லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் அறிமுகம்
லித்தியம்{0}}அயன் பேட்டரிகளின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை
ஒரு லித்தியம்-அயன் பேட்டரி முக்கியமாக நேர்மறை மின்முனை, எதிர்மறை மின்முனை, லித்தியம் அயனிகளைக் கடத்தும் எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் ஒருபிரிப்பான்நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளை பிரிக்கும் உறை. நேர்மறை மின்முனைப் பொருள் பொதுவாக லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO₂), லித்தியம் நிக்கல் ஆக்சைடு (LiNiO₂), லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LiMn₂O₄) போன்ற லித்தியம் அயனிகளை மீளச் செருகுவதற்கும் பிரித்தெடுப்பதற்கும் அனுமதிக்கும் ஒரு கலவை ஆகும். (LiCoₓNiᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂). எலக்ட்ரோலைட் என்பது லித்தியம் உப்புகளால் ஆனது (பொதுவான லித்தியம் உப்புகளில் LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiBOB போன்றவை அடங்கும்.) ஒரு குறிப்பிட்ட கரைப்பானில் கரைக்கப்படுகிறது (முக்கியமாக எத்திலீன் கார்பனேட் (EC), டைதில் கார்பனேட் (DEC), ப்ரோபைல் கார்பனேட் (DEC), புரோபைல் டிஎம்சி விகிதம்). பிரிப்பான் பொருள் பொதுவாக பாலியோல்பின் பிசின் ஆகும், பொதுவாக ஒற்றை-அடுக்கு அல்லது பல{6}}அடுக்கு பாலிப்ரோப்பிலீன் (பிபி) மற்றும் செல்கார்ட் 2300 பிரிப்பான் போன்ற பாலிஎதிலீன் (PE) மைக்ரோபோரஸ் சவ்வுகளைப் பயன்படுத்துகிறது. எதிர்மறை மின்முனையானது பொதுவாக பெட்ரோலியம் கோக், தூய கிராஃபைட் மற்றும் அடுக்கு கிராஃபைட் கலந்த கார்பன் போன்ற லித்தியம் இடைக்கணிப்பு திறன் கொண்ட பொருட்களைப் பயன்படுத்துகிறது. கார்பனை (C₆) எதிர்மறை மின்முனையாகவும், மாற்றம் உலோக ஆக்சைடு LiMeO₂ நேர்மறை மின்முனையாகவும் பயன்படுத்தும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரியில் எதிர்வினை பின்வருமாறு.
சார்ஜ் செய்யும் போது:
வெளியேற்றத்தின் போது:
சார்ஜ் செய்யும் போது, லித்தியம் அயனிகள் நேர்மறை மின்முனையிலிருந்து வெளியிடப்பட்டு எதிர்மறை மின்முனையில் செருகப்படுகின்றன; வெளியேற்றும் போது, எதிர்மறை மின்முனையிலிருந்து லித்தியம் அயனிகள் வெளியிடப்பட்டு நேர்மின்முனையில் செருகப்படுகின்றன. வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் போது, லித்தியம் அயனிகள் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையில் முன்னும் பின்னுமாக நகரும், ஒரு ராக்கிங் நாற்காலி போன்றது. எனவே, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் "ராக்கிங் சேர் பேட்டரிகள்" என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. அவர்களின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையை படம் 1.1 மூலம் விளக்கலாம்.
சாதாரண சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் நிலைகளின் கீழ், அடுக்கு கார்பன் பொருட்கள் மற்றும் ஆக்சைடு துகள்கள் அல்லது லித்தியம்{0}}அயன் பேட்டரிகளில் அடுக்குகளுக்கு இடையே லித்தியம் அயனிகளின் செருகல் மற்றும் பிரித்தெடுத்தல் பொதுவாக இடைநிலை இடைவெளியில் மாற்றங்களை மட்டுமே ஏற்படுத்துகிறது மற்றும் படிக அமைப்பை சேதப்படுத்தாது. சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றத்தின் போது, நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை பொருட்களின் வேதியியல் கட்டமைப்புகள் அடிப்படையில் மாறாமல் இருக்கும். எனவே, சார்ஜ்-வெளியேற்ற எதிர்வினையின் மீள்தன்மையின் கண்ணோட்டத்தில், பேட்டரி பொருட்களில் லித்தியம் அயனிகளைச் செருகுவதும் பிரித்தெடுப்பதும் ஒரு சிறந்த எதிர்வினை செயல்முறையாகும். இந்தப் பண்புகளின் அடிப்படையில், நிக்கல்-காட்மியம் மற்றும் நிக்கல்{7}}மெட்டல் ஹைட்ரைடு பேட்டரிகளைக் காட்டிலும் லித்தியம்{5}}அயன் பேட்டரிகள் செயல்திறனில் சிறந்தவை.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரி வகைப்பாடு
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் பயன்படுத்தப்படும் கேத்தோடு பொருள், தோற்றம் மற்றும் அளவு, செல் உற்பத்தி முறை, பேக்கேஜிங் வகை மற்றும் பயன்பாட்டு பண்புகள் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் வகைப்படுத்தலாம்.
