Geekly articles weekly

بطاريات أيون الليثيوم وبوليمر الليثيوم: الحيل التسويقية والأخطاء الشائعة

لقد صادفت مرارًا وتكرارًا في المقالات والتعليقات (في المقالات مع ذلك في كثير من الأحيان أقل بكثير) باستخدام بيانات أو أسماء غير صحيحة ، والتي يتم تقديمها لاحقًا كحجج ، على الرغم من أنها في الواقع خاطئة في البداية. وتنتشر هذه الأخطاء عبر جميع الموارد ، بما في ذلك Giktayms.

مع هذا المقال ، أود أن أوضح بعض النقاط وأجري نوعًا من البرامج التعليمية.

بطاريات ليثيوم بوليمر


على الفور من الشيء الرئيسي - في المجال العام لا توجد بطاريات ليثيوم بوليمر بالمعنى التقني للكلمة. في العالم الناطق باللغة الإنجليزية ، لقد تعاملنا بالفعل مع هذا ، ولكن في الفضاء ما بعد السوفيتي هناك بعض التكاليف في المصطلحات التي يستخدمها المسوقون. الاستدلال الصغير ليس في عدم استخدام هذا في مناطق أخرى ، ولكن على الأقل هناك إمكانية للتحقق من هذه المعلومات بلغتك الأم.

القليل من التاريخ


تحتوي أي بطارية ليثيوم أيون على 4 مكونات رئيسية - قطبين (أنود وكاثود) ، وإلكتروليت وفاصل. تطورت جميع العناصر الأربعة وهي تتطور أكثر. بالنسبة للكهارل في بداية البحث (1970s) ، تم اقتراح خيارين - الكهارل السائل أو الصلب. في ذلك الوقت ، وعد المنحل بالكهرباء الصلبة بآفاق أكثر في التشغيل - لا يتسرب المنحل بالكهرباء عندما تتلف الحالة ، تكون الخلية نفسها أكثر متانة. العيب الرئيسي كان ولا يزال المقاومة العالية للكهارل الصلب ، فهو ينفي الخصائص الفيزيائية.

في الواقع ، حدث انخفاض في كمية الموارد المخصصة من قبل الشركات لتطوير الكهارل الصلبة في أوائل التسعينات ، عندما أدخلت سوني البطارية بالكهرباء السائلة إلى السوق. كانت سوني نفسها في عام 1988 واثقة من النجاح المستقبلي للكهارل الصلبة.

على الرغم من التركيز على شركات المنحل بالكهرباء السائلة لم تتوقف عن البحث عن بدائل. كان أحد الخيارات ما يسمى بالكهارل الهجينة. في الواقع ، يستخدمون فاصلًا به ثقوب صغيرة ونفس المنحل بالكهرباء السائلة. على الرغم من أنها تبدو جافة عند اللمس ، إلا أن كمية المنحل بالكهرباء فيها لا تختلف عن تلك الموجودة في البطارية التقليدية. كما في المبدأ والتصميم:


نموذج تخطيطي لبطارية ليثيوم أيون مع كاثود LiCoO 2 وأنود غرافيت من ويكيبيديا باللغة الألمانية.

هذه البطاريات شائعة جدًا ، وقد بدأ توزيعها التجاري في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، ولكنها ماديًا وكيميائيًا هي نفس بطاريات الليثيوم-أيون مع المنحل بالكهرباء وبشكل عام لا يوجد الكثير منها.

ما هو معروض في السوق؟


طريقة واحدة لتصنيف البطارية هي جسمها. اليوم ، هناك ثلاث طرق تعبئة شائعة:
  • خلايا أسطوانية
  • الخلايا المنشورية
  • كيس أو حقيبة الحقيبة

يُعرف النوع الأول من البطاريات باستخدامه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات Tesla (يستخدم الحجم الأكثر شيوعًا 18650).

النوع الثاني هو شكل أسطواني معدل. الضميمة الألومنيوم ، مستطيل أو مربع في المقطع العرضي. وهي مشهورة للاستخدام الثابت والنقل.

النوع الثالث لديه حقيبة ناعمة وليست مجهزة دائمًا بنظام حماية مدمج. في الواقع ، نسخة أرخص من الخلية المنشورية. يتم استخدام هذا النوع من البطاريات ، على وجه الخصوص ، في الهواتف المحمولة.

وآخرها في القائمة هي تلك "البوليمرات" نفسها. هم مدعوون لذلك لعدة أسباب. الطريقة الأكثر غطرسة للمسوقين هي حالة مصنوعة من البوليمرات ، وهذا هو السبب في أنها "بوليمر".

الخيار الثاني هو استخدام فاصل بوليمر مسامي ناعما. في الواقع ، لا يختلف عن بطارية ليثيوم أيون التقليدية.

الخيار الثالث الذي لم أقابله هو إعطاء اسم "بوليمر" بناءً على استخدام عناصر البوليمر كأساس للكاثودات والأنودات والعناصر الأخرى. كقاعدة عامة ، يدخل في العديد من البطاريات في علبة بلاستيكية.

