Sprechen Sie über den Vergleich der Lithiumbatterie-Chemie

Der Klimawandel, die Grenzen fossiler Brennstoffe und der exponentielle Einsatz nomadischer Technologien führen zu einem Paradigmenwechsel bei der Umwandlung und Speicherung von Energie durch die menschliche Zivilisation. Lithium-Ionen-Batterien spielen aufgrund ihrer längeren Energiedichte und ihrer langen Lebensdauer eine sehr wichtige Rolle bei dieser Umwandlung.

Die praktischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien, dh ihre Energiedichte, Ladezeit, Dauer und Sicherheit, hängen von der Mesostruktur der positiven und negativen Elektroden ab (über ihre Skalen von 0,10 bis 50 μm). Die positive Elektrode ist durch die räumliche Positionierung der aktiven Materialpartikel (AM), Aggregate von Kohlenstoffadditiven und der Bindemittel, die die Verbundelektrode bilden, gekennzeichnet und wird stark von den Parametern des Herstellungsprozesses bestimmt. Eine mathematische Modellierung auf dem neuesten Stand der Technik spielt eine wichtige Rolle für das Verständnis der Funktionsprinzipien von Verbundelektroden. Mehrere der zuvor beschriebenen LIB-Modelle haben versucht, den Einfluss der Elektrodenmesostruktur auf die Zellantworten mithilfe von 1D, P2D oder sogar 3D-Ansätzen für verschiedene Chemikalien aus aktiven Materialien wie Graphit, LiNixMnyCozO2, LiFePO4, LiCoO2 zu verfolgen.

Obwohl Leistungsmodelle in mehreren Studien, einschließlich des Zelldesigns, erfolgreich angewendet wurden, sollte beachtet werden, dass ein Mangel an genauer Kenntnis der Modellparameter zu einer signifikanten Verringerung der Fähigkeit zur Vorhersage der Leistung führen kann. Mikroskopische Simulationen und experimentelle Messungen haben gezeigt, dass eine effektive Diffusivität und Leitfähigkeit von Elektroden erheblich von ihren homogenisierten Näherungen abweichen kann, was die Notwendigkeit unterstreicht, einige Modelle mit höherer Wiedergabetreue zu verwenden, um diese Diskrepanz zu überwinden. Ebenso wurde entdeckt, dass die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit an der Grenzfläche zwischen aktivem Material und Elektrolyt signifikant mit der lokalen Mesostruktur variiert.

Wie wirkt sich die chemische Leistung auf die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien aus?

Es ist zunächst wichtig, die Daten zu Leistung, Nachhaltigkeit und Alterung zu sehen.

Lithium-Ionen-Batterien bieten besondere Vorteile gegenüber herkömmlichen Batterien, weisen jedoch einige Mängel auf. Die Leistung von Elektrofahrzeugen erfordert eine hohe Energiedichte und eine vorübergehende Leistungskapazität. Die Batterien müssen jedoch schnell aufgeladen werden können.

Leistungsdaten

· Es gibt eine hohe Zellenspannung von ca. 3,0 bis 4,2 V, eine spezifische Energie von ca. 90-240 Wh kg - 1, 200-500 Wh L-1 auf Zellebene und eine spezifische Leistung von bis zu 500 W kg - 1

· Eine hohe Entladegeschwindigkeit (40 ° C); eine schnelle Ladegeschwindigkeit (<3 h); und nützliche Kraft; 80% DoD

· Mehr als tausend Zyklen; ca. 100% Coulomb-Effizienz, Deep Cycling möglich;

· Eine niedrige Selbstentladungsrate von ca. 5-10% pro Monat bei 20 ° C.

· Ein No-Memory-Effekt; verträgt Mikrozyklen und keine Überholung erforderlich.

Die Verwendung des lithium-ionen-akkus (LIB) ist weit verbreitet, da sich seine Energiedichte verbessert und die Kosten drastisch gesenkt haben. Insbesondere in den letzten Jahren wurde der Anwendung der LIB-Technologie auf Elektrofahrzeuge und Energiespeicher besondere Aufmerksamkeit gewidmet. LIB-Sicherheitsprobleme werden jedoch als eines der Haupthindernisse für die Erweiterung dieser Anwendungsbereiche angesehen.

