Baza e projektimit të baterive litium-jonike
Parimet bazë të projektimit
Dizajni i baterisë duhet të bazohet në nevojat specifike të pajisjes elektrike dhe karakteristikat e sajbaterivetë. Së pari, parametrat teknikë të secilit komponent, duke përfshirë elektrodat, elektrolitin, ndarësin dhe shtresën e jashtme, duhet të përcaktohen qartë. Për më tepër, parametrat e procesit të prodhimit duhet të rregullohen mirë për të siguruar që paketa përfundimtare e baterisë plotëson specifikimet e paracaktuara dhe treguesit e performancës (si tensioni, kapaciteti dhe vëllimi). Një dizajn i arsyeshëm dhe efektiv është thelbësor për përmirësimin e performancës së baterisë në përdorimin aktual; prandaj, ndjekja e zgjidhjes optimale gjatë gjithë procesit të projektimit është veçanërisht e rëndësishme.
Kërkesat e projektimit
Në dizajnimin e baterisë, është thelbësore të kuptohen plotësisht kërkesat specifike të pajisjes së synuar për parametrat e performancës së baterisë dhe mjedisin e saj të funksionimit. Në përgjithësi, duhet të merren parasysh faktorët kryesorë të mëposhtëm:
(1) Tensioni i funksionimit të baterisë.
(2) Rryma e funksionimit të baterisë, p.sh., rryma normale e shkarkimit dhe rryma e pikut.
(3) Koha e funksionimit të baterisë, duke përfshirë kohën e shkarkimit të vazhdueshëm, jetën e shërbimit ose jetën e ciklit.
(4) Mjedisi i funksionimit të baterisë, duke përfshirë temperaturën e ambientit, etj.
(5) Vëllimi maksimal i lejuar i baterisë.
Bateritë litium-jonike përdoren gjerësisht për shkak të performancës së tyre të shkëlqyer. Megjithatë, në disa aplikacione, ato duhet të plotësojnë një sërë kërkesash shtesë, të tilla si përballimi i goditjeve dhe dridhjeve, përshtatja ndaj temperaturave ekstreme dhe funksionimi në mjedise me-presion të ulët. Gjatë projektimit të këtyre baterive, përveç marrjes në konsideratë të këtyre karakteristikave themelore fizike, është e nevojshme të merren parasysh në mënyrë gjithëpërfshirëse faktorë të tillë si përzgjedhja e lëndëve të para, faktorët kryesorë që përcaktojnë karakteristikat e baterisë, performanca e përgjithshme, proceset e prodhimit, analiza e kostos-përfitimit dhe temperatura e funksionimit.
Treguesit kryesorë për vlerësimin e performancës së baterive të energjisë
Performanca e baterisë në përgjithësi vlerësohet nëpërmjet aspekteve të mëposhtme:
1) Kapaciteti
Kapaciteti i baterisë i referohet sasisë totale të energjisë elektrike që një bateri mund të sigurojë në kushte specifike shkarkimi. Ky koncept zakonisht shprehet si produkt i rrymës dhe kohës, dhe përgjithësisht matet në amper-orë (Ah). Ky parametër ndikon drejtpërdrejt në rrymën maksimale të funksionimit të baterisë dhe kohëzgjatjen e funksionimit të vazhdueshëm.
2) Karakteristikat e shkarkimit dhe rezistenca e brendshme
Karakteristikat e shkarkimit të baterisë pasqyrojnë qëndrueshmërinë e tensionit të saj në dalje, pllajën e tensionit dhe performancën e shkarkimit të lartë të rrymës-në kushte specifike. Këta janë tregues të rëndësishëm për matjen e kapacitetit të ngarkesës së baterisë. Për më tepër, ekzistojnë dy lloje të rezistencës brenda baterisë: rezistenca e brendshme omike dhe rezistenca e brendshme e polarizimit. Këto dy lloje të rezistencës së brendshme kanë një ndikim veçanërisht të rëndësishëm në performancën e përgjithshme të shkarkimit gjatë shkarkimit të lartë-rrymës.
3) Gama e temperaturës së funksionimit
Për të siguruar funksionim të qëndrueshëm të pajisjeve elektrike në kushte të ndryshme mjedisore, bateritë duhet të mbajnë performancë të mirë brenda një intervali specifik të temperaturës.
4) Performanca e ruajtjes
Pas një periudhe të caktuar ruajtjeje, performanca e baterisë mund të ndryshojë për shkak të faktorëve të ndryshëm, duke çuar në vetë-shkarkim, rrjedhje elektrolite, qarqe të shkurtra, etj., duke ndikuar kështu në performancën e saj.
