektromotif Bahan Baterei Lithium{0}}ion
Sajrone pangisian daya-reaksi mbuwang baterei lithium-, mung bahan aktif saka elektroda positif lan negatif sing ngalami reaksi interkalasi/deinterkalasi lithium-ion, dene elektrolit lan bahan liyane ora dikonsumsi. Mulane, potensial ing ngendi bahan elektroda positif lan negatif bisa mbalikke interkalate/deinterkalate ion lithium nemtokake voltase sirkuit mbukak -baterei, lan jumlah ion lithium interkalating/deinterkalating nemtokake kapasitas materi aktif. Akeh manufaktur baterei lithium-ion global lan pemasok baterei lithium-ion gumantung marang karakteristik materi iki kanggo entuk produksi massal sing stabil lan kinerja produk sing konsisten.
Kanggo elektroda negatif, reaksi kasebut dumadi miturut Persamaan (1.2). Saben mol karbon (12g), maksimal 1/6 mol ion litium bisa diinterkalasi. Mulane, kapasitas spesifik teoritis saka materi elektroda negatif karbon
1/6(mol)×96485(Konstanta Faraday,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1,5)
Ing saben dina, considering mundhut lithium amarga adsorpsi lan tatanan saka ngalangi electrolyte interphase (SEI) film, kapasitas tartamtu saka bahan karbon bisa digayuh nyata 300-345 mA·h/g. Supplier paket baterei lithium-ion unggul entuk level iki liwat formulasi grafit sing dioptimalake lan proses lapisan sing tepat.
Kanggo materi elektroda positif, kapasitas gumantung saka jumlah ion lithium sing bisa diekstrak / dilebokake. Njupuk LiCoO₂ minangka conto, nganti 1 mol ion lithium saben mol LiCoO₂ bisa melu reaksi kasebut. Mulane, kapasitas spesifik teoritis LiCoO₂ (massa molekul relatif 97,86) yaiku
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)
Ing laku, kanggo njaga stabilitas kristal materi LiCoO₂, umume mung 30%-60% saka ion lithium melu reaksi. Mulane, kapasitas spesifik materi LiCoO₂ sing nyata yaiku 137–164 mA·h/g. Baterei lithium -ion utama produsen OEM ngontrol ambane pangisi daya lan ngeculake liwat BMS canggih kanggo nggedhekake siklus urip nalika njamin safety.
Kanggo fosfat wesi lithium, 1 mol ion lithium saben mol fosfat wesi lithium bisa melu reaksi kasebut. Mulane, kapasitas spesifik teoretis lan aktual saka bahan fosfat wesi lithium (massa molekul relatif 157.8) yaiku
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)
Ing alam, potensial redoks standar Li/Li⁺ paling murah, tekan -3,04 V (vs. elektroda hidrogen standar). Kanggo bahan elektroda negatif karbon, potensial ekstraksi lan penyisipan lithium-ion cedhak karo potensial keseimbangan Li/Li⁺. Miturut teori elektrokimia, ing suhu kamar, potensial elektroda E saka elektroda negatif karbon
E=E derajat + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)
ngendi
E derajat - potensial elektroda standar;
C(Li⁺) - konsentrasi ion litium ing larutan elektrolit;
C(Li,C₆) - konsentrasi ion litium ing karbon elektroda negatif.
Nalika konsentrasi ion lithium ing solusi lan ing karbon elektroda negatif cedhak, potensial elektroda elektroda negatif padha karo potensial reduksi standar E derajat. Umumé, konsentrasi ion lithium ing elektrolit tetep, saéngga owah-owahan konsentrasi ion lithium ing karbon elektroda negatif bakal nyebabake owah-owahan potensial elektroda negatif. Saiki ora ana cara universal kanggo ngetung potensial keseimbangan Li/C₆ kanthi nilai x sing beda-beda. Umumé ditemtokake sacara eksperimental. Eksperimen nuduhake yen potensial delithiasi bahan adhedhasar grafit-umum beda-beda antarane 0–0,4 V (vs. Li/Li⁺), dadi bahan elektroda negatif sing relatif cocok kanggo aplikasi. Gambar 1.2 nuduhake kurva karakteristik muatan khas saka elektroda negatif grafit.
Kanggo bahan elektroda positif LiCoO₂, proses interkalasi/deinterkalasi litium minangka reaksi fase tunggal. Nalika konsentrasi ion lithium ing materi elektroda positif owah, potensial elektroda positif uga owah. Ngelingi konsentrasi ion lithium ing elektrolit yaiku 1 mol/L, kanggo reaksi ing Persamaan (1.1), potensial elektroda positif E yaiku
E=E derajat + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)
ngendi
E derajat - potensial elektroda standar;
C(LiCoO₂) - konsentrasi LiCoO₂ ing bahan elektroda positif;
C(Li⁺,CoO₂) - konsentrasi Li⁺ lan CoO₂ ing bahan elektroda positif;
Nalika ion lithium diekstrak, potensial elektroda positif nuduhake tren mudhun.
