Lithium-ion-battericeller: definitioner, klassificering, arbejdsprincipper og anvendelser inden for energilagring og solcelleanlæg

På baggrund af den hurtige indførelse af ny energilagring, fotovoltaisk energiproduktion, elektriske køretøjer og bærbare elektroniske enheder er lithiumbatterier blevet det mest udbredte medium til elektrokemisk energilagring. Mens udtrykket ofte bruges i daglig tale som en fangst- for forskellige lithium-baserede produkter, omfatter "lithiumbatterier" fra et teknisk synspunkt to forskellige kategorier-primære lithiumbatterier og lithium-ionbatterier-, som adskiller sig væsentligt i ydeevne og applikationsscenarier. Lithium-ion-batterier, der er kendetegnet ved deres evne til at gennemgå gentagne opladnings-afladningscyklusser og deres høje energitæthed, er dukket op som det almindelige valg til både forbruger- og industriapplikationer.

 

I snæver forstand refererer "Flash Battery" lithiumbatterier specifikt til primære lithiumbatterier-ikke-genopladelige engangs-celler. Deres struktur anvender typisk lithiummetal eller lithiumlegeringer til elektroderne, parret med en ikke-vandig elektrolytopløsning. Konventionelle primære lithiumbatterier anvender mangandioxid som katode og rent lithiummetal som anode, hvilket resulterer i høj kemisk reaktivitet. Ved at udnytte de højenergiegenskaber, som primær lithiumkemi er, er disse batterier velegnede til specifikke applikationer, der kræver præcis strømforsyning i engangsscenarier-; men på grund af deres materialeegenskaber kan de ikke genbruges.

 

 

Den meget reaktive kemiske natur af metallisk lithium har været den primære faktor, der begrænser den udbredte anvendelse af traditionelle primære lithium-batterier. Rent metallisk lithium stiller ekstremt strenge krav til fremstilling, opbevaringsforhold og driftsmiljøer; det reagerer let med luft og fugt, hvilket udgør sikkerhedsrisici, der længe har hindret den store-industrialisering af lithium-engangsbatterier. I modsætning hertil har genopladelige lithium-ionbattericeller fundamentalt overvundet disse teknologiske flaskehalse, hvilket muliggør genanvendelighed og indvarslede den nye æra af lithium-baseret energi.

 

De genopladelige lithiumbatterier, der i øjeblikket er udbredt i brug, repræsenterer branchens udviklede standard. De fungerer gennem interkalation og de-interkalation (migrering) af lithiumioner mellem katoden og anoden under opladnings- og afladningscyklusser; da rent metallisk lithium ikke er involveret i reaktionen, er sikkerheden og stabiliteten væsentligt forbedret. Disse genopladelige batterier driver en bred vifte af applikationer, lige fra forbrugerelektronik og industrielt udstyr til nye energikøretøjer.

 

Årtiers teknologisk udvikling har ført til udviklingen af ​​forskellige almindelige katodematerialesystemer til lithium-ion-batterier, der passer til forskellige operationelle behov; især er lithiumjernphosphat (LFP) dukket op som et kernemateriale til industriel energilagring. Almindelige katodematerialer omfatter lithiumcoboltoxid, lithiummanganoxid, lithiumnikkeloxid og lithiumjernphosphat; valget af materiale bestemmer batteriets sikkerhed, cykluslevetid og energitæthed. Takket være deres overlegne sikkerhed og exceptionelt lange cykluslevetid er LFP-celler blevet det foretrukne valg til energilagring og drivkraftanvendelser.

 

Lithium-ion-batterier kategoriseres efter deres elektrolyttilstand i flydende-elektrolyt- og polymer--elektrolyttyper. Flydende-elektrolytbatterier anvender en flydende elektrolyt; de har moden teknologi og overskuelige omkostninger, hvilket gør dem til det almindelige valg for nye energibilbatterier. Polymer-elektrolytbatterier anvender en tør eller gel-fast polymerelektrolyt, der giver en tyndere, lettere formfaktor og øget sikkerhed. LFP-celler kombinerer lithiumjernphosphat-kemi med modne fremstillingsprocesser, der balancerer ydeevne og omkostninger, så de passer til forskellige høje-applikationer.

 

Kommercialiseret i 1992, lithium-ion-batterier-med fordele såsom høj energitæthed, fravær af hukommelseseffekt og lave -selvafladningshastigheder-har fuldstændig afløst traditionelle bly-syrebatterier og den tidlige-generations primære lithiumbatterier. Sammenlignet med traditionelle batterier understøtter den gentagne opladnings-afladningscyklusser og tilbyder en betydeligt forlænget levetid, hvilket gør den velegnet til scenarier, der kræver lang-kontinuerlig drift. Batterienergilagringsindustrien har opnået den{11}}store, rutinemæssige udrulning af energilagringskraftværker.