Baterie litiu-ion

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără surse!
Această intrare sau secțiune pe tema energiei nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .
Baterie litiu-ion
Specificațiile acumulatorului
Energie / greutate 100-265 Wh / kg [1] [2]
Energie / volum 250-639 Wh / L [3] [4]
Puterea / greutatea de la ~ 250 la ~ 340 W / kg
Eficiența încărcării / descărcării 80% -90%
Energie / preț 7 la 10 Wh / US $ [5]
Viteza de auto-descărcare de la 0,35% la 2,5% pe lună, în funcție de starea de încărcare (circuit de siguranță exclus)
Durata de viață
Cicluri de viață 400-1200 cicluri
Tensiunea nominală a celulei 3.6 / 3.7 / 3.8 / 3,85 V , LiFePO4 3,2 V
Temperaturi de încărcare -
Baterii litiu-ion, Varta , muzeu AudioVision , Altlussheim , Germania
Tipul de celule cilindrice 18650 înainte de închidere

L „baterie litiu-ion este un tip de baterie reîncărcabilă , utilizate în mod obișnuit pentru electronice portabile, pentru vehiculele electrice, în aplicații industriale, piețe militare și aerospațiale. Invenția se datorează progreselor semnificative realizate în domeniu de la șaptezeci și optzeci de către John Goodenough , Robert Huggins, Stanley Whittingham, Rachid Yazami și Akira Yoshino , progresele în 1991 a făcut posibil ca Sony și Asahi Kasei de introducere pe piață a acestui tip de baterie . Goodenough, Whittingham și Yoshino au primit în 2019 Premiul Nobel pentru chimie pentru dezvoltarea de baterii litiu-ion. [6]

Bateria litiu-ion , folosind un compus de litiu pe catod și grafit sau titanat de litiu pe " anod . Aceste baterii au o densitate mare de energie, un efect de memorie slaba [7] și autodescărcare scăzută; Cu toate acestea, ele pot reprezenta un pericol pentru siguranță, deoarece acestea conțin un electrolit inflamabil și dacă este deteriorat sau încărcat incorect poate provoca explozii și incendii. [8]

Istorie

Bateria litiu-ion a fost propusă în 1970 de chimistul britanicM. Stanley Whittingham în timp ce lucrează la Exxon . [9] încă douăzeci de ani de dezvoltare au fost necesare înainte de a fi fost suficient de sigur pentru a fi utilizate în piața de masă; prima versiune comercială a fost creat de Sony în 1991 , în urma unei căutări de o echipa condusa de John B. Goodenough .

În februarie perioada 2005 Altair Nanotehnologie [10] , o companie americană situată în Reno (Nevada) , a anunțat un material de electrod baterie pentru dimensiuni litiu nanoscopic. Bateria prototip are de trei ori mai mare decât puterea bateriilor de curent și poate fi reîncărcat complet în șase minute.

În martie 2005, Toshiba a anunțat o altă încărcare rapidă baterie cu litiu, bazat pe o tehnologie nouă nanomaterial, care oferă chiar mai rapid de încărcare, o capacitate mai mare și un ciclu de viață mai lungă. Bateria va fi utilizat în principal în zonele industriale sau în Trucking [11] .

În noiembrie 2005, a123systems a anunțat [12] o baterie nouă chiar mai puternic și mai rapid reîncărcabile [13] pe baza unei căutări autorizate de MIT. Prima lor a bateriei [14] este în producție (2006) și este utilizat în scule electrice [15] și Hibrizi Plus [16] Prius PHEV conversii (deși costurile de conversie mai mult decât prețul mașinii, în principal din cauza costurilor de baterii ).

Toate aceste formulări implică electrozi noi. Prin creșterea aria efectivă a electrodului - scăderea rezistenței interne a bateriei - curentul poate fi crescută atât în ​​timpul utilizării și în timpul încărcării. Acest lucru este similar cu evoluțiile înregistrate de super - condensator . Prin urmare, bateria este capabil de a dezvolta mai multă putere (în wați); cu toate acestea, capacitatea bateriei (oră amperi) a crescut doar puțin.

În aprilie 2006 , un grup de oameni de știință de la MIT a anunțat că a găsit o modalitate de a utiliza viruși în sârmă forma nanoscopic , care pot fi folosite pentru a construi baterii pentru baterie ultra subțire litiu-ion cu de trei ori densitatea de energie normală [17] .

