Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 

 

  • Как отличить хороший самозажимной клеммник от подделки
  • Почему горят ТЭНы на водонагревателях и стиральных машинах и как их заменить
  • Способы и схемы управления тиристором или симистором
  • Стрелочные и цифровые мультиметры - достоинства и недостатки
  • Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера
  • Устройство плавного пуска электродвигателя: назначение, устройство и принцип работы, преимущества, схема подключения
  • Электрик  

    Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки » Литий-ионные аккумуляторы: устройство, принцип работы, виды и применение
    Количество просмотров: 17284
    Комментарии к статье: 2


    Литий-ионные аккумуляторы: устройство, принцип работы, виды и применение

    Принцип работы любого электрического аккумулятора заключается в накоплении электрической энергии в процессе химической реакции, происходящей при протекании через аккумулятор зарядного электрического тока, и генерации электрической энергии при протекании разрядного тока в процессе обратной химической реакции.

    Обратимость химической реакции в аккумуляторе позволяет многократно разряжать и заряжать аккумулятор. В этом и заключается преимущество аккумуляторов перед одноразовыми источниками тока, обычными батарейками, в которых возможен лишь разрядный ток.

    В качестве среды для переноса заряда с одного электрода аккумулятора на другой, используется электролит – специальный раствор, благодаря химической реакции которого с материалом на электродах становятся возможными как прямая, так и обратная химические реакции в аккумуляторе, что и делает возможным как заряд аккумулятора, так и его разряд.

    Сегодня одним из наиболее перспективных типов аккумуляторов является литий-ионный аккумулятор. В этих аккумуляторах в качестве отрицательного электрода (катода) выступает алюминий, а в качестве положительного электрода (анода) – медь. Электроды могут иметь различную форму, как правило, это фольга в форме цилиндра или продолговатого пакета.

    На алюминиевую фольгу наносят катодный материал, которым чаще всего может быть один из трех: кобальтат лития LiCoO2, литий-феррофосфат LiFePO4, или литий-марганцевая шпинель LiMn2O4, а на медную фольгу наносят графит. Литий-феррофосфат LiFePO4 является единственным, на данный момент, безопасным катодным материалом с точки зрения опасности взрыва и экологичности в целом.

    Литий-ионный аккумулятор

    Полимерные электролиты, способные внедрять в свой состав соли лития, в силу своей пластичности делают возможным изготовление литий-ионных аккумуляторов с большой внутренней поверхностью и почти любой формы, а это значительно повышает как технологичность производства, так и массогабаритные характеристики.

    В процессе заряда такого аккумулятора, ионы лития перемещаются через электролит, и внедряются в кристаллическую решетку графита на аноде, образуя соединение графитит лития LiC6. При разряде происходит обратный процесс – от анода ионы лития движутся к катоду (окислителю), а во внешней цепи к катоду движутся электроны, в результате процесс приобретает электрическую нейтральность.

    Устройство и принцип действия литий-ионного аккумумлятора

    Номинальное напряжение литий-ионного аккумулятора составляет 3,6 вольта, однако разность потенциалов при зарядке может достигать 4,23 вольта. В связи с этим фактом, заряд производится при максимально допустимом напряжении не более 4,2 вольта.

    Реакция интеркаляции в литий-ионной батарее

    Некоторые соединения лития могут легко возгораться, если напряжение превышено, поэтому в литий-ионные аккумуляторы, традиционно, встраиваются контроллеры уровня заряда, не допускающие превышения критического напряжения. Еще одним способом обеспечения безопасности является встроенный клапан для сбрасывания избыточного давления внутри пакета.

    Литий-ионные элементы всегда закрыты воздухонепроницаемой оболочкой, так как воздействие воды и кислорода в атмосфере может быстро повредить компоненты элемента. 

    В случае перезарядки или другого события, вызывающего повышение давления газа, устройство отключения тока изнутри отключает элемент от внешних подключений.

    В призматических ячейках для этой цели часто используется диск, который выталкивается наружу из-за чрезмерного давления газа. К диску прикреплен положительно заряженный язычок, который в такой ситуации разрывает соединение. В цилиндрических звеньях сужение по окружности стенки звена позволяет ему удлиняться, что приводит к разрыву внутреннего соединения.

    Ячейка иногда также включает в себя резистивный датчик температуры, сопротивление которого увеличивается с повышением температуры. Этот элемент имеет очень низкое (почти незначительное) сопротивление при комнатной температуре, а выше определенной температуры его сопротивление быстро увеличивается. Такие защиты могут быть встроены в ячейку, чтобы снизить риск термической нестабильности из-за внешних причин.

    Смотрите также: Поченму взрываются литиевые аккумуляторы

    Литий-ионные аккумуляторы уже заняли свое достойное место на рынке портативной бытовой техники. Это элементы питания сотовых телефонов, фотоаппаратов, видеокамер, планшетов, плееров, и т.д.

    Моя статья на Яндекс Дзен:

    Литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы - в чем отличие и что лучше?