قضايا المصطلحات


عند تطوير المفهوم ، كانت الفكرة من هذا القبيل أن مصطلح "المنحل بالكهرباء" يُفهم على أنه يعني محلول سائل أو يشبه الهلام لملح الليثيوم ، في حين أن مصطلح "المنحل بالكهرباء" كان حالة صلبة من مادة. نظرًا لأن هناك رغبة في بيع ما تم وعده ولكن ما هو غير ذلك ، حتى اليوم بين الباحثين ، يتم تضمين محلول الإلكتروليت في قائمة الشوارد "الصلبة" ، على الرغم من أن خصائصه لا تزال أكثر تهجينًا. لذلك ، يمكن للمرء أن يجد وصفا في الأوراق العلمية "المنحل بالكهرباء الصلبة" ، والتي يعتبرها بعض العلماء مضللة.

مستقبل الشوارد البوليمرية


التطورات جارية وفي المستقبل ، قد تظهر البطاريات التي تحتوي على إلكتروليت بوليمر حقيقي. ومع ذلك ، اعتبارًا من عام 2015 ، لم تظهر العينات المختبرية من الشوارد البوليمرية القائمة على الكيمياء العضوية تقدمًا ملموسًا ، لأنه بحلول تاريخ نشر المقالة في المستقبل المنظور ، لن يكون هناك خروج كبير من السائل المنحل بالكهرباء.

مشاكل في نوع البطارية


هناك عدة أنواع مختلفة من بطاريات أيونات الليثيوم في السوق. لديهم أسماء مختلفة تسمح بوصف خصائصهم من حيث السعة أو السلامة. بشكل عام ، يمكن العثور على الأنواع التالية:

  • الليثيوم الكوبالت مع كاثود LiCoO 2 - النماذج الأكثر قدرة لديها أنود الجرافيت.
  • -- LiMn2O4, Li2MnO3 LMnO, -
  • ---- NMC LiNiMnCoO2
  • -- LiFePO4 (LFP)
  • ---- (NCA) LiNiCoAlO2
  • -- (LTO) Li4Ti5O12

على الفور يمكنك ملاحظة عدم تكافؤ الأسماء. يتم تسمية بعضها بعد الكاثود ، وبعضها يسمى بعد الأنود. وإذا كان في الحالة الأولى لا يزال بإمكان المرء أن يحاول التخمين بدرجة عالية من الاحتمال بأن الأنود سيكون الجرافيت ، ففي حالة الاسم بواسطة الأنود ، يمكن للمرء أن يخمن فقط. أيضًا ، يجري التطوير حاليًا ، ومن حيث المبدأ ، يمكنك العثور على بطارية في السوق مع كاثود LiFePO 4 وأنود Li 4 Ti 5 O 12 ، أي. lithium-iron-phosphate lithium-titanate ، والتي لا تحتوي في هذا النظام على اسم تسويقي بسيط. Link - مقالة علمية في عام 2013 مع اختبارات لمثل هذه البطارية .

سبب وجود هذا العدد الكبير من الكاثودات وأنود البطاريات في متطلبات البطارية المختلفة. في مكان ما ، هناك حاجة إلى مزيد من الأمن ، وفي مكان ما ، القدرة أو السلطة. يمكن للمرء الحصول على فكرة عن الطاقة المخزنة على أساس أن كل نوع من الكاثود والأنود له إمكانات مختلفة ، كما يمكن رؤيته من الصور أدناه (يتم اختيار إمكانات معدن الليثيوم كإمكانية 0 فولت ، فرق الجهد أكبر - الطاقة أكبر ، تعتمد كثافة الطاقة على عدد الذرات الليثيوم):


مخطط عام مع إمكانات من جامعة كيل. مصدر


المواد من مقالة 2013 كتبها Jiantie Xu ، Shixue Dou ، وآخرون. مصدر


صورة أخرى من مدرسة Purdue للهندسة والتكنولوجيا. المصدر

يمكن أن تعطي الصورة التقريبية التالية للعلاقة بين إمكانات الخلية وإمكانية تمعدن الليثيوم عند تفريغ منخفض جدًا أو عدم استقرار حراري أثناء إعادة الشحن فكرة عامة عن الأسباب:


الصور المأخوذة من مسار المحاضرات

أكثر الليثيوم تشغيلًا في السوق هي الليثيوم-الكوبالت مع أنود الجرافيت ، والأكثر أمانًا هي مع الكاثود LiFePO 4 والأنود Li 4 Ti 5 O 12 . بطبيعة الحال ، فإن وجود BMS (نظام إدارة البطارية) يقلل من المخاطر ، ولكن لا ينبغي إهمالها ؛ لا يمكن للنظام منع نفس التفريغ القوي للغاية ، وهو أمر بالغ الأهمية للبطاريات ذات أنود الجرافيت.

