Litium-ion-battericeller: definisjoner, klassifisering, arbeidsprinsipper og anvendelser innen energilagring og solcelleanlegg

På bakgrunn av den raske bruken av ny energilagring, fotovoltaisk kraftproduksjon, elektriske kjøretøy og bærbare elektroniske enheter, har litiumbatterier blitt det mest brukte mediet for elektrokjemisk energilagring. Mens begrepet ofte brukes i daglig tale som en fangst- for ulike litium-baserte produkter, fra et teknisk synspunkt, omfatter "litiumbatterier" to forskjellige kategorier-primære litiumbatterier og litium-ionbatterier-som avviker betydelig i ytelse og applikasjonsscenarioegenskaper. Litium-ion-batterier, kjennetegnet ved deres evne til å gjennomgå gjentatte lade-utladingssykluser og deres høye energitetthet, har dukket opp som hovedvalget for både forbruker- og industriapplikasjoner.

 

I streng forstand refererer "Flash Battery" litiumbatterier spesifikt til primære litiumbatterier-ikke-oppladbare, engangs-celler. Strukturen deres bruker vanligvis litiummetall eller litiumlegeringer for elektrodene, sammen med en ikke-vandig elektrolyttløsning. Konvensjonelle primære litiumbatterier bruker mangandioksid som katode og rent litiummetall som anode, noe som resulterer i høy kjemisk reaktivitet. Ved å utnytte de høye energikarakteristikkene til primær litiumkjemi er disse batteriene egnet for spesifikke bruksområder som krever presis kraftlevering i engangsscenarier-; men på grunn av deres materialegenskaper kan de ikke gjenbrukes.

 

 

Den svært reaktive kjemiske naturen til metallisk litium har vært den primære faktoren som begrenser den utbredte bruken av tradisjonelle primære litiumbatterier. Rent metallisk litium stiller ekstremt strenge krav til produksjon, lagringsforhold og driftsmiljøer; den reagerer lett med luft og fuktighet, og utgjør sikkerhetsrisikoer som lenge har hindret stor{1}}industrialisering av litiumbatterier til engangsbruk. I motsetning til dette har oppladbare litium-ionbattericeller fundamentalt overvunnet disse teknologiske flaskehalsene, og muliggjort resirkulering og innledet den nye æraen med litium-basert energi.

 

De oppladbare litiumbatteriene som for tiden er i utbredt bruk representerer bransjens utviklede standard. De fungerer gjennom interkalering og de-interkalering (migrering) av litiumioner mellom katoden og anoden under lade- og utladingssykluser; siden rent metallisk litium ikke er involvert i reaksjonen, er sikkerheten og stabiliteten betydelig forbedret. Disse oppladbare batteriene driver en lang rekke bruksområder, alt fra forbrukerelektronikk og industrielt utstyr til nye energikjøretøyer.

 

Tiår med teknologisk utvikling har ført til utviklingen av ulike vanlige katodematerialsystemer for litium-ionbatterier for å dekke ulike operasjonelle behov; spesielt har litiumjernfosfat (LFP) dukket opp som et kjernemateriale for industriell energilagring. Vanlige katodematerialer inkluderer litiumkoboltoksid, litiummanganoksid, litiumnikkeloksid og litiumjernfosfat; valget av materiale bestemmer batteriets sikkerhet, sykluslevetid og energitetthet. Takket være deres overlegne sikkerhet og eksepsjonelt lange sykluslevetid, har LFP-celler blitt det foretrukne valget for energilagring og drivkraftapplikasjoner.

 

Litium-ionbatterier er kategorisert etter deres elektrolytttilstand i flytende-elektrolytt- og polymer--elektrolytttyper. Flytende-elektrolyttbatterier bruker en flytende elektrolytt; de har moden teknologi og håndterbare kostnader, noe som gjør dem til det vanlige valget for nye energibilbatterier. Polymer-elektrolyttbatterier bruker en tørr eller gel-fast polymerelektrolytt, som gir en tynnere, lettere formfaktor og forbedret sikkerhet. LFP-celler kombinerer litiumjernfosfatkjemi med modne produksjonsprosesser, som balanserer ytelse og kostnader for å passe til ulike bruksområder med høy-effekt.

 

Kommersialisert i 1992, litium-ionbatterier-med fordeler som høy energitetthet, fravær av minneeffekt og lave -selvutladningshastigheter-har fullstendig erstattet tradisjonelle bly-syrebatterier og tidlig-generasjons primærlitiumbatterier. Sammenlignet med tradisjonelle batterier støtter den gjentatte lade-utladingssykluser og tilbyr en betydelig forlenget levetid, noe som gjør den egnet for scenarier som krever lang-kontinuerlig drift. Industrien for lagring av batterienergi har oppnådd den{11}}storskala, rutinemessige utplasseringen av energilagringskraftverk.