Ki sa ki gen batri ityòm ion?

PaJake Morrison, Ekriven Materyèl|Sara Chen|Mike Patterson
Pibliye:8 fevriye 2025

Afè tout bagay rechargeable jou sa yo kouri sou ityòm ion pil. Telefòn ou, evidamman. Laptop. Ekoutè san fil sa yo ou pwobableman mete kounye a. Teknoloji a te dekole an 1991 lè Sony te komèrsyalize premye selil ityòm ion pou kamera, epi li te manje nan chak kategori pwodwi depi.

Moun mande "ki sa ki gen ityòm ion pil" tann yon lis senp, men repons reyèl la se: ale gade nan kay ou. Konte aparèy rechargeable yo. Se repons ou.

Batri sa yo estoke enèji lè yo deplase iyon ityòm ale ak tounen ant de elektwòd -anod nan katod lè w ap dechaje, ranvèse direksyon lè w ploge yo. Chimi a son konplike men rezilta pratik la senp: plis pouvwa nan mwens espas pase kalite batri ki pi gran yo ta ka janm jere.

What Has Lithium Ion Batteries

Twa rezon. Dansite enèji bat tout lòt bagay. Yon selil ityòm ion pake 150-250 watt-èdtan pou chak kilogram. Konpare sa ak nikèl-kadmyòm nan petèt 40-60 Wh / kg. Pa menm fèmen.

Dezyèmman, pa gen efè memwa. Sonje ansyen telefòn san fil kote ou te oblije vide batri a nèt oswa li ta "bliye" tout kapasite li? Lityòm ion pa fè sa. Chaje li nenpòt lè. Twazyèmman, ba pwòp tèt -dechaj{-yo kenbe chaj yo chita sou yon etajè, pèdi petèt 2-3% pa mwa kont 20% pou batri NiMH.

Pri te desann tou. Retounen nan ane '90 yo pil sa yo te chè ase ke sèlman elektwonik prim te itilize yo. Koulye a, yo bon mache ase pou dola magazen USB chajè. Oke, bon machease-toujou pi chè pase alkalin, men rechargeable a remèt vit.

Smartphones dirije pake a. iPhone 15 Pro gen yon batri 3,274 mAh. Samsung Galaxy S24 Ultra vin pi gwo nan 5,000 mAh. Chak telefòn soti nan modèl $50 prepeye jiska $1,500 bato yo itilize chimi ityòm ion-anjeneral ityòm cobalt oksid (LCO) paske li maksimize kapasite nan espas ki sere.

Laptops kouri pi gwo pil, tipikman 50-80 Wh pou ultrabooks, jiska 100 Wh pou estasyon travay. Aktyèlman, 100 Wh se limit legal la pou pote pil sou avyon san apwobasyon espesyal, ki se poukisa mizisyen laptop yo vize nimewo sa a. FAA te etabli règ sa a apre kèk dife batri ityòm sou avyon nan ane 2000 yo.

Tablèt yo tonbe nan mitan-iPad Pro gen apeprè 40 Wh. Kindle Paperwhite? Ti batri 6 Wh ki dire plizyè semèn paske e-lank montre pouvwa sip.

Lè sa a, gen tout lòt bagay yo. Sourit ak klavye san fil (anjeneral selil ityòm ion gwosè AAA-). Oratè Bluetooth-JBL, Ultimate Ears, Bose, tout ityòm ion. Kontwolè Gaming. Smartwatches. Trackers Fitness. Kamera sekirite san fil. Videyo sonèt. Bwòs dan elektrik. Seri Oral-B iO a sèvi ak yon batri ityòm ki bon pou de semèn ant chaj yo.

AirPods Pro gen 1.98 Wh nan kapasite batri konbine ant ekoutè yo ak ka. Ki pa son tankou anpil jiskaske ou reyalize yo ap alimante anilasyon bri aktif, pwosesis odyo espasyal, ak koneksyon san fil pou èdtan.

What Has Lithium Ion Batteries

Machin elektrik chanje echèl la nèt. Tesla Model 3 Long Range pake yon batri 75 kWh-sa se 75,000 watt-èdtan, oswa apeprè 1,500 pil smartphone ki vo enèji. Batri a pou kont li peze apeprè 1,000 liv.

