Baterías de iones de litio y polímero de litio: trucos de marketing y errores comunes
Repetidamente me encuentro con artículos y comentarios (en artículos con mucha menos frecuencia) usando datos o nombres incorrectos, que posteriormente se dan como argumentos, aunque en realidad son erróneos inicialmente. Y estos errores se están extendiendo a todos los recursos, incluidos los Giktayms.Con este artículo, me gustaría aclarar algunos puntos y llevar a cabo una especie de programa educativo.Baterías de polímero de litio
Inmediatamente de lo principal: en el dominio público no hay baterías de polímero de litio en el sentido técnico de la palabra. En el mundo de habla inglesa, ya hemos lidiado con esto, pero en el espacio postsoviético hay algunos costos en terminología que utilizan los especialistas en marketing. Una pequeña digresión no es que esto no se use en otras regiones, pero al menos existe la posibilidad de verificar esta información en su idioma nativo.Un poco de historia
Cualquier batería de iones de litio tiene 4 componentes principales: dos electrodos (ánodo y cátodo), un electrolito y un separador. Los 4 elementos han evolucionado y se están desarrollando aún más. Para el electrolito al comienzo de la investigación (década de 1970), se propusieron dos opciones: electrolito líquido o sólido. En ese momento, el electrolito sólido prometía más perspectivas de funcionamiento: el electrolito no gotea cuando la carcasa está dañada, la celda en sí es más duradera. La principal desventaja fue y sigue siendo la alta resistencia del electrolito sólido, ya que niega las características físicas.De hecho, una disminución en la cantidad de recursos asignados por las empresas para el desarrollo de electrolitos sólidos se produjo a principios de la década de 1990, cuando Sony introdujo la batería con electrolito líquido en el mercado. La propia Sony en 1988 confiaba en el futuro éxito del electrolito sólido.A pesar del enfoque en los electrolitos líquidos, las compañías no han dejado de buscar alternativas. Una opción eran los llamados electrolitos híbridos. De hecho, usan un separador con pequeños agujeros y el mismo electrolito líquido. Aunque se siente seco al tacto, de hecho, la cantidad de electrolito que contiene no difiere de la de una batería convencional. Como en principio, y diseño:
modelo esquemático de una batería de iones de litio con un cátodo LiCoO 2 y un ánodo de grafito de Wikipedia en alemán.Estas baterías son bastante comunes, su distribución comercial comenzó a principios de la década de 2000, pero física y químicamente son las mismas baterías de iones de litio con electrolito líquido y, en general, no hay muchas.¿Qué se presenta en el mercado?
Una forma de clasificar una batería es su cuerpo. Hoy en día, hay tres métodos de empaque populares:- Células cilíndricas
- Células prismáticas
- Saco o bolsa
El primer tipo de batería es conocido por su uso en computadoras portátiles y autos Tesla (usa su tamaño más común 18650).El segundo tipo es una forma cilíndrica alterada. Caja de aluminio, rectangular o cuadrada en sección transversal. Es popular para uso estacionario y en transporte.El tercer tipo tiene un estuche blando y no siempre está equipado con un sistema de protección incorporado. De hecho, una versión más barata de la célula prismática. Este tipo de batería se utiliza, en particular, en teléfonos móviles.Los últimos en la lista son los mismos "polímeros". Se les llama así por varias razones. La forma más arrogante para los especialistas en marketing es una caja hecha de polímeros, por lo que son "polímeros".La segunda opción es el uso de un separador de polímero finamente poroso. De hecho, no es diferente de una batería convencional de iones de litio.La tercera opción que no he conocido es dar el nombre de "polímero" basado en el uso de elementos de polímero como base para cátodos, ánodos y otros elementos. Como regla general, se mete en muchas baterías en una caja de plástico.Problemas terminológicos
Al desarrollar el concepto, la idea era que el término "electrolito líquido" se entiende que significa una solución líquida o de gel de sal de litio, mientras que el término "electrolito sólido" era un estado sólido de una sustancia. Como había un deseo de vender lo prometido pero no lo es, hoy incluso entre los investigadores, el electrolito en gel está incluido en la lista de electrolitos "sólidos", aunque sus características son aún más híbridas. Por lo tanto, uno puede encontrar una descripción en documentos científicos "electrolito de gel sólido", que algunos científicos consideran engañoso.El futuro de los electrolitos poliméricos.
Los desarrollos están en marcha y en el futuro, pueden aparecer baterías con electrolito de polímero real. Sin embargo, a partir de 2015, las muestras de laboratorio de electrolitos poliméricos basados en química orgánica no mostraron un progreso tangible, por lo tanto, a la fecha de publicación del artículo, en el futuro previsible, no se espera un éxodo masivo de electrolitos líquidos.Problemas con el tipo de batería.
Existen varios tipos diferentes de baterías de iones de litio en el mercado. Tienen varios nombres que permiten describir sus características en términos de capacidad o seguridad. En general, se pueden encontrar los siguientes tipos:- Cobalto de litio con un cátodo LiCoO 2 : los modelos con mayor capacidad tienen un ánodo de grafito.
