लिथियम - आयन ब्याट्रीहरूको विशेषता के हो?
लिथियम - ब्याट्री सामग्रीको क्षमता र इलेक्ट्रोमोटिभ बल
चार्ज गर्दा-लिथियम आयन ब्याट्रीहरूको डिस्चार्ज प्रतिक्रिया-, सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडका सक्रिय सामग्रीहरूले मात्र लिथियम-आयन इन्टरकेलेसन/डिइन्टर्कलेसन प्रतिक्रियाहरू पार गर्दछ, जबकि इलेक्ट्रोलाइट र अन्य सामग्रीहरू खपत हुँदैनन्। त्यसकारण, सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामाग्रीहरू उल्टाउन सक्ने क्षमताले ब्याट्रीको खुला-सर्किट भोल्टेज निर्धारण गर्छ, र लिथियम आयनहरू इन्टरक्यालेटिंग/डिइन्टर्कलेटिंगको मात्राले सक्रिय सामग्रीको क्षमता निर्धारण गर्दछ। धेरै विश्वव्यापी लिथियम-आयन ब्याट्री निर्माताहरू र लिथियम-आयन ब्याट्री आपूर्तिकर्ताहरू स्थिर ठूलो उत्पादन र लगातार उत्पादन प्रदर्शन प्राप्त गर्न यी सामग्री विशेषताहरूमा भर पर्छन्।
नकारात्मक इलेक्ट्रोडको लागि, प्रतिक्रिया समीकरण (1.2) अनुसार हुन्छ। कार्बनको प्रति मोल (१२ ग्राम), अधिकतम १/६ मोल लिथियम आयनहरू अन्तरिकरण गर्न सकिन्छ। तसर्थ, कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री को सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता छ
1/6(mol)×96485(Faraday constant,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)
दैनिक प्रयोगमा, सोखन र ठोस इलेक्ट्रोलाइट इन्टरफेस (SEI) फिल्मको गठनको कारण लिथियम हानिलाई विचार गर्दै, कार्बन सामग्रीको वास्तविक प्राप्त योग्य विशिष्ट क्षमता 300–345 mA·h/g छ। अग्रणी लिथियम-आयन ब्याट्री प्याक आपूर्तिकर्ताहरूले अनुकूलित ग्रेफाइट सूत्रीकरण र सटीक कोटिंग प्रक्रियाहरू मार्फत यो स्तर हासिल गर्छन्।
सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको लागि, यसको क्षमता लिथियम आयनहरूको मात्रामा निर्भर गर्दछ जुन निकाल्न / सम्मिलित गर्न सकिन्छ। LiCoO₂ लाई उदाहरणको रूपमा लिँदा, LiCoO₂ को प्रति मोल लिथियम आयनहरूको 1 mol सम्म प्रतिक्रियामा भाग लिन सक्छ। तसर्थ, LiCoO₂ (सापेक्ष आणविक मास 97.86) को सैद्धान्तिक विशिष्ट क्षमता हो
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)
अभ्यासमा, LiCoO₂ सामग्रीको क्रिस्टल स्थिरता कायम राख्न, सामान्यतया लिथियम आयनहरूको 30%–60% मात्र प्रतिक्रियामा भाग लिन्छ। त्यसैले, LiCoO₂ सामग्रीको वास्तविक विशिष्ट क्षमता १३७–१६४ mAh/g छ। प्रमुख लिथियम-आयन ब्याट्री OEM निर्माताहरूले सुरक्षा सुनिश्चित गर्दै चक्र जीवनलाई अधिकतम बनाउन उन्नत BMS मार्फत चार्ज र डिस्चार्जको गहिराइ नियन्त्रण गर्छन्।
लिथियम आयरन फास्फेटको लागि, लिथियम आयरन फस्फेटको प्रति मोल लिथियम आयनहरूको 1 मोल प्रतिक्रियामा पूर्ण रूपमा भाग लिन सक्छ। तसर्थ, लिथियम आइरन फास्फेट सामग्रीको सैद्धान्तिक र वास्तविक विशिष्ट क्षमता (सापेक्ष आणविक मास 157.8) हो।
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)
प्रकृतिमा, Li/Li⁺ को मानक रेडक्स क्षमता सबैभन्दा कम छ, -३.०४ V (बनाम मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड) पुग्छ। कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीहरूको लागि, लिथियम-आयन निकासी र सम्मिलनको सम्भावना Li/Li⁺ सन्तुलन क्षमताको नजिक छ। इलेक्ट्रोकेमिकल सिद्धान्तका अनुसार, कोठाको तापक्रममा, कार्बन नकारात्मक इलेक्ट्रोडको इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता E हो
E=E डिग्री + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)
कहाँ
E डिग्री - मानक इलेक्ट्रोड क्षमता;
