С сентября 2006 года серийно выпускается БМВ 3-й серии купе (Е92). Невзирая на свое техническое родство с седаном и Touring, купе БМВ 3-й серии имеет
Аш длительный тест Range Rover Sport Supercharged подошел к концу. Первая хорошая новость: машину не угнали! Вторая: несмотря на соблазн, за
Audi E-tron, представленный на автосалоне в Детройте в январе 2010 года, совсем не то же самое, что E-tron, который выставлялся осенью на IAA 2009 во
В зимнее время года при морозной погоде аккумулятор автомобиля испытывает нагрузку намного больше, чем в летнее время. Автовладельцами замеченны
Эта модель расширяет присутствие компании SEAT в сегменте рынка престижных автомобилей. Toledo - первый автомобиль компании дизайн которого выполнен
В 2000 г. семейство японских Corolla лишь обновилось. Спрос на эти машины падал и классическая Corolla уже не устраивала японских покупателей. Как
Skoda Octavia - это современный переднеприводной автомобиль с поперечным расположением двигателя. На нём может стоять один из пяти моторов концерна
Дебют серийной модели PT Cruiser состоялся в 1999 году в Детройте. Компании Chrysler удалось зацепить ностальгическую струну в душе каждого простого
Компания сыграла на контрасте, представив одновременно две модели, совершенно противоположные по идеологии: сверхэкономичный лимузин-гибрид А8 и
Toyota Tundra (Тойота Тундра) проектировался как грузовик. Мощный двигатель, основательная рама и большая грузоподъемность... вот что отличает этот
- Таблиця характеристик
- 2. Літій-марганцевий акумулятор (LiMn2O4)
- Таблиця характеристик
- 3. Літій-нікель-марганець-кобальт-оксидний акумулятор (LiNiMnCoO2 або NMC)
- Таблиця характеристик
- 4. Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4)
- Таблиця характеристик
- 5. Літій-нікель-кобальт-алюміній-оксидних акумулятор (LiNiCoAlO2)
- Таблиця характеристик
- 6. Літій-тітанатний акумулятор (Li4Ti5O12)
- Таблиця характеристик
Опубліковано 30.03.2016 23:38 Abramova Olesya
Різні підвиди літій-іонної електрохімічної системи іменуються по типу свого активного речовини, і можуть позначатися як повністю словами, так і в скороченому вигляді - хімічними формулами. Об'єднується літієві акумулятори те, що всі вони відносяться до герметичним необслуговуваним акумуляторів . Такі формули не дуже зручні для прочитання або запам'ятовування через свою складність, тому і вони спрощуються - до буквеної абревіатурі.
Наприклад, кобальтит літію, один з найпоширеніших матеріалів для літій-іонних акумуляторів, має хімічну формулу LiCoO2 і абревіатуру LCO. З міркувань простоти також може використовуватися коротка словесна форма - "літій-кобальт". Кобальт є основним активним речовиною і саме по ньому характеризується тип батареї. Інші типи літій-іонної електрохімічної системи також аналогічно зводяться до короткій формі. В даному розділі перераховані шість найбільш поширених типів Li-ion.
Високий показник питомої енергоємності робить літій-кобальтові акумулятор популярним вибором для мобільних телефонів, ноутбуків і цифрових камер. Акумулятор складається з графітового анода і катода з оксиду кобальту. Катод має шарувату структуру і під час розряду іони літію переміщаються до нього від анода. При зарядці напрямок змінюється на протилежного. Недоліком літій-кобальтових акумуляторів є відносно короткий термін служби, низька термічна стабільність і обмежені можливості навантаження (питома потужність). На малюнку 1 показана структура такого акумулятора.
Малюнок 1: Структура літій-кобальтового акумулятора. Під час розряду іони літію переміщаються від анода до катода, при зарядці - від катода до анода.
Літій-кобальтові акумулятор не може заряджатися або розряджатися при силі струму вище його З-рейтингу . Це означає, що осередок типорозміру 18650 ємністю 2400 мАг може заряджатися або розряджатися силою струму не перевищують 2400 мА. Примусовий швидкий заряд або підключення навантаження, що вимагає більше як 2400 мА, призведе до надмірного стресу і перегріву. Для швидкої зарядки виробники рекомендують С-рейтинг 0,8 с або близько 2000 мА. При використанні системи захисту акумулятора вона автоматично обмежує заряд і розряд до безпечного рівня - близько 1С.
