يحتوي كل نوع من أنواع بطاريات الليثيوم على قيمة تيار شحن مثالية في ظل معايير مختلفة للحالة والبيئية. لذلك ، من منظور هيكل البطارية ، ما هي العوامل التي تؤثر على قيمة الشحن المثلى هذه.
عملية الشحن الدقيقة
تُعرف بطاريات الليثيوم باسم بطاريات "الكرسي الهزاز" ، حيث تنتقل الأيونات المشحونة بين الأقطاب الموجبة والسالبة ، وتستكمل نقل الشحنة وتزويد الدوائر الخارجية بالطاقة أو الشحن من مصادر خارجية. أثناء عملية الشحن التفصيلية ، يتم تطبيق جهد خارجي على القطبين الشمالي والجنوبي للبطارية ، وتنفصل أيونات الليثيوم عن بيانات القطب الموجب وتدخل في الإلكتروليت. معًا ، تتولد الإلكترونات الزائدة لتمريرها من خلال مجمع التيار الكهربائي الموجب وتتحرك نحو القطب السالب عبر دائرة خارجية ؛ تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب في الإلكتروليت ، مروراً بالحواجز وتصل إلى القطب السالب ؛ قم بتضمين فيلم SEI على سطح القطب السالب في هيكل الطبقات من القطب الكهربائي السالب الجرافيت والجمع مع الإلكترونات.
سيكون لبنية البطارية التي تؤثر على نقل الشحنة خلال عملية الأيونات والإلكترونات ، سواء كانت كهروكيميائية أو فيزيائية ، تأثير على وظيفة الشحن السريع.
الشحن السريع ، متطلبات أجزاء مختلفة من البطارية
فيما يتعلق بالبطاريات ، إذا أردنا تحسين كفاءة طاقتها ، فنحن بحاجة إلى العمل الجاد في جميع جوانب البطارية ، بما في ذلك القطب الموجب والقطب السالب والإلكتروليت والحواجز والتخطيط الهيكلي.
القطب الموجب
في الواقع ، يمكن استخدام جميع أنواع مواد القطب الموجب تقريبًا لصنع بطاريات شحن سريع. تشمل الوظائف الأساسية التي يجب ضمانها التوصيل (تقليل المقاومة الداخلية) ، والتشتت (ضمان ديناميكيات التفاعل) ، والعمر الافتراضي (بدون تفسير) ، والسلامة (بدون تفسير) ، ووظائف المعالجة المناسبة (ليست كبيرة جدًا من مساحة السطح ، وتقليل التفاعلات الجانبية ، وخدمة السلامة).
بالطبع ، قد تكون هناك اختلافات في المشكلات التي يجب معالجتها لكل نوع من المعلومات التفصيلية ، ولكن يمكن تلبية بيانات القطب الموجب المشتركة لدينا بهذه المتطلبات من خلال سلسلة من التحسينات ، ولكن المواد المختلفة لها أيضًا اختلافات:
ج: قد يكون فوسفات الحديد الليثيوم أكثر تركيزًا على معالجة القضايا المتعلقة بالتوصيل ودرجة الحرارة المنخفضة. طلاء الكربون ، النانومترية المعتدلة (لاحظ ، أنها معتدلة ، وبالتأكيد ليست المنطق البسيط للجزيئات الدقيقة التي تكون أفضل) ، ومعالجة سطح الجزيئات لتشكيل موصلات أيونية هي الاستراتيجيات الأكثر شيوعًا.
ب. أصبحت موصلية البيانات الثلاثية نفسها الآن جيدة نسبيًا ، ولكن نشاط استجابتها مرتفع جدًا ، لذلك من النادر أن تخضع البيانات الثلاثية لعمليات معالجة المواد النانوية (لا تعد المواد النانوية حلاً سحريًا للنهوض بوظائف البيانات ، خاصة في مجال البطاريات ، فهناك أحيانًا العديد من التأثيرات الضارة). يتم التركيز بشكل أكبر على الآثار الجانبية للسلامة وقمع (والكهارل) ، بعد كل شيء ، أصبحت السلامة الآن شريان حياة رئيسيًا للبيانات الثلاثية ، وقد أدى التكرار الأخير لحوادث سلامة البطارية أيضًا إلى وضع متطلبات أعلى في هذا الصدد.