    Портативный аккумумлятор

    Литий-феррофосфат LiFePO4 считается самым перспективным катодным материалом в силу своей экологичности. Кобальтат лития LiCoO2, в свою очередь, ядовит и экологически вреден, а у аккумуляторов на его основе лишь 50% ионов можно извлечь из структуры соединения, ведь если из него извлечь литий полностью, то структура станет нестабильной, кобальт перейдет в степень окисления +4 и сможет окислить кислород, а выделяющийся атомарный кислород станет окислять электролит, и произойдет взрыв. Аккумуляторы с повышенной емкостью (на основе LiCoO2) крайне взрывоопасны.

    Литий-феррофосфат LiFePO4 был предложен в качестве катодного материала аккумуляторов для более мощных устройств в 1997 году Джоном Гуденафом.

    Литий-феррофосфат есть в земной коре, и не создаст никаких экологических проблем в будущем. Из него не может выделяться кислород, так как он весь очень прочно связан фосфором с образованием устойчивого фосфат-иона. Однако, для возможности применения этого материала, его нужно было раздробить на мелкие частички, иначе он остался бы изолятором в силу очень малой проводимости. Частички сделали пластинчатыми с малыми размерами вдоль направления движения ионов лития, затем покрыли нанометровым слоем углерода.

    Литий-ионный аккумулятор для электроавтомобиля

    Такие наночастицы LiFePO4 способны заряжаться за 10 минут, а если еще модифицировать покрытие, то время заряда сократится до 1-3 минут. В перспективе, именно этот материал сможет обеспечить питание электромобилей в течение 10 лет. Уже сейчас технологически возможен цикл зарядки-разрядки за 5-10 минут при полной безопасности.

    С точки зрения современной науки, разработка и выпуск даже портативного наноаккумулятора не заставит себя долго ждать, и слово лишь за широким технологическим внедрением разработок. Что касается перспектив электромобилей, то сейчас уже можно считать, что именно они станут основным видом транспорта в городах ближайшего будущего. 

    Применение литий-ионных аккумуляторов:

    Литиевые аккумуляторы в современных автомобилях

    Правильная эксплуатация литий-ионных аккумуляторов

    Самая большая литиевая аккумуляторная батарея в мире

    Андрей Повный





    Поделитесь этой статьей с друзьями:


    Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Как увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов
  • Прозрачный аккумулятор
  • Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки
  • Источники электропитания
  • Химические источники тока: основные характеристики
  • Гибкие аккумуляторные батареи
  • Эффект памяти аккумулятора
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

    Аккумулирование энергии

      Комментарии:

    #1 написал: Вадим | [цитировать]

    Ближайшее будущее для постсоветских стран, очень размытое понятие. Пока никто не заинтересован в таких технологиях в автомобилестроении.

    Описание отличное. Только не нашел, как правильно нужно обслуживать аккумулятор. Порывшись в информации, вычленил самую главную проблему. Это своевременная зарядка. Оказывается, чем выше процент разрядки, тем меньше остаётся циклов "разрядка - зарядка". Рекомендовано вообще заряжать, если он разрядился не больше чем на 20%.

    Что об этом думаете?

      Комментарии:

    #2 написал: Дмитрий Коновалов | [цитировать]

    Название литий-ионные аккумуляторы несколько вводит в заблуждение, поскольку оно относится не к конкретному типу аккумулятора с четко определенной парой заряда / разряда, как в случае со свинцово-кислотными аккумуляторами, а скорее ко всему классу аккумуляторов, которые используются для ионы лития с внутренним переносом заряда. Следовательно, батареи, обычно называемые литий-ионными, могут иметь очень разные свойства. Что общего у этих батарей, так это то, что их катод - а чаще всего также анод - работает за счет интеркаляции. Ионы лития химически не связаны с какими-либо веществами, но проникают в поры материала и прилипают к его поверхности. В результате материалы с открытой структурой и очень большой поверхностью лучше всего подходят для изготовления литий-ионных аккумуляторов. Поскольку положительно заряженные ионы лития внедряются в структуру анода, углерод должен содержать дополнительные электроны, чтобы поддерживать нейтральный заряд на аноде. Во время разряда, когда ионы лития высвобождаются из анода, также высвобождаются дополнительные электроны, содержащиеся в углероде, чтобы поддерживать нейтральный заряд анода. Ионы углерода и лития за это время не претерпевают никаких химических превращений.

    Воду нельзя использовать в качестве электролита в литий-ионной батарее по двум причинам. Во-первых, потенциал ячеек слишком высок для использования с водным электролитом - электролиз разделяет воду на водород и кислород. Во-вторых, анод с интеркалированными ионами лития имеет реакционную способность, аналогичную реакционной способности лития как металла. Это означает, что во время зарядки анод будет реагировать с водным электролитом, что приведет к образованию гидроксида лития и газообразного водорода. Поэтому в качестве электролита используется неполярный растворитель. Обычно это смесь органических растворителей с растворенной литиевой солью. Наиболее часто используемая соль - гексафторфосфат лития - LiPF 6. Растворенный LiPF 6это источник подвижных ионов, ответственных за перенос зарядов внутри клетки.

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Источник иллюстраций: авторские рисунки и фотографии, электрика на стоковых фото