பயன்படுத்தப்படும் கத்தோட் பொருளின் அடிப்படையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு பேட்டரிகள், லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு பேட்டரிகள், டெர்னரி லித்தியம் பேட்டரிகள் மற்றும் லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் பேட்டரிகள் எனப் பிரிக்கலாம்.
லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு பேட்டரிகள் பெயரளவு மின்னழுத்தம் 3.7V மற்றும் இயக்க மின்னழுத்த வரம்பு 2.4~4.2V. லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு பேட்டரிகள் நிலையான கட்டமைப்பு, அதிக குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் சிறந்த ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவற்றின் பாதுகாப்பு மோசமாக உள்ளது மற்றும் அவற்றின் விலை அதிகமாக உள்ளது, முக்கியமாக சிறிய மற்றும் நடுத்தர அளவிலான செல்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், உயர்-மின்னழுத்த லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு பொருட்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, இது பேட்டரியின் மேல் வரம்பு மின்னழுத்தத்தை 4.3V அல்லது 4.35V ஆக அதிகரிக்கலாம், இதன் மூலம் பேட்டரி திறன் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியை திறம்பட மேம்படுத்துகிறது. தற்போது, லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு பேட்டரிகள் அதிக அளவு ஆற்றல் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளன, 550Wh/kg ஐ அடைகின்றன, உயர்நிலை மொபைல் போன்கள் மற்றும் பிற எலக்ட்ரானிக் தயாரிப்புகளை இயக்குவதற்கான ஒரே தேர்வாக அவை உள்ளன.
லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (MMANO) பேட்டரிகள் பெயரளவு மின்னழுத்தம் 3.8V மற்றும் இயக்க மின்னழுத்த வரம்பு 2.5V முதல் 4.2V வரை இருக்கும். ஓவர்சார்ஜ் பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 4.28V ± 0.025V, மேலும்-வெளியேற்ற பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 2.5V ± 0.1V ஆகும். MMANO பேட்டரிகள் குறைந்த விலை மற்றும் நல்ல பாதுகாப்புடன் உள்ளன. இருப்பினும், லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு பொருள் ஒப்பீட்டளவில் நிலையற்றது மற்றும் சிதைவு, வாயு மற்றும் வீக்கத்தை உருவாக்குகிறது. அதன் சுழற்சி வாழ்க்கை ஒப்பீட்டளவில் விரைவாக சிதைகிறது, அதன் ஆயுட்காலம் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக உள்ளது, மேலும் அதன் உயர்-வெப்பநிலை செயல்திறன் மோசமாக உள்ளது. இது முக்கியமாக குறைந்த{15}}விலை, நடுத்தர-முதல்-பெரிய{18}}அளவு கொண்ட கலங்களில் பவர் பேட்டரிகளை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகிறது.
டெர்னரி லித்தியம் -அயன் (TLC) பேட்டரிகள் 3.6V இன் பெயரளவு மின்னழுத்தத்தையும், 2.75V முதல் 4.2V வரை இயங்கும் மின்னழுத்த வரம்பையும் கொண்டுள்ளது. ஓவர்சார்ஜ் பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 4.28V ± 0.025V, மேலும்-வெளியேற்ற பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 2.75V ± 0.1V. TLC பேட்டரிகள் நல்ல ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன, லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LCO) ஐ விட மலிவானவை மற்றும் மேம்பட்ட பாதுகாப்பை வழங்குகின்றன. அவை ஆற்றல் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்படலாம், மேலும் கேத்தோடு பொருள் சந்தையில் அவற்றின் சந்தை பங்கு ஆண்டுதோறும் அதிகரித்து வருகிறது. சிறிய லித்தியம்{13}}அயன் பேட்டரிகள் மும்மை லித்தியம்{14}}அயன் பொருட்களைப் பயன்படுத்தி சந்தையால் படிப்படியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகின்றன. எஃகு{16}}கேஸ், அலுமினியம்{17}}கேஸ், பை, பாலிமர் மற்றும் உருளை லித்தியம்{18}}அயன் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்துவதற்கு லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு மற்றும் லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு ஆகியவற்றுடன் மும்மைப் பொருட்களையும் கலக்கலாம், இது பேட்டரி செலவைக் கணிசமாகக் குறைத்து ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை மேம்படுத்தும். தற்போது, மும்மைப் பொருள் பேட்டரிகள் 180 Wh/kg ஆற்றல் அடர்த்தியை அடைய முடியும் (26650 ஸ்டீல்{22}}கேஸ் செய்யப்பட்ட பேட்டரிகள் 90g எடையுடன் 4600 mAh/kg கொள்ளளவை எட்டும்), இது செலவில் தெளிவான நன்மையை வழங்குகிறது{25}}.
லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP) பேட்டரிகள் பெயரளவு மின்னழுத்தம் 3.2V மற்றும் இயக்க மின்னழுத்த வரம்பு 2.5~3.75V. ஓவர்சார்ஜ் பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 3.75V±0.025V, மேலும்-வெளியேற்ற பாதுகாப்பு மின்னழுத்தம் 2.5V±0.1V ஆகும். LFP பேட்டரிகளின் மிகப்பெரிய நன்மை என்னவென்றால், நேர்மறை மின்முனைப் பொருளின் நிலைத்தன்மை மற்றும் சிதையாதது ஆகும் LFP பேட்டரிகள் நீண்ட சுழற்சி ஆயுளைக் கொண்டவை, வளங்கள் நிறைந்தவை மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்தவை. இருப்பினும், அவை குறைந்த டிஸ்சார்ஜ் பிளாட்ஃபார்ம் மற்றும் மோசமான-வெப்பநிலை செயல்திறன் கொண்டவை.
தோற்றம் மற்றும் அளவு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை உருளை பேட்டரிகள் மற்றும் பிரிஸ்மாடிக் பேட்டரிகள் எனப் பிரிக்கலாம்.
செல் உற்பத்தி முறையின் அடிப்படையில், லித்தியம்{0}}அயன் பேட்டரிகள் காயம் பேட்டரிகள் (உருளை காயம் மற்றும் தட்டையான காயம்), அடுக்கப்பட்ட பேட்டரிகள், முதலியன பிரிக்கலாம்.
பேக்கேஜிங் மெட்டீரியல் வகையின் அடிப்படையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை எஃகு{1}}கேஸ்டு பேட்டரிகள், அலுமினியம்{2}}கேஸ் செய்யப்பட்ட பேட்டரிகள், பிளாஸ்டிக்-கேஸ் செய்யப்பட்ட பேட்டரிகள், சாஃப்ட்-பேக் பேட்டரிகள், பலவாகப் பிரிக்கலாம்.
பயன்பாட்டு பண்புகளின் அடிப்படையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை உயர்-வெப்பநிலை பேட்டரிகள், குறைந்த-வெப்பநிலை பேட்டரிகள், பவர் பேட்டரிகள் மற்றும் திறன் பேட்டரிகள் எனப் பிரிக்கலாம்.
அவற்றின் பயன்பாட்டுப் பகுதிகளின் அடிப்படையில், லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள்: காப்புப் பேட்டரிகள், பவர் பேட்டரிகள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு பேட்டரிகள் என வகைப்படுத்தலாம்.
லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் பயன்பாடுகள்
பேட்டரி கண்டுபிடிக்கப்பட்டதிலிருந்து, லித்தியம்-அயன் பேட்டரியைப் போல வேகமாகவும் பரவலாகவும் வேறு எந்த பேட்டரி தயாரிப்பும் பயன்படுத்தப்படவில்லை என்று கூறலாம். கம்ப்யூட்டர் CPUகளுக்கான கடிகார மின்சாரம் முதல் ஆட்டோமொபைல்கள் மற்றும் நீர்மூழ்கிக் கப்பல்களில் பயன்படுத்தப்படும் பெரிய லித்தியம்{2}}அயன் பேட்டரி பேக்குகள் வரை, திறன் வேறுபாடு 10 மில்லியனுக்கும் அதிகமாக உள்ளது. அன்றாட வாழ்வில், மருத்துவ உபகரணங்கள், மின்சார வாகனங்கள், ஆற்றல் சேமிப்பு மின் நிலையங்கள், விண்வெளி மற்றும் இராணுவம் ஆகியவற்றில் அவை பரந்த பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளன.
10 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக பிரபலமடைந்த பிறகு, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் மொபைல் போன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகள் போன்ற டிஜிட்டல் தயாரிப்புகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரே சக்தி அமைப்பாக மாறியுள்ளது. அவற்றின் உயர் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் காரணமாக, அவை மின் கருவிகள், மின்சார மிதிவண்டிகள், மின்சார பேருந்துகள், காற்று மற்றும் சூரிய ஆற்றல் சேமிப்பு மின் நிலையங்கள், மொபைல் தொடர்பு அடிப்படை நிலையங்கள், சுரங்க விளக்கு மின் விநியோகம், சுரங்க மீட்பு காப்ஸ்யூல் மின்சாரம், இராணுவ தனிப்பட்ட சிப்பாய் மின் விநியோகம், ரேடியோக்கள், செயற்கைக்கோள் பேட்டரிகள் மற்றும் பல பயன்பாடுகளிலும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. புள்ளிவிவரங்களின்படி, 2011 ஆம் ஆண்டில், சீனாவின் லித்தியம் பேட்டரி தொழில்துறையின் சந்தை அளவு 39.7 பில்லியன் யுவானை எட்டியது, ஒரு வருடத்தில்{6}}ஆண்டு-43% அதிகரித்துள்ளது, மேலும் லித்தியம் பேட்டரிகளின் ஆண்டு வெளியீடு 2.97 பில்லியன் யூனிட்களை எட்டியது, ஒரு வருடத்தில்{10}}ஆண்டு-6% அதிகரித்துள்ளது. லித்தியம் பேட்டரி தொழில் தேசிய பொருளாதாரத்தின் ஒரு முக்கிய தொழில்துறை திசையாக மாறியுள்ளது²¹.
