Хусусиятҳои батареяи литий-ион

Литий хурдтарин ва фаъолтарин металл дар ҷадвали даврии химиявӣ мебошад. Аз сабаби андозаи хурд ва зичии баланди он, он аз ҷониби истеъмолкунандагон ва муҳандисон ба таври васеъ истиқбол карда мешавад. Бо вуҷуди ин, хосиятҳои кимиёвӣ хеле фаъоланд, ки хатари ниҳоят баландро ба бор меорад. Вақте ки металли литий ба ҳаво дучор мешавад, он бо оксиген ба таври шадид реаксия карда, таркиш мекунад. Бо мақсади беҳтар кардани бехатарӣ ва шиддат, олимон маводҳоеро ба монанди графит ва оксиди литий кобальтро барои нигоҳ доштани атомҳои литий ихтироъ карданд. Сохтори молекулавии ин маводҳо як шабакаи хурди нигоҳдории сатҳи наноиро ташкил медиҳад, ки метавонад барои нигоҳ доштани атомҳои литий истифода шавад. Ба ин тартиб, ҳатто агар қабати батарея дарида ва оксиген ворид шавад, молекулаҳои оксиген барои ворид шудан ба ин ҳуҷайраҳои хурди нигаҳдорӣ хеле калон хоҳанд буд, то атомҳои литий бо оксиген дар тамос нашаванд ва аз таркиш пешгирӣ кунанд. Ин принсипи батареяҳои литий-ион ба одамон имкон медиҳад, ки ҳангоми расидан ба зичии баланди иқтидор ба бехатарӣ ноил шаванд.

Озмоиши ба таркиши электрикӣ тобовар

Вақте ки батареяи литий-ион пур карда мешавад, атомҳои литий дар электроди мусбат электронҳоро гум мекунанд ва ба ионҳои литий оксид мешаванд. Ионҳои литий ба воситаи электролит ба электроди манфӣ шино карда, ба ҳуҷайраи нигоҳдории электроди манфӣ дохил мешаванд ва электроне мегиранд, ки ба атомҳои литий табдил меёбанд. Ҳангоми холӣ кардан, тамоми раванд баръакс мешавад. Бо максади пешгирй кардани кутбхои мусбат ва манфии аккумулятор бевосита ламс накунад ва кутохзании батарея ба аккумулятор когази диафрагми дорои сурохихои зиёд илова карда мешавад, то ки расиши кутохро пешгири кунад. Коғази хуби диафрагма инчунин метавонад ҳангоми хеле баланд будани ҳарорати батарея сӯрохиҳоро ба таври худкор пӯшонад, то ионҳои литий аз убур натавонанд, то онҳо тавонанд санъати ҳарбии худро барои пешгирии хатар истифода баранд.

Муҳофизат

Пас аз он ки ҳуҷайраи батареяи литий ба шиддат аз 4.2 В зиёдтар пур карда шавад, таъсири тараф ба вуҷуд меояд. Чӣ қадаре ки шиддати изофабор баланд бошад, хавф ҳамон қадар зиёд мешавад. Вақте ки шиддати ҳуҷайраи батареяи литий аз 4.2V баландтар аст, шумораи атомҳои литий дар маводи электроди мусбӣ камтар аз нисфи аст. Дар ин вақт ҳуҷайра аксар вақт фурӯ меравад, ки боиси коҳиши доимии иқтидори батарея мегардад. Агар шумо зарядро давом диҳед, азбаски ҳуҷайраи электроди манфӣ аллакай аз атомҳои литий пур шудааст, металли минбаъдаи литий дар рӯи маводи электроди манфӣ ҷамъ мешавад. Ин атомҳои литий дендритҳоро аз сатҳи электроди манфӣ ба самти ионҳои литий афзоиш медиҳанд. Ин кристаллҳои металли литий аз коғази сепаратор мегузаранд ва электродҳои мусбат ва манфиро кӯтоҳ пайваст мекунанд. Баъзан батарея пеш аз пайдо шудани ноқилҳои кӯтоҳ таркида мешавад. Ин дар он аст, ки дар ҷараёни пуркунии аз ҳад зиёд электролит ва дигар маводҳо кафида, газ тавлид мекунанд, ки боиси варам ва шикастани қабати батарея ё клапани фишор мегардад ва имкон медиҳад, ки оксиген ворид шавад ва бо атомҳои литий, ки дар рӯи электроди манфӣ ҷамъ шудаанд, реаксия кунад. Ва баъд таркид. Аз ин рӯ, ҳангоми пур кардани батареяи литий, лимити болоии шиддат бояд муқаррар карда шавад, ки мӯҳлати батарея, иқтидор ва бехатарӣ дар як вақт ба назар гирифта шавад. Ҳадди беҳтарини болоии шиддати барқ ​​​​4.2V аст. Ҳангоми холӣ кардани батареяҳои литий низ маҳдудияти пасттари шиддат вуҷуд дорад. Вақте ки шиддати ҳуҷайра аз 2.4V пасттар аст, баъзе маводҳо нобуд мешаванд. Инчунин, азбаски батарея худаш холӣ мешавад, чӣ қадаре ки он дарозтар монад, шиддат ҳамон қадар паст мешавад. Аз ин рӯ, беҳтар аст, ки вақте ки батарея то 2.4 В холӣ мешавад, қатъ накунед. Дар даврае, ки батареяи литий аз 3.0 то 2.4 В холӣ мешавад, энергияи хориҷшуда танҳо тақрибан 3% иқтидори батареяро ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, 3.0V шиддати беҳтарини қатъкунии разряд мебошад.

