Geekly articles weekly

Baterai lithium-ion dan lithium-polimer: trik pemasaran dan kesalahan umum

Saya berulang kali menemukan dalam artikel dan komentar (dalam artikel namun lebih jarang) menggunakan data atau nama yang salah, yang kemudian diberikan sebagai argumen, meskipun pada kenyataannya mereka keliru pada awalnya. Dan kesalahan ini menyebar di semua sumber daya, termasuk Gimetays.

Dengan artikel ini, saya ingin mengklarifikasi beberapa poin dan melakukan semacam program pendidikan.

Baterai polimer lithium


Langsung dari hal utama - dalam domain publik tidak ada baterai lithium-polimer dalam arti teknis. Di dunia berbahasa Inggris, kita sudah berurusan dengan ini, tetapi di ruang pasca-Soviet ada beberapa biaya dalam terminologi yang digunakan pemasar. Penyimpangan kecil bukan karena ini tidak digunakan di wilayah lain, tetapi setidaknya ada kemungkinan memeriksa informasi ini dalam bahasa ibu Anda.

Sedikit sejarah


Baterai lithium-ion memiliki 4 komponen utama - dua elektroda (anoda dan katoda), elektrolit dan pemisah. Semua 4 elemen telah berevolusi dan sedang berkembang lebih lanjut. Untuk elektrolit pada awal penelitian (1970-an), dua opsi diusulkan - elektrolit cair atau padat. Pada saat itu, elektrolit padat menjanjikan lebih banyak prospek dalam operasi - elektrolit tidak bocor ketika casing rusak, sel itu sendiri lebih tahan lama. Kerugian utama adalah dan tetap resistensi yang tinggi dari elektrolit padat, itu meniadakan karakteristik fisik.

Bahkan, penurunan jumlah sumber daya yang dialokasikan oleh perusahaan untuk pengembangan elektrolit padat terjadi pada awal 1990-an, ketika Sony memperkenalkan baterai dengan elektrolit cair ke pasar. Sony sendiri pada tahun 1988 yakin akan keberhasilan elektrolit padat di masa depan.

Meskipun fokus pada cairan elektrolit, perusahaan tidak berhenti mencari alternatif. Salah satu pilihan adalah elektrolit hibrida. Bahkan, mereka menggunakan separator dengan lubang kecil dan cairan elektrolit yang sama. Meski terasa kering saat disentuh, nyatanya jumlah elektrolit di dalamnya tidak berbeda dengan yang ada pada baterai konvensional. Seperti pada prinsipnya, dan desain:


Model skematik baterai lithium-ion dengan katoda LiCoO 2 dan anoda grafit dari Wikipedia dalam bahasa Jerman.

Baterai seperti itu sangat umum, distribusi komersialnya dimulai pada awal 2000-an, tetapi secara fisik dan kimia mereka adalah baterai lithium-ion yang sama dengan elektrolit cair dan secara umum jumlahnya tidak terlalu banyak.

Apa yang disajikan di pasar?


Salah satu cara untuk mengklasifikasikan baterai adalah bodinya. Saat ini, ada tiga metode pengemasan yang populer:
  • Sel-sel silinder
  • Sel prismatik
  • Karung atau tas kantong

Jenis baterai pertama dikenal untuk penggunaannya di laptop dan mobil Tesla (menggunakan ukuran paling umum 18650).

Tipe kedua adalah bentuk silinder yang diubah. Selungkup aluminium, persegi panjang atau persegi dalam penampang. Ini populer untuk penggunaan stasioner dan transportasi.

Tipe ketiga memiliki soft case dan tidak selalu dilengkapi dengan sistem perlindungan built-in. Bahkan, versi yang lebih murah dari sel prismatik. Baterai jenis ini digunakan, khususnya, di ponsel.

Yang terakhir dalam daftar adalah "polimer" yang sama. Mereka dipanggil karena beberapa alasan. Cara yang paling sombong bagi pemasar adalah case yang terbuat dari polimer, itulah sebabnya mereka adalah "polimer".

Opsi kedua adalah penggunaan pemisah berpori halus polimer. Bahkan, tidak berbeda dengan baterai lithium-ion konvensional.

Pilihan ketiga yang belum saya temui adalah memberikan nama "polimer" berdasarkan penggunaan elemen polimer sebagai dasar untuk katoda, anoda, dan elemen lainnya. Biasanya, baterai masuk ke banyak baterai dalam wadah plastik.

