Lithium-rafhlaða frumur: skilgreiningar, flokkun, vinnureglur og notkun í orkugeymslu og ljósvökva

Með hliðsjón af hraðri upptöku nýrrar orkugeymslu, raforkuframleiðslu, rafknúinna farartækja og flytjanlegra rafeindatækja hafa litíum rafhlöður orðið mest notaði miðillinn fyrir rafefnafræðilega orkugeymslu. Þó hugtakið sé oft notað í daglegu tali sem-allt fyrir ýmsar litíum-vörur, frá tæknilegu sjónarhorni, þá ná "litíum rafhlöður" til tveggja aðskilda flokka-aðal litíum rafhlöður og litíum-jónarafhlöður-sem eru verulega ólíkar hvað varðar frammistöðu og notkunareiginleika. Lithium-rafhlöður, sem einkennast af hæfni sinni til að gangast undir endurtekna hleðslu-afhleðslulotu og mikilli orkuþéttleika, hafa komið fram sem almennt val fyrir bæði neytenda- og iðnaðarnotkun.

 

Í ströngum skilningi vísa „Flash Battery“ litíum rafhlöður sérstaklega til aðal litíum rafhlöður-ekki-endurhlaðanlegar, einnota-selur. Uppbygging þeirra notar venjulega litíum málm eða litíum málmblöndur fyrir rafskautin, parað með ó-vatnskenndri raflausn. Hefðbundnar litíumrafhlöður nota mangandíoxíð sem bakskaut og hreinan litíummálm sem rafskaut, sem leiðir til mikillar efnahvarfs. Með því að nýta háorkueiginleika frumlitíumefnafræðinnar eru þessar rafhlöður hentugar fyrir sérstök forrit sem krefjast nákvæmrar aflgjafar í einnar-aðstæðum; en vegna efniseiginleika þeirra er ekki hægt að endurnýta þau.

 

 

Mjög hvarfgjarnt efnafræðilegt eðli málmlitíums hefur verið aðalþátturinn sem takmarkar útbreidda notkun hefðbundinna litíumrafhlöðu. Hreint málmlitíum setur mjög strangar kröfur varðandi framleiðslu, geymsluaðstæður og rekstrarumhverfi; það bregst auðveldlega við lofti og raka og skapar öryggisáhættu sem hefur lengi hindrað stóra-iðnvæðingu einnota litíum rafhlöður. Aftur á móti hafa endurhlaðanlegar litíum-rafhlöður í grundvallaratriðum sigrast á þessum tæknilegu flöskuhálsum, gert kleift að endurvinna og hefja nýtt tímabil litíum-orku.

 

Endurhlaðanlegu litíum rafhlöðurnar sem nú eru í útbreiddri notkun tákna þróaðan staðal iðnaðarins. Þeir starfa í gegnum innskot og af-flóð (flæði) litíumjóna milli bakskauts og rafskauts meðan á hleðslu- og afhleðsluferli stendur; þar sem hreint málmlitíum tekur ekki þátt í hvarfinu er öryggi og stöðugleiki aukið verulega. Þessar endurhlaðanlegu rafhlöður knýja mikið úrval af forritum, allt frá rafeindatækni og iðnaðarbúnaði til nýrra orkutækja.

 

Áratuga tækniþróun hefur leitt til þróunar ýmissa almennra bakskautsefnakerfa fyrir litíum-jónarafhlöður til að henta mismunandi rekstrarþörfum; sérstaklega hefur litíumjárnfosfat (LFP) komið fram sem kjarnaefni fyrir orkugeymslu í iðnaði. Algeng bakskautsefni eru litíumkóbaltoxíð, litíummanganoxíð, litíumnikkeloxíð og litíumjárnfosfat; efnisval ákvarðar öryggi rafhlöðunnar, líftíma og orkuþéttleika. Þökk sé frábæru öryggi þeirra og einstaklega langa líftíma hafa LFP frumur orðið ákjósanlegur kostur fyrir orkugeymslu og hreyfiafl.

 

Lithium-jónarafhlöður eru flokkaðar eftir raflausnastöðu þeirra í fljótandi-rafhlöður og fjölliða-rafhlöður. Fljótandi-rafhlöður nota fljótandi raflausn; þær eru með þroskaða tækni og viðráðanlegan kostnað, sem gerir þær að almennu vali fyrir nýjar rafhlöður í ökutækjum. Fjölliða-rafhlöður nota þurr eða hlaup-fast fjölliða raflausn, sem býður upp á þynnri, léttari formþátt og aukið öryggi. LFP frumur sameina litíum járnfosfat efnafræði með þroskuðum framleiðsluferlum, jafnvægi á afköstum og kostnaði til að passa við ýmis há-afl.

 

Liþíum-jónarafhlöður-með kostum eins og miklum orkuþéttleika, skorti á minnisáhrifum og lágum-sjálfhleðsluhraða-hafa algjörlega komið í stað hefðbundinna blý-sýrurafhlöður og frum-kynslóðar litíumrafhlöður sem voru markaðssettar árið 1992. Í samanburði við hefðbundnar rafhlöður styður það endurtekna hleðslu-hleðslulotu og býður upp á verulega lengri endingartíma, sem gerir það hentugt fyrir aðstæður sem krefjast langtíma-samfelldrar notkunar. Orkugeymsluiðnaðurinn fyrir rafhlöður hefur náð hinni-stórfelldu, venjubundnu uppsetningu orkugeymslurafstöðva.