Geekly articles weekly

Baterias de íon de lítio e polímero de lítio: truques de marketing e erros comuns

Eu me deparo repetidamente em artigos e comentários (em artigos, no entanto, com muito menos frequência) usando dados ou nomes incorretos, que são posteriormente apresentados como argumentos, embora na verdade eles sejam errados inicialmente. E esses erros estão se espalhando por todos os recursos, incluindo os Giktayms.

Com este artigo, gostaria de esclarecer alguns pontos e conduzir um tipo de programa educacional.

Baterias de polímero de lítio


Imediatamente a partir do ponto principal - no domínio público, não há baterias de polímero de lítio no sentido técnico da palavra. No mundo de língua inglesa, já lidamos com isso, mas no espaço pós-soviético existem alguns custos terminológicos usados ​​pelos profissionais de marketing. Uma pequena digressão não é que isso não seja usado em outras regiões, mas pelo menos existe a possibilidade de verificar essas informações no seu idioma nativo.

Um pouco de história


Qualquer bateria de íon de lítio possui 4 componentes principais - dois eletrodos (ânodo e cátodo), um eletrólito e um separador. Todos os quatro elementos evoluíram e estão se desenvolvendo mais. Para o eletrólito no início da pesquisa (década de 1970), foram propostas duas opções - eletrólito líquido ou sólido. Naquela época, o eletrólito sólido prometia mais perspectivas de operação - o eletrólito não vaza quando o gabinete é danificado, a própria célula é mais durável. A principal desvantagem foi e continua sendo a alta resistência do eletrólito sólido, pois nega as características físicas.

De fato, uma diminuição na quantidade de recursos alocados pelas empresas para o desenvolvimento de eletrólitos sólidos ocorreu no início dos anos 90, quando a Sony lançou a bateria com eletrólito líquido no mercado. A própria Sony, em 1988, estava confiante no sucesso futuro do eletrólito sólido.

Apesar do foco nas empresas de eletrólitos líquidos, não deixaram de procurar alternativas. Uma opção foram os chamados eletrólitos híbridos. De fato, eles usam um separador com pequenos orifícios e o mesmo eletrólito líquido. Embora pareça seco ao toque, na verdade a quantidade de eletrólito nele não difere daquela de uma bateria convencional. Como em princípio, e design:


modelo esquemático de uma bateria de íons de lítio com um cátodo LiCoO 2 e um ânodo de grafite da Wikipedia em alemão.

Essas baterias são bastante comuns, sua distribuição comercial começou no início dos anos 2000, mas fisicamente e quimicamente são as mesmas baterias de íons de lítio com eletrólito líquido e, em geral, não são muitas.

O que é apresentado no mercado?


Uma maneira de classificar uma bateria é seu corpo. Hoje, existem três métodos populares de embalagem:
  • Células cilíndricas
  • Células prismáticas
  • Saco ou bolsa

O primeiro tipo de bateria é conhecido por seu uso em laptops e carros Tesla (usa o tamanho mais comum 18650).

O segundo tipo é uma forma cilíndrica alterada. Gabinete de alumínio, retângulo ou quadrado em seção transversal. É popular para uso estacionário e no transporte.

O terceiro tipo possui um estojo flexível e nem sempre está equipado com um sistema de proteção embutido. De fato, uma versão mais barata da célula prismática. Esse tipo de bateria é usado, principalmente, em telefones celulares.

Os últimos da lista são os mesmos "polímeros". Eles são chamados por várias razões. A maneira mais arrogante para os profissionais de marketing é o caso de polímeros, e é por isso que eles são "polímeros".

A segunda opção é o uso de um separador finamente poroso de polímero. De fato, não é diferente de uma bateria convencional de íons de lítio.

A terceira opção que ainda não encontrei é dar o nome "polímero" com base no uso de elementos poliméricos como base para cátodos, ânodos e outros elementos. Por via de regra, entra em muitas baterias em uma caixa de plástico.