C(Li⁺) - इलेक्ट्रोलाइट समाधानमा लिथियम आयनको एकाग्रता;
C(Li,C₆) - ऋणात्मक इलेक्ट्रोड कार्बनमा लिथियम आयनको एकाग्रता।
जब समाधान र नकारात्मक इलेक्ट्रोड कार्बन मा लिथियम आयन एकाग्रता नजिक छ, नकारात्मक इलेक्ट्रोड को इलेक्ट्रोड क्षमता मानक कमी क्षमता E डिग्री बराबर हुन्छ। सामान्यतया, इलेक्ट्रोलाइटमा लिथियम आयन एकाग्रता निश्चित छ, त्यसैले नकारात्मक इलेक्ट्रोड कार्बनमा लिथियम आयन एकाग्रतामा परिवर्तनले नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमतामा परिवर्तन ल्याउनेछ। Li/C₆ को विभिन्न x मानहरूको सटीक सन्तुलन क्षमता गणना गर्न हाल कुनै विश्वव्यापी विधि छैन। यो सामान्यतया प्रयोगात्मक रूपमा निर्धारण गरिन्छ। प्रयोगहरूले देखाउँछन् कि ग्रेफाइटमा आधारित सामग्रीहरूको डेलिथिएशन क्षमता सामान्यतया ०–०.४ V (वि. Li/Li⁺) को बीचमा भिन्न हुन्छ, तिनीहरूलाई अनुप्रयोगहरूको लागि अपेक्षाकृत उपयुक्त नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री बनाउँछ। चित्र १.२ ले ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोडको विशिष्ट चार्ज-डिस्चार्ज विशेषता वक्र देखाउँछ।
LiCoO₂ सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीको लागि, लिथियम इन्टरकेलेसन/डिइन्टरकेलेसन प्रक्रिया एकल-चरण प्रतिक्रिया हो। सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमा लिथियम आयन एकाग्रता परिवर्तन हुँदा, सकारात्मक इलेक्ट्रोडको क्षमता पनि परिवर्तन हुन्छ। इलेक्ट्रोलाइटमा लिथियम आयन एकाग्रता 1 mol/L हो, समीकरण (1.1) मा प्रतिक्रियाको लागि, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता E हो।
E=E डिग्री + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)
कहाँ
E डिग्री - मानक इलेक्ट्रोड क्षमता;
C(LiCoO₂) - सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमा LiCoO₂ को एकाग्रता;
C(Li⁺,CoO₂) - सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमा Li⁺ र CoO₂ को एकाग्रता;
जसरी लिथियम आयनहरू निकालिन्छ, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यताले तलको प्रवृत्ति देखाउँछ।
लिथियम आइरन फस्फेट सामग्रीको चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रिया भनेको डेलिथिएशन पछि लिथियम आइरन फस्फेटबाट आइरन फस्फेटमा रूपान्तरण हो।
लिथियम फलाम फास्फेट इलेक्ट्रोड मा प्रतिक्रिया छ
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)
यसको लिथियम-आयन इन्टरकेलेसन/डिइन्टरकेलेसन प्रक्रिया दुई-चरण प्रतिक्रिया हो। त्यसकारण, सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीमा लिथियम आयन एकाग्रतामा परिवर्तनहरूले सकारात्मक इलेक्ट्रोडको सम्भावित परिवर्तनलाई असर गर्दैन। यसको सन्तुलन क्षमता छ
E=E डिग्री + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)
शुद्ध ठोसहरूको एकाग्रता 1 हो। यसको थर्मोडाइनामिक मापदण्डहरूमा आधारित, सैद्धान्तिक सन्तुलन क्षमता 3.4 V छ।
लिथियम आइरन फस्फेट सामग्रीको विशिष्ट चार्ज-डिस्चार्ज विशेषता वक्र चित्र १.३ मा देखाइएको छ।
लिथियम - आयन ब्याट्रीहरूको प्रदर्शन विशेषताहरू
अन्य ब्याट्रीहरूसँग तुलना गर्दा, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा निम्न विशेषताहरू हुन्छन् जुन लिथियम-आयन ब्याट्री वितरकहरू र औद्योगिक ग्राहकहरूद्वारा व्यापक रूपमा मान्यता प्राप्त हुन्छन्:
