Eine Einführung in Lithiumbatterien
Präsentation
Zwischen Elektrofahrzeugen, PDAs und PCs sind Batterien vielleicht vorbei. Das wird sich so schnell nicht ändern. Der weltweite Stromverbrauch steigt
rasant und moderne Mobiltelefone, Tablets und Tablets werden im Allgemeinen immer normaler. Darüber hinaus beobachten Batterien Anwendungen in der
Energiespeicherung, da sich der umweltfreundliche Strombereich immer weiter entwickelt. Architekten und Forscher haben zahlreiche clevere
Fortschritte geschaffen, um unseren Kapazitätsbedarf zu decken, aber keiner scheint sich als endgültige Innovation durchgesetzt zu haben Lithium-Ionen-Akkus für Industrieanlagen.
Schwungrad-, gepackte Luft- und Warmvorratsspeicherung sind im Großen und Ganzen solide Konkurrenten für die Vorratsspeicherung im Netzmaßstab,
während Lithium-Partikel-, Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien um die vielseitige Energiespeicherung konkurrieren. Es läuft alles
darauf hinaus, dass wir eigentlich keine ideale Methode gefunden haben, um unsere Macht wegzustecken. Dieser Artikel wird über die Innovation und
Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien sprechen.
Bis in die 1990er Jahre waren Nickel-Cadmium-Batterien (NiCad) im Grunde die Hauptentscheidung bei batteriebetriebenen Batterien. Das ernsthafte
Problem bei diesen Geräten war, dass sie einen hohen Temperaturkoeffizienten hatten. Dies implizierte, dass die Präsentation der Zellen beim
Aufwärmen absinken würde. Außerdem ist Cadmium, einer der Hauptbestandteile der Zelle, teuer und ökologisch bedenklich (es wird zusätzlich in dünnen
Folienplatten verwendet). Nickel-Metall-Hydrid (NiMH) und Lithium-Partikel kamen in den 90er Jahren als Konkurrenten zu NiCad auf. Von diesem
Zeitpunkt an ist eine das Gehirn desensibilisierende Anzahl von Innovationen zur Verfügung gestanden. Unter diesen zeichnen sich Lithium-Partikel-
Batterien als vielversprechende Anwärter auf ein breites Anwendungsspektrum aus.
Lithium-Partikel-Zellen wurden in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter Elektrofahrzeuge, Herzschrittmacher, PCs und militärische Microgrids. Sie
sind sehr wartungsarm und energieintensiv. Tragischerweise haben Business-Lithium-Partikel-Zellen ein paar echte Nachteile. Sie sind extravagant,
filigran und haben eine kurze Lebenserwartung in tiefgreifenden Kreislaufanwendungen. Das Schicksal vieler reifender Fortschritte, einschließlich
Elektrofahrzeuge, hängt von Upgrades in der Zellausführung ab.
Innovation
Eine Batterie ist ein elektrochemisches Gerät. Dies impliziert, dass es zusammengesetzte Energie in elektrische Energie umwandelt. Batteriebetriebene
Batterien können in die andere Richtung wechseln, da sie umkehrbare Reaktionen verwenden. Jedes Telefon besteht aus einem positiven Anschluss, der
als Kathode bezeichnet wird, und einem negativen Anschluss, der als Anode bezeichnet wird. Die Kathoden sind in einem Elektrolyten angeordnet und
mittels eines äußeren Stromkreises verbunden, der einen Elektronenstrom zulässt.
Frühe Lithiumbatterien waren Hochtemperaturzellen mit flüssigen Lithiumkathoden und flüssigen Schwefelanoden. Diese warmen batteriebetriebenen
Batterien, die bei etwa 400 Grad Celsius arbeiten, wurden erstmals in den 1980er Jahren zu Geld verkauft. Ungeachtet dessen erwies sich die
Anodenregulierung aufgrund der Instabilität von Lithium als schwierig. Letztendlich bremsten Temperaturprobleme, Verbrauch und die Weiterentwicklung
von Umgebungstemperaturbatterien die Akzeptanz von flüssigen Lithium-Schwefel-Zellen. Obwohl dies hypothetisch immer noch eine außergewöhnlich starke
Batterie ist, stellten die Forscher fest, dass der Austausch einer gewissen Energiestärke für die Solidität wichtig war. Dies führte zu Lithium-
Partikel-Innovationen.
Eine Lithium-Partikel-Batterie hat im Großen und Ganzen eine Graphit-Kohlenstoff-Anode, die Li+-Partikel aufweist, und eine Metalloxid-Kathode. Der
Elektrolyt besteht aus einem Lithiumsalz (LiPF6, LiBF4, LiClO4), das in einem natürlichen löslichen Stoff wie Ether zerfallen ist. Da Lithium heftig
auf Wasserdämpfe reagieren würde, ist die Zelle zu 100 % fixiert. Ebenso sind die Anoden, um einem Kurzschluss vorzubeugen, durch ein durchlässiges
Material isoliert, das einen tatsächlichen Kontakt verhindert. An dem Punkt, an dem die Zelle geladen wird, interkalieren Lithiumpartikel zwischen
Kohlenstoffatome in der Anode. An der Kathode werden währenddessen Lithiumteilchen und Elektronen abgegeben. Während der Freisetzung tritt das
Umgekehrte auf: Li-Partikel passieren die Anode und wandern zur Kathode. Da die Zelle die Fortbewegung von Teilchen und Elektronen beinhaltet, sollte
das Gerüst sowohl ein anständiger elektrischer als auch ionischer Überträger sein. Sony förderte 1990 die wichtigste Li+-Batterie mit einer Lithium-
Kobaltoxid-Kathode und einer Kohlenstoffanode.
Generell haben Lithium-Partikel-Zellen erhebliche Vorteile, die sie in zahlreichen Anwendungen zur Hauptentscheidung gemacht haben. Lithium ist das
Metall mit der geringsten Molmasse und dem besten elektrochemischen Potential. Dies impliziert, dass Li-Partikel-Batterien eine extrem hohe
Energiedicke haben können. Ein übliches Lithiumzellenpotential beträgt 3,6 V (Lithium-Kobalt-Oxid-Kohlenstoff). Ebenso haben sie mit 5 % eine viel
geringere Selbstfreisetzungsrate als NiCad-Batterien, die sich im Allgemeinen mit 20 % selbst freisetzen. Ebenso enthalten diese Zellen keine
riskanten Schwermetalle wie Cadmium und Blei. Endlich haben Li+ Akkus keine Speicherauswirkungen und müssen nicht nachgefüllt werden. Dies macht sie
im Gegensatz zu anderen Batterien wartungsarm.