Die Sicherheitsleistung von LIB wird hauptsächlich durch die thermische Stabilität der Lithium-Ionen-Batteriematerialien bestimmt. Sicherheitstests, Überlastungen, Hotboxen, Nägel, Quetschungen und interne Kurzschlüsse werden im Allgemeinen als kritisch angesehen.

Wie wirkt sich die chemische Leistung auf die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien aus?

Als 1991 der erste Lithium-Ionen-Akku von Sony eingeführt wurde, waren die möglichen Sicherheitsrisiken bekannt. Ein Hinweis auf die zuvor veröffentlichte wiederaufladbare Lithium-Metall-Batterie war eine grimmige Erinnerung an die Disziplin, die angewendet werden muss, wenn man dieses Hochenergie-Batteriesystem verwendet.

Aufgrund der inhärenten Instabilität von metallischem Lithium konzentrierte sich die Forschung auf nichtmetallische Lithium-Ionen-Batterien. Obwohl das Lithium-Ionen-System eine etwas geringere Energiedichte aufweist, ist das System sicher und es ist ratsam, während der Lade- und Entladezeiten bestimmte Vorsichtsmaßnahmen zu treffen.

In der Welt der Batterien ist Lithium-Ionen heute die effektivste und sicherste Chemikalie für Batterien. Jedes Jahr werden etwa zwei Milliarden Zellen produziert.

Es gibt zwei Haupttypen von Chemikalien, die für Lithium-Ionen-Zellen verwendet werden, nämlich Kobalt und Mangan (Spinell). Mobiltelefone, Laptops, Digitalkameras usw. verwenden Kobaltlithiumionen für eine maximale Akkulaufzeit. Mangan ist jedoch die neueste der beiden Chemikalien und bietet eine hervorragende thermische Stabilität. Es kann Temperaturen bis zu 250 ° C standhalten, bevor es instabil wird. Außerdem hat Mangan einen geringen Innenwiderstand und kann bei Bedarf auch eine hohe Leistung liefern. Diese Batterien werden zunehmend sowohl für Elektrowerkzeuge als auch für medizinische Geräte verwendet.

Der Hauptnachteil von Spinell ist seine geringere Energiedichte. In der Regel liefert eine reine Mangankathodenzelle nur etwa die Hälfte der Kobaltkapazität. Benutzer von Mobiltelefonen und Laptops wären angewidert, wenn die Batterien ihres Geräts etwa zur Hälfte der beabsichtigten Verwendung entladen würden. Um einen tragfähigen Kompromiss zwischen dem Problem der hohen Energiedichte, Zuverlässigkeit und guten Leistungsabgabe zu finden, können hersteller von lithium-ionen-batterien die Metalle mischen, um ein besseres Ergebnis zu erzielen. Die verwendeten Kathodenmaterialien sind Mangan, Eisenphosphat, Kobalt und Nickel.

So entwerfen Sie eine Lithium-Ionen-Batterielösung

In unserer heutigen Welt, einer Welt der tragbaren Elektronik, gibt es kaum jemanden, der auf die Verwendung eines lithium-ionen-akkus verzichten kann. Da diese Batterien Mobiltelefone, Ihre Smartwatches, unsere Tablets, Laptops und sogar unsere Transportmittel wie Autos, Fahrräder und Flugzeuge usw. mit Strom versorgen, sind die Batterien fast unverzichtbar. Leider sollten diese Batterien von Fachleuten und in einer Fabrik entwickelt werden, da beim Mischen und Kombinieren von Chemikalien die Gefahr besteht. Die Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen kann gefährlich und möglicherweise nicht sicher sein, wenn ein Fehler im Herstellungsprozess, im mechanischen Design der Batterie sowie im elektrischen Aspekt des Produkts vorliegt.

Zusammenfassend ist Lithium eine ziemlich flüchtige Chemikalie und wirft im Vergleich zu anderen Batteriechemikalien viele Sicherheitsbedenken auf, aber seine hohe Energiedichte, die lange Lebensdauer und sein wartungsfreier Betrieb machen es für Verbraucher und Hersteller von Elektronik zu einer sehr attraktiven Position. Diese Sicherheitsprobleme können jedoch durch Auswahl geeigneter Lithiumbatteriezellen und eines elektrischen und mechanischen Designs gelöst werden, das für ein ordnungsgemäßes Zellmanagement geeignet ist.