उच्च ऊर्जा घनत्व।लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको ऊर्जा घनत्व १०० W·h/kg र 200 W·h/L वा सोभन्दा बढी पुग्छ। हालैका टर्नरी क्याथोड लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूले 200 W·h/kg को मास विशिष्ट ऊर्जा हासिल गरेका छन्। उच्च-निकेल सिलिकन-आधारित एनोड सामग्री र लिथियम-रिच क्याथोड सामग्रीहरू प्रयोग गरेर, द्रव्यमान विशिष्ट ऊर्जा 400 W·h/kg र भोल्युमेट्रिक ऊर्जा घनत्व 900 W·h/L पुग्ने अपेक्षा गरिएको छ, परम्परागत ब्याट्रीहरू भन्दा धेरै। त्यसकारण, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरू र विद्युतीय सवारी साधनहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
उच्च खुला-सर्किट भोल्टेज।गैर-जलीय जैविक विलायकहरूको प्रयोगको कारणले, एकल-सेल भोल्टेज ३.६–३.८ V पुग्छ, जुन निकल-मेटल हाइड्राइड वा निकल-क्याडमियम ब्याट्रीको २–३ गुणा हो। उच्च-भोल्टेज क्याथोड सामग्रीको प्रभावकारी प्रयोगले एकल सेलको अपरेटिङ भोल्टेजलाई ४.५–५ V मा बढाउन सक्छ, जुन लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको उच्च ऊर्जा घनत्वको एउटा महत्त्वपूर्ण कारण हो।
उच्च-दर चार्ज र डिस्चार्ज गर्न सक्षम।उदाहरणका लागि, सबै-ठोस-स्टेट लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूले पोलिमर इलेक्ट्रोलाइटहरू प्रयोग गरेर राम्रो सुरक्षाको साथ 10C माथि डिस्चार्ज दरहरू प्राप्त गर्न सक्छन्; लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू लिथियम आइरन फस्फेट प्रयोग गरेर क्याथोडले 100C डिस्चार्ज हासिल गर्न सक्छ।
कम सेल्फ-डिस्चार्ज दर।कोठाको तापक्रममा, लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको मासिक सेल्फ डिस्चार्ज दर सामान्यतया १०% भन्दा कम हुन्छ, निकल-मेटल हाइड्राइड ब्याट्री (१५%) र निकल-क्याडमियम ब्याट्रीको आधा भन्दा कम हुन्छ। लिथियम आइरन फस्फेट ब्याट्रीहरूको सेल्फ-डिस्चार्ज दर सामान्यतया ३% भन्दा कम हुन्छ।
वातावरण मैत्री,कुनै सीसा, क्याडमियम, पारा, वा अन्य हानिकारक पदार्थहरू समावेश गर्दैन, र वातावरणलाई प्रदूषित गर्दैन।
कुनै मेमोरी प्रभाव छैन।मेमोरी इफेक्टले त्यो घटनालाई बुझाउँछ जहाँ ब्याट्रीको क्षमता पूर्ण रूपमा डिस्चार्ज हुनु अघि रिचार्ज गर्दा वा पूर्ण चार्ज हुनु अघि प्रयोग गर्दा घट्छ (मेमोरी प्रभाव क्षमता क्षय होइन)। लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूमा मेमोरी प्रभाव हुँदैन।
राम्रो सुरक्षा।लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूले सामान्यतया कार्बन सामग्रीहरू नकारात्मक इलेक्ट्रोडको रूपमा प्रयोग गर्छन्, जसमा धातु लिथियमको नजिक इलेक्ट्रोड सम्भावना हुन्छ। लिथियम आयनहरूले उल्टो रूपमा कार्बनमा अन्तर्क्रियात्मक र डिइन्टरकेलेट गर्न सक्छन्, लिथियम धातुको भण्डारणको सम्भावनालाई कम गर्न र ब्याट्री सुरक्षामा उल्लेखनीय सुधार गर्दछ। हालैका वर्षहरूमा, फ्लेम-रिटार्डेन्ट एडिटिभहरू, फ्लेम-रिटार्डेन्ट सेपरेटरहरू, PTC (सकारात्मक तापमान गुणांक) यन्त्रहरू, विस्फोट-प्रुफ भल्भहरू, ब्याट्री व्यवस्थापन प्रणालीहरू, र अन्य प्रविधिहरूले लिथियम-आयन ब्याट्रीहरूको अत्यधिक उच्च सुरक्षा सुनिश्चित गरेको छ।
लामो चक्र जीवन।लिथियम - आयन ब्याट्रीको साइकल लाइफ सामान्यतया ५०० साइकल भन्दा बढी हुन्छ। लिथियम आइरन फस्फेट ब्याट्रीको चक्र जीवन सामान्यतया 2000-3000 चक्र हुन्छ। उच्च चक्र क्षमता (जस्तै लिथियम टाइटानेट) भएको एनोड सामग्री प्रणालीहरूसँग मिल्दा, १०,००० भन्दा बढी चक्रहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ। यसले लिथियम आइरन फस्फेट ब्याट्रीहरूलाई ऊर्जा भण्डारण ब्याट्री प्रणाली र ठूला - स्केल ESS परियोजनाहरूको लागि उत्तम विकल्प बनाउँछ।
