Litija{0}}jonu akumulatoru elementi: definīcijas, klasifikācija, darbības principi un pielietojums enerģijas glabāšanā un fotoelementā

Ņemot vērā jaunu enerģijas uzkrāšanas, fotogalvaniskās enerģijas ražošanas, elektrisko transportlīdzekļu un pārnēsājamo elektronisko ierīču straujo ieviešanu, litija baterijas ir kļuvušas par visplašāk izmantoto elektroķīmiskās enerģijas uzglabāšanas līdzekli. Lai gan šo terminu sarunvalodā bieži lieto kā jēgu{1}}visam, apzīmējot dažādus litija-produktus, no tehniskā viedokļa "litija baterijas" ietver divas atšķirīgas kategorijas-primārās litija baterijas un litija-jonu baterijas-, kas ievērojami atšķiras pēc veiktspējas, raksturlielumiem un pielietojuma scenārijiem. Litija -jonu akumulatori, kas izceļas ar spēju veikt atkārtotus uzlādes-izlādes ciklus un augstu enerģijas blīvumu, ir kļuvuši par galveno izvēli gan patērētāju, gan rūpnieciskiem lietojumiem.

 

Tiešā nozīmē litija baterijas “Flash Battery” īpaši attiecas uz primārajiem litija akumulatoriem-ne-atkārtoti uzlādējamiem, vienreiz lietojamiem{2}}elementiem. To konstrukcijā elektrodiem parasti tiek izmantots litija metāls vai litija sakausējumi, kas savienoti pārī ar ne-ūdens elektrolīta šķīdumu. Parastās primārās litija baterijas izmanto mangāna dioksīdu kā katodu un tīru litija metālu kā anodu, tādējādi nodrošinot augstu ķīmisko reaktivitāti. Izmantojot primārās litija ķīmijas augstās enerģijas īpašības, šie akumulatori ir piemēroti īpašiem lietojumiem, kam nepieciešama precīza jaudas piegāde vienreizējas lietošanas scenārijos; tomēr to materiālu īpašību dēļ tos nevar izmantot atkārtoti.

 

 

Metāliskā litija ļoti reaģējošā ķīmiskā daba ir bijis galvenais faktors, kas ierobežo tradicionālo primāro litija bateriju plašo izplatību. Tīrs metālisks litijs uzliek ārkārtīgi stingras prasības attiecībā uz ražošanu, uzglabāšanas apstākļiem un darbības vidi; tas viegli reaģē ar gaisu un mitrumu, radot drošības riskus, kas jau ilgu laiku ir kavējuši vienreizlietojamo litija bateriju plašo{1}} industrializāciju. Turpretim uzlādējamās litija-jonu akumulatoru baterijas ir pilnībā pārvarējušas šīs tehnoloģiskās nepilnības, nodrošinot otrreizēju pārstrādi un uzsākot jauno litija-enerģijas ēru.

 

Uzlādējamās litija baterijas, kuras pašlaik tiek plaši izmantotas, ir nozares attīstītais standarts. Tie darbojas, izmantojot litija jonu interkalāciju un de{1}}interkalāciju (migrāciju) starp katodu un anodu uzlādes un izlādes ciklu laikā; tā kā tīrs metālisks litijs nav iesaistīts reakcijā, drošība un stabilitāte ir ievērojami uzlabota. Šīs uzlādējamās baterijas nodrošina plašu pielietojumu klāstu, sākot no plaša patēriņa elektronikas un rūpnieciskām iekārtām līdz jauniem enerģijas transportlīdzekļiem.

 

Gadu desmitiem ilgas tehnoloģiskās attīstības rezultātā ir izstrādātas dažādas litija{0}}jonu akumulatoru katoda materiālu sistēmas, kas atbilst dažādām darbības vajadzībām. jo īpaši litija dzelzs fosfāts (LFP) ir kļuvis par rūpnieciskās enerģijas uzglabāšanas pamatmateriālu. Parastie katoda materiāli ir litija kobalta oksīds, litija mangāna oksīds, litija niķeļa oksīds un litija dzelzs fosfāts; materiāla izvēle nosaka akumulatora drošību, cikla kalpošanas laiku un enerģijas blīvumu. Pateicoties izcilajai drošībai un īpaši garajam cikla mūžam, LFP šūnas ir kļuvušas par vēlamo izvēli enerģijas uzkrāšanas un dzinējspēka lietojumiem.

 

Litija{0}}jonu akumulatori pēc to elektrolīta stāvokļa tiek iedalīti šķidro-elektrolītu un polimēru{2}}elektrolītu tipos. Šķidrās-elektrolītu baterijas izmanto šķidru elektrolītu; tiem ir nobriedušas tehnoloģijas un pārvaldāmas izmaksas, padarot tos par galveno izvēli jaunu enerģijas transportlīdzekļu akumulatoriem. Polimēru-elektrolītu akumulatoros tiek izmantots sausa vai gēla-stāva cietais polimēra elektrolīts, kas nodrošina plānāku, vieglāku formas faktoru un uzlabotu drošību. LFP šūnās ir apvienota litija dzelzs fosfāta ķīmija ar nobriedušiem ražošanas procesiem, līdzsvarojot veiktspēju un izmaksas, lai tās būtu piemērotas dažādiem lieljaudas-lietotājiem.

 

Litija -jonu akumulatori-, kas tika laisti tirdzniecībā 1992. gadā, ar tādām priekšrocībām kā liels enerģijas blīvums, atmiņas efekta neesamība un zems pašizlādes līmenis-ir pilnībā aizstājušas tradicionālās svina-skābes akumulatorus un agrīnās{6}}paaudzes primārās litija baterijas. Salīdzinot ar tradicionālajiem akumulatoriem, tas atbalsta atkārtotus uzlādes{8}}izlādes ciklus un piedāvā ievērojami pagarinātu kalpošanas laiku, padarot to piemērotu scenārijiem, kuros nepieciešama ilgstoša-nepārtraukta darbība. Akumulatoru enerģijas uzglabāšanas nozare ir sasniegusi liela mēroga{11}}enerģijas uzglabāšanas spēkstaciju ikdienišķu izvēršanu.