Ҳангоми пур кардан ва холӣ кардан, ба ғайр аз маҳдудияти шиддат, маҳдудияти ҷорӣ низ зарур аст. Вақте ки ҷараён хеле калон аст, ионҳои литий барои ворид шудан ба ҳуҷайраҳои нигоҳдорӣ вақт надоранд ва дар сатҳи мавод ҷамъ мешаванд. Пас аз он ки ин ионҳои литий электронҳо ба даст оранд, онҳо дар рӯи мавод кристаллҳои атоми литий ба вуҷуд меоранд, ки ин ба пуркунии аз ҳад зиёд баробар аст, ки хатарнок аст. Агар корпуси батарея канда шавад, он таркида мешавад.

Аз ин рӯ, муҳофизати батареяҳои литий-ион бояд ҳадди аққал се ҷузъро дар бар гирад: маҳдудияти болоии шиддати барқ, ҳадди поёни шиддати разряд ва ҳадди болоии ҷараён. Умуман, дар як бастаи батареяи литий, ба ғайр аз ядрои батареяи литий, тахтаи муҳофизатӣ мавҷуд аст. Ин тахтаи муҳофизатӣ асосан ин се муҳофизатро таъмин мекунад. Бо вуҷуди ин, ин се муҳофизати тахтаи муҳофизатӣ бешубҳа кофӣ нестанд ва дар саросари ҷаҳон ҳоло ҳам зуд-зуд таркишҳои батареяҳои литий мавҷуданд. Барои таъмини бехатарии системаи батарея, сабаби таркиши батарея бояд бодиққат таҳлил карда шавад.

Таҳлили навъи таркиш

Намудҳои таркиши ҳуҷайраҳои батареяро ба се намуд тақсим кардан мумкин аст: ноқилҳои кӯтоҳи беруна, расиши кӯтоҳи дохилӣ ва пуркунии изофа. Дар беруни ин ҷо ба беруни ҳуҷайраи батарея дахл дорад, аз ҷумла ноқилҳои кӯтоҳе, ки дар натиҷаи тарҳрезии бади изолятсияи дохилии бастаи батарея ба вуҷуд омадааст.

Вақте ки дар беруни ҳуҷайра ноқилҳои кӯтоҳ ба вуқӯъ мепайванданд ва ҷузъҳои электронӣ схемаро бурида наметавонанд, дар дохили ҳуҷайра гармии баланд ба вуҷуд меояд, ки боиси буғ шудани як қисми электролит мегардад ва қабати батареяро васеъ мекунад. Вақте ки ҳарорати дохилии батарея то 135 дараҷа гарм аст, коғази хуби диафрагма сӯрохҳоро мепӯшонад, реаксияи электрохимиявӣ қатъ мегардад ё қариб қатъ мегардад, ҷараёни ҷараён якбора паст мешавад ва ҳарорат оҳиста паст мешавад ва ҳамин тавр пешгирӣ мекунад. таркиш. Бо вуҷуди ин, суръати пӯшидани сӯрохиҳо хеле паст аст ё сӯрохҳо тамоман пӯшида нестанд. Коғази диафрагма боиси идомаи баланд шудани ҳарорати батарея мегардад, электролитҳои бештар бухор мешаванд ва дар ниҳоят қабати батарея шикаста мешавад ё ҳатто ҳарорати батарея то баланд шудани мавод сӯхта ва таркида мешавад. Расиши кӯтоҳи дохилӣ асосан аз сӯрохҳои фолгаи мис ва фолгаи алюминий ба диафрагма ё кристаллҳои дендритии атомҳои литий ба диафрагма сӯрохшуда ба амал меояд. Ин металлҳои хурди ба сӯзан монанд метавонанд боиси ноқилҳои кӯтоҳи хурд шаванд. Азбаски сӯзан хеле лоғар аст ва арзиши муайяни муқовимат дорад, ҷараёни ҷараён ҳатман калон нест.

