Cad iad Tréithe Cadhnraí Litiam-ian?

Acmhainn agus Fórsa Leictreaghluaiste Ábhair Ceallra ian Litiam

Le linn imoibriú urscaoilte cadhnraí litiam-, ní théann ach na hábhair ghníomhacha de na leictreoidí deimhneacha agus diúltacha faoi imoibrithe idir-chalaithe/dí-idirghéillithe ian litiam, agus ní ídítear an leictrilít ná ábhair eile. Mar sin, is é an poitéinseal ag a ndéanann na hábhair leictreoid dhearfacha agus dhiúltacha iain litiam a idirghaolú/dí-idirghaolú a chinneadh voltas ciorcaid oscailte na ceallraí, agus is é méid na n-ian litiam atá idirchalaithe/dí-idirchalaithe a chinneann toilleadh an ábhair ghníomhaigh. Braitheann go leor déantúsóirí ceallraí ian litiam domhanda agus soláthraithe ceallraí ian litiam ar na saintréithe ábhair seo chun olltáirgeadh cobhsaí agus feidhmíocht táirge chomhsheasmhach a bhaint amach.

Maidir leis an leictreoid diúltach, tarlaíonn an t-imoibriú de réir Cothromóid (1.2). In aghaidh an mhóil charbóin (12g), is féidir uasmhéid 1/6 mol d'ian litiam a idirghaolú. Dá bhrí sin, is é an cumas teoiriciúil sonrach ábhar leictreoid dhiúltach carbóin
1/6(mol)×96485(Tairiseach Faraday,C/mol)/12(g)=3400C/g=372(mA·h/g) (1.5)

In úsáid laethúil, ag cur san áireamh caillteanas litiam de bharr asaithe agus foirmiú an scannáin idirphase leictrilít soladach (SEI), is é 300–345 mA·h/g toilleadh sonrach iarbhír na n-ábhar carbóin. Baineann príomhsholáthróirí pacáiste ceallraí ian litiam an leibhéal seo amach trí fhoirmiú graifíte optamaithe agus próisis bhrataithe bheachta.

Maidir leis an ábhar leictreoid dhearfach, braitheann a chumas ar an méid ian litiam is féidir a bhaint as / a chur isteach. Ag glacadh le LiCoO₂ mar shampla, féadann suas le 1 mol d'ian litiam in aghaidh an mhóil LiCoO₂ páirt a ghlacadh san imoibriú. Dá bhrí sin, is é cumas sonrach teoiriciúil LiCoO₂ (mais mhóilíneach choibhneasta 97.86)
1(mol)×96485(C/mol)/97.86(g)=985.95C/g=273.9(mA·h/g) (1.6)

Go praiticiúil, chun cobhsaíocht criostail ábhar LiCoO₂ a chothabháil, go ginearálta ní ghlacann ach 30%–60% de na hiain litiam páirt san imoibriú. Mar sin, is é acmhainn shonrach iarbhír ábhar LiCoO₂ ná 137–164 mA·h/g. Rialaíonn mór-mhonaróirí OEM ceallraí litiam-doimhneacht an luchta agus an urscaoilte trí ard BMS chun saolré rothaíochta a uasmhéadú agus sábháilteacht á chinntiú ag an am céanna.

Maidir le fosfáit iarainn litiam, is féidir le 1 mol d'ian litiam in aghaidh an mhóil d'fhosfáit iarainn litiam páirt iomlán a ghlacadh san imoibriú. Dá bhrí sin, tá cumas sonrach teoiriciúil agus iarbhír ábhar fosfáit iarainn litiam (mais mhóilíneach choibhneasta 157.8)
1(mol)×96485(C/mol)/157.8(g)=611.44C/g=169.8(mA·h/g) (1.7)

Sa nádúr, is é an poitéinseal caighdeánach ocsaí de Li/Li⁺ an ceann is ísle, ag baint amach -3.04 V (vs. leictreoid chaighdeánach hidrigine). Maidir le hábhair leictreoid dhiúltach carbóin, tá an poitéinseal eastóscadh agus ionsáite ian litiam cóngarach d’acmhainneacht cothromaíochta Li/Li⁺. De réir teoiric leictriceimiceach, ag teocht an tseomra, is é an poitéinseal leictreoid E den leictreoid dhiúltach carbóin

E=E céim + 0.02567 · ln[C(Li⁺)/C(Li,C₆)] (1.8)

cá
E céim - poitéinseal caighdeánach leictreoid;
C(Li⁺) - tiúchan na n-ian litiam sa tuaslagán leictrilít;
C(Li,C₆) - tiúchan na n-ian litiam san leictreoid dhiúltach carbóin.

