Bateriyên Lîtyûm-îyon Çawa Cîhana Me Dixebitînin?

Ez ji van hêzên enerjiyê yên di cîhazên me de matmayî mam. Çi wan ewqas şoreşger dike? Bila ez tiştên ku min keşf kirine parve bikim.

Pîlên lîtyûm-îyon di dema çerxên barkirin/daxistinê de bi rêya tevgera lîtyûm-îyon di navbera anodê û katodê de elektrîkê çêdikin. Densiya wan a enerjiyê ya bilind û şiyana wan a ji nû ve şarjkirinê wan ji bo elektronîkên veguhêzbar û wesayîtên elektrîkê îdeal dike, berevajî alternatîfên yekcar bikarhatî.

Lê di bin rûyê erdê de hîn bêtir tişt hene. Têgihîştina mekanîka wan eşkere dike ka çima ew li ser teknolojiya nûjen serdest in - û divê em çi sînordarkirinan çareser bikin.

Bateriyên lîtium-îyon bi rastî çawa dixebitin?

Min berê meraq dikir ka çi sihra di hundirê bataryaya laptopa min de heye. Rastî ji sihrê jî balkêştir e.

Îyonên lîtyûmê dema şarjkirinê bi rêya elektrolîtê ji katodê ber bi anodê ve diçin û enerjiyê hildigirin. Di dema şarjkirinê de, îyon vedigerin katodê û bi rêya çerxa derve elektronan berdidin. Ev reaksiyona elektroşîmyayî ya berevajî ji nû ve bikaranînê gengaz dike.

Di asta molekulî de, katod (bi gelemperî oksîda metalê ya lîtyûmê) dema ku şarj dest pê dike, îyonên lîtyûmê berdide. Ev îyon di nav elektrolîta şil re derbas dibin û di pêvajoyek ku jê re înterkalasyon tê gotin de di nav tebeqeyên grafîtê yên anodê de cih digirin. Di heman demê de, elektron di nav şarjkerê we re diherikin nav anodê.

Dema ku tê derxistin, pêvajo berevajî dibe: Îyonên lîtyûmê ji anodê derdikevin, di nav parzûna veqetîner re derbas dibin û dîsa dikevin avahiya katodê. Elektronên ku têne berdan bi rêya çerxê amûrê we dixebitînin. Nûbûnên sereke ev in:

• Optimîzasyona elektrolîtan: Lêzêdekirinên nû çêbûna dendrîtan kêm dikin ku dibe sedema kurteçûnan
• Sêwirana rewşa hişk: Ji bo rêgirtina li rijandinê, elektrolîtên şil bi rêberên seramîk/polîmer biguherînin.
• Pêşketinên anodê: Kompozîtên silîkonê kapasîteya hilanîna lîtyûmê li gorî grafîtê 10 caran zêde dikin.

Veqetandek roleke girîng a ewlehiyê dilîze - kunên wê yên mîkroskopîk rê didin derbasbûna iyonan di heman demê de têkiliya fîzîkî ya di navbera elektrodan de asteng dikin. Pergalên rêveberiya bateriyê bi berdewamî voltaja û germahiyê dişopînin da ku pêşî li zêdebarkirinê bigirin, ku dikare bibe sedema revîna germê.

Çi cûreyên cûda yên bataryayên lîtium-îyon ji hev cuda dike?

Ne hemû pîlên lîtyûmê wekhev tên afirandin. Min ev yek dema ku min sala borî modelên EV berawird kirin, hîn bû.

Guhertoyên sereke kîmyaya katodê (LCO, NMC, LFP), rêjeyên dendika enerjiyê, temenê çerxê, û aramiya germî ne. Bateriyên LFP temenê dirêjtir û ewlehiya bilindtir pêşkêş dikin, di heman demê de NMC ji bo menzîlek dirêjtir dendika enerjiyê ya bilindtir peyda dike.

Pêkhateya katodê taybetmendiyên performansê destnîşan dike:

• LCO (Lîtyûm Kobalt Oksît): Densiya enerjiyê bilind e lê temenê jiyanê kurttir e (500-800 çerx). Di telefonên jîr de tê bikaranîn.
• NMC (Nîkel Manganez Kobalt): Enerjî/densiteya hêzê ya hevseng (1,500-2,000 çerx). Li ser EV-yên mîna Tesla serdest e.
• LFP (Lîtyûm Hesin Phosphate): Aramiya germî ya awarte (3,000+ çerx). Ji hêla BYD û Tesla Standard Range ve hatî pejirandin.
• NCA (Nîkel Kobalt Aluminium): Densiya enerjiyê ya herî zêde lê aramiya kêmtir. Serlêdanên taybetî

Nûjeniyên anodê cûreyan bêtir ji hev cuda dikin:

• Grafît: Materyalê standard bi îstîqrara baş
• Silîkon-kompozît: Kapasîteya %25 zêdetir lê pirsgirêkên berfirehbûnê
• Lîtyûm-tîtanat: Barkirina pir bilez (10 hûrdem) lê dendika enerjiyê kêmtir e

Formûlasyonên elektrolîtan bandorê li ser performansa germahiyê dikin. Elektrolîtên nû yên florînkirî di -40°C de dixebitin, di heman demê de lêzêdekirinên seramîk şarjkirina pir bilez gengaz dikin. Buha jî pir diguhere - xaneyên LFP %30 erzantir ji NMC lê girantir in.