Problemas de terminologia


Ao desenvolver o conceito, a idéia era tal que o termo "eletrólito líquido" era entendido como uma solução líquida ou semelhante a gel do sal de lítio, enquanto o termo "eletrólito sólido" era um estado sólido de uma substância. Como havia um desejo de vender o que foi prometido, mas o que não é, hoje, mesmo entre os pesquisadores, o eletrólito em gel está incluído na lista de eletrólitos “sólidos”, embora suas características ainda sejam mais provavelmente híbridas. Portanto, pode-se encontrar uma descrição em trabalhos científicos “eletrólito de gel sólido”, que é considerado enganoso por alguns cientistas.

O futuro dos eletrólitos poliméricos


Os desenvolvimentos estão em andamento e, no futuro, podem aparecer baterias com eletrólito de polímero real. No entanto, a partir de 2015, as amostras laboratoriais de eletrólitos de polímeros à base de química orgânica não apresentaram progresso tangível, porque até a data de publicação do artigo em um futuro próximo, não haverá uma saída maciça do eletrólito líquido.

Problemas com o tipo de bateria


Existem vários tipos diferentes de baterias de íon de lítio no mercado. Eles têm vários nomes que permitem que suas características sejam descritas em termos de capacidade ou segurança. Em geral, os seguintes tipos podem ser encontrados:

  • Cobalto de lítio com um cátodo de LiCoO 2 - os modelos mais espaçosos têm um ânodo de grafite.
  • -- LiMn2O4, Li2MnO3 LMnO, -
  • ---- NMC LiNiMnCoO2
  • -- LiFePO4 (LFP)
  • ---- (NCA) LiNiCoAlO2
  • -- (LTO) Li4Ti5O12

Imediatamente você pode perceber a irregularidade dos nomes. Alguns são nomeados após o cátodo, alguns são nomeados após o ânodo. E se, no primeiro caso, ainda se pode tentar adivinhar com um alto grau de probabilidade que o ânodo seja grafite, então, no caso de um nome pelo ânodo, só se pode adivinhar. Além disso, o desenvolvimento está em andamento hoje e, em princípio, você pode encontrar uma bateria no mercado com um cátodo LiFePO 4 e um ânodo Li 4 Ti 5 O 12 , ou seja, lítio-ferro-fosfato de lítio-titanato, que neste sistema não possui um nome comercial simples Link - um artigo científico em 2013 com testes dessa bateria .

A razão da existência de um número tão grande de cátodos e ânodos de baterias está em vários requisitos de bateria. Em algum lugar, é necessária mais segurança e, em algum lugar, capacidade ou energia. Pode-se ter uma idéia da energia armazenada com base em que cada tipo de cátodo e ânodo tem um potencial diferente, como pode ser visto nas imagens abaixo (o potencial do metal de lítio é selecionado como um potencial de 0 V, a diferença de tensão é maior - a potência é maior, a densidade de energia depende do número de átomos lítio):


esquema geral com potenciais da Universidade de Kiel.


Material de origem de um artigo de 2013 de Jiantie Xu, Shixue Dou e outros Fonte


Outra imagem da Purdue School of Engineering and Technology. Fonte

A imagem aproximada a seguir da conexão entre os potenciais celulares e a possibilidade de metalização do lítio em uma descarga muito baixa ou instabilidade térmica durante a sobrecarga pode fornecer uma idéia geral dos motivos:


Imagens tiradas do curso de palestras

As mais inseguras em operação no mercado são lítio-cobalto com ânodo de grafite, as mais seguras. com o cátodo LiFePO 4 e o ânodo Li 4 Ti 5 O 12 . Naturalmente, a presença de um BMS (Battery Management System) reduz os riscos, mas eles não devem ser negligenciados; o sistema não pode impedir a mesma descarga muito forte, o que é crítico para baterias com ânodo de grafite.

