'n Battery verwys na 'n spasie in 'n beker, trog of ander houer of saamgestelde houer wat 'n elektrolietoplossing en metaalelektrodes bevat om elektrisiteit op te wek. Dit is 'n toestel wat chemiese energie in elektriese energie omskakel. Dit het positiewe en negatiewe pole. Met die vooruitgang van tegnologie, verwys die term "battery" nou oor die algemeen na klein toestelle wat elektriese energie kan opwek, soos sonselle. Die prestasieparameters van 'n battery sluit hoofsaaklik elektromotoriese krag, kapasiteit, spesifieke energie en weerstand in. Deur 'n battery as 'n energiebron te gebruik, kan 'n mens 'n stabiele spanning, stabiele stroom, langtermyn stabiele kragtoevoer, 'n stroom wat minimaal deur eksterne faktore beïnvloed word, en 'n eenvoudige struktuur wat maklik is om te dra verkry. Laai- en ontlaaihandelinge is gerieflik en eenvoudig. Batterye word nie deur eksterne weerstoestande en temperature beïnvloed nie, en hulle vertoon stabiele en betroubare werkverrigting, wat 'n beduidende rol speel in verskeie aspekte van die moderne sosiale lewe.
Daar is verskeie algemene tipes batterye, insluitend:
- Droë sel: Droë selle behoort tot die primêre batterykategorie in chemiese kragbronne en is weggooibare batterye. Hulle word droë selle genoem omdat die elektroliet in hierdie tipe chemiese kragbron 'n nie-vloeibare pasta is, in teenstelling met batterye met vloeibare elektroliete. Droë selle is geskik vir verskeie toepassings, insluitend flitse, halfgeleierradio's, opnemers, kameras, elektroniese horlosies, speelgoed, sowel as in nasionale verdediging, wetenskaplike navorsing, telekommunikasie, navigasie, lugvaart, medisyne en ander sektore van die nasionale ekonomie.
Loodsuurbatterye, wat staatmaak op hul sterk hoëstroom-ontladingsprestasie, stabiele spanningseienskappe, wye temperatuurreeks-toepasbaarheid, groot individuele batterykapasiteit, hoë veiligheid, oorvloedige en herwinbare grondstowwe en lae koste, beklee 'n stewige posisie in die meerderheid van tradisionele en sommige opkomende toepassingsvelde. Daar is 'n spanning van 2 volt tussen die positiewe en negatiewe pole van die loodsuurbattery. Een van die voordele van stoorbatterye is dat hulle verskeie kere herhaaldelik gebruik kan word. Daarbenewens, as gevolg van hul uiters lae interne weerstand, kan hulle 'n groot stroom verskaf. Wanneer krag aan 'n motor se enjin verskaf word, kan loodsuurbatterye onmiddellike strome van meer as 20 ampère lewer. Tydens laai stoor die battery elektriese energie, en tydens ontlading omskep dit chemiese energie in elektriese energie. Loodsuurbatterye vind wydverspreide toepassing in motors, treine, trekkers, motorfietse, elektriese voertuie, sowel as in kommunikasie, kragstasies, kragoordrag, instrumentasie, UPS-kragbronne, en in die velde van vliegtuie, tenks, skepe, radarstelsels , en meer
'n Litiumbattery is 'n tipe battery met litium as die negatiewe elektrode. Dit is 'n nuwe hoë-energie battery wat na die 1960's ontwikkel is. Dit word gekategoriseer op grond van die elektroliet wat gebruik word:
- Hoë-temperatuur gesmelte sout litium battery.
- Organiese elektroliet litiumbattery.
- Anorganiese nie-waterige elektroliet litiumbattery.
- Soliede elektroliet litiumbattery.
- Litium-water battery.
Die voordele van litiumbatterye sluit in hoë individuele selspanning, groot spesifieke energie, lang bergingslewe (tot 10 jaar), goeie werkverrigting by hoë en lae temperature (bruikbaar in die reeks van -40 tot 150°C). Die nadele sluit egter hoë koste en relatief laer veiligheid in. Boonop moet kwessies soos spanningsvertraging en veiligheidskwessies steeds verbeter word. Die beduidende ontwikkeling van kragbatterye en die opkoms van nuwe positiewe elektrodemateriale, veral die bevordering van litiumysterfosfaatmateriale, het grootliks bygedra tot die vooruitgang van litiumbatterye.
Litium-ioon batterye: Litiumioonbatterye, wat algemeen na verwys word as litiumbatterye, word in slimfone en skootrekenaars gebruik. Hierdie batterye gebruik tipies materiaal wat litiumelemente as elektrodes bevat en verteenwoordig moderne hoëprestasie-batterye. Litium-ioonbatterye, wat aanvanklik in 1990 deur Sony ontwikkel is, gebruik nie-waterige vloeibare organiese elektroliete. Dit is belangrik om daarop te let dat hulle maklik met twee ander tipes batterye verwar kan word:
- Litiumbatterye, met metaallitium as die negatiewe elektrode.