5) Performanca e Ciklit
Performanca e ciklit i referohet numrit të-cikleve të shkarkimit që mund të përballojë një bateri dytësore sipas rregullave specifike të ngarkimit-derisa performanca e saj të bjerë në një nivel të paracaktuar. Është një nga treguesit e rëndësishëm për vlerësimin e besueshmërisë- afatgjatë të një baterie.
6) Karakteristikat e Sigurisë
Siguria e baterisë reflektohet kryesisht në nivelin e saj të sigurisë në kushte jonormale të përdorimit. Këto kushte jonormale të përdorimit përfshijnë mbingarkimin, qarqet e shkurtra, testet e depërtimit të gozhdës, testet e shtypjes, ekspozimin e kutisë së nxehtë, ndikimet e objekteve të rënda dhe dridhjet. Aftësia e baterisë për t'i bërë ballë këtyre kushteve ekstreme është një nga faktorët kryesorë në përcaktimin e përshtatshmërisë së saj për aplikacione në shkallë të gjerë-.
Pajisjet për përgatitjen dhe karakterizimin e materialeve të elektrodës pozitive dhe negative
përgatitjen
Materialet e elektrodave pozitive dhe negative janë përbërësit kryesorë të baterive me jon-litiumi, të tilla si elektroda pozitive si LFePO4 ose LiCoO2, dhe elektroda negative si grafiti ose silikoni/karboni. Materialet e ndryshme kërkojnë metoda të ndryshme përgatitjeje. Ky seksion përdor materialet e elektrodës pozitive treshe si shembull për të prezantuar pajisjet e nevojshme në procesin e përgatitjes.
Karakterizimi
Materialet kryesore të baterive jonike të litiumit, të tilla si materialet e elektrodave pozitive dhe negative, janë të gjitha materiale funksionale elektrokimike që ndikojnë ndjeshëm në performancën elektrokimike të baterive të litiumit-. Ka relativisht shumë tregues teknikë për t'u marrë parasysh gjatë prodhimit dhe zhvillimit të materialit, si dhe gjatë prodhimit dhe aplikimit të baterive, por ata kryesisht ndahen në tre kategori: kategoria e parë është struktura kristalore dhe mikrostruktura e materialit; kategoria e dytë janë treguesit fiziko-kimikë të materialit, duke përfshirë shpërndarjen e madhësisë së grimcave, sipërfaqen specifike, densitetin e rubinetit dhe përbërjen elementare (përfshirë papastërtitë); dhe kategoria e tretë janë karakteristikat e performancës elektrokimike të materialit, të tilla si kapaciteti, efikasiteti fillestar dhe impedanca elektrokimike. Zbulimi dhe karakterizimi i treguesve të ndryshëm të materialeve kryesore të baterive litium-jonike janë të një rëndësie të madhe për kërkimin dhe zhvillimin e materialeve, kontrollin e prodhimit dhe sigurimin e cilësisë.
Pajisje me butona për prodhimin e baterive me jon-litium
Një qelizë monedhash, e njohur gjithashtu si një qelizë butoni ose gjysmë{0}}qelizë, zakonisht përdor metalin litium si elektrodë negative dhe një material elektrodë pozitive si elektrodë pozitive; ose metali litium si elektrodë pozitive dhe një material elektrodë negative si elektrodë negative. Madhësia e tij e vogël, konsumi i ulët i materialit në prodhimin e elektrodave dhe fleksibiliteti i lartë e bëjnë atë një pajisje të rëndësishme për zhvillimin dhe testimin e materialeve aktive për bateritë litium-jonike.
Në fazën e prodhimit të elektrodës, materialet dhe reagentët e kërkuar përfshijnë materialet e elektrodës pozitive dhe negative, agjentët përçues, lidhësit dhe kolektorët e rrymës. Së pari, materialet aktive të elektrodës pozitive dhe negative, agjentët përçues dhe lidhësit përzihen në mënyrë uniforme në një raport specifik duke përdorur bluarje manuale ose homogjenizim mekanik. Më pas, slurri që rezulton lyhet në kolektorin përkatës aktual. Në veshjen laboratorike, metoda e veshjes përcaktohet në bazë të sasisë së slurit. Për llucë më të mëdha, përdoret një makinë e vogël veshjeje (Figura (a)); për llucë më të vogla, një pajisje për formimin e filmit përdoret për veshjen manuale (Figura (b)). Elektroda më pas thahet në një furrë tharjeje dhe ngjeshet duke shtypur me rul. Prerja në feta është procesi i prerjes së saktë të elektrodës në copa rrethore. Në përgjithësi, elektroda me rul-e shtypur mbërthehet midis letrës peshuese dhe vendoset në një makinë shpuese për të shpuar shpejt copa të vogla të elektrodës. Diametri i copave të vogla të elektrodës mund të rregullohet nga madhësia e presës së shpimit të makinës shpuese.
