22 Jahre Batterieanpassung
Jul 07, 2023 Seitenansicht：97
Die rasante Entwicklung von Elektrofahrzeugen und anderen Elektrogeräten hat einen größeren Bedarf an besseren energiespeicherlösungen geschaffen. Auf die Leistung von Lithiumbatterien wurde Druck ausgeübt, und es wurden immer mehr Batterien entwickelt, um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden.
Konstantes Batterievolumen und -gewicht sind die Hauptfaktoren, die diese Leistung bestimmen. Dabei spielt die Energiedichte der Batterie die Hauptrolle.
Je höher die Energiedichte, desto stärker ist die Batterie. Und Lithium-Ionen-Batterien scheinen die besten Angebote zu haben.
Heute werden wir uns mit Faktoren befassen, die die Energiedichte dieser Batterien beeinflussen. Wir wollen sehen, wie diese Faktoren es erhöhen oder verringern können.
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Was ist Energiedichte?
Bevor wir auf die Details eingehen, ist es äußerst wichtig, dass wir verstehen, was Energiedichte in Lithiumbatterien bedeutet. Es wäre schwierig, die Faktoren zu diskutieren, die es beeinflussen, ohne vorher zu verstehen, was es bedeutet.
Die Energiedichte ist die pro Raumeinheit gespeicherte Energiemenge. Es ist auch die Masse der Materie. Dieser Parameter wird in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) dargestellt.
Eine andere Möglichkeit, die Energiedichte zu betrachten, ist die Menge an elektrischer Energie, die eine Batterie pro Volumeneinheit abgeben kann. Sie kann auch anhand der durchschnittlichen Masse der Batterie definiert werden.
Die Energiedichte in Lithiumbatterien gibt es in zwei Arten: der Gewichtsenergiedichte und der Volumenenergiedichte. Das frühere wird als Batteriekapazität x Entladeplattform/Gewicht berechnet, wobei Wh/kg die Grundeinheit ist. Letzteres ist Kapazität x Entladeplattform/Volumen mit Wh/l als Grundeinheit.
Eine Batterie mit der höchsten Energiedichte speichert die meiste Energie pro Volumen- oder Gewichtseinheit. Aus diesem Grund sind kleine Lithium-Ionen-Batterien leistungsfähiger als größere und schwerere Blei-Säure-Batterien.
Faktoren, die die Energiedichte beeinflussen
Es ist von entscheidender Bedeutung, eine hohe Energiedichte in Batterien zu haben und aufrechtzuerhalten. Es geht darum, die beste Leistung aus Ihren Batterien herauszuholen.
Wir verstehen jetzt, was Energiedichte ist und welche Rolle sie für die Batterieleistung spielt. Welche Faktoren beeinflussen es also? Wenn Sie diese Faktoren verstehen, können Sie fundiertere Entscheidungen treffen und Ihre Batterien optimal nutzen. Dazu gehören Folgendes:
Anodenmaterialien
Die Materialien der negativen Elektrode weisen die höchste Energiedichte in einer Lithiumbatterie auf. Dies ist die Komponente, die die meisten Aufgaben übernimmt, wenn die Batterie unter Last entladen wird, weshalb sie einen solchen Leistungsbedarf hat.
Singende Anodenmaterialien mit hoher Energiedichte können die Energiedichte der gesamten Batterie erhöhen. Eine ähnlich wichtige Rolle für die Leistung dieser Batterien spielt auch die Kathode.
Kobaltoxid-Batterien haben die höchste Energiedichte. Sie verwenden Kobaltoxid als Kathode und Graphitkohlenstoff als Anode. Und aufgrund dieser hohen Energiedichte werden diese Batterien gerne in Geräten verwendet, die mehr Energie benötigen, darunter alle heute gängigen elektronischen Geräte.
Wie bereits erwähnt, besteht das aktive Kathodenmaterial größtenteils aus Metalloxid. Es ist entscheidend, die am besten geeigneten Anodenmaterialien dafür zu finden.
Das aktive Anodenmaterial besteht im Allgemeinen aus Materialien auf Kohlenstoffbasis. Sie bestehen meist aus Graphit, Silizium oder einer Kombination aus beidem.
