Что такое литиевые батареи и как они работают?

Что такое литий-ионные аккумуляторы, из чего они сделаны и каковы их преимущества по сравнению с другими технологиями хранения аккумуляторов?

Впервые предложенные в 1970-х годах и коммерчески производимые Sony в 1991 году, литиевые батареи сейчас используются в мобильных телефонах, самолетах и ​​автомобилях.Несмотря на ряд преимуществ, которые привели их к растущему успеху в энергетической отрасли, литий-ионные аккумуляторы имеют некоторые недостатки и являются темой, вызывающей много дискуссий.

Но что такое литиевые батареи и как они работают?

Из чего состоят литиевые аккумуляторы?

Литиевая батарея состоит из четырех ключевых компонентов.Он имеет катод, который определяет емкость и напряжение аккумулятора и является источником ионов лития.Анод позволяет электрическому току течь через внешнюю цепь, и когда аккумулятор заряжается, ионы лития сохраняются в аноде.

Электролит состоит из солей, растворителей и добавок и служит проводником ионов лития между катодом и анодом.Наконец, есть сепаратор, физический барьер, разделяющий катод и анод.

Плюсы и минусы литиевых батарей

Литиевые батареи имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем другие батареи.Они могут иметь до 150 ватт-часов (Вт) энергии на килограмм (кг) по сравнению с никель-металлогидридными батареями (60-70 Втч/кг) и свинцово-кислотными батареями (25 Втч/кг).

У них также более низкая скорость разряда, чем у других: они теряют около 5% заряда за месяц по сравнению с никель-кадмиевыми (NiMH) батареями, которые теряют 20% за месяц.

Однако литиевые батареи также содержат легковоспламеняющийся электролит, который может вызвать небольшие возгорания.Именно это стало причиной печально известного возгорания смартфона Samsung Note 7, что вынудило Samsung свернуть производство ипотерять 26 миллиардов долларов рыночной стоимости.Следует отметить, что с крупногабаритными литиевыми батареями этого не произошло.

Литий-ионные аккумуляторы также дороже производить, поскольку они могут стоить почти Производить на 40% больше, чем никель-кадмиевые батареи.

Конкуренты

Литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с конкуренцией со стороны ряда альтернативных аккумуляторных технологий, большинство из которых находятся на стадии разработки.Одной из таких альтернатив являются батареи, работающие на морской воде.

Разработанные Aquion Energy, они состоят из соленой воды, оксида марганца и хлопка, чтобы создать нечто, изготовленное с использованием «обильных нетоксичных материалов и современных недорогих технологий производства».По этой причине они являются единственными батареями в мире, имеющими полную сертификацию.

Подобно технологии Aquion, «Синяя батарея» AquaBattery использует смесь соли и пресной воды, протекающую через мембраны, для хранения энергии.Другие потенциальные типы батарей включают в себя батареи с питанием от мочи Бристольской лаборатории робототехники и литий-ионные батареи Калифорнийского университета в Риверсайде, в которых в качестве анода используется песок, а не графит, что приводит к созданию батареи, которая в три раза мощнее, чем отраслевой стандарт.