Proses pangisian daya-bahan litium wesi fosfat yaiku konversi saka litium wesi fosfat dadi wesi fosfat sawise delithiasi.
Reaksi ing elektroda lithium wesi fosfat yaiku
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
Proses interkalasi/deinterkalasi lithium-ion minangka reaksi rong-fase. Mulane, owah-owahan ing konsentrasi ion lithium ing materi elektroda positif ora mengaruhi owah-owahan potensial saka elektroda positif. Potensi keseimbangane yaiku
E=E derajat + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)
Konsentrasi padatan murni yaiku 1. Adhedhasar paramèter termodinamika, potensial keseimbangan teoretis yaiku 3,4 V.
Kurva karakteristik muatan -khas saka bahan lithium wesi fosfat ditampilake ing Gambar 1.3.
Karakteristik Kinerja Baterei Lithium-ion
Dibandhingake karo baterei liyane, baterei lithium-ion duwe ciri ing ngisor iki sing dikenal sacara luas dening distributor baterei lithium-ion lan klien industri:
Kapadhetan energi dhuwur.Kapadhetan energi baterei lithium-ion tekan 100 W·h/kg lan 200 W·h/L utawa luwih. Baterei lithium-terner katoda anyar wis entuk energi spesifik massa 200 W·h/kg. Nggunakake -nikel silikon-bahan anoda dhuwur lan litium{9}}bahan katoda sing sugih, energi spesifik massa dikira tekan 400 W·h/kg lan kapadhetan energi volumetrik 900 W·h/L, ngluwihi batre tradisional. Mulane, baterei lithium{13}}ion akeh digunakake ing produk elektronik portabel lan kendaraan listrik.
Tegangan sirkuit mbukak -dhuwur.Amarga nggunakake pelarut organik non-berair, voltase sel tunggal-tekan 3,6–3,8 V, yaiku 2-3 kali lipat saka baterei nikel-metal hidrida utawa nikel-kadmium. Kanthi efektif nggunakake bahan katoda voltase dhuwur -bisa nambah voltase operasi sel siji nganti 4,5–5 V, sing dadi salah sawijining alasan penting kanggo kapadhetan energi dhuwur saka baterei lithium{12}}.
Sanggup kanggo-dhuwur tingkat pangisian daya lan muatan.Contone, kabeh-baterei litium-kondisi padhet-sing nggunakake elektrolit polimer bisa nggayuh tingkat discharge ing ndhuwur 10C kanthi safety sing apik; baterei lithium-ion nggunakake lithium wesi fosfat minangka katoda bisa entuk 100C discharge.
Tingkat swasana -kurang.Ing suhu kamar, batre lithium-ion saben wulan umume kurang saka 10%, luwih murah tinimbang baterei nikel-metal hidride (15%) lan setengah saka baterei nikel-kadmium. Tingkat mbuwang dhewe -baterei lithium wesi fosfat umume kurang saka 3%.
Ramah lingkungan,ora ngemot timbal, kadmium, merkuri, utawa zat sing mbebayani liyane, lan ora ngrusak lingkungan.
Ora ana efek memori.Efek memori nuduhake fenomena ing ngendi kapasitas baterei suda nalika diisi ulang sadurunge diisi utawa digunakake sadurunge diisi daya (efek memori ora bosok kapasitas). Baterei litium-ora duwe efek memori.
safety apik.Baterei litium-umume nggunakake bahan karbon minangka elektroda negatif, sing nduweni potensial elektroda sing cedhak karo litium metalik. Ion litium bisa mbalikke interkalasi lan deinterkalate ing karbon, nemen ngurangi kemungkinan deposisi logam lithium lan ningkatake safety baterei kanthi signifikan. Ing taun-taun pungkasan, aditif tahan api-, pemisah tahan api-, piranti PTC (koefisien suhu positif), katup bukti -bledosan, sistem manajemen baterei, lan teknologi liyane wis njamin keamanan baterei lithium-} sing dhuwur banget.
Siklus urip dawa.Siklus urip baterei lithium-umume luwih saka 500 siklus. Siklus urip baterei lithium wesi fosfat umume 2000-3000 siklus. Yen dicocogake karo sistem material anoda kanthi kemampuan siklus dhuwur (kayata lithium titanate), luwih saka 10.000 siklus bisa digayuh. Iki ndadekake baterei lithium wesi fosfat dadi pilihan sing paling apik kanggo sistem baterei panyimpenan energi lan proyek ESS skala gedhe -.
