Литијум{0}}-јонске батерије: дефиниције, класификација, принципи рада и примене у складиштењу енергије и фотонапонској опреми

У позадини брзог усвајања нових складишта енергије, производње фотонапонске енергије, електричних возила и преносивих електронских уређаја, литијумске батерије су постале најчешће коришћени медијум за складиштење електрохемијске енергије. Иако се тај израз често колоквијално користи као допуна-све за различите производе засноване на литијуму-, са техничког становишта, „литијумске батерије“ обухватају две различите категорије-примарне литијумске батерије и литијум{4}}јонске батерије-које се разликују и значајно се разликују по перформансама и карактеристикама примене, сценаријима. Литијум{7}}јонске батерије, које се одликују својом способношћу да се подвргну поновљеним циклусима пуњења{8}}пражњења и високом густином енергије, постале су главни избор за потрошачке и индустријске примене.

 

У строгом смислу, „флеш батерија“ литијумске батерије се посебно односе на примарне литијумске батерије-не-непуњиве, једнократне-ћелије. Њихова структура обично користи метал литијум или легуре литијума за електроде, упарене са не-воденим раствором електролита. Конвенционалне примарне литијумске батерије користе манган диоксид као катоду и чисти литијумски метал као аноду, што резултира високом хемијском реактивношћу. Користећи високе енергетске карактеристике примарне хемије литијума, ове батерије су погодне за специфичне апликације које захтевају прецизну испоруку енергије у сценаријима за једнократну{7}}употребу; међутим, због својстава материјала не могу се поново користити.

 

 

Високо реактивна хемијска природа металног литијума била је примарни фактор који ограничава широко усвајање традиционалних примарних литијумских батерија. Чисти метални литијум намеће изузетно строге захтеве у погледу производње, услова складиштења и радног окружења; лако реагује са ваздухом и влагом, представљајући безбедносне ризике који су дуго ометали-индустријализацију литијумских батерија за једнократну употребу. Насупрот томе, пуњиве литијум-јонске батерије у основи су превазишле ова технолошка уска грла, омогућавајући рециклирање и уводе нову еру енергије засноване на литијуму{4}}у.

 

Пуњиве литијумске батерије које су тренутно у широкој употреби представљају развијени стандард у индустрији. Они раде путем интеркалације и де-интеркалације (миграције) литијум јона између катоде и аноде током циклуса пуњења и пражњења; пошто чисти метални литијум није укључен у реакцију, безбедност и стабилност су значајно побољшане. Ове пуњиве батерије напајају широк спектар примена, од потрошачке електронике и индустријске опреме до нових енергетских возила.

 

Деценије технолошке еволуције довеле су до развоја различитих система катодних материјала за литијум{0}}јонске батерије како би се задовољиле различите оперативне потребе; нарочито, литијум гвожђе фосфат (ЛФП) се појавио као основни материјал за индустријско складиштење енергије. Уобичајени катодни материјали укључују литијум кобалт оксид, литијум манган оксид, литијум никл оксид и литијум гвожђе фосфат; избор материјала одређује безбедност батерије, животни век и густину енергије. Захваљујући својој супериорној сигурности и изузетно дугом веку циклуса, ЛФП ћелије су постале пожељан избор за складиштење енергије и апликације за погонску снагу.

 

Литијум{0}}јонске батерије су категорисане према стању електролита на течне-електролите и полимерне{2}} типове електролита. Батерије са течним-електролитом користе течни електролит; одликују се зрелом технологијом и подношљивим трошковима, што их чини главним избором за нова енергетска батерија за возила. Батерије са полимер-електролитом користе чврсти полимерни електролит у сувом или гел- стању, нудећи тањи, лакши фактор облика и повећану безбедност. ЛФП ћелије комбинују хемију литијум гвожђе фосфата са зрелим производним процесима, балансирајући перформансе и цену како би одговарали различитим апликацијама велике{9}}не снаге.

 

Комерцијализоване 1992. године, литијум-јонске батерије-са предностима као што су висока густина енергије, одсуство меморијског ефекта и ниске-стопе самопражњења-у потпуности су замениле традиционалне оловне{5}}киселинске батерије и рану{6}генерацију примарних литијумских батерија. У поређењу са традиционалним батеријама, подржава поновљене циклусе пуњења{8}}пражњења и нуди значајно продужен радни век, што га чини погодним за сценарије који захтевају дуготрајан-континуирани рад. Индустрија складиштења енергије батерија је постигла -обимно, рутинско коришћење електрана за складиштење енергије.