Елементи літій-{0}}іонної батареї: визначення, класифікація, принципи роботи та застосування в накопичувачах енергії та фотоелектричних установках

На тлі швидкого впровадження нових накопичувачів енергії, фотоелектричної генерації електроенергії, електромобілів і портативних електронних пристроїв літієві батареї стали найбільш широко використовуваним середовищем для електрохімічного зберігання енергії. Хоча цей термін часто використовується в розмовній мові як-все для різних літієвих-продуктів, з технічної точки зору «літієві батареї» охоплюють дві різні категорії-первинні літієві батареї та літій-іонні батареї-, які значно відрізняються продуктивністю, характеристиками та сценаріями застосування. Літій-іонні батареї, які вирізняються своєю здатністю проходити багаторазові цикли заряду-розряду та високою щільністю енергії, стали основним вибором як для споживчих, так і для промислових застосувань.

 

У строгому сенсі літієві батареї "Flash Battery" стосуються саме первинних літієвих батарей-не-перезаряджуваних одноразових-елементів. У їхній структурі для електродів зазвичай використовується металевий літій або літієві сплави в поєднанні з не-водним розчином електроліту. Звичайні первинні літієві батареї використовують діоксид марганцю як катод і чистий металевий літій як анод, що забезпечує високу хімічну реакційну здатність. Завдяки використанню високих енергетичних характеристик первинної літієвої хімії, ці батареї підходять для спеціальних застосувань, які вимагають точної подачі електроенергії в сценаріях одноразового-використання; однак через властивості матеріалу вони не можуть бути використані повторно.

 

 

Висока реактивна хімічна природа металевого літію була основним фактором, що обмежує широке впровадження традиційних первинних літієвих батарей. Чистий металевий літій висуває надзвичайно суворі вимоги щодо виробництва, умов зберігання та робочого середовища; він легко реагує з повітрям і вологою, створюючи ризики для безпеки, які протягом тривалого часу перешкоджали широкомасштабній-індустріалізації одноразових літієвих батарей. На відміну від цього, перезаряджувані літій-іонні батареї фундаментально подолали ці технологічні вузькі місця, уможлививши переробку та розпочавши нову еру літієвої-енергії.

 

Перезаряджувані літієві батареї, які зараз широко використовуються, являють собою вдосконалений стандарт галузі. Вони працюють шляхом інтеркаляції та де{1}}інтеркаляції (міграції) іонів літію між катодом і анодом під час циклів заряду та розряду; оскільки чистий металевий літій не бере участі в реакції, безпека та стабільність значно підвищуються. Ці акумуляторні батареї живлять широкий спектр застосувань, починаючи від споживчої електроніки та промислового обладнання до транспортних засобів з новою енергією.

 

Десятиліття технологічної еволюції призвели до розробки різноманітних основних систем катодних матеріалів для літій-іонних батарей, які відповідають різним експлуатаційним потребам; зокрема, літій-залізо-фосфат (LFP) став основним матеріалом для промислового зберігання енергії. Загальні катодні матеріали включають літій-кобальт оксид, літій-оксид марганцю, літій-нікелевий оксид і літій-залізофосфат; вибір матеріалу визначає безпеку батареї, термін служби та щільність енергії. Завдяки своїй надзвичайній безпеці та надзвичайно довгому терміну служби елементи LFP стали кращим вибором для накопичення енергії та рушійної сили.

 

За станом електроліту літій-{0}}іонні батареї поділяються на рідкі-електроліти та полімерні-електроліти. Акумулятори з рідким-електролітом використовують рідкий електроліт; вони відрізняються розвиненою технологією та керованою ціною, що робить їх основним вибором для акумуляторів нових транспортних засобів. Полімер-електролітні батареї використовують сухий або гелевий-стан твердого полімерного електроліту, що пропонує тонший, легший форм-фактор і підвищену безпеку. Елементи LFP поєднують хімію літій-залізо-фосфату з розвиненими виробничими процесами, збалансовуючи продуктивність і вартість для різноманітних -застосувань із високою потужністю.

 

Літій{1}}іонні батареї-з такими перевагами, як висока щільність енергії, відсутність ефекту пам’яті та низька -швидкість саморозряду-, виведені на комерціалізацію в 1992 році, повністю витіснили традиційні свинцево-кислотні батареї та первинні літієві батареї раннього-покоління. Порівняно з традиційними батареями, він підтримує багаторазові цикли заряду-розряду та пропонує значно подовжений термін служби, що робить його придатним для сценаріїв, які вимагають тривалої-безперервної роботи. Галузь акумуляторних накопичувачів енергії досягла широкомасштабного-розгортання регулярних електростанцій накопичення енергії.