- Litium-ioon-polimeerbatterye, wat polimere gebruik om vloeibare organiese oplosmiddels te gelatien of direk gebruik van alle-vaste toestand elektroliete. Litiumioonbatterye gebruik gewoonlik grafietagtige koolstofmateriale as die negatiewe elektrode.
Semi-vaste toestand batterye: Voordat jy in semi-vaste toestand batterye delf, is dit nodig om te verstaan wat soliede toestand batterye is. Vastetoestandbatterye gebruik soliede elektrodes en soliede elektroliete. Tradisionele vloeibare litiumbatterye, wat dikwels metafories "skommelstoelbatterye" genoem word, het positiewe en negatiewe pole aan die punte van die wiegstoel, met 'n vloeibare elektroliet in die middel. Litiumione, wat soos bekwame atlete optree, skuif heen en weer tussen die positiewe en negatiewe pole, wat die battery se laai- en ontlaaiproses voltooi. Die beginsel van soliede batterye is soortgelyk, maar hul elektroliet is solied. Hierdie digtheid en struktuur stel meer gelaaide ione in staat om aan die een kant te versamel, wat groter stroomgeleiding vergemaklik en sodoende batterykapasiteit verbeter. Gevolglik kan vastetoestandbatterye kleiner wees vir dieselfde hoeveelheid energie. Verder, aangesien daar geen vloeibare elektroliet is nie, word verseëling makliker, wat die behoefte aan bykomende verkoelingspype en elektroniese kontroles in groot toestelle soos motors uitskakel, en sodoende koste bespaar en gewig verminder.
Alhoewel die konsep van vastestofbatterye nie nuut is nie, was vordering in ontwikkeling nie so vinnig as wat aanvanklik in die vooruitsig gestel is nie. Die oorgang van laboratorium-eksperimentering na massaproduksie sal nog 'n aansienlike hoeveelheid tyd neem, selfs al kan kosteverminderings behaal word. Soos met vloeibare litiumbatterye in die 1970's, het die konseptualisering en eksperimentele verifikasie gelyktydig gevorder, maar wydverspreide gebruik het eers aan die einde van die 20ste eeu plaasgevind.
In hierdie oorgangsfase tussen vloeibare litiumbatterye en vastestofbatterye het semi-vastetoestandbatterye ontstaan. Semi-vaste toestand batterye het 'n elektrode aan die een kant wat nie vloeibare elektroliet bevat nie, terwyl die ander kant vloeibare elektroliet bevat. Die verhouding van vaste elektrolietmassa of -volume in 'n enkele sel is die helfte van die totale elektrolietmassa of totale volume. As gevolg van die gedeeltelike soliede elektroliet, bied semi-vaste toestand batterye hoër veiligheid in vergelyking met tradisionele vloeibare litium batterye. Hulle is minder geneig tot ontploffings, selfs wanneer hulle deurboor word. Hierdie batterye gebruik hoë-energie-digtheid materiale, wat verhoogde energiedigtheid en 'n lewensduur van meer as 2000 siklusse bied. Daarbenewens verminder die vermindering in elektroliet in semi-vaste toestand batterye effektief hul gewig. Wat die batterystruktuur betref, gebruik semi-vaste toestand batterye tipies 'n buigsame sakformaat met aluminium-plastiekfilm wat aluminium- of staaldopkomponente vervang. Die Chinese elektriese voertuighandelsmerk "NIO" gebruik semi-soliede-toestand batterye in sy voertuie.
Hieronder is die demontage- en naaldsteek-eksperiment wat ons gedoen het op die semi-soliede batteryselle wat in ons produkte gebruik word.
Litium-ioon batterye: Litium-ioonbatterye insluit litiumione in koolstof (petroleumkoks en grafiet) om die negatiewe elektrode te vorm (tradisionele litiumbatterye gebruik litium of litiumlegerings as die negatiewe elektrode). Algemene positiewe elektrodemateriale sluit in LixCoO2, LixNiO2 en LixMnO4. Die elektroliet bestaan uit LiPF6 + etileenkarbonaat (EC) + dimetielkarbonaat (DMC). Petroleumkoks en grafiet, wat as negatiewe elektrodemateriaal gebruik word, is nie-giftige en volop hulpbronne. Die inbedding van litiumione in koolstof oorkom litium se hoë reaktiwiteit, wat veiligheidskwessies in tradisionele litiumbatterye aanspreek. Die positiewe elektrode LixCoO2 bereik hoë vlakke van werkverrigting en lewensduur in lading en ontlading, wat koste verminder. Die reaksie tydens laai en ontlading vir litium-ioon sekondêre batterye is soos volg:
Semi-vaste toestand batterye: Halfvaste toestandbatterye bestaan uit gekleurde stowwe wat as positiewe elektrodes kan dien, soos natriumsilikaat (Na2Si2O5), natriummetasilikaat (Na2SiO3), of silikondioksied (SiO2), en gekleurde stowwe wat as negatiewe elektrodes dien, soos titaandioksied (TiO2), natriumtitanaat (Na2TiO3), of titaansuboksied (Ti4O7). Positiewe elektrodemateriale kan litiumione absorbeer en berg, terwyl negatiewe elektrodemateriale litiumione kan vrystel. Daarbenewens kan sekere grondstowwe in die battery gebruik word om die werkverrigting van soliede elektrodemateriale te verbeter, soos amien (etielamien, H3CNH2), ammoniumbikarbonaat (NH4HCO3), fluoorhars (fluorhars), dimetielfosfaat (dimetielfosfaat), en karboksilate. Die reaksieproses van die positiewe elektrode in semi-vaste toestand batterye is kompleks, en die elektroniese uitset word hoofsaaklik afgelei van die reaksies wat in die positiewe elektrode plaasvind, met die reaksietempo afhanklik van reaktantkonsentrasies en elektronoordragtempo's.