Çima bataryayên lîtyûm-îyon di wesayîtên elektrîkê de serdest in?

Dema ku min wesayîtên elektrîkî ceribandin, min fêm kir ku bataryayên wan ne tenê pêkhate ne - ew bingeh in.

Lîtyûm-îyon ji ber rêjeyên enerjî-giranî yên bêhempa (200+ Wh/kg), şiyana şarjkirina bilez, û lêçûnên kêmbûyî (ji sala 2010an vir ve %89 kêmkirin) di wesayîtên elektrîkî de serdest e. Ew menzîlên 300+ mîl peyda dikin ku bi alternatîfên asîda ser-pêş an jî hîdrîda nîkel-metal ne gengaz e.

Sê avantajên teknîkî serdestiya wan xurt dikin:

1. Serdestiya dendika enerjiyê: Benzîn 12,000 Wh/kg dihewîne, lê motorên ICE tenê %30 bikêrhatî ne. Pîlên NMC yên nûjen ji alternatîfên nîkel-based 4-5 caran ji her kg zêdetir enerjiya bikêrhatî peyda dikin, ku rê dide menzîlên pratîkî.
2. Karîgeriya şarjkirinê: Lîtyûm-îyon ji ber berxwedana navxweyî ya kêm şarjkirina bilez a 350kW+ qebûl dike (di 15 hûrdeman de 200 mîl zêde dike). Pîlên sotemeniyê yên hîdrojenê ji bo menzîla wekhev 3 caran dirêjtir sotemeniyê hewce dikin.
3. Sînerjiya frena nûjenker: Kîmyaya lîtyûmê bi awayekî bêhempa %90ê enerjiya frenê vedigerîne, li hember %45ê enerjiya asîda serşokê. Ev yek di ajotina bajêr de rêjeya firênê %15-20 dirêj dike.

Nûbûnên çêkirinê yên wekî teknolojiya şaneyê-ber-pakêtkirinê ya CATL pêkhateyên modular ji holê radikin, dendika pakêtê zêde dikin heta 200Wh/kg di heman demê de lêçûnan kêm dikin heta 97 $/kWh (2023). Prototîpên rewşa hişk soz didin ku heta sala 2030an 500Wh/kg bigihîjin.

Fikarên girîng ên ewlehiyê yên bataryayên lîtium-îyon çi ne?

Dîtina şewata bataryayên wesayîtên elektrîkî di nûçeyan de hişt ku ez li hember reklam û reklamên zêde lêkolîn bikim.

Revîna germahiyê - germbûna bêkontrol a ji ber kurteçûnan an zirarê çêdibe - xetera sereke ye. Parastvanên nûjen veqetandinên bi pêçandina seramîk, elektrolîtên agirnegir, û pergalên rêveberiya bateriyê yên pir-qatî hene ku her şaneyê 100 caran/çirkeyê dişopînin.

Revîna germî dema ku germahî ji 150°C derbas bibe dest pê dike, û reaksiyonên hilweşandinê dide destpêkirin:

1. Şikestina qata SEI (80-120°C)
2. Reaksiyona elektrolîtê bi anodê re (120-150°C)
3. Hilweşîna katodê oksîjenê derdixe (180-250°C)
4. Şewitandina elektrolîtê (200°C+)

Hilberîner pênc tebeqeyên parastinê bicîh tînin:

• Sêwirana pêşîlêgirtinê: Lêzêdekerên tepeserkirina dendrîtan di elektrolîtan de
• "Sîstemên ragirtinê": Kanalên sarincê di navbera şaneyan û dîwarên agir de
• Çavdêrîkirin: Sensorên voltaj/germahî li ser her şaneyê
• "Kontrolên nermalavê": Di nav milîçirkeyan de şaneyên zirardar veqetandin
• "Parastina avahîsaziyê": Qefesên bateriyê yên ku li hember teqînan disekinin

Kîmyaya fosfata hesin (LFP) berî hilweşînê li hember 150°C ya NMC li ber xwe dide. Bateriyên nû yên sodyûm-îyon xetereyên şewatê bi tevahî ji holê radikin lê dendika wan kêmtir e. Her tim şarjkerên ji hêla hilberîner ve pejirandî bikar bînin - %78ê têkçûnan alavên piştî firotanê vedihewîne.

Xelasî

Teknolojiya lîtyûm-îyon dendika enerjiyê, lêçûn û ewlehiyê hevseng dike - lê berdewam pêş dikeve. Pîlên rewşa zexm ên sibê dikarin sînordariyên îro çareser bikin di heman demê de ku pêşeroja me ya domdar hêzdar dikin.