Masalah terminologi


Ketika mengembangkan konsep itu, idenya adalah bahwa istilah "elektrolit cair" dipahami sebagai larutan cair atau gel dari garam lithium, sedangkan istilah "elektrolit padat" adalah keadaan padat suatu zat. Karena ada keinginan untuk menjual apa yang dijanjikan tetapi apa yang tidak, hari ini bahkan di antara para peneliti, elektrolit gel termasuk dalam daftar elektrolit "padat", meskipun karakteristiknya masih lebih mungkin hibrida. Oleh karena itu, orang dapat menemukan deskripsi dalam makalah ilmiah "elektrolit gel padat", yang dianggap menyesatkan oleh beberapa ilmuwan.

Masa depan elektrolit polimer


Pengembangan sedang berlangsung dan di masa depan, baterai dengan elektrolit polimer nyata dapat muncul. Namun, pada 2015, sampel laboratorium dari elektrolit polimer berdasarkan kimia organik tidak menunjukkan kemajuan nyata, karena pada tanggal publikasi artikel di masa mendatang tidak akan ada perubahan besar dari elektrolit cair.

Masalah dengan jenis baterai


Ada beberapa jenis baterai lithium-ion di pasaran. Mereka memiliki berbagai nama yang memungkinkan karakteristik mereka dijelaskan dalam hal kapasitas atau keselamatan. Secara umum, tipe-tipe berikut dapat ditemukan:

  • Lithium cobalt dengan katoda LiCoO 2 - model yang paling luas memiliki anoda grafit.
  • -- LiMn2O4, Li2MnO3 LMnO, -
  • ---- NMC LiNiMnCoO2
  • -- LiFePO4 (LFP)
  • ---- (NCA) LiNiCoAlO2
  • -- (LTO) Li4Ti5O12

Segera Anda bisa melihat ketidakrataan nama. Beberapa dinamai katoda, beberapa dinamai setelah anoda. Dan jika dalam kasus pertama kita masih bisa mencoba menebak dengan tingkat probabilitas tinggi bahwa anoda akan berupa grafit, maka dalam kasus nama oleh anoda, kita hanya bisa menebak. Juga, pengembangan sedang berlangsung hari ini dan, pada prinsipnya, Anda dapat menemukan baterai di pasaran dengan katoda LiFePO 4 dan anoda Li 4 Ti 5 O 12 , mis. lithium-iron-phosphate lithium-titanate, yang dalam sistem ini tidak memiliki nama pemasaran yang sederhana. Tautan - artikel ilmiah pada tahun 2013 dengan tes baterai seperti itu .

Alasan keberadaan sejumlah besar katoda dan anoda baterai ada dalam berbagai persyaratan baterai. Di suatu tempat, dibutuhkan lebih banyak keamanan, dan di suatu tempat, kapasitas atau kekuasaan. Seseorang dapat memperoleh gagasan tentang energi yang tersimpan dengan dasar bahwa setiap jenis katoda dan anoda memiliki potensi yang berbeda, seperti yang dapat dilihat dari gambar di bawah ini (potensi logam lithium dipilih sebagai potensi 0 V, perbedaan tegangan lebih besar - daya lebih besar, daya lebih besar, kerapatan energi tergantung pada jumlah atom lithium):


Skema umum dengan potensi dari Universitas Kiel. Sumber


Materi dari artikel 2013 oleh Jiantie Xu, Shixue Dou, dkk. Sumber


Gambar lain dari Purdue School of Engineering and Technology. Sumber

Gambar kasar berikut dari hubungan antara potensi sel dan kemungkinan metalisasi lithium pada debit yang sangat rendah atau ketidakstabilan termal selama pengisian berlebih dapat memberikan gambaran umum tentang alasan:


Gambar yang diambil dari kursus kuliah

Yang paling tidak aman dalam operasi di pasar adalah lithium-kobalt dengan anoda grafit, yang paling aman adalah dengan katoda LiFePO 4 dan anoda Li 4 Ti 5 O 12 . Secara alami, keberadaan BMS (Sistem Manajemen Baterai) mengurangi risiko, tetapi risiko tersebut tidak boleh diabaikan, sistem tidak dapat mencegah debit yang terlalu kuat yang sama, yang sangat penting untuk baterai dengan anoda grafit.

