Litium{0}}ioni-akkukennot: määritelmät, luokitus, toimintaperiaatteet ja sovellukset energian varastoinnissa ja aurinkosähkössä

Uuden energian varastoinnin, aurinkosähkön tuotannon, sähköajoneuvojen ja kannettavien elektronisten laitteiden nopean käyttöönoton taustalla litiumakuista on tullut yleisimmin käytetty väline sähkökemialliseen energian varastointiin. Vaikka termiä käytetään usein puhekielessä erilaisten litium-tuotteiden saalis-kaikki, teknisestä näkökulmasta "litiumparistot" kattavat kaksi eri luokkaa-primääriset litiumakut ja litium-ioniakut-, jotka eroavat toisistaan ​​merkittävästi suorituskyvyltään, ominaisuuksiltaan ja käyttöskenaarioilta. Litium-ioni-akut, joiden kyky kestää toistuvia lataus-purkausjaksoja ja korkea energiatiheys, on noussut yleisimmäksi valinnaksi sekä kuluttaja- että teollisuussovelluksissa.

 

Tarkassa merkityksessä "Flash Battery" -litiumparistot viittaavat erityisesti ensisijaisiin litiumakkuihin-ei-ladattavia, kertakäyttöisiä{2}}kennoja. Niiden rakenteessa käytetään tyypillisesti litiummetallia tai litiumseoksia elektrodeja varten, ja ne on yhdistetty ei--vesipitoiseen elektrolyyttiliuokseen. Perinteisissä litiumakuissa käytetään mangaanidioksidia katodina ja puhdasta litiummetallia anodina, mikä johtaa korkeaan kemialliseen reaktiivisuuteen. Hyödyntämällä primäärilitiumkemian suuria energiaominaisuuksia, nämä akut sopivat tiettyihin sovelluksiin, jotka vaativat tarkkaa tehonsyöttöä kertakäyttöskenaarioissa; Materiaaliominaisuuksiensa vuoksi niitä ei kuitenkaan voida käyttää uudelleen.

 

 

Metallisen litiumin erittäin reaktiivinen kemiallinen luonne on ollut ensisijainen tekijä, joka rajoittaa perinteisten primäärilitiumparistojen laajaa käyttöä. Puhdas metallinen litium asettaa erittäin tiukat vaatimukset valmistus-, varastointi- ja käyttöympäristöille; se reagoi helposti ilman ja kosteuden kanssa, mikä aiheuttaa turvallisuusriskejä, jotka ovat pitkään estäneet kertakäyttöisten litiumakkujen laajamittaista teollistamista. Sitä vastoin ladattavat litium-ioni-akkukennot ovat pohjimmiltaan voineet nämä teknologiset pullonkaulat, mahdollistaen kierrätettävyyden ja aloittaneet litium-pohjaisen energian uuden aikakauden.

 

Tällä hetkellä laajassa käytössä olevat ladattavat litiumakut edustavat alan kehittynyttä standardia. Ne toimivat katodin ja anodin välisten litiumionien interkalaation ja de{1}}interkalaation (migraatio) kautta lataus- ja purkausjaksojen aikana. koska puhdas metallinen litium ei osallistu reaktioon, turvallisuus ja stabiilisuus paranevat merkittävästi. Nämä ladattavat akut toimivat monenlaisissa sovelluksissa kulutuselektroniikasta ja teollisuuslaitteista uusiin energiaajoneuvoihin.

 

Vuosikymmeniä jatkunut teknologinen kehitys on johtanut erilaisten valtavirran katodimateriaalijärjestelmien kehittämiseen litium-ioni-akkuille, jotka sopivat erilaisiin käyttötarpeisiin. Erityisesti litiumrautafosfaatti (LFP) on noussut teollisuuden energian varastoinnin ydinmateriaaliksi. Yleisiä katodimateriaaleja ovat litiumkobolttioksidi, litiummangaanioksidi, litiumnikkelioksidi ja litiumrautafosfaatti; materiaalivalinta määrää akun turvallisuuden, käyttöiän ja energiatiheyden. Ylivoimaisen turvallisuutensa ja poikkeuksellisen pitkän käyttöiän ansiosta LFP-kennoista on tullut ensisijainen valinta energian varastointi- ja käyttövoimasovelluksiin.

 

Litium-ioni-akut luokitellaan niiden elektrolyyttitilan mukaan nestemäisiin-elektrolyytti- ja polymeeri-elektrolyyttityyppeihin. Nestemäiset-elektrolyyttiakut käyttävät nestemäistä elektrolyyttiä; niissä on kehittynyt tekniikka ja hallittavissa olevat kustannukset, mikä tekee niistä yleisimmän valinnan uusien energiaajoneuvojen akkuihin. Polymeeri-elektrolyyttiakut käyttävät kuiva- tai geelitila-kiinteää polymeerielektrolyyttiä, mikä tarjoaa ohuemman, kevyemmän muotokertoimen ja paremman turvallisuuden. LFP-kennot yhdistävät litiumrautafosfaattikemian kypsiin valmistusprosesseihin, mikä tasapainottaa suorituskykyä ja kustannuksia erilaisiin suuritehoisiin-sovelluksiin.

 

Vuonna 1992 kaupallisiksi tulleet litium-ioni-akut-, joiden edut, kuten korkea energiatiheys, muistiefektin puuttuminen ja alhaiset itsepurkautumisnopeudet-, ovat syrjäyttäneet täysin perinteiset lyijy-happoakut ja varhaisen-sukupolven litiumparistot. Perinteisiin akkuihin verrattuna se tukee toistuvia-purkausjaksoja ja tarjoaa huomattavasti pidemmän käyttöiän, joten se sopii skenaarioihin, jotka vaativat-pitkäaikaista jatkuvaa toimintaa. Akkuenergian varastointiteollisuus on saavuttanut laajamittaisen{11}}energian varastointivoimaloiden rutiininomaisen käyttöönoton.