Гексагональний графік (рисунок 2) підсумовує продуктивність літій-кобальтового акумулятора з точки зору таких характеристик - питома енергоємність, яка відповідає за час роботи; питома потужність, або здатність забезпечити більшу силу струму; безпеку; продуктивність при високих і низьких температурах; термін служби і довговічність; вартість. Іншими важливими характеристиками, які не врахованими на цьому графіку, є токсичність, можливість швидкої зарядки, саморозряд і термін можливого зберігання. (Дивіться: Принцип "восьмигранной" батареї - що робить батарею батареєю ).
Малюнок 2: Оцінка усередненого літій-кобальтового акумулятора. Літій-кобальтова електрохімічна система вирізняється високою питомою енергоємністю, але пропонує середні показники питомої потужності, безпеки і терміну служби.
Таблиця характеристик
Кобальтит літію: LiCoO2 катод (~ 60% кобальту), графітовий анод
Скорочене позначення: LCO або Li-кобальт
Розроблено в 1991 році Напруга 3,60 В номінальне; стандартний робочий діапазон - 3,0-4,2 В Питома енергоємність 150-200 Вт * ч / кг; спеціалізовані моделі забезпечують до 240 Вт * год / кг С-рейтинг зарядки 0,7-1С, напруга зарядки 4,20 В (більшість моделей); процес зарядки зазвичай займає 3 години; зарядка силою струму більше 1С скорочує термін служби батареї С-рейтинг розряду 1С; при напрузі нижче 2,50 В спрацьовує відсікач; розряд силою струму вище 1С скорочує термін служби батареї Кількість циклів заряду / розряду 500-1000, залежить від глибини розрядів, навантаження, температур Тепловий пробій Зазвичай при 150 ° С. Повний заряд сприяє теплового пробою Області застосування Мобільні телефони, планшети, ноутбуки, фотоапарати Коментар Дуже висока питома енергоємність, обмежена питома потужність. Висока вартість кобальту. Служить в областях, де потрібна велика ємність. Має стабільний попит на ринку.
Таблиця 3: Характеристики літій-кобальтового акумулятора.
2. Літій-марганцевий акумулятор (LiMn2O4)
Пристрій літій-іонного акумулятора з марганцевої шпинелью було вперше опубліковано в журналі "Materials Research Bulletin" в 1983 році. У 1996 році компанія Moli Energy комерціалізувала літій-іонну осередок з літій-марганцевої шпинелью в якості матеріалу катода. Тривимірна структура шпінелі покращує потік іонів на електроді, що призводить до зменшення внутрішнього опору і поліпшення обробки струму. Ще однією перевагою шпінелі є висока термічна стабільність, але термін життя і кількість циклів обмежені.
Низький внутрішній опір такого осередку забезпечує швидку зарядку і високе можливе значення сили струму розряду. У типоразмере 18650 літій-марганцевий акумулятор може розряджатися силою струму в 20-30 А з помірним теплообразованием. Крім того, він здатний витримувати імпульси до 50 А протягом однієї-двох секунд. Безперервна ж навантаження в 50 А призведе до нагрівання акумулятора, який не повинен перевищувати 80 ° С щоб уникнути деградації. Літій-марганцеві акумулятори використовуються для потужних інструментів, медичного обладнання, а також в гібридному і електротранспорті.
На малюнку 4 представлена графічна ілюстрація тривимірного кристалічного каркаса матеріалу катода. Цим матеріалом є шпінель, у якій початкова ромбовидна решеточная структура трансформується в тривимірну.
Малюнок 4: Структура літій-марганцевого акумулятора. Катод з кристалічною літій-марганцевої шпінелі має тривимірну каркасну структуру, яка з'являється після початкового формування. Шпінель забезпечує низький опір, але має більш помірковану питому енергоємність ніж кобальт.
Ємність літій-марганцевого акумулятора приблизно на третину менше ємності літій-кобальтового. Гнучкість конструкції дозволяє оптимізувати батарею під різні завдання і створювати моделі з поліпшеними показниками довговічності, питомої потужності або питомої енергоємності. Наприклад, версія в типорозмірі 18650 з поліпшеними показниками потужності має ємність тільки 1100 мАг, в той час як оптимізована під ємність - 1500 мАг.