În iunie 2006, cercetătorii din Franța au creat o baterie de electrozi în nanostructuri cu valoare capacitate de mai multe ori capacitatea de energie, greutatea și volumul de electrozi convenționale [18] .

In 2009, noul Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid văzut introducerea integrată a bateriilor litiu-ion în circuitul masinii de aer condiționat, cu avantajul de a opera întotdeauna acumulatorul la o temperatură optimă (15-35 ° C) , cât și pentru creșterea durata și eficiența de operare. Daimler, producătorul mașinii în cauză, este, de asemenea, într-un stadiu avansat de a face un tip special de celule plate pentru casa bateriei, care densitate mare de energie pentru oferte o amprentă mică și cu un nivel ridicat de siguranță.

La sfârșitul anului 2009 , o soluție a fost prezentată pentru a rezolva problema exploziei unuia dintre aceste baterii circuitat cu durată scurtă, ea implica inserarea reactivi care blochează reacția chimică dacă acumulatorul ajunge la 130 ° C, evitând în mod eficient a exploziei. [19] .

O altă soluție posibilă sau paleativ la problema exploziei bateriei a fost prezentată de la Apple , care a prezentat o diagramă a unui acumulator prevăzut cu o acoperire prevăzută cu carcasa de buzunare și puncte slabe pentru evacuarea vaporilor produși în timpul scurt circuit [20] .

Descriere

Acumulatorii de ioni la litiu pot fi construite într - o gamă largă de forme și dimensiuni, astfel încât să umple eficient spațiile disponibile în dispozitivele pe care le utilizează. Ele sunt, de asemenea, mai ușoare decât echivalentele fabricate cu alte componente chimice, acest lucru se datorează faptului că ionii de litiu au o densitate foarte mare de încărcare, cea mai mare dintre toți ionii apar în mod natural. Ionii de litiu sunt mici, mobile și depozitabile mai repede decât cele ale hidrogenului ; De asemenea , o baterie pe baza de litiu este mai mică decât o cu elemente de hidrogen (cum ar fi , de exemplu , bateriile NiMH ) și cu mai puține gaze volatile.

Aceste acumulatoare au un biet efect de memorie , [7] , de asemenea , o rată scăzută de auto-descărcare, de aproximativ 5% pe lună decât mai mult de 30% din comun lunar [21] hidrură de metal nichel (NiMH) și 20% lunar decât de baterii nichel-cadmiu , dar , ca și alte tipuri de baterii suferă de o pierdere permanentă lentă a capacității. [22]

Curentul maxim de descărcare și

Curentul maxim care poate fi trasă în mod continuu dintr - o baterie litiu-ion depinde atât de capacitatea , atât pe tipul de sarcină. De exemplu, în dispozitivele în care sunt necesare curenți mari, în loc să arate o scădere treptată a duratei de utilizare a dispozitivului, bateriile litiu-ion poate înceta brusc de lucru; Invers, dispozitive care necesită putere scăzută poate avea, în general, un avantaj al întregului ciclu de viață a bateriei.

Pentru a evita deteriorarea ireversibilă a unei baterii litiu-ion de elementul nu ar trebui să fie descărcată sub o anumită tensiune, în consecință , toate sistemele pe care le utilizează sunt echipate cu un circuit de care se oprește dispozitivul atunci când bateria este descărcată sub pragul predefinit; [22] ar trebui , prin urmare , să fie imposibil să se descarce „profund“ , bateria într - un sistem proiectat pentru a funcționa în mod corespunzător în timpul utilizării normale.

Autodescărcare

Baterii reîncărcabile litiu-ion, precum și alte tipuri de baterii reîncărcabile, descărca treptat , chiar dacă acestea nu furnizează curent și rămân neutilizate, acest comportament „auto-descărcare de gestiune“ , este , în general , declarată de producători și este de obicei 1.5-2% pe lună , plus aproximativ 3% absorbită de circuitul de siguranță. Rata crește Autodescărcare cu creșterea temperaturii, [23] cu starea de încărcare și cu îmbătrânirea bateriei.

