סוללות ליתיום יון

עיקרון הפעולה של כל סוללה חשמלית הוא הצטברות אנרגיה חשמלית במהלך תגובה כימית המתרחשת כאשר זרם חשמלי טעון זורם דרך סוללה, ויצירת אנרגיה חשמלית כאשר זרם פריקה זורם במהלך תגובה כימית הפוכה.

הפיכת התגובה הכימית בסוללה מאפשרת לך לפרוק את הסוללה שוב ושוב. זה היתרון של סוללות על פני מקורות זרם חד פעמי, סוללות רגילות, בהן אפשרי רק זרם פריקה.

כמתווך להעברת מטען מאלקטרודה סוללה אחת לאחרת, משתמשים באלקטרוליט - פיתרון מיוחד, עקב התגובה הכימית שבה עם החומר שנמצא על האלקטרודות, קיימות תגובות כימיות ישירות והן הפוכות בסוללה, מה שמאפשר להטעין את המצבר ו דרגתו.

כיום, אחד הסוללות המבטיחות ביותר הוא סוללת ליתיום יון. בסוללות אלה האלומיניום פועל כאלקטרודה שלילית (קתודה), ונחושת כאלקטרודה חיובית (אנודה). האלקטרודות יכולות להיות בעלות צורה שונה, ככלל, מדובר בנייר כסף בצורת גליל או חבילה מלבנית.

החל על נייר אלומיניום חומר קתודי, שלרוב יכול להיות אחד משלושה: ליתיום קובלטט LiCoO2, ליתיום פרוספוספט LiFePO4, או ליתיום מנגן ספינל LiMn2O4, וגרפיט מוחל על נייר נחושת. Lithium Ferrophosphate LiFePO4 הוא חומר הקתודה היחיד והבטוח כיום מבחינת סכנת פיצוץ וידידותיות לסביבה באופן כללי.

אלקטרוליטים פולימריים שיכולים לשלב מלחי ליתיום בהרכבם, בגלל הפלסטיות שלהם, מאפשרים לייצר סוללות ליתיום-יון עם משטח פנימי גדול וכמעט בכל צורה, וזה מגדיל משמעותית הן את יכולת הייצור של הייצור והן את הממדים הכלליים.

בתהליך טעינה של סוללה כזו, יוני ליתיום עוברים דרך האלקטרוליט ומוטמעים בסריג הגביש של הגרפיט באנודה, ויוצרים תרכובת ליתיום גרפיט LiC6. במהלך הפריקה מתרחש התהליך ההפוך - יוני ליתיום עוברים לקתודה (מחמצן) מהאנודה, ואלקטרונים עוברים במעגל החיצוני לקתודה, כתוצאה מכך התהליך רוכש ניטרליות חשמלית.

המתח הנומינלי של סוללת ליתיום-יון הוא 3.6 וולט, אולם ההבדל הפוטנציאלי במהלך הטעינה יכול להגיע ל 4.23 וולט. בקשר לעובדה זו, המטען מופק במתח המרבי המותר של לא יותר מ- 4.2 וולט.

כמה תרכובות ליתיום יכולות להצית בקלות אם חורג מהמתח, ולכן באופן מסורתי הם מובנים בסוללות ליתיום-יון בקרי רמת טעינהשאינם מאפשרים לחרוג מהמתח הקריטי. מאפיין בטיחות נוסף הוא השסתום המשולב להפגת לחץ עודף בתוך התיק.

סוללות ליתיום-יון כבר תפסו את מקומן הראוי בשוק מכשירי חשמל ביתיים. מדובר בסוללות לטלפונים סלולריים, מצלמות, מצלמות וידיאו, טאבלטים, נגנים וכו '.

ליתיום Ferrophosphate LiFePO4 זה נחשב לחומר הקתודה המבטיח ביותר בגלל ידידותיותו הסביבתית. ליתיום קובלטט LiCoO2, בתורו, רעיל ומזיק לסביבה, ולסוללות המבוססות עליו, רק 50% מהיונים ניתנים להסרה ממבנה המתחם, מכיוון שאם תסיר ממנו ליתיום לחלוטין, המבנה יהפוך לא יציב, קובלט יעבור למצב חמצון + 4 ו יוכלו לחמצן חמצן, והחמצן האטומי המשוחרר יחמצן את האלקטרוליט ויתרחש פיצוץ.מצברים בעלי קיבולת מוגברת (על בסיס LiCoO2) הם נפיצים ביותר.

Lithium Ferrophosphate LiFePO4 הוצע כחומר הקתודה של סוללות למכשירים חזקים יותר בשנת 1997 על ידי ג'ון גודנו.

ליתיום פרוספוספט קיים בקרום כדור הארץ ולא יוצר בעיות סביבתיות בעתיד. לא ניתן לשחרר ממנו חמצן, מכיוון שכולו מחובר מאוד בזרחן ויוצר יון פוספט יציב. עם זאת, לצורך האפשרות להשתמש בחומר זה היה עליו להיות מפוצל לחלקיקים קטנים, אחרת הוא יישאר מבודד בגלל המוליכות הנמוכה מאוד שלו. חלקיקים נוצרו למאמליים בגדלים קטנים לאורך כיוון התנועה של יוני ליתיום, ואז היו מצופים בשכבת פחמן בעובי ננומטר.

חלקיקים כאלה של LiFePO4 מסוגלים להיטען תוך 10 דקות, ואם הציפוי עדיין ישתנה, זמן הטעינה יופחת ל 1-3 דקות. בעתיד זהו חומר זה אשר יוכל לספק חשמל לרכבים חשמליים במשך 10 שנים. מחזור פריקת טעינה כבר אפשרי מבחינה טכנולוגית תוך 5-10 דקות בבטיחות מלאה.

מנקודת המבט של המדע המודרני, פיתוח ושחרורו של אפילו ננו אקומולטור לא ייקח הרבה זמן לחכות והמילה היא רק ליישום טכנולוגי רחב של פיתוחים. באשר לסיכויים של כלי רכב חשמליים, כעת אנו כבר יכולים להניח שהם יהפכו לאמצעי התחבורה העיקרי בערים בעתיד הקרוב.

Comments

[#1 ואדים]

העתיד הקרוב למדינות הפוסט-סובייטיות, מושג מעורפל מאוד. עד כה איש אינו מעוניין בטכנולוגיות כאלה בענף הרכב.

התיאור מעולה. פשוט לא מצאתי איך לתחזק נכון את הסוללה. לאחר שפשט במידע, הוא ייחש את הבעיה החשובה ביותר. זהו חיוב בזמן. מסתבר שככל שאחוז ההפרשות גבוה יותר, כך פחות מחזורים "פריקה - מטען". מומלץ לטעון בכלל אם הוא משוחרר ללא יותר מ 20%.

מה אתה חושב על זה?