Li-jón rafhlaða
efni
Lithium ion rafhlaða eða lithium ion rafhlaða er tegund af litíum rafhlöðu
Ný tækni fyrir rafræna hreyfanleika
Snjallsímar, myndavélar um borð, drónar, rafmagnsverkfæri, rafmagnsmótorhjól, vespur ... litíum rafhlöður eru alls staðar nálægar í daglegu lífi okkar í dag og hafa gjörbylt notkun margra. En hvað koma þeir í raun og veru með og geta þeir enn þróast?
Story
Það var á áttunda áratugnum að litíumjónarafhlaðan var kynnt af Stanley Whittingham. Verk þess síðarnefnda verður haldið áfram af John B. Goodenough og Akiro Yoshino árið 1970. Það var ekki fyrr en árið 1986 sem Sony setti fyrstu rafhlöðu sinnar tegundar á markað og hóf tæknibyltingu. Árið 1991 fengu þrír meðuppfinningamenn Nóbelsverðlaunin í efnafræði.
Hvernig virkar það?
Lithium-ion rafhlaða er í raun pakki af nokkrum lithium-ion frumum sem geyma og skila raforku. Rafhlaða er byggð á þremur meginþáttum: jákvæðu rafskauti, sem kallast bakskaut, neikvætt rafskaut, sem kallast rafskaut, og raflausn, leiðandi lausn.
Þegar rafhlaðan er tæmd gefur rafskautið frá sér rafeindir í gegnum raflausnina til bakskautsins, sem aftur skiptir um jákvæðar jónir. Hreyfing breytist við hleðslu.
Þess vegna er meginreglan um aðgerðir sú sama og fyrir "blý" rafhlöðuna, nema að hér er blý og blýoxíð rafskautanna skipt út fyrir kóbaltoxíð bakskaut, sem inniheldur smá lilju og grafítskaut. Sömuleiðis víkur brennisteinssýra eða vatnsbað fyrir raflausn af litíumsöltum.
Raflausnin sem notuð er í dag er í fljótandi formi, en rannsóknir eru að færast í átt að traustri, öruggari og endingarbetri raflausn.
Kostir
Af hverju hefur litíumjónarafhlaðan leyst af hólmi alla hina á síðustu 20 árum?
Svarið er einfalt. Þessi rafhlaða veitir framúrskarandi orkuþéttleika og gefur því sömu afköst fyrir þyngdarsparnað samanborið við blý, nikkel ...
Þessar rafhlöður hafa einnig tiltölulega litla sjálfsafhleðslu (hámark 10% á mánuði), viðhaldsfríar og hafa engin minnisáhrif.
Að lokum, ef þau eru dýrari en eldri rafhlöðutækni, þá eru þau ódýrari en litíumfjölliða (Li-Po) og haldast skilvirkari en litíumfosfat (LiFePO4).
Takmarkanir
Hins vegar eru litíumjónarafhlöður ekki tilvalin og hafa sérstaklega meiri frumuskemmdir ef þær eru að fullu tæmdar. Þess vegna, svo að þeir missi ekki eignir sínar of fljótt, er betra að hlaða þá án þess að bíða eftir að þeir verði flatir.
Fyrst af öllu getur rafhlaðan valdið alvarlegri öryggisáhættu. Þegar rafhlaðan er ofhlaðin eða fer niður fyrir -5 ° C, storknar litíum í gegnum dendrites frá hverju rafskauti. Þegar rafskautið og bakskautið eru tengd með dendritum þeirra getur rafhlaðan kviknað og sprungið. Mörg tilvik voru tilkynnt með Nokia, Fujitsu-Siemens eða Samsung, sprengingar urðu einnig í flugvélum, þannig að í dag er bannað að vera með litíumjónarafhlöðu í lestinni og um borð í farþegarými er oft takmarkað afl (bannað hér að ofan) 160 Wh og háð leyfi frá 100 til 160 Wh).
Þannig, til að berjast gegn þessu fyrirbæri, hafa framleiðendur innleitt rafeindastýringarkerfi (BMS) sem geta mælt rafhlöðuhita, stjórnað spennu og virkað sem aflrofar ef frávik verða. Fast raflausn eða fjölliðahlaup eru einnig sjónarhorn sem skoðuð eru til að sniðganga vandamálið.
Einnig, til að forðast ofhitnun, hægist á hleðslu rafhlöðunnar á síðustu 20 prósentunum, þannig að hleðslutími er oft aðeins auglýstur á 80% ...
Hins vegar hefur mjög hagnýt litíumjónarafhlaða til daglegrar notkunar mikil áhrif á umhverfið, fyrst með því að vinna út litíum, sem krefst stjarnfræðilegs magns af fersku vatni, og endurvinna það síðan við lok líftíma þess. Hins vegar eykst endurvinnsla eða endurnýting ár frá ári.
Hver er framtíð litíumjónanna?
Eftir því sem rannsóknir færast í auknum mæli í átt að annarri tækni sem er minna mengandi, endingargóðari, ódýrari í framleiðslu eða öruggari, hefur litíumjónarafhlaðan náð möguleikum sínum?
Lithium-ion rafhlaðan, sem hefur starfað í atvinnuskyni í þrjá áratugi, hefur ekki átt síðasta orðið sitt og þróunin heldur áfram að bæta orkuþéttleika, hleðsluhraða eða öryggi. Við höfum séð þetta í gegnum árin, sérstaklega á sviði vélknúinna tveggja hjóla farartækja, þar sem vespinn var aðeins til fyrir um fimmtíu kílómetrum fyrir 5 árum, sum mótorhjól fara nú yfir 200 drægi.
Loforðin um byltingu eru líka hersveitir eins og Nawa kolefnisrafskautið, Jenax samanbrjótanlega rafhlöðu, 105 ° C rekstrarhitastig í NGK ...
Því miður standa rannsóknir oft frammi fyrir hinum harða veruleika arðsemi og iðnaðarþörf. Á meðan beðið er þróun annarrar tækni, sérstaklega litíumloftsins sem búist er við, á litíumjón enn bjarta framtíð framundan, sérstaklega í heimi rafknúinna tveggja hjóla, þar sem þyngd og minnkun fótspors eru mikilvæg viðmið.