Durata de viata a bateriei

Durata medie de viata a unei baterii litiu-ion este definit în general cu numărul de cicluri de încărcare-descărcare de a atinge un prag de eroare specificat, în ceea ce privește pierderea capacității sau creșterea impedanță . În general, producătorii definesc numărul maxim de cicluri de încărcare-descărcare în care poate aduce bateria la 80% din capacitatea nominală; în plus, acumulatorul prezintă o deteriorare progresivă, chiar dacă nu este utilizat, prin urmare, producătorul în definirea duratei medii de viață a produsului evaluează, de asemenea, perioada de stocare pasivă. degradare a bateriei în timpul depozitării este de asemenea afectat de temperatura și de starea de încărcare a bateriei; combinația de încărcare completă (100% starea de încărcare) și o temperatură ridicată (peste 50 ° C) poate determina o scădere bruscă a capacității de producție și de gaze.

Durata de viață a acumulatorului este influențată de mai mulți factori, incluzând temperatura, curentul de descărcare, curentul de încărcare și starea de încărcare (adâncime de descărcare). În aplicații din lumea reală, cum ar fi smartphone-uri, laptop-uri și mașini electrice, bateriile nu sunt încărcate sau descărcate, definind astfel de viață a bateriei prin cicluri complete de descărcare pot induce în eroare pe deplin. Pentru a evita această confuzie, cercetătorii folosesc uneori definiția „descărcare cumulativă“, [24] definit ca suma totală de încărcare (în Ah ) , livrat de baterie pe parcursul întregii durate de viață, sau cicluri echivalente care reprezintă suma ciclurilor " parțial „ca fracțiuni de un ciclu complet de încărcare-descărcare. [25]

Specificații și design -

  • Densitatea specifică a energiei: 150-200 W · h / kg (540-720) kJ / kg)
  • Densitatea energiei Volumetric: 250-530 W h / L (900-1900 J / cm)
  • Densitatea de putere specifică: 300-1500 W / kg (@ 20 secunde [26] și 285 W · h / L)

Reacția chimică tipică a bateriei litiu-ion este după cum urmează:

Bateriile litiu-ion au o tensiune nominală de 3,6 ~ 3,7 V , care este valoarea medie între tensiunea la încărcare completă (4,2 V) și că dincolo de care nu ar trebui să scadă (3,0 ~ 3,2 V). Taxarea se face la tensiune constantă, cu limitare de curent. Acest lucru înseamnă că taxa are loc la un curent constant până când ajunge elementului aproape tensiunea de 4,2 V (pentru siguranță, este de obicei câteva zeci de millivolts sub această valoare), după care continuă la o tensiune constantă până când curentul devine zero. sau aproape (de obicei, taxa este încheiată la 3% din curentul de încărcare inițială). Timpul de încărcare depinde de capacitatea în amperi-oră de baterie și curentul furnizat de la încărcător, care , în orice caz , nu trebuie să depășească 1/10 din vârf poate fi alimentat de la curentul bateriei.

Ioni Elementele de litiu folosind următoarele materiale: l „ anod se face cu carbon , catod este un oxid metalic și l“ electrolit este o sare de litiu în solvent organic . Deoarece sub anormale condiții de încărcare litiu metalic ar putea fi produs, ceea ce este foarte reactiv și poate dezvolta hidrogen dacă intră în contact cu umezeala și astfel cauza explozii, elemente de ioni de litiu , de obicei , au construit în circuitele electronice de protecție la inversarea polarității evita. Supratensiunii și supraîncălzire.

Interfață electrolit solid

Un element deosebit de important pentru operarea bateriilor bateria litiu-ion este l ' «interfață electrolit solid» (SEI). Electroliții lichizi electroliți litiu - ion constau din săruri de litiu, cum ar fi hexafluorfosfat (LiPF 6), tetrafluoroborat (LiBF 4), sau perclorat (LiClO 4) și solvenți organici, cum ar fi eterul. Un electrolit lichid litiu conduitelor ioni și permite astfel transportul acestora între catod și anod când bateria trece un curent electric printr-un circuit extern. Cu toate acestea, electroliți lichizi și solvenți organici se descompun cu ușurință pe anozilor în timpul încărcării, împiedicând funcționarea în continuare a bateriei. Pe de altă parte, dacă se utilizează solvenți organici corespunzători, electrolitii se descompun și formează o interfață electrolitică solidă la prima încărcare izolator electric, dar cu o conductivitate ridicată pentru ionii de litiu. Interfața previne descompunerea electroliți în timpul reumpleri ulterioare. De exemplu, carbonatul de etilenă relativ cu o descompune tensiune ridicată și formează o interfață puternică și stabilă; Această interfață se numește SEI.