يعتبر أكسيد المنغنيز الليثيوم أكثر أهمية من حيث العمر الافتراضي ، وهناك أيضًا العديد من بطاريات الشحن السريع من سلسلة أكسيد المنغنيز الليثيوم في السوق الآن.
قطب سالب
عند شحن بطارية ليثيوم أيون ، يتحرك الليثيوم باتجاه القطب السالب. ستؤدي الإمكانات العالية الناتجة عن التيار العالي للشحن السريع إلى إمكانات قطب سالب سلبي أكثر. في هذه اللحظة ، سيزداد ضغط القطب السالب لقبول الليثيوم بسرعة ، وسيزداد الميل لتوليد تشعبات الليثيوم. لذلك ، أثناء الشحن السريع ، لا يحتاج القطب السالب إلى تلبية المتطلبات الديناميكية لتشتت الليثيوم فحسب ، بل يحتاج أيضًا إلى التعامل مع مشكلات السلامة الناجمة عن الميل المتزايد لتوليد تشعبات الليثيوم. لذلك ، تتمثل الصعوبة التقنية الأساسية لنوى الشحن السريع في تضمين أيونات الليثيوم في القطب السالب.
ج: لا تزال مادة القطب السالب السائدة في السوق الحالية هي الجرافيت (يمثل حوالي 90 في المائة من حصة السوق) ، بدون أسباب أساسية أخرى - التكلفة المنخفضة ، وظيفة المعالجة الممتازة وكثافة الطاقة للجرافيت ، والعيوب القليلة نسبيًا. بالطبع ، هناك أيضًا مشاكل مع أنود الجرافيت. مظهره أكثر حساسية للإلكتروليت ، وتفاعل الليثيوم له اتجاه قوي. لذلك ، فإن الاتجاه الأول الذي يجب تجربته هو معالجة سطح الجرافيت ، وتحسين ثباته الهيكلي ، وتعزيز تشتت أيونات الليثيوم على القاعدة.
B. في السنوات الأخيرة ، كانت هناك العديد من التطورات في المواد الكربونية الصلبة والكربون اللين: المواد الكربونية الصلبة لديها إمكانية عالية لتداخل الليثيوم ، وهناك مسام دقيقة في البيانات ، مما يجعلها بارزة في ديناميكيات الاستجابة ؛ تتمتع المواد الكربونية اللينة بتوافق جيد مع الإلكتروليتات ، كما أن مواد MCMB هي أيضًا ممثلة جدًا. ومع ذلك ، فإن المواد الكربونية الصلبة والناعمة لها طاقة منخفضة وتكلفة عالية (وقد لا يُتوقع من منظور صناعي أن تكون رخيصة مثل الجرافيت) ، وبالتالي فإن الاستخدام الحالي أقل بكثير من الجرافيت وأكثر استخدامًا في بعض البطاريات الخاصة.
جيم ماذا عن تيتانات الليثيوم؟ ببساطة ، تكمن قوة تيتانات الليثيوم في كثافة الطاقة العالية ، والسلامة ، والعيوب الكبيرة ، وانخفاض كثافة الطاقة ، والتكلفة العالية من حيث Wh. لذلك ، يعد مفهوم بطاريات تيتانات الليثيوم مهارة مفيدة لها مزايا في مواقف محددة ، ولكنها ليست مناسبة للعديد من المجالات التي تتطلب تكاليف ومدى مرتفعين.
تعتبر مواد القطب السالب من السيليكون اتجاهًا هامًا للتطوير ، وقد بدأت الآن بطارية باناسونيك 18650 الجديدة العملية التجارية لمثل هذه المواد. ومع ذلك ، فإن تحقيق التوازن بين السعي وراء الوظائف في تقنية النانو ومتطلبات مستوى الميكرون العام لصناعة البطاريات للبيانات لا يزال يمثل مهمة صعبة بالنسبة إلى روان.