الأخطاء الشائعة


الأخطاء الشائعة


الخطأ الأكثر شيوعًا والأكثر شيوعًا هو معارضة "بطارية الليثيوم أيون العادية". كما ترى أعلاه ، ببساطة لا يوجد شيء اسمه "عادي". ويمكن أن يكون فرق الجهد مختلفًا جدًا على ما يبدو لنفس الكاثود ونفس الشيء لمجموعات مختلفة من الكاثودات والأنودات.

الخطأ الثاني ، غير مهم للغاية ، المرتبط بالفقرة السابقة ، كتابة مادة الكاثود LiFePO 4 على النحو التالي - LiFeP o 4 . هنا الارتباك شائع جدًا ويظهر على الفور كيف يمكنك الوثوق بمثل هذا المصدر.

خطأ كبير آخر هو معارضة بطارية LiPo لبطارية ليثيوم أيون. فيما يلي بعض خيارات المقارنة. الأول هو عام ، مرتبط بالمفهوم الخاطئ عن وجود بطاريات بوليمر بالكهرباء في السوق. الثانية ، التي لها تطبيق أضيق ، والتي عادة ما يتم التعبير عنها على النحو التالي: "بطارية ليثيوم بوليمر [كلام عن الحالة] أفضل / أسوأ من LFP / LTO / NCA (استبدال البطارية الضرورية)".

هناك خليط من نوع الجسم والحشو.

على سبيل المثال ، يمكنك هنا القراءة عن بطارية LFP بتنسيق الليثيوم بوليمر (الحالة المنشورية في هذه الحالة).

البطارية أ أطول من البطارية ب


هذا هو التواء غريب آخر للحقائق للنقاش خلال عملية البيع. تُستخدم هذه الطريقة لأنواع مختلفة من البطاريات ، ولكن غالبًا ما تتم مقارنة إصدار LFP من البطارية مع الليثيوم-الكوبالت أو NMC مع كاثود الجرافيت. في المقالات على الإنترنت ، سواء الإعلانات أو الشائعة ببساطة ، يمكنك العثور على نسبة الدورات المكافئة الكاملة في عام 2000 إلى 500 لصالح LFP ونتيجة لذلك - قصة عن التفوق الكبير للأول.

هناك العديد من عدم الدقة. أولاً ، يعود أكبر عدد من المقالات حول الليثيوم - الكوبالت من 2005-2006 ، بينما بالنسبة لـ LFP من 2012-2013. تعتمد بيانات الدورة على هذه المقالات. ومع ذلك ، لم يتوقف التطوير وكان نشطًا بشكل متساوٍ لجميع أنواع البطاريات ، ولم تكن الفجوة كبيرة جدًا في نفس الفترة الزمنية. ثانيًا ، لم يتم تحديد مقدار الطاقة التي ستنقلها البطارية طوال عمرها ، ولكن بأحجام متساوية ، تتمتع LFP بسعة أقل.
بالنسبة للميزة الرئيسية - عدد أكبر من الدورات ، إذا أخذنا بحثًا جديدًا وقارننا العينات التسلسلية في ظروف متساوية ، فإن الفرق ليس كبيرًا. في المجموع ، هو 20-30 ٪ (800 دورة مقابل 1000 لـ 40 درجة مئوية ، على سبيل المثال) ، وهو ما لا يبرر دائمًا شراء نفس LFP ، حيث سيتم نقل طاقة أقل بسبب اختلاف الجهد الأصغر على مدار دورة الحياة بأكملها.

لا توجد مصادر ذات مقارنة مباشرة ، نظرًا لأن عملية الاختبار نفسها طويلة ومكلفة ، ومعقدة باتفاقيات عدم الكشف عن أسماء المشاركين ، ولكن مقارنة من عدد من البيانات ، يمكننا أن نستنتج أنه توجد اليوم خصائص مشابهة لجميع بطاريات الليثيوم أيون من حيث عمر البطارية في جميع السيناريوهات المحتملة ، بما في ذلك وتخزين سهل. يتم تقديم هذه البيانات ، على سبيل المثال ، في المصادر 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 .

مصادر أخرى


BU-206: بوليمر الليثيوم: مادة أم ضجيج؟

Kazuo Murata ، Shuichi Izuchi ، Youetsu Yoshihisa "نظرة عامة على البحث والتطوير لبطاريات الإلكتروليت الصلبة"

A. Manuel Stephan، KS Nahm "مراجعة حول إلكتروليتات البوليمر المركبة لبطاريات الليثيوم.

مراجعة البوليمر " D. Golodnitskya و E. Straussc و E. Peleda و S. Greenbaum " - حسب الطلب والاضطراب في إلكتروليتات البوليمر "

مقالتي السابقة عن بطاريات أيونات الليثيوم - تشغيل بطاريات أيونات الليثيوم

Source: https://habr.com/ru/post/ar397705/

More articles:


All Articles