Ki Karakteristik Batri Lityòm-ion yo?
Kapasite ak fòs elektwomobil nan materyèl batri ityòm-ion
Pandan chaj-reyaksyon chaj ityòm-ion pil, sèlman materyèl aktif elektwòd pozitif ak negatif yo sibi reyaksyon entèkalasyon/deintercalation ityòm-ion, pandan elektwolit la ak lòt materyèl yo pa boule. Se poutèt sa, potansyèl la nan ki materyèl yo elektwòd pozitif ak negatif revèsib entèrkalasyon / deintercalate iyon ityòm detèmine vòltaj la sikwi louvri - nan batri a, ak kantite lajan an nan ityòm iyon entèkalasyon / deintercalating detèmine kapasite a nan materyèl la aktif. Anpil manifaktirè batri ityòm-yon mondyal ak founisè batri ityòm-ion konte sou karakteristik materyèl sa yo pou reyalize pwodiksyon an mas ki estab ak pèfòmans pwodwi ki konsistan.
Pou elektwòd negatif la, reyaksyon an fèt dapre Ekwasyon (1.2). Pou chak mòl kabòn (12g), yon maksimòm de 1/6 mol nan iyon ityòm ka entèrkalye. Se poutèt sa, kapasite teyorik espesifik nan materyèl kabòn negatif elektwòd se
1/6(mol)×96485(Faraday konstan,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)
Nan itilize chak jou, konsidere pèt ityòm akòz adsorption ak fòmasyon nan fim nan entèfaz elektwolit solid (SEI), aktyèl kapasite espesifik materyèl kabòn yo se 300-345 mA · h / g. Dirijan founisè batri ityòm-ion reyalize nivo sa a atravè fòmilasyon grafit optimize ak pwosesis kouch egzak.
Pou materyèl elektwòd pozitif la, kapasite li depann de kantite iyon ityòm ki ka ekstrè / mete. Lè w pran LiCoO₂ kòm yon egzanp, jiska 1 mol iyon ityòm pou chak mol LiCoO₂ ka patisipe nan reyaksyon an. Se poutèt sa, kapasite espesifik teyorik LiCoO₂ (relatif mas molekilè 97.86) se
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)
Nan pratik, kenbe estabilite kristal nan materyèl LiCoO₂, jeneralman sèlman 30%-60% nan iyon yo ityòm patisipe nan reyaksyon an. Se poutèt sa, kapasite aktyèl espesifik materyèl LiCoO₂ se 137-164 mA·h/g. Gwo ityòm -yon batri OEM manifaktirè yo kontwole pwofondè chaj ak egzeyat atravè BMS avanse pou maksimize lavi sik pandan y ap asire sekirite.
Pou fosfat ityòm fè, 1 mol nan iyon ityòm pou chak mol nan ityòm fosfat fè ka konplètman patisipe nan reyaksyon an. Se poutèt sa, kapasite espesifik teyorik ak aktyèl materyèl ityòm fosfat fè (relatif mas molekilè 157.8) se
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)
Nan lanati, potansyèl redox estanda nan Li/Li⁺ se pi ba a, rive nan -3.04 V (kont estanda elektwòd idwojèn). Pou materyèl elektwòd negatif kabòn, potansyèl la nan ekstraksyon ityòm-ion ak ensèsyon se tou pre potansyèl la ekilib Li / Li⁺. Dapre teyori elektwochimik, nan tanperati chanm, elektwòd potansyèl E nan elektwòd kabòn negatif la se
E=E degre + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)
kote
E degre - potansyèl elektwòd estanda;
C(Li⁺) - konsantrasyon iyon ityòm nan solisyon elektwolit la;
C(Li,C₆) - konsantrasyon iyon ityòm nan kabòn elektwòd negatif la.
Lè konsantrasyon ityòm ion nan solisyon an ak nan kabòn nan elektwòd negatif yo fèmen, potansyèl elektwòd nan elektwòd negatif la egal a estanda rediksyon potansyèl E degre. Anjeneral, konsantrasyon ityòm ion nan elektwolit la fiks, kidonk chanjman nan konsantrasyon ityòm ion nan kabòn elektwòd negatif la pral lakòz chanjman nan potansyèl elektwòd negatif la. Kounye a pa gen okenn metòd inivèsèl pou kalkile potansyèl ekilib egzak Li/C₆ ak diferan valè x. Li jeneralman detèmine eksperimantal. Eksperyans yo montre ke potansyèl delithiation materyèl ki baze sou grafit - jeneralman varye ant 0-0.4 V (vs. Li/Li⁺), fè yo relativman apwopriye materyèl elektwòd negatif pou aplikasyon yo. Figi 1.2 montre koub karakteristik chaj-dechaj tipik yon elektwòd negatif grafit.
Pou materyèl elektwòd pozitif LiCoO₂, pwosesis entèkalasyon/deintercalation ityòm se yon reyaksyon sèl -faz. Kòm konsantrasyon ityòm ion nan materyèl la elektwòd pozitif chanje, potansyèl la nan elektwòd pozitif la tou chanje. Lè nou konsidere konsantrasyon ityòm ion nan elektwolit la se 1 mol / L, pou reyaksyon an nan Ekwasyon (1.1), potansyèl elektwòd pozitif E a se
E=E degre + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)
kote
E degre - potansyèl elektwòd estanda;
C(LiCoO₂) - konsantrasyon LiCoO₂ nan materyèl elektwòd pozitif la;
C(Li⁺,CoO₂) - konsantrasyon Li⁺ ak CoO₂ nan materyèl elektwòd pozitif la;
Kòm iyon ityòm yo ekstrè, potansyèl elektwòd pozitif la montre yon tandans anba.