Nuair a bhíonn an tiúchan ian litiam sa tuaslagán agus sa charbón leictreoid diúltach gar, is ionann acmhainneacht leictreoid an leictreoid diúltach agus an acmhainneacht laghdaithe caighdeánach E céim. Go ginearálta, tá an tiúchan ian litiam sa leictrilít socraithe, mar sin beidh athruithe ar an acmhainneacht leictreoid diúltach mar thoradh ar athruithe ar thiúchan ian litiam sa leictreoid dhiúltach carbóin. Níl aon mhodh uilíoch ann faoi láthair chun acmhainneacht bheacht chothromaíochta Li/C₆ a ríomh le x-luachanna éagsúla. Déantar é a chinneadh go turgnamhach go ginearálta. Léiríonn turgnaimh go mbíonn éagsúlacht idir 0–0.4 V (vs. Li/Li⁺) i bpoitéinseal deighilte ábhar graifíte de ghnáth, rud a fhágann gur ábhair leictreoid dhiúltacha sách oiriúnach iad le haghaidh feidhmeanna. I bhFíor 1.2 taispeántar an gnáthchuar sceite-luchta atá ag leictreoid dhiúltach graifíte.

Maidir le hábhar leictreoid dhearfach LiCoO₂, imoibriú aon phas amháin is ea an próiseas idirchalaithe/dí-idirghabhála litiam. De réir mar a athraíonn an tiúchan ian litiam san ábhar leictreoid dhearfach, athraíonn acmhainneacht an leictreoid dhearfach freisin. Ag cur san áireamh gurb é an tiúchan ian litiam sa leictrilít ná 1 mol/L, don imoibriú i gcothromóid (1.1), is é an poitéinseal leictreoid dhearfach E

E=E céim + 0.02567 · ln[C(Li⁺,CoO₂)/C(LiCoO₂)] (1.9)

cá
E céim - poitéinseal caighdeánach leictreoid;
C(LiCoO₂) - tiúchan LiCoO₂ san ábhar leictreoid dhearfach;
C(Li⁺,CoO₂) - tiúchan Li⁺ agus CoO₂ san ábhar leictreoid dhearfach;
De réir mar a bhaintear hiain litiam, léiríonn an poitéinseal leictreoid dhearfach treocht anuas.

Is é an próiseas luchtaithe d'ábhar fosfáit iarainn litiam ná an tiontú ó fhosfáit iarainn litiam go fosfáit iarainn tar éis dílithe.

Is é an t-imoibriú ag an leictreoid fosfáit iarainn litiam
LiFePO₄ ↔ FePO₄ + Li⁺ + e⁻ (1.10)

Is imoibriú dhá phas é a phróiseas idirghéillithe/dí-idirchalaithe ian litiam. Dá bhrí sin, ní dhéanann athruithe ar thiúchan ian litiam san ábhar leictreoid dhearfach difear d'athrú féideartha an leictreoid dhearfach. Is é a acmhainneacht cothromaíochta

E=Iarchéim + 0.02567 · ln[C(FePO₄)/C(LiFePO₄)] (1.11)

Is é an tiúchan de sholaid íon ná 1. Bunaithe ar a pharaiméadair teirmidinimice, is é 3.4 V an poitéinseal cothromaíochta teoiriciúil.

Taispeántar i bhFíor 1.3 an cuar tipiciúil urscaoilte-luchtaithe d’ábhar fosfáit iarainn litiam.