На малюнку 5 показаний гексагональний графік типового літій-марганцевого акумулятора. Характеристики можуть здаватися не особливо вразливими, але останні розробки мають поліпшені показники питомої потужності, безпеки і тривалості життя.
Малюнок 5: Характеристики звичайної літій-марганцевого акумулятора. Незважаючи на помірну загальну продуктивність, нові моделі демонструють поліпшену питому потужність, безпеку і тривалість життя.
Більшість літій-марганцевих акумуляторів комбінуються з літій-нікель-марганець-кобальтовими (NMC) для підвищення питомої енергоємності та продовження терміну служби. Цей союз дозволяє використовувати сильні сторони обох систем і називається LMO (NMC). Саме ці комбіновані акумулятори використовуються в більшості електромобілів, таких як Nissan Leaf, Chevy Volt і BMW i3. LMO - частина такого акумулятора, яка складає близько 30%, забезпечує високі прискорювальні можливості електродвигуна, а NMC частина відповідає за розмір автономного пробігу.
Дослідження в літій-іонної системі в значній мірі тяжіють до об'єднання літій-марганцевих осередків з нікель-марганець-кобальтовими. Ці три активних металу можуть легко комбінуватися для отримання необхідного результату, будь то підвищення питомої потужності, навантажувальних характеристик або довговічності акумулятора. Цей широкий діапазон можливостей необхідний для задоволення єдиним технологічним підходом і ринку споживчих акумуляторів, де на першому місці стоїть ємність; і промисловості, де необхідні акумуляторні системи з хорошими навантажувальними характеристиками, з тривалим терміном служби і з надійною безпечною експлуатацією.
Таблиця характеристик
Літій-марганцева шпінель: LiMn2O4 катод, графітовий анод
Скорочене позначення: LNO або Li-марганцевий (шпінельної структура)
Розроблено в 1996 році Напруга 3,70 В (3,80 В) номінальне; стандартний робочий діапазон - 3.0-4.2 В Питома енергоємність 100-150 Вт * ч / кг С-рейтинг зарядки Стандарт 0,7-1С; 3С максимум; зарядка до 4,20 В (більшість батарей) С-рейтинг розряду Стандарт 1С; існують моделі з 10С; імпульсний режим роботи (до 5 секунд) - 50С; при 2,50 В спрацьовує відсікач Кількість циклів заряду / розряду 300-700 (залежить від глибини розрядів і температури) Тепловий пробій Зазвичай при 250 ° С. Повний заряд сприяє теплового пробою Області застосування Електроінструмент, медичне обладнання, електричні силові агрегати Коментар Висока потужність, але помірна ємність; безпечніше літій-кобальтових; зазвичай використовується разом з NMC
Таблиця 6: Характеристики літій-марганцевого акумулятора.
3. Літій-нікель-марганець-кобальт-оксидний акумулятор (LiNiMnCoO2 або NMC)
Одним з найбільш успішних варіантів виконання літій-іонної електрохімічної системи є поєднання нікелю, марганцю і кобальту (NMC) в катоді. За аналогією з літій-марганцевими, ці системи можуть бути оптимізовані під ємність або потужність. Наприклад, NMC акумулятор в типорозмірі осередку 18650 для помірного навантаження має ємністю 2800 мАг і може забезпечувати силу струму в 4-5 А; а версія в тому ж типорозмірі, але оптимізована під показники потужності має ємність тільки 2000 мАг, але максимальна сила струму розряду у неї - 20 А. Показник ємності можна збільшити і до 4000 мАг, якщо додати кремній до складу анода. Але з іншого боку, це значно зменшить навантажувальні характеристики і довговічність такого акумулятора. Настільки неоднозначні властивості кремнію з'являються через його розширення і зменшення при зарядці і розрядці, що призводить до механічної нестійкості конструкції акумулятора.
Секрет технології NMC полягає в поєднанні нікелю і марганцю. Аналогією може служити звичайна кухонна сіль, де окремо її компоненти, натрій і хлор, дуже токсичні, але їх з'єднання утворює корисне харчове речовина. Нікель відомий своєю високою питомою енергоємністю, але низькою стабільністю; марганець ж має перевагу у вигляді шпінельної структури, яка забезпечує низький внутрішній опір, але і призводить до нестачі - низькою питомою енергоємності. Поєднання ж цих металів дозволяє компенсувати недоліки один одного і в повній мірі використовувати сильні сторони.
NMC акумулятори використовуються для потужних інструментів, електровелосипедів та