Pwosesis egzeyat -chaj nan materyèl ityòm fè fosfat se konvèsyon an soti nan ityòm fè fosfat nan fè fosfat apre delityasyon.
Reyaksyon an nan elektwòd fosfat ityòm fè a se
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
Pwosesis entèkalasyon/deintercalation ityòm-ion li se yon reyaksyon de-faz. Se poutèt sa, chanjman nan konsantrasyon ityòm ion nan materyèl elektwòd pozitif la pa afekte chanjman potansyèl elektwòd pozitif la. Potansyèl ekilib li se
E=E degre + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)
Konsantrasyon solid pi yo se 1. Dapre paramèt tèmodinamik li yo, potansyèl ekilib teyorik la se 3.4 V.
Koub karakteristik chaj tipik -egzeyat materyèl ityòm fè fosfat yo montre nan Figi 1.3.
Karakteristik Pèfòmans Batri Lityòm-ion
Konpare ak lòt pil, pil ityòm-ion yo gen karakteristik sa yo ke distribitè batri ityòm-ion ak kliyan endistriyèl yo rekonèt lajman:
Segondè dansite enèji.Dansite enèji pil ityòm -ion rive nan 100 W·h/kg ak 200 W·h/L oswa plis. Dènye pil ityòm katòd ternary -ion yo te reyalize yon enèji mas espesifik nan 200 W·h/kg. Sèvi ak segondè -nikèl Silisyòm-materyèl anod ki baze sou ak ityòm-materyèl katod rich, enèji espesifik mas la espere rive nan 400 W·h/kg ak dansite enèji volumetrik 900 W·h/L, byen lwen depase pil tradisyonèl yo. Se poutèt sa, pil ityòm-ion yo lajman itilize nan pwodwi elektwonik pòtab ak machin elektrik.
Gwo vòltaj -sikwi louvri.Akòz itilizasyon solvang òganik ki pa -akeuz, vòltaj sèl-selil la rive nan 3.6-3.8 V, ki se 2-3 fwa sa ki nan nikèl-idrid metal oswa nikèl-kadmyòm pil. Efektivman itilize materyèl katòd segondè -vòltaj ka ogmante vòltaj fonksyònman yon sèl selil a 4.5-5 V, ki se youn nan rezon ki enpòtan pou gwo dansite enèji nan pil ityòm-ion.
Kapab fè gwo -chaj ak egzeyat.Pa egzanp, tout pil ityòm-solid-eta- ki sèvi ak elektwolit polymère ka reyalize pousantaj egzeyat ki pi wo a 10C ak bon sekirite; ityòm -pil ion ki itilize ityòm fè fosfat kòm katod la ka reyalize 100C egzeyat.
Pousantaj pwòp tèt -dechajman ki ba.Nan tanperati chanm, to chak mwa pwòp tèt ou -dechaj pil ityòm-ion yo jeneralman mwens pase 10%, pi ba pase nikèl-pil metal idride (15%) ak mwatye nan pil nikèl-kadmyòm. Pousantaj pwòp tèt ou -egzeyat pil ityòm fè fosfat se jeneralman mwens pase 3%.
Zanmitay anviwònman an,ki pa gen plon, Kadmyòm, mèki, oswa lòt sibstans danjere, epi li pa polye anviwònman an.
Pa gen efè memwa.Efè memwa refere a fenomèn nan kote kapasite batri a diminye lè rechaje anvan yo te konplètman egzeyate oswa itilize anvan yo te konplètman chaje (efè memwa se pa pouri kapasite). Batri ityòm-ion pa gen okenn efè memwa.
Bon sekirite.Batri ityòm-ion jeneralman itilize materyèl kabòn kòm elektwòd negatif, ki gen yon potansyèl elektwòd ki toupre sa ki nan ityòm metalik. Iyon ityòm yo ka revèsib entèrkalye ak deintercalate nan kabòn, anpil diminye pwobabilite pou depo metal ityòm ak siyifikativman amelyore sekirite batri. Nan dènye ane yo, aditif -ignifuge flanm dife, -separatè ignifuge flanm dife, aparèy PTC (koyefisyan tanperati pozitif), tiyo prèv eksplozyon-, sistèm jesyon batri, ak lòt teknoloji te asire sekirite ekstrèmman wo nan ityòm-ion pil.
Long sik lavi.Sik lavi pil ityòm-ion jeneralman plis pase 500 sik. Sik lavi pil ityòm fè fosfat se jeneralman 2000-3000 sik. Lè yo matche ak sistèm materyèl anod ak gwo kapasite sik (tankou ityòm titanat), plis pase 10,000 sik ka reyalize. Sa fè pil ityòm fosfat fè pi bon chwa pou sistèm batri depo enèji ak pwojè ESS gwo -echèl.