Erros comuns


Erros comuns


O erro mais comum e frequentemente encontrado é a oposição à "bateria comum de íons de lítio". Como você pode ver acima, simplesmente não existe algo "normal". E a diferença de tensão pode ser muito diferente para aparentemente os mesmos cátodos e a mesma para diferentes conjuntos de cátodos e ânodos.

O segundo erro, não tão significativo, associou-se ao parágrafo anterior, a escrita do material do cátodo LiFePO 4 da seguinte forma - LiFeP o 4 . Aqui a confusão é bastante comum e mostra imediatamente como você pode confiar nessa fonte.

Outro grande erro é a oposição de uma bateria de LiPo a uma de íon de lítio. Aqui estão algumas opções de comparação. O primeiro é geral, relacionado ao equívoco sobre a existência de baterias de eletrólitos poliméricos no mercado. O segundo, que tem uma aplicação mais restrita, geralmente expressa da seguinte forma: "uma bateria de polímero de lítio [discurso sobre o caso] é melhor / pior que a LFP / LTO / NCA (substitua o necessário)".

Há uma mistura de tipo de corpo e enchimento.

Por exemplo, aqui você pode ler sobre a bateria LFP no formato de polímero de lítio (neste caso, caso prismático).

A bateria A é maior que a bateria B


Essa é outra distorção peculiar dos fatos para argumentação durante a venda. Esse método é usado para diferentes tipos de baterias, mas na maioria das vezes a versão LFP da bateria é comparada com um cobalto de lítio ou NMC com um cátodo de grafite. Em artigos na Internet, tanto publicitários quanto simplesmente populares, é possível encontrar a proporção de ciclos equivalentes completos em 2000 para 500 a favor do LFP e, como resultado - uma história sobre a superioridade significativa do primeiro.

Existem várias imprecisões. Em primeiro lugar, o maior número de artigos sobre lítio-cobalto data de 2005-2006, enquanto para LFP de 2012-2013. Os dados do ciclo são baseados nesses artigos. No entanto, o desenvolvimento não parou e foi igualmente ativo para todos os tipos de baterias, e a diferença não foi tão grande no mesmo intervalo de tempo. Em segundo lugar, a quantidade de energia que a bateria transmitirá ao longo de sua vida útil não é especificada, mas com tamanhos iguais, o LFP tem uma capacidade menor.
Quanto à principal vantagem - um número maior de ciclos, se fizermos novas pesquisas e compararmos amostras seriais em condições iguais, a diferença não é tão dramática. No total, é de 20 a 30% (800 ciclos versus 1000 a 40 ° C, por exemplo), o que nem sempre justifica a compra do mesmo LFP, pois menos energia será transferida devido à menor diferença de tensão durante todo o ciclo de vida.

Não há fontes com comparação direta, já que o processo de teste em si é longo e caro, complicado por acordos sobre a não divulgação dos nomes dos participantes, mas comparando a partir de vários dados, podemos concluir que hoje existem características semelhantes para todas as baterias de íons de lítio em termos de vida útil da bateria em todos os cenários possíveis, incluindo e armazenamento fácil. Esses dados são fornecidos, por exemplo, nas fontes 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 .

Outras fontes


BU-206: Polímero de lítio: Substância ou Hype?

Kazuo Murata, Shuichi Izuchi, Youetsu Yoshihisa "Uma visão geral da pesquisa e desenvolvimento de baterias de eletrólitos de polímero sólido"

A. Manuel Stephan, KS Nahm "Revisão sobre eletrólitos de polímeros compostos para baterias de lítio.

Revisão de polímeros " D. Golodnitskya, E. Straussc, E. Peleda e S. Greenbaum " - Pedido e desordem em eletrólitos de polímeros "

Meu artigo anterior sobre baterias de íon de lítio - Operação de baterias de íon de lítio

Source: https://habr.com/ru/post/pt397705/

More articles:


All Articles