Batterieenergiedichte - Einführung, Berechnung und Lebensdauer

Die Batterieenergiedichte impliziert den Prozentsatz der Energie, die in einer bestimmten Einheit enthalten ist (Masse oder Kapazität). Je höher die Energiedichte, desto länger ist die Laufzeit. Es gibt verschiedene Arten von Energie, die in Materialien gespeichert sind, und es bedarf einer bestimmten Reaktion, um jede Art von Energie zu starten. In der Reihenfolge der Standardgröße der freigesetzten Energie sind diese Reaktionen: nuklear, chemisch, elektrochemisch und elektrisch.

Wenn ein System eine übermäßige Energiedichte aufweist, kann es viel Energie in einer kleinen Menge Masse halten. Extreme Energiedichte deutet nicht immer auf eine hohe Leistungsdichte hin. Ein Gegenstand mit einer hohen Energiedichte, jedoch einer geringen Leistungsdichte, kann Arbeiten über einen ziemlich langen Zeitraum ausführen.

Welche Batterien haben eine hohe theoretische Energiedichte?

Die theoretische Energiedichte bezieht sich auf analytische Berechnungen, die auf Materialeigenschaften basieren, und kann aufgrund der maximalen Kapazität der Chemie berücksichtigt werden. Die praktische Energiedichte bezieht sich auf gemessene Energiedichten der gesamten Batterie.

Umweltschadstoffe und Stromknappheit führen zu einem ununterbrochenen Ruf nach Batteriespeichersystemen mit einer besseren Energiedichte. Aufgrund seiner niedrigsten Massendichte unter Metallen, seiner ultrahohen theoretischen Kapazität und des maximalen negativen Reduktionspotentials hat sich Lithium (Li) als eines der vielversprechendsten Anodenmaterialien erwiesen.

Lithium-Ionen-Batterien haben sich als Hauptpräferenz für wiederaufladbare Stromversorgungen herausgestellt, da sie eine übermäßige Energiedichte als andere bieten. Die Gesamtleistung hängt jedoch von den in ihnen verwendeten Elektrodensubstanzen ab und bestimmt deren Energiedichte, Leistungsdichte und Lebenszyklus. Die meisten Lithium-Ionen-Batterien auf Kobaltbasis sind für tragbare Anwendungen geeignet. Die Batterie enthält eine positive Kobaltoxidelektrode (Kathode) und einen Graphitkohlenstoff in der negativen Elektrode (Anode). Einer der größten Vorteile der Batterie auf Kobaltbasis ist ihre hohe Leistungsdichte. Die verlängerte Laufzeit macht diese Chemie für Mobiltelefone, Laptops und Kameras attraktiv.

Heutzutage ist Lithiumion in vielen Arten erhältlich, und die Variationen in der Zusammensetzung hängen hauptsächlich mit dem Kathodenmaterial zusammen. Das Lithium-Ion auf Kobaltbasis schien erstmals 1991 mit Hilfe von Sony eingeführt worden zu sein. Diese Batteriechemie wurde aufgrund ihrer übermäßigen Leistungsdichte kurz erkannt. Möglicherweise aufgrund der geringeren Leistungsdichte hatte das Lithiumion auf Spinellbasis einen langsameren Start. Als der Sektor 1996 eingeführt wurde, forderte er eine längere Laufzeit als etwas anderes. Da für mehrere übertragbare Geräte eine hohe Stromladung erforderlich ist, hat das Mineral derzeit die Front und die Nachfrage beeinflusst.

Sony ist auf die NCM-Version (Nickel-Cobalt Metallic Element) spezialisiert. Die Kathode hat Kobalt, Nickel und Mangan innerhalb der Kristallstruktur, die ein multimetallisches Oxidmaterial erzeugt, dem Lithium zugesetzt wird. Der Hersteller bietet verschiedene Produkte innerhalb dieser Batteriefamilie an, um Kunden mit übermäßiger Energiedichte oder extremer Belastbarkeit zu bedienen.

Der jüngste Neuzugang in der Lithium-Ionen-Familie ist das A123-System, bei dem der Kathode Nanophosphatsubstanzen zugesetzt werden. Es wird behauptet, die beste Leistungsdichte in W / kg eines im Handel erhältlichen Lithium-Ionen-Akkus zu haben. Die Zelle kann bei 35 ° C kontinuierlich bis zu 100% der Entladung entladen werden und kann Entladungsimpulse von bis zu 100 ° C tragen.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Vorteile:

● Hohe Energiedichte.