- -- LiMn2O4, Li2MnO3 LMnO, -
- ---- NMC LiNiMnCoO2
- -- LiFePO4 (LFP)
- ---- (NCA) LiNiCoAlO2
- -- (LTO) Li4Ti5O12
Inmediatamente puede notar la irregularidad de los nombres. Algunos llevan el nombre del cátodo, otros llevan el nombre del ánodo. Y si en el primer caso aún se puede tratar de adivinar con un alto grado de probabilidad de que el ánodo será de grafito, entonces en el caso de un nombre junto al ánodo, solo se puede adivinar. Además, el desarrollo está en marcha hoy y, en principio, se puede encontrar una batería con un cátodo LiFePO 4 y un ánodo Li 4 Ti 5 O 12 en el mercado , es decir. titanato de litio-fosfato de hierro-litio, que en este sistema no tiene un nombre comercial simple Enlace: un artículo científico en 2013 con pruebas de dicha batería .La razón de la existencia de una cantidad tan grande de cátodos y ánodos de baterías está en varios requisitos de batería. En algún lugar, se necesita más seguridad, y en algún lugar, capacidad o potencia. Puede tener una idea de la energía almacenada sobre la base de que cada tipo de cátodo y ánodo tiene un potencial diferente, como se puede ver en las imágenes a continuación (el potencial del metal de litio se selecciona como un potencial de 0 V, la diferencia de voltaje es mayor: la potencia es mayor, la densidad de energía depende de la cantidad de átomos litio):
esquema general con potenciales de la Universidad de Kiel. Fuente
de un artículo de 2013 de Jiantie Xu, Shixue Dou, et al. Fuente
Otra foto de la Escuela de Ingeniería y Tecnología de Purdue. FuenteLa siguiente imagen aproximada de la conexión entre los potenciales celulares y la posibilidad de metalización de litio a una descarga muy baja o inestabilidad térmica durante la sobrecarga puede dar una idea general de las razones:
Imágenes tomadas del curso de conferenciaLas operaciones más inseguras en el mercado son el litio-cobalto con un ánodo de grafito, los más seguros son con el cátodo LiFePO 4 y el ánodo Li 4 Ti 5 O 12 . Naturalmente, la presencia de un BMS (Sistema de gestión de la batería) reduce los riesgos, pero no deben descuidarse; el sistema no puede evitar la misma descarga demasiado fuerte, que es crítica para las baterías con un ánodo de grafito.Errores comunes
Errores comunes
El error más común y frecuente es la oposición a la "batería de iones de litio ordinaria". Como puede ver arriba, simplemente no hay tal cosa como una "normal". Y la diferencia de voltaje puede ser muy diferente para aparentemente los mismos cátodos y lo mismo para diferentes conjuntos de cátodos y ánodos.El segundo error, no tan significativo, asociado con el párrafo anterior, la escritura del material del cátodo LiFePO 4 de la siguiente manera: LiFeP o 4 . Aquí la confusión es bastante común e inmediatamente muestra cómo puede confiar en dicha fuente.Otro error importante es la oposición de una batería de LiPo a una de iones de litio. Aquí hay algunas opciones de comparación. El primero es general, relacionado con la idea errónea sobre la existencia de baterías de electrolitos de polímero en el mercado. El segundo, que tiene una aplicación más limitada, que generalmente se expresa de la siguiente manera: "una batería de polímero de litio [discurso sobre el caso] es mejor / peor que la LFP / LTO / NCA (sustituya la necesaria)".Hay una mezcla de tipo de cuerpo y relleno.Por ejemplo, aquí puede leer sobre la batería LFP en el formato de polímero de litio (caso prismático en este caso).La batería A es más larga que la batería B
Este es otro giro peculiar de los hechos para argumentar durante la venta. Este método se usa para diferentes tipos de baterías, pero la mayoría de las veces la versión LFP de la batería se compara con un litio-cobalto o NMC con un cátodo de grafito. En los artículos en Internet, tanto publicitarios como simplemente populares, puede encontrar la proporción de ciclos equivalentes completos en 2000 a 500 a favor de LFP y, como resultado, una historia sobre la superioridad significativa del primero.Hay varias imprecisiones. En primer lugar, el mayor número de artículos sobre litio-cobalto data de 2005-2006, mientras que para LFP de 2012-2013. Los datos del ciclo se basan en estos artículos. Sin embargo, el desarrollo no se detuvo y fue igualmente activo para todos los tipos de baterías, y la brecha no fue tan grande en el mismo intervalo de tiempo. En segundo lugar, no se especifica la cantidad de energía que la batería transmitirá durante su vida útil, pero con tamaños iguales, la LFP tiene una capacidad menor.En cuanto a la principal ventaja: un mayor número de ciclos, si tomamos una nueva investigación y comparamos muestras en serie en igualdad de condiciones, la diferencia no es tan dramática. En total, es 20-30% (800 ciclos versus 1000 para 40 ° C, por ejemplo), lo que no siempre justifica la compra de la misma LFP, ya que se transferirá menos energía debido a la menor diferencia de voltaje durante todo el ciclo de vida.No hay fuentes con comparación directa, ya que el proceso de prueba en sí mismo es largo y costoso, complicado por los acuerdos para no revelar los nombres de los participantes, pero al comparar a partir de una serie de datos, podemos concluir que hoy existen características similares para todas las baterías de iones de litio en términos de vida útil de la batería en todos los escenarios posibles, incluyendo y fácil almacenamiento. Estos datos se dan, por ejemplo, en las fuentes 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 .Otras fuentes
BU-206: polímero de litio: ¿sustancia o bombo?Kazuo Murata, Shuichi Izuchi, Youetsu Yoshihisa "Una visión general de la investigación y el desarrollo de baterías de electrolitos poliméricos sólidos"A. Manuel Stephan, KS Nahm "Revisión sobre electrolitos poliméricos compuestos para baterías de litio. Polímero "D. Golodnitskya, E. Straussc, E. Peleda y S. Greenbaum " Revisión - Sobre el orden y el desorden en electrolitos de polímero "Mi artículo anterior sobre baterías de iones de litio - Operación de baterías de iones de litio Source: https://habr.com/ru/post/es397705/
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