Pifò EV yo sèvi ak nikèl manganèz cobalt (NMC) oswa ityòm fè fosfat (LFP) chimi olye ke cobalt-selil lou nan telefòn yo. NMC ofri bon dansite enèji ak pi bon estabilite tèmik. LFP pi an sekirite epi li dire pi lontan-BYD ak Tesla tou de itilize LFP pou modèl seri estanda kounye a. Echanj-se pi ba dansite enèji, kidonk ou bezwen plis selil pou menm seri a.

Ford F-150 Lightning gen jiska 131 kWh ki disponib. Rivian R1T ale nan 135 kWh nan konfigirasyon Max Pack la. Lucid Air Dream Range reklame 112 kWh epi li jwenn plis pase 500 mil nan ranje EPA paske motè yo ak elektwonik yo fou efikas.

Bisiklèt elektrik yo ap en. Rad Power Bikes tipikman itilize pake 48V 14Ah (672 Wh). Pi wo -e-bisiklèt ki soti nan Specialized oswa Trek kouri 500-700 Wh pil. E-scooters yo pi piti-Xiaomi M365 itilize 280 Wh, zwazo ak lacho pou lokasyon scooters gen kapasite menm jan an.

Motosiklèt elektrik toujou niche men ap grandi. Zero Motosiklèt SR/F gen yon batri 14.4 kWh. Energica Ego+ pouse 21.5 kWh. Pa ase pou vwayaj otowout long ankò, men rive la.

Bato ap vini tou. X Shore Eelex 8000 bato elektrik kouri yon pake batri 125 kWh. Bato hydrofoil Candela C-8 itilize 44 kWh ak "mouch" anlè dlo pou diminye trennen. Bato elektrik wakeboard Arc Sport te nan $300,000 dènye fwa mwen tcheke.

Transfòmasyon sa a te rive vit. Ven ane de sa, kontraktè serye yo ri nan zouti san fil. Jodi a? Milwaukee, DeWalt, Makita, Bosch-yo tout te ale ityòm.

Sistèm FlexVolt DeWalt a kouri 20V oswa 60V depann sou zouti a. Platfòm M18 Milwaukee a gen plis pase 200 zouti ki pataje menm sistèm batri a. Batri Gwo Pwodiksyon yo te frape 12 Ah kapasite-ase pou fè yon sikilè sikilè atravè plizyè douzèn koupe.

Ekipman pouvwa deyò swiv. Ego Power Plus fè yon tondèz batri lè l sèvi avèk yon pake 56V 7.5 Ah (420 Wh). Tay fisèl yo, soufle fèy yo, menm souffleur nèj kouri platfòm batri a menm. Ryobi gen yon sistèm 40V. Greenworks ofri opsyon 60V ak 80V pou pi gwo ekipman.

Aspiratè robo yo ak tondeuses yo kouri pi piti pil depi yo rechaje otomatikman. Roomba j7+ gen anviwon 60 Wh. Husqvarna Automower itilize 18V ityòm ion, kapasite varye selon modèl.

Ekipman pwofesyonèl kontinye ap grandi. Milwaukee fè yon batri sakado ki bay 300 Wh pou kouri plizyè zouti sou sit travay. Stihl ofri tronsoneuz batri pwisan ase pou travay pyebwa komèsyal yo.

Konsantrasyon oksijèn pòtab yo enpòtan anpil pou moun ki gen pwoblèm respiratwa. Inogen One G5 sèvi ak yon batri ityòm ion ki bay 3-6 èdtan nan operasyon depann sou anviwònman koule. Phillips Respironics Simply Go Mini vize apeprè 4.5 èdtan.

Machin CPAP pou apne dòmi de pli zan pli ofri opsyon batri. ResMed AirMini vwayaj CPAP ka kouri nan pil ityòm ekstèn. Itil pou kan oswa pann kouran.

Èd oditif chanje nan ityòm rechargeable dènyèman. Phonak Audeo Paradise chaje lannwit lan epi kouri 16+ èdtan. Starkey Evolv AI pèfòmans menm jan an. Pi bon pase fouye ak ti bouton zenk-lè sa yo chak kèk jou.

