Ogniwa akumulatorów-litowo-jonowych: definicje, klasyfikacja, zasady działania i zastosowania w magazynowaniu energii i fotowoltaice

W kontekście szybkiego wdrażania nowych sposobów magazynowania energii, wytwarzania energii fotowoltaicznej, pojazdów elektrycznych i przenośnych urządzeń elektronicznych, baterie litowe stały się najczęściej stosowanym nośnikiem elektrochemicznego magazynowania energii. Choć termin ten jest często używany potocznie jako określenie-różnych produktów-litowych, z technicznego punktu widzenia „baterie litowe” obejmują dwie odrębne kategorie-główne baterie litowe i-baterie litowo-jonowe-, które znacznie różnią się wydajnością, właściwościami i scenariuszami zastosowań. Baterie litowe-jonowe, wyróżniające się możliwością poddawania się wielokrotnym cyklom-rozładowań i dużą gęstością energii, stały się głównym wyborem zarówno w zastosowaniach konsumenckich, jak i przemysłowych.

 

W ścisłym tego słowa znaczeniu baterie litowe „bateria flash” odnoszą się w szczególności do pierwotnych baterii litowych-nie-jednorazowego-użytkowania. W ich strukturze zazwyczaj do budowy elektrod wykorzystuje się lit metaliczny lub stopy litu w połączeniu z niewodnym roztworem elektrolitu. Konwencjonalne pierwotne baterie litowe wykorzystują dwutlenek manganu jako katodę i czysty metaliczny lit jako anodę, co skutkuje wysoką reaktywnością chemiczną. Wykorzystując wysoką energię pierwotnego litu, akumulatory te nadają się do określonych zastosowań wymagających precyzyjnego dostarczania mocy w scenariuszach jednorazowego-użytkowania; jednakże ze względu na swoje właściwości materiałowe nie nadają się do ponownego wykorzystania.

 

 

Wysoce reaktywny charakter chemiczny metalicznego litu jest głównym czynnikiem ograniczającym powszechne stosowanie tradycyjnych pierwotnych baterii litowych. Czysty metaliczny lit nakłada niezwykle rygorystyczne wymagania dotyczące produkcji, warunków przechowywania i środowiska operacyjnego; łatwo reaguje z powietrzem i wilgocią, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa, które od dawna utrudnia-uprzemysłowienie jednorazowych baterii litowych na dużą skalę. Z kolei ogniwa akumulatorów litowo-jonowych-w sposób zasadniczy przezwyciężyły te technologiczne wąskie gardła, umożliwiając recykling i zapoczątkowując nową erę energii-na bazie litu.

 

Powszechnie stosowane obecnie akumulatory litowe reprezentują rozwinięty standard w branży. Działają poprzez interkalację i de-interkalację (migrację) jonów litu pomiędzy katodą i anodą podczas cykli ładowania i rozładowywania; ponieważ czysty metaliczny lit nie bierze udziału w reakcji, bezpieczeństwo i stabilność są znacznie zwiększone. Te akumulatory nadają się do szerokiego zakresu zastosowań, od elektroniki użytkowej i sprzętu przemysłowego po pojazdy nowej generacji.

 

Dziesięciolecia ewolucji technologicznej doprowadziły do ​​opracowania różnych popularnych systemów materiałów katodowych do akumulatorów litowo-jonowych, dostosowanych do różnych potrzeb operacyjnych; w szczególności fosforan litowo-żelazowy (LFP) stał się podstawowym materiałem do przemysłowego magazynowania energii. Typowe materiały katodowe obejmują tlenek litowo-kobaltowy, tlenek litowo-manganowy, tlenek litowo-niklowy i fosforan litowo-żelazowy; wybór materiału decyduje o bezpieczeństwie baterii, żywotności i gęstości energii. Dzięki swojemu doskonałemu bezpieczeństwu i wyjątkowo długiej żywotności ogniwa LFP stały się preferowanym wyborem do zastosowań związanych z magazynowaniem energii i mocą napędową.

 

Baterie litowe-jonowe dzielą się ze względu na stan elektrolitu na ciekły-elektrolit i polimer-elektrolit. W akumulatorach z-ciekłym elektrolitem stosuje się ciekły elektrolit; Charakteryzują się dojrzałą technologią i możliwymi do zarządzania kosztami, co czyni je głównym wyborem w przypadku akumulatorów do pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii. Baterie polimerowe-elektrolitowe wykorzystują suchy lub żelowy-stały elektrolit polimerowy, co zapewnia cieńszą, lżejszą obudowę i większe bezpieczeństwo. Ogniwa LFP łączą skład chemiczny fosforanu litowo-żelazowego z dojrzałymi procesami produkcyjnymi, równoważąc wydajność i koszty w celu dostosowania do różnych-zastosowań o dużej mocy.

 

Wprowadzone na rynek w 1992 r. akumulatory litowe-jonowe- charakteryzujące się takimi zaletami, jak duża gęstość energii, brak efektu pamięci i niski-szybkość samorozładowania-całkowicie wyparły tradycyjne akumulatory ołowiowe-kwasowe i-pierwotne akumulatory litowe pierwszej generacji. W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami obsługuje wielokrotne cykle-rozładowania i oferuje znacznie dłuższą żywotność, dzięki czemu nadaje się do scenariuszy wymagających długotrwałej-ciągłej pracy. Branża magazynowania energii akumulatorowej osiągnęła{11}rutynowe wdrażanie elektrowni magazynujących energię na dużą skalę.