Prestasievergelyking:
Litium-ioon batterye:
- Hoë spanning: Enkelselspanning bereik 3,7-3,8V, drie keer dié van Ni-Cd- en Ni-MH-batterye.
- Lang siklus lewe: Oor die algemeen meer as 500 siklusse, selfs meer as 1000 siklusse; fosforysterlitium kan tot 8000 siklusse bereik.
- Goeie veiligheidsprestasie: Omgewingsvriendelik met geen geheue-effek nie. Li-ioon, die voorloper van litium-ioon batterye, skakel die risiko van kortsluitings as gevolg van litium dendriete uit, wat die toepassingsreeks daarvan uitbrei.
- Lae selfontlading: Ongeveer 2% selfontladingstempo na een maand by kamertemperatuur, aansienlik laer as Ni-Cd (25-30%) en Ni-MH (30-35%).
- Vinnige laai: 1C-laai vir 30 minute kan meer as 80% van nominale kapasiteit bereik, en fosforysterbatterye kan 90% in 10 minute bereik.
- Werkstemperatuur: Bedryfstemperatuur wissel van -25 tot 60°C, met die potensiaal om uit te brei na -40 tot 70°C met verbeterings in elektroliet en positiewe elektrode.
Semi-vaste toestand batterye:
- Liggewig, hoë energiedigtheid: Veranderinge in toepaslike materiaalstelsels, veral die direkte gebruik van metaallitium in plaas van litium-ingebedde grafiet as die negatiewe elektrode, verhoog energiedigtheid aansienlik.
- Dun, klein volume: Die uitskakeling van skeiers en vloeibare elektroliete verminder dikte, wat semi-vaste toestand battery tegnologie noodsaaklik maak vir miniaturisering en dunfilm toepassings.
- Buigsaamheid: Die gebruik van bros keramiekmateriaal in semi-vaste toestand batterye, wanneer dit verminder word tot millimeter-skaal dikte, maak voorsiening vir buigsaamheid. Behoorlike inkapselingsmateriaal stel die battery in staat om honderde tot duisende buigings te weerstaan sonder noemenswaardige prestasie-agteruitgang.
- Verbeterde veiligheid: Elimineer gevare wat verband hou met litiumdendrietvorming onder hoë stroom en verminder die risiko van reaksies, oksidasie, gasopwekking en verbranding wat verband hou met organiese vloeibare elektroliete in tradisionele litiumbatterye.
Vergelyking tussen vloeibare en semi-vaste toestand batterye: In vergelyking met vloeibare toestand batterye, is die hoofkenmerk van semi-vaste toestand batterye die bekendstelling van vaste toestand elektroliete, wat die tradisionele kombinasie van vloeibare elektroliet en skeiers vervang. Half-vaste toestand-batterye gebruik half-vaste toestand elektroliete, wat die veiligheid aansienlik verbeter in vergelyking met vloeibare toestand batterye. Tans sluit toonaangewende Chinese ontwikkelaars van semi-vaste toestand-batterye Weilan New Energy, Ganfeng Lithium, Funeng Technology, Guoxuan High-Tech en Qingtao Energy in, wat almal industrialisasie van semi-vastetoestandbatterye bereik het.
Toepassingsomvang:
Litium-ioon batterye: In onlangse jare het litiumioonbatterye wydverspreide toepassings gevind, insluitend energiebergingstelsels in hidro-, termiese, wind- en sonkragstasies. Hulle word ook wyd gebruik in elektriese gereedskap, elektriese fietse, elektriese motorfietse, elektriese voertuie, spesiale toerusting, spesiale lugvaart, en verskeie ander velde. Litium-ioon-batterye brei geleidelik uit na gebiede soos elektriese fietse en elektriese voertuie.
Semi-vaste toestand batterye: Halfvaste toestandbatterye kan gebruik word in bemande lugvoertuie, landboubespuiting, industriële patrollies, bosbrandbestryding, konstruksiemonitering, vragvervoer, lugfotografie, kartering, elektroniese verbruikersprodukte, draagbare energieberging en nuwe energievoertuie.