A se vedea , trioxid de uraniu pentru detalii cu privire la modul de a lucra catod. In timp ce oxizii de uraniu nu sunt utilizate în baterii comerciale, modul în care oxizii de uraniu pot insera cationi este reversibil la fel ca și în multe celule litiu-ion.

Temperatura de depozitare și de încărcare

Bateriile litiu-ion trebuie să fie păstrat la temperatura corectă și sarcina de a menține capacitatea lor de încărcare. Pentru unele tipuri de baterii litiu poate fi necesar pentru a se evita depozitarea lor complet încărcată; de exemplu, o baterie stocată la taxa de 50% poate dura mai mult de o depozitat la 100%. Pe de altă parte, dacă o baterie cu litiu-ion este stocată cu o sarcină redusă, există riscul de a permite încărcarea reziduală să scadă sub pragul minim, ceea ce face irecuperabilă bateriei; odată ce taxa a scăzut sub acest nivel, reîncărcarea poate fi imposibilă, deoarece circuitul intern de siguranță în dispozitivul va preveni reîncărcării.

Probleme de siguranta

Exemplu de baterie litiu-ion expandat conținute de carcasa de izolare

Bateriile litiu-ion se poate rupe, focul captură sau exploda atunci când sunt expuse la temperaturi ridicate sau la lumina solară directă. Ele nu ar trebui să fie păstrate într-o mașină în perioada caldă. Scurtcircuitarea o baterie cu litiu poate provoca incendii și explozii.

Containerul de o baterie litiu-ion nu ar trebui să fie deschis pentru orice motiv. Acestea conțin dispozitive de siguranță: dacă deteriorate, acestea pot provoca, de asemenea, bateria pentru a aprinde sau exploda. Aceste dispozitive de siguranță pot fi uneori ineficiente, de exemplu dacă există impurități în interiorul celulelor individuale. Amintesc de mai mult de zece milioane de baterii utilizate în laptop - uri Asus , Dell , Apple a , Lenovo / IBM , Panasonic , Toshiba , Hitachi , Fujitsu și Sharp de la Sony la mijlocul anului 2006 a fost o consecință a contaminării interne cu particule de metal. În anumite circumstanțe, aceste particule pot străpunge separatorul, scurtcircuitarea bateriei și rapid prin conversia toată energia în căldură [27] . Dell mijlocul anului 2006 baterie laptop rechemare nu a fost primul, doar cel mai mare. Nu au existat numeroase deoarece reaminteste de baterii litiu-ion în telefoane mobile și laptop-uri din cauza problemelor de supraîncălzire. În 2004, Kyocera Wireless a rechemat aproximativ un milion de baterii utilizate în telefoanele [28] . În decembrie 2009, Dell a retras aproximativ 22.000 de baterii de pe piața din SUA.

Kuzhikalail M. Abraham, un consultant baterie cu litiu la E-Kem Sciences, spune împinge industria de calculatoare la creșterea capacității bateriei poate testa limitele componentelor sensibile, cum ar fi membrana de separare, film de polietilenă, sau polipropilenă numai 20-25 pm grosime. El subliniază faptul că densitatea de energie a bateriilor litiu-ion are mai mult decât dublu, deoarece acestea au fost introduse în 1991. El spune: „Pe măsură ce ambala bateria cu mai mult și mai mult material, filmul poate experimenta stres.“ Este posibil să se înlocuiască oxidul de litiu și catodul cobalt în baterii litiu-ion cu catozi de fosfat de litiu din metal, care nu explodează și, de asemenea, are o durată de depozitare mai lungă; Aceste baterii mai sigure par destinate în principal pentru mașini electrice și alte aplicații care necesită o capacitate mare și în cazul în care problemele de securitate sunt mai critice. [29]