Tréithe Feidhmíochta na gCadhnraí ian Litiam

I gcomparáid le cadhnraí eile, tá na tréithe seo a leanas ag cadhnraí litiam atá aitheanta go forleathan ag dáileoirí ceallraí ian litiam agus ag cliaint tionsclaíocha:

Dlús ardfhuinnimh.Sroicheann dlús fuinnimh cadhnraí ian litiam 100 W·h/kg agus 200 W·h/L nó níos mó. Tá mais-fhuinneamh 200 W·h/kg bainte amach ag cadhnraí ian litiam catóide le déanaí. Ag baint úsáide as ábhair anóid ard-bhunaithe nicil-sileacain agus ábhair chatóide saibhir i litiam, meastar go sroichfidh an mais-fhuinneamh sonrach 400 W·h/kg agus an dlús fuinnimh toirtmhéadrach 900 W·h/L, i bhfad níos airde ná na cadhnraí traidisiúnta. Dá bhrí sin, úsáidtear cadhnraí ian litiam go forleathan i dtáirgí leictreonacha iniompartha agus i bhfeithiclí leictreacha.

Voltas ciorcaid ard oscailte.Mar gheall ar úsáid tuaslagóirí orgánacha neamh-uiscíocha, sroicheann an-voltas cille aonair 3.6–3.8 V, atá 2–3 huaire níos mó ná cadhnraí nicil-hidríde miotail nó nicil. Má úsáidtear ábhair chatóide ardvoltais go héifeachtach, féadtar an voltas oibriúcháin de chill aonair a mhéadú go 4.5–5 V, rud atá ar cheann de na cúiseanna tábhachtacha le dlús ardfhuinnimh na gcadhnraí ian litiam.

Tá sé in ann muirear agus urscaoileadh ardráta a fháil.Mar shampla, is féidir le gach ceallraí ian litiam soladach stáit a úsáideann leictrilítí polaiméire rátaí urscaoilte os cionn 10C a bhaint amach le sábháilteacht mhaith; cadhnraí ian litiam a úsáideann fosfáit iarainn litiam mar is féidir leis an gcatóid urscaoileadh 100C a bhaint amach.

Ráta féin-urscaoilte íseal-.Ag teocht an tseomra, is gnách go mbíonn an ráta féinscaoilte míosúil de chadhnraí ian litiam níos lú ná 10%, níos ísle ná cadhnraí hidríde miotail nicil (15%) agus leath an ráta cadhnraí nicil-caidmiam. Go ginearálta tá an ráta féinscaoilte do chadhnraí fosfáit iarainn litiam níos lú ná 3%.

Neamhdhíobhálach don chomhshaol,nach bhfuil aon luaidhe, caidmiam, mearcair, nó substaintí díobhálacha eile ann, agus nach truaillíonn an comhshaol.

Gan éifeacht chuimhne.Tagraíonn éifeacht cuimhne don fheiniméan ina laghdaítear acmhainn na ceallraí nuair a athluchtaítear é sula ndéantar é a urscaoileadh go hiomlán nó a úsáid sula ndéantar é a mhuirearú go hiomlán (ní lobhadh acmhainne é éifeacht cuimhne). Níl aon éifeacht chuimhne ag cadhnraí litiam-.

Sábháilteacht mhaith.Go ginearálta úsáideann cadhnraí ian litiam ábhair charbóin mar an leictreoid dhiúltach, a bhfuil poitéinseal leictreoid aice gar d'acmhainneacht litiam miotalach. Is féidir le hiain litiam idirghaolú agus dí-idirghabháil a dhéanamh ar charbón, ag laghdú go mór an dóchúlacht go dtarlóidh sil-leagan miotail litiam agus go bhfeabhsaítear sábháilteacht ceallraí go mór. Le blianta beaga anuas, chinntigh breiseáin lasair, deighilteoirí lasair, gléasanna PTC (comhéifeacht teochta dearfach), comhlaí cosanta pléascadh, córais bhainistíochta ceallraí, agus teicneolaíochtaí eile sábháilteacht an-ard cadhnraí ian litiam.

Saol timthriall fada.Go ginearálta bíonn saolré timthrialla na gcadhnraí ian litiam níos mó ná 500 timthriall. Go ginearálta is é saolré timthriall cadhnraí fosfáit iarainn litiam ná 2000-3000 timthriall. Nuair a dhéantar iad a mheaitseáil le córais ábhar anóid a bhfuil cumas timthriall ard acu (cosúil le titanate litiam), is féidir níos mó ná 10,000 timthriall a bhaint amach. Mar sin is iad cadhnraí fosfáit iarainn litiam an rogha is fearr le haghaidh córais ceallraí stórála fuinnimh agus tionscadail mhórscála ESS.