Kesalahan umum


Kesalahan umum


Kesalahan yang paling umum dan sering ditemui adalah oposisi terhadap "baterai lithium-ion biasa". Seperti yang Anda lihat di atas, tidak ada yang namanya "normal". Dan perbedaan tegangan bisa sangat berbeda untuk katoda yang tampaknya sama dan sama untuk set katoda dan anoda yang berbeda.

Kesalahan kedua, tidak begitu signifikan, terkait dengan paragraf sebelumnya, penulisan bahan katoda LiFePO 4 sebagai berikut - LiFeP o 4 . Di sini kebingungan cukup umum dan segera menunjukkan bagaimana Anda dapat mempercayai sumber seperti itu.

Kesalahan besar lainnya adalah penentangan baterai LiPo dengan baterai lithium-ion. Berikut ini beberapa opsi perbandingan. Yang pertama adalah yang umum, terhubung dengan kesalahpahaman tentang keberadaan baterai elektrolit polimer di pasaran. Yang kedua, yang memiliki aplikasi lebih sempit, yang biasanya disuarakan sebagai berikut: "baterai lithium-polimer [ucapan tentang kasus] lebih baik / lebih buruk daripada LFP / LTO / NCA (pengganti yang diperlukan)."

Ada campuran tipe tubuh dan isi.

Misalnya, di sini Anda dapat membaca tentang baterai LFP dalam format lithium-polimer (kasing prismatik dalam hal ini).

Baterai A lebih panjang dari Baterai B


Ini adalah fakta aneh lainnya untuk argumentasi selama penjualan. Metode ini digunakan untuk berbagai jenis baterai, tetapi paling sering versi baterai LFP dibandingkan dengan lithium-cobalt atau NMC dengan katoda grafit. Dalam artikel di Internet, baik iklan dan cukup populer, Anda dapat menemukan rasio siklus setara penuh pada tahun 2000 hingga 500 yang mendukung LFP dan sebagai hasilnya - sebuah cerita tentang keunggulan signifikan yang pertama.

Ada beberapa ketidakakuratan. Pertama, jumlah terbesar artikel tentang tanggal lithium-kobalt dari 2005-2006, sedangkan untuk LFP 2012-2013. Data siklus didasarkan pada artikel-artikel ini. Namun demikian, pengembangannya tidak berhenti dan sama-sama aktif untuk semua jenis baterai, dan jaraknya tidak terlalu besar pada interval waktu yang sama. Kedua, jumlah energi yang akan ditransmisikan oleh baterai sepanjang umurnya tidak ditentukan, tetapi dengan ukuran yang sama, LFP memiliki kapasitas yang lebih rendah.
Adapun keuntungan utama - jumlah siklus yang lebih besar, jika kita mengambil penelitian baru dan membandingkan sampel seri dalam kondisi yang sama, perbedaannya tidak begitu dramatis. Secara total, itu adalah 20-30% (800 siklus versus 1000 untuk 40 ° C, misalnya), yang tidak selalu membenarkan pembelian LFP yang sama, karena lebih sedikit energi akan ditransfer karena perbedaan tegangan yang lebih kecil selama seluruh siklus hidup.

Tidak ada sumber dengan perbandingan langsung, karena proses pengujian itu sendiri panjang dan mahal, rumit oleh perjanjian untuk tidak mengungkapkan nama-nama peserta, tetapi membandingkan dari sejumlah data, kita dapat menyimpulkan bahwa saat ini ada karakteristik yang sama untuk semua baterai lithium-ion dalam hal masa pakai baterai di semua skenario yang mungkin, termasuk dan penyimpanan mudah. Data-data ini diberikan, misalnya, dalam sumber 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 .

Sumber lainnya


BU-206: Lithium-polimer: Substansi atau Hype?

Kazuo Murata, Shuichi Izuchi, Youetsu Yoshihisa "Tinjauan umum tentang penelitian dan pengembangan baterai elektrolit polimer padat"

A. Manuel Stephan, KS Nahm "Tinjauan tentang elektrolit polimer komposit untuk baterai lithium. Polimer "

D. Golodnitskya, E. Straussc, E. Peleda dan S. Greenbaum " Ulasan - Tentang Pesanan dan Gangguan dalam Elektrolit Polimer "

Artikel saya sebelumnya tentang baterai lithium-ion - Pengoperasian baterai lithium-ion

Source: https://habr.com/ru/post/id397705/

More articles:


All Articles