Буридани фолгаи мис ва алюминий дар ҷараёни истеҳсолот ба амал меояд. Падидаи мушоҳидашаванда дар он аст, ки батарея хеле зуд мерезад, ки аксари онҳо метавонанд аз ҷониби заводи ҳуҷайраҳои батарея ё заводи васлкунӣ тафтиш карда шаванд. Гузашта аз ин, аз сабаби буррҳои хурд, онҳо баъзан сӯхта мешаванд, ки батареяро ба ҳолати муқаррарӣ бармегардонанд. Аз ин рӯ, эҳтимолияти таркиш дар натиҷаи микрорасиши кӯтоҳи бурр зиёд нест. Ин изҳоротро аз он дидан мумкин аст, ки аксар вақт батареяҳои бад бо шиддати паст пас аз барқ ​​​​дар корхонаҳои гуногуни батарея вуҷуд доранд, аммо таркишҳо каманд, ки онро омор тасдиқ мекунад. Аз ин рӯ, таркише, ки дар натиҷаи ноқилҳои кӯтоҳи дохилӣ ба амал омадааст, асосан аз изофаборкунӣ ба амал меояд. Азбаски пас аз пуркунии зиёдатӣ, дар ҳама ҷо дар порчаи сутун кристаллҳои металлии литий ба сӯзан монанд мавҷуданд, нуқтаи сӯрох дар ҳама ҷо аст ва микрорасмҳои кӯтоҳ дар ҳама ҷо ба амал меоянд. Аз ин рӯ, ҳарорати батарея тадриҷан баланд мешавад ва дар ниҳоят ҳарорати баланд боиси газ шудани электролит мегардад. Дар ин ҳолат, ки ҳарорат хеле баланд аст, ки маводи сӯхтан ва таркишро ба вуҷуд оварад ва ё аввал қабати берунӣ шикаста, боиси ворид шудани ҳаво ва оксидшавии металли литий мегардад, таркиш аст.

Бо вуҷуди ин, таркиш дар натиҷаи ноқилҳои кӯтоҳи дохилӣ, ки дар натиҷаи пуркунии аз ҳад зиёд ба вуҷуд омадааст, ҳатман ҳангоми пуркунии барқ ​​ба амал намеояд. Мумкин аст, вақте ки ҳарорати батарея барои сӯзондани мавод ба қадри кофӣ баланд нест ва гази ҳосилшуда барои шикастани корпуси батарея кифоят намекунад, истеъмолкунанда пуркунии барқро қатъ карда, телефони мобилиро берун мекунад. Дар ин лахза гармие, ки дар натичаи микросхемхои сершумори кутох ба амал меояд, харорати батареяро охиста-охиста баланд мебардорад ва он пас аз муддате таркиш мекунад. Тавсифи маъмули истеъмолкунандагон ин аст, ки вақте телефонро ба даст мегиранд, мебинанд, ки телефон хеле гарм аст ва пас аз партофтани он метарад.

Дар асоси намудҳои дар боло зикршудаи таркишҳо, мо метавонем ба се ҷанбаи ҳифзи таркиш тамаркуз кунем: пешгирии изофабори барқ, пешгирии ноқилҳои кӯтоҳи беруна ва беҳтар кардани бехатарии ҳуҷайра. Дар байни онҳо, пешгирии изофабори барқ ​​​​ва пешгирии ноқилҳои кӯтоҳи беруна ба ҳифзи электронӣ тааллуқ дорад, ки бо тарҳрезии системаи батарея ва васлкунии батарея робитаи бештар дорад. Мақсади такмил додани бехатарии ҳуҷайраҳои батарея муҳофизати кимиёвӣ ва механикӣ мебошад, ки бо истеҳсолкунандагони ҳуҷайраҳои батарея робитаи бештар дорад.