Graphit hat sich zur beliebtesten Option entwickelt, da es eine höhere elektrische Leitfähigkeit, niedrige Kosten und eine stabile Struktur bietet. Siliziumanoden hingegen haben eine höhere Energiedichte, haben aber Probleme mit der Volumenausdehnung und einer kurzen Lebensdauer.
Eine weitere beliebte Option für das Anodenmaterial ist Graphit mit einem geringen Siliziumanteil. Durch diese Kombination entstehen beste Leistungseigenschaften und Energiedichte.
Kurz gesagt: Das Anodenmaterial hat einen erheblichen Einfluss auf die Energiedichte von Lithiumbatterien. Hersteller sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, die Leistung zu verbessern, indem sie die besten Materialien auf dem Markt als Einzelmaterialien verwenden. Durch die Kombination verschiedener Materialien entstehen jedoch die leistungsstärksten Batterien.
Stellen Sie daher beim Kauf von Batterien sicher, dass Sie sich mit dem Anodenmaterial auskennen. Dies kann Ihnen dabei helfen, die maximale Leistung aus Ihren Batterien herauszuholen.
Spannungsplattform
Lithium-Ionen-Batterien erobern weiterhin die Welt mit unglaublicher Leistung und langer Lebensdauer. Sie bieten die höchste Energiedichte und im Allgemeinen mehr Leistung als andere Batterien.
Die Spannung ist nicht konstant, wenn sie sich im Lade- und Entladevorgang mit konstantem Strom befinden. Bei der Konstantstromentladung können die Spannungsänderungen abnehmen, sich stabilisieren und dann wieder abfallen, bis zu einem Punkt, an dem nicht mehr entladen wird.
Ein solches Laden und Entladen mit konstantem Strom sorgt für einen reibungslosen Spannungsverlauf. Der stabile Wert ist daher die Lade- und Entladeplattform.
akkus mit mehr Stabilität und längerer Laufzeit auf dieser Plattform versprechen das beste Niveau. Die Batterie soll diesen Zeitraum der Spannungsstabilität nutzen.
Auch die Wahl der Lade- und Entlade-Abschaltspannung sowie das Ladesystem haben Einfluss auf die Energiedichte der Batterie. Dies liegt daran, dass es sich direkt auf den Lebenszyklus dieser Batterie auswirkt.
Bei einem blinden Anstieg des Arbeitsstroms der Batterie wird die Ladeabschaltspannung erhöht, oder es kann das Gegenteil bewirken und die Spannung sinken, was die Energiedichte der Batterie und ihre allgemeine Leistung verringert.
Verschiedene Lithiumbatterien verfügen über unterschiedliche elektrochemische Systeme, die sich auf die Spannungsplattform auswirken und zu Schwankungen in der Energiedichte führen. Daher bestimmt die Auswahl der richtigen Batterie basierend auf ihrer Spannungsplattform, wie viel Leistung Sie daraus erzielen.
Produktionsprozess
Der Produktionsprozess von Lithiumbatterien beeinflusst maßgeblich deren Energiedichte. Im Laufe der Jahre gab es bei der Herstellung dieser Batterien mehrere Fortschritte, die vor allem ihre Chemie betrafen.
Ingenieure experimentieren mit verschiedenen Kathoden- und Anodenmaterialien, um die besten elektrochemischen Kombinationen zu finden und unter anderem die Energiedichte dieser Batterien zu verändern. Lithium-Kobaltoxid-Batterien beispielsweise sind derzeit diejenigen mit der höchsten Energiedichte. Sie verwenden Kobaltoxid an der Kathode und Graphitkohlenstoff als Anode.
Durch die Verwendung von positiven Elektroden mit hohem Nickelgehalt und negativen Elektroden aus Silizium-Kohlenstoff entstehen Batterien mit der höchsten Energiedichte. Aber das reicht nicht aus. Die Art und Weise, wie diese Materialien gruppiert und verwendet werden, bestimmt auch, wie gut sie funktionieren.
Eine weitere Möglichkeit, eine höhere Energiedichte zu erreichen, ist die Gruppierung von Batteriepacks durch die Anordnung von Einzelzellenbatterien und Modulen. Und dann erfolgt die Verschlankung durch die Optimierung der Layoutstruktur und der Topologie. Deshalb bieten Lithiumbatterien die beste Leistung bei hervorragender Energiedichte.
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