Ekipman siveyans medikal -monitè tansyon, monitè glikoz, aparèy pòtab ECG-anpil rechargeable kounye a. AliveCor KardiaMobile anrejistre ECG sou yon telefòn, kouri sou yon ti selil ityòm ki dire plizyè mwa.

Ponp perfusion, zouti chirijikal, ekipman dyagnostik yo itilize nan lopital-anpil pil ityòm sekou oswa opsyon pouvwa pòtab. Zouti pouvwa chirijikal Stryker System 8 yo sèvi ak pil ityòm ion, esteril sele pou itilize nan sal operasyon.

Aparèy implantable se yon kategori tout diferan. Gen kèk pesmekè ki pi nouvo ki sèvi ak pil ityòm ion rechargeable ki chaje transkutane (atravè po a) lè l sèvi avèk endiksyon. Medtronic gen modèl kote batri a rechaje san fil yon fwa pa semèn olye pou yo bezwen ranplasman chirijikal chak 7-10 ane.

What Has Lithium Ion Batteries

Tesla Powerwall 2 magazen 13.5 kWh, koute alantou $ 11,000 enstale. Powerwall 3 te soti dènyèman ak pi bon entegrasyon. Generac PWRcell ofri sistèm modilè 9-18 kWh. LG Chem RESU ale nan 10-16 kWh depann sou konfigirasyon.

Batri lakay sa yo marye ak panno solè-sere jenerasyon depase pandan jounen an, sèvi ak li nan mitan lannwit. Epitou bay backup pandan pann yo si konfigirasyon kòrèkteman. Se pa tout sistèm ki travay pandan blakawout; depann sou konfigirasyon varyateur la.

Kalifòni mande solè sou nouvo kay, kidonk adopsyon batri ap akselere la. Hawaii gen gwo depans elektrisite plis anpil solèy, fè ekonomi solè + depo travay byen. Texas te gen echèk kadriyaj sa a an 2021 ki te fè enterè nan batri lakay yo.

Enstalasyon komèsyal yo ale pi gwo. Yon makèt ta ka enstale 50-100 kWh pil pou jesyon chaj demann. Sant done yo sèvi ak chanm batri megawatt-echèl pou pouvwa sekou, ranplase oswa konplete dèlko dyezèl.

Echèl sèvis piblik se sovaj. Etablisman Depo Enèji Moss Landing nan Kalifòni gen 3,000 MWh nan kapasite-sa se 3 milyon kilowat-èdtan, oswa ase pou alimante apeprè 225,000 kay pandan plizyè èdtan. Li sèvi ak inite Tesla Megapack, yo chak yon veso anbakman -tari 3 MWh.

Hornsdale Power Reserve Ostrali a se te youn nan premye gwo pil gri, ki te konstwi pa Tesla an 2017 nan 150 MWh. Li te elaji depi. Sistèm sa yo estabilize frekans kadriyaj la, sere enèji renouvlab, redwi bezwen pou plant gaz natirèl.

Sistèm UPS (alimentation san enteripsyon) tradisyonèlman te itilize pil plon-asid. Lou, bezwen ranplasman chak 3-5 ane, ki gen materyèl toksik. Sistèm UPS ityòm ion ki soti nan APC, Eaton, Vertiv dire pi lontan, pran mwens espas, peze mwens. Sant done espesyalman tankou sa a-diminye pwa vle di mwens chaj estriktirèl nan bilding yo.

Dwòn ak quadcopter-DJI domine mache sa a. Dron yo kouri pil ityòm polymère (LiPo), ki teknikman se yon variant ityòm ion ak elektwolit polymère. DJI Mini 3 Pro sèvi ak yon batri 2453 mAh pou apeprè 34 minit tan vòl. Pi gwo dron tankou Inspire 2 pote pil doub ki totalize 98 Wh.

Dwòn pwofesyonèl pou sondaj, enspeksyon, livrezon-yo tout gen pil ityòm. Dron livrezon medikal Zipline nan Lafrik di itilize ityòm ion. Pwototip abèy livrezon Amazon yo sèvi ak yo.

Aplikasyon aerospace ap agrandi. Avyon elektrik ap vini. Pipistrel Velis Electro gen pil ityòm-premye avyon konplètman elektrik sètifye pou fòmasyon vòl an Ewòp. Beta Technologies ak Joby Aviation devlope taksi lè elektrik ki mache ak gwo pake batri ityòm.

Satelit ak veso espasyèl itilize pil ityòm ion espesyalize ki te konstwi pou siviv vakyòm, radyasyon, ekstrèm tanperati. Estasyon Espas Entènasyonal la gen pil ityòm ion k ap ranplase ansyen selil idwojèn nikèl-. Chak modil batri peze 400+ liv.

Ekipman militè-linèt vizyon lannwit, radyo taktik, inite GPS, tout batri ityòm ki mache kounye a. Pi bon dansite enèji enpòtan lè sòlda yo pote ekipman pou plizyè jou. Radyo AN/PRC-163 itilize pil ityòm ion rechargeable.

Kamera ak ekipman foto-kamera san miwa Sony, Canon, Nikon tout ityòm ion. Sony A7 IV itilize pil NP-FZ100 nan 16.4 Wh chak. Ekleraj pwofesyonèl -Aputure 300d dirije limyè yo mache sou V-monte ityòm pil (98 Wh estanda gwosè). Mikwofòn san fil, monitè videyo, tout bagay pòtab nan pwodiksyon fim / foto.

What Has Lithium Ion Batteries

Nouvo pwodwi ki mache ak batri-souvan gen koneksyon Bluetooth oswa Wi-Fi. Ou ka tcheke estati batri sou telefòn ou. Zouti pouvwa ego montre nivo chaj nan yon app. Zouti Ryobi tou. Tesla pèmèt ou kontwole batri machin ou a ak chaje adistans.

Sistèm jesyon batri entelijan (BMS) fè anpil travay. Yo balanse vòltaj selil yo-nan yon pake milti-selil, selil endividyèl yo ap separe ak yon tan, BMS la egalize yo. Yo kontwole tanperati a, anpeche surcharge ak overdischarging, kominike estati aparèy la.

Gen kèk karakteristik ki konekte yo santi yo mamit, men siveyans aleka pou ekipman chè fè sans. Ekip konstriksyon yo ka swiv ki pil bezwen chaje. Pwopriyetè depo enèji lakay yo ka kontwole pwodiksyon solè ak estati batri pandan y ap vwayaje.

Men, enkyetid sekirite egziste. Batri firmwèr bezwen mizajou pafwa. Si chemen kominikasyon sa a pa an sekirite byen, li se yon vilnerabilite potansyèl. Pa gen anpil moun Hack pil, men nan teyori posib.

Moun yo rankontre pil ityòm toujou san yo pa reflechi sou li. Bwòs dan elektrik nan twalèt la. Aspiratè san fil (Dyson V15 gen 70 Wh). Rechargeable flach. Bank pouvwa nan sak ou -Anker fè modèl soti nan 10,000 mAh (37 Wh) jiska 25,000 mAh (90 Wh).

Jwèt timoun yo de pli zan pli rechargeable. Machin ki gen kontwòl remote, jwèt limyè-, aparèy elektwonik pou aprann. Bat achte pil alkalin toujou ap.

Aparèy lakay entelijan-Sonèt videyo sonèt gen yon batri ityòm detachable. Kamera sekirite Arlo yo itilize pil rechargeable ki dire plizyè mwa. Thermostat Google Nest gen pil ityòm sekou. Out kadna entelijan kouri sou ityòm AAs.

Limyè jou ferye yo pral rechargeable tou. Limyè fisèl ak batri ak panno solè entegre-. Rechargeable ki ap dirije bouji. Atik dekoratif.

Ka itilizasyon pwofesyonèl yo varye anpil. Travayè konstriksyon yo chanje pil Milwaukee oswa DeWalt tout jounen an. Charyo élévateur depo chaje pil ityòm ion pandan repo-opòtinite 15 minit chaje bat tan ap tann pou pil plon-asid yo chaje.

Adopsyon ekipman agrikòl pi dousman men k ap pase. John Deere teste traktè elektrik. Robo agrikilti otonòm souvan elektrik. Sistèm irigasyon ak backup batri.

Netwayaj endistri anbrase ityòm. Epurasyon etaj, ekstrè tapi, machin pou lave a presyon komèsyal-konpayi tankou Tennant ak Karcher ofri opsyon ityòm. Chaje pi vit, pi lejè, pa gen antretyen batri awozaj tankou ansyen sistèm plon-asid ki nesesè.

Batri degrade. Chimi pa dire pou tout tan. Batri ityòm ion tipik kenbe 80% kapasite apre 500-1000 sik chaj, tou depann de chimi ak modèl itilizasyon. Tesla garanti pil EV yo pou 70% retansyon nan 8 ane / 100,000-150,000 mil depann sou modèl.

Tanperati touye pil pi vit pase anyen. Chalè espesyalman move -sere oswa itilize pil pi wo pase 30 degre (86 degre F) regilyèman akselere degradasyon. Fwad diminye kapasite tanporè men li pa lakòz domaj pèmanan tankou chalè. Se poutèt sa pil Phoenix EV degrade pi vit pase batri Seattle.

Kalandriye aje se reyèl tou. Batri degrade menm chita pa itilize. Sere yo nan 40-50% chaj nan tanperati fre pou pi long lavi etajè. Kenbe yon batri a 100% chaj ak 40 degre pou peryòd pwolonje se pi move ka.

Ensidan sekirite yo rive raman men fè nouvèl lè yo fè sa. Defo fabrikasyon te lakòz dife Samsung Galaxy Note 7 nan 2016-yo te raple 2.5 milyon telefòn. Hoverboard yo te pran dife tèlman souvan nan 2015-2016 ke konpayi avyon yo te entèdi yo. Anjeneral sa a trase nan fabrikasyon pwoblèm kontwòl kalite, domaj fizik, oswa chaje ak chajè kòrèk.

Echèk tèmik-lè yon selil chofe ak chalè a deklanche plis reyaksyon ki jenere plis chalè-se mòd echèk prensipal la. Batri ki byen fèt yo gen plizyè karakteristik sekirite: sikwi limit aktyèl, fusibles tèmik, bouch soulajman presyon, kouch fèmen separasyon. Batri bon mache sote pwoteksyon sa yo.

Konpatibilite fristre itilizatè yo. Chak mak zouti itilize diferan faktè fòm batri. Batri DeWalt pa anfòm zouti Milwaukee yo. Ryobi te entelijan kenbe platfòm One+ yo konpatib pandan plizyè ane -zouti soti nan 2005 travay ak pil soti nan 2025. Men, pifò manifaktirè yo vle ke machann fèmen-nan.

Enfrastrikti resiklaj toujou ap devlope. Li-Sik, Redwood Materials, ak lòt moun ki bati plant resiklaj batri ityòm dedye. Yo ka refè 95% + nan materyèl batri. Men, lojistik koleksyon yo rete difisil-moun jete pil nan fatra, sa ki kreye pwoblèm dechaj.

BMS la enpòtan men envizib. Nan yon laptop, li siveye chak gwoup selil, estime tan ki rete yo, kontwole pousantaj chaj, rapòte sante batri a nan sistèm opere a. Plis sofistike ke li son.

Estimasyon eta-de- chaj se etonan difisil. Vòltaj batri korelasyon ak nivo chaj, men relasyon an varye ak tanperati, chaj, laj batri. Bon BMS sèvi ak algorithm konplèks faktè tout bagay sa yo. Se poutèt sa pousantaj batri telefòn yo pafwa sote oswa tonbe san atann-estimasyon an vin rekalibre.

Balanse selil yo enpòtan nan pake milti-selil. Selil endividyèl yo inevitableman gen ti diferans kapasite. Pandan chaje, yon BMS ta ka shunt kouran alantou selil ki pi plen pou kite sa ki pi fèb ratrape. Balanse pasif gaye enèji kòm chalè. Balanse aktif transfere enèji ant selil yo, pi efikas men pi chè.

Jesyon Tanperati-BMS la kontwole tanperati selil la epi li ka diminye pousantaj chaj/egzeyat si bagay yo vin twò cho. EV yo gen jesyon tèmik sofistike ak refwadisman likid. Zouti pouvwa jis konte sou koupe tèmik.

Pwotokòl kominikasyon-BMS chips pale ak aparèy lame lè l sèvi avèk I2C, SMBus, CAN otobis oswa pwotokòl propriétaires. Sa a pèmèt aparèy yo montre enfòmasyon egzat sou batri ak optimize pèfòmans.

Aplikasyon endistriyèl yo entegre siveyans batri nan pi laj sistèm yo. Yon depo ta ka swiv tout pil chariot yo santralman, orè chaje ak siyal batri ki bezwen ranplasman. Antretyen prediksyon ki baze sou done BMS.

Batri solid-se Graal Sen an. Ranplase elektwolit likid ak materyèl solid seramik oswa polymère. Teyorikman pi an sekirite-pa gen okenn likid ki ka pran dife. Pi wo dansite enèji posib. Toyota di ke yo pral gen pil solid-nan machin yo pa 2027-2028. QuantumScape, Solid Power, lòt moun devlope teknoloji a. Men, fabrikasyon nan echèl rete poko rezoud.

Batri sodyòm-ion itilize sèl olye de ityòm-matyè premyè ki pi bon mache, potansyèlman pi ba pri. CATL te anonse batri sodyòm-yon komèsyal nan 2021. Dansite enèji pi ba pase ityòm ion, men sa akseptab pou depo estasyonè. Northvolt bati pwodiksyon sodyòm-yon an Ewòp.

Lityòm-souf teyorikman ofri dansite enèji ki pi wo-jiska 500 Wh/kg kont 250 Wh/kg pou iyon ityòm aktyèl la. Men, lavi sik te terib, anjeneral degrade apre 50-100 sik. Rechèch ap kontinye.

Batri ityòm-lè (lityòm-oksijèn) gen menm pi wo limit teyorik-potansyèlman 1,000 Wh/kg. Men, yo toujou kiryozite laboratwa ak gwo defi pratik.

What Has Lithium Ion Batteries

Pou pwochen 5-10 ane yo, ityòm ion konvansyonèl yo pral domine. Amelyorasyon incrémentielle kenbe vini-pi bon materyèl katod, anod Silisyòm ranplase grafit (ranfòse kapasite 20-40%), amelyorasyon pwosesis fabrikasyon diminye depans yo.

Depans batri yo te tonbe sou 90% soti nan 2010 a 2023, soti nan apeprè $ 1,100 / kWh a $ 130 / kWh pou pil EV. Tandans sa a ap kontinye, petèt frape $ 80-100 / kWh pa 2030. Nan pri sa yo, EVs rive nan egalite pri ak machin gaz san sibvansyon.

Rediksyon Cobalt se yon gwo konsantre. Min Cobalt gen enkyetid dwa moun ak risk pou chèn ekipman. Batri NMC modèn yo itilize mwens cobalt pase fòmilasyon ki pi gran yo (NMC 811 gen 80% nikèl, 10% Manganèz, 10% cobalt kont pi bonè rapò 1:1:1). Batri LFP pa gen okenn cobalt ditou.

Anòd Silisyòm ke yo te komèsyalize kounye a. Sila Nanotechnologies founi materyèl anod Silisyòm pou plizyè manifakti. Panasonic te anonse pil Silisyòm anod pou pwodiksyon an. Tesla itilize kèk Silisyòm nan selil yo deja. Sa a ogmante kapasite 10-20% san yo pa chanje anyen sou batri a.

Kesyon an "ki sa ki gen ityòm ion pil" pral gen yon repons menm pi long nan senk ane. Plis kategori de pwodwi ale elektrik. Plis aplikasyon kote ityòm ion deplase pi gran teknoloji. Teknoloji a matirite rapidman men li toujou amelyore.

Konprann ki aparèy ki sèvi ak pil ityòm enpòtan plis jan nou akimile plis nan yo. Pifò nan kay yo kounye a gen 20-50 aparèy rechargeable. Lè w konnen sa w genyen, kijan pou w kenbe l, ak ki lè w ranplase l, sa fè envèstisman sa yo dire pi lontan epi yo fè pi byen.