● Es möchte keine längere Grundierung im Neuzustand. Jede Tagesgebühr ist alles, was benötigt wird.

● Relativ geringe Selbstentladung - Die Selbstentladung ist viel weniger als halb so hoch wie bei Batterien auf Nickelbasis.

● Der Akku ist wartungsarm - es ist keine intermittierende Entladung erforderlich.

Einschränkungen:

● Benötigt einen Sicherheitsschaltkreis, um Spannung und Strom in den sicheren Enden aufrechtzuerhalten.

● Auch wenn es nicht verwendet wird und alt wird - eine Lagerung an einem kühlen Ort mit einer Ladung von 40% verringert den Alterungseffekt.

● Transportbeschränkungen - Der Versand großer Portionen kann ein Problem für die behördliche Kontrolle darstellen.

● Teuer in der Herstellung

Die Lithium-Luft-Batterie ist auch einer der Namen, die bei der hohen Energiedichte ins Spiel kommen. Die Lithium-Luft-Batterie (Li-Luft) ist eine elektrochemische Metall-Luft-Batterie, die Lithiumoxidation an der Anode verwendet und Sauerstoff an der Kathode reduziert, um den Stromfluss auszulösen. Theoretisch führt die Paarung von Metallelementen und Umgebungssauerstoff zu elektrochemischen Zellen mit den besten Eigenschaften mögliche spezifische Energie. In der Tat beträgt die charakteristische theoretische Energie einer nichtwässrigen Li-Luft-Batterie innerhalb des geladenen Zustands mit Li2O2-Produkt und ohne die O-Masse ~ 40,1 MJ / kg.

Wie berechnet man die Energiedichte der Batterie?

Die Energiedichte wird üblicherweise auf zwei Arten ausgedrückt: gravimetrische Energiedichte und volumetrische Energiedichte. ::

1.Die gravimetrische Energiedichte einer Batterie gibt an, wie viel Tonnen Energie eine Batterie zur Beurteilung ihres Gewichts einbezieht, und wird im Allgemeinen in Wattstunden / Kilogramm (W-h / kg) ausgedrückt.

2. Die volumetrische Energiedichte ist ein Grad, wie viel Tonnen Energie eine Batterie in ihre Bewertung ihres Volumens einbezieht, und wird im Allgemeinen in Wattstunden / Liter (W-h / l) ausgedrückt.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Hält eine Batterie mit hoher Energiedichte länger?

Heute sind Lithium-Ionen-Batterien die am schnellsten wachsenden und vielversprechendsten verfügbaren Batterien. Die Lithium-Ionen-Batterie hat typischerweise doppelt so viel Energiedichte wie das Standard-Nickel-Cadmium. Die Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien sind gut und in Bezug auf die Entladung Nickel-Cadmium-Batterien sehr ähnlich. Die Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Zellenspannung von 3,6 Volt, wodurch die Batterie nur mit einer Zelle betrieben werden kann, während für eine Packung auf Nickelbasis drei Zellen mit 1,2 Volt erforderlich sind, die in Reihe geschaltet sind.

Lithium-Ionen-Batterien benötigten eine Schutzschaltung, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Die Schutzschaltung begrenzt die höchste Spannung jeder Zelle während des Ladevorgangs und verhindert, dass die Spannung der Zelle beim Entladen zu niedrig abfällt. Nach einem Jahr ist eine gewisse Verschlechterung der Batterie festzustellen, und die Batterie fällt häufig nach 2 bis 3 Jahren aus. Es ist jedoch auch bekannt, dass Lithium-Ionen-Packs in einigen Anwendungen fünf Jahre lang dienen.

Die Hersteller versuchen ständig, den Lithium-Ionen-Akku mit neuen und verbesserten chemischen Kombinationen zu verbessern. Bei solch schnellen Fortschritten wird es schwierig zu beurteilen, wie gut die überarbeitete Batterie hält.

Fazit:

Lithium-Ionen-Batterien sind am besten zu verwenden; Sie halten länger und sind wartungsarm. Darüber hinaus bietet es Ihnen eine hohe Dichte und wird nicht selbst entladen. In den meisten Fällen hält die Batterie bei Pflege bis zu 5 Jahre. Es ist also die beste Wahl für tragbare Dinge.