Notă

  1. ^ (EN) Litiu-Ion , pe panasonic.com (depusă de către „URL - ul original 13 aprilie 2010).
  2. ^ (EN) Panasonic dezvolta noi capacitate mai mare 18650 Li-Ion celule; Aplicarea Silicon pe bază de aliaj în anodic , greencarcongress.com la data de 25 decembrie 2009. 13 Adus luna februarie, anul 2020.
  3. ^ (EN) NCR18650B (PDF) pe na.industrial.panasonic.com (depusă de către „URL - ul original 17 august 2018).
  4. ^ (EN) Specificații pentru NCR18650GA (PDF) pe cdn.shopify.com.
  5. ^ (RO) Veronika Henze, about.bnef.com 16 decembrie 2020 https://about.bnef.com/blog/battery-pack-prices-cited-below-100-kwh-for-the-first-time -in -2020- in timp ce-piață medie-sta-la-137-kwh / - Adus pe 9 februarie 2021 .
  6. ^ (RO) Premiul Nobel pentru Chimie în 2019 , pe nobelprize.org. Adus pe 10 octombrie 2019 .
  7. ^ A b (RO) Leonid Leiva, Paul Scherrer Institutul, un efect de memorie acum , de asemenea găsit în baterii litiu-ion , pe phys.org, 15 aprilie 2013. Accesat la data de 10 octombrie 2019.
  8. ^ (RO) Alain Mauger, CM Julien, comentarii critice pe baterii litiu-ion: sunt ele sigure? Durabilă? (PDF), Berlin, Springer Berlin Heidelberg, 28 iunie 2017, DOI : 10.1007 / s11581-017-2177-8 . Adus pe 10 octombrie 2019 .
  9. ^ (EN) electric de stocare de energie și de intercalare Chimie , la ui.adsabs.harvard.edu, iunie 1976. Adus 13 februarie 2020.
  10. ^(EN) Site - ul Altair nanotehnologie Filed pe 24 octombrie 2006 Internet Arhiva .
  11. ^ (JA) De pe site - ul Toshiba
  12. ^(EN) Comunicat de presă de la site - ul a123systems Filed pe 04 octombrie 2006 în Arhiva pe Internet .
  13. ^(RO) Proceedings of Green Car Congress 2009
  14. ^(EN) De la Hybrids-plus.com Filed la 03 noiembrie 2006 în Arhiva pe Internet .
  15. ^(EN) scule electrice DeWalt
  16. ^(EN) Hibrizii Plus
  17. ^(EN) revista Science
  18. ^(RO) Articolul de Tehnologie Review.com
  19. ^ Baterii explodează, coșmarul terminat cu Stoba , pe tomshw.it. Adus de 10 aprilie 2012 (depusă de „URL - ul original , 18 iunie 2014).
  20. ^ Apple are un brevet pentru o baterie care nu explodează pe gizmodo.it. Adus de 10 aprilie 2012 (depusă de „URL - ul original , 18 septembrie 2011).
  21. ^ Din 2005, Sanyo (și ulterior alte companii) produce o autodescărcare redusă NiMH baterie tip, revendicarile producătorului ca aceste celule retine 70-85% din capacitatea lor într - un an când este depozitată la 20 ° C
  22. ^ A b (RO) Specificații de litiu-ion (PDF) pe gpbatteries.com, 29 octombrie 2006 (depusă de „URL - ul original 29 octombrie 2006).
  23. ^ (RO) anormală de auto-descărcare în baterii litiu-ion , pe pubs.rsc.org aprilie 2018. Adus de 14 februarie 2020.
  24. ^ (RO) Modelul ciclu de viață pentru celulele de grafit-LiFePO4 pe sciencedirect.com, 15 aprilie 2011. Adus de 13 februarie 2020.
  25. ^ (EN) Declasare Linii directoare pentru baterii litiu-ion , mdpi.com la data de 26 noiembrie 2018. Adus de 13 februarie 2020.
  26. ^(RO) Articolul din E-one.com site - ul Filed 11 martie 2007 Internet Arhiva .
  27. ^(RO) Articolul din The Inquirer Filed 05 iulie 2006 în Arhiva pe Internet .
  28. ^ Tullo, Alex. "Dell reamintește Lithium." Chimie si Inginerie News douăzeci și unu august 2006: 11
  29. ^ (RO) Siguranța Ultima , pe nytimes.com.

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității Thesaurus BNCF 58566 · GND (DE) 7681721-0 · NDL (RO, JA) 01090550
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Accumulatore_agli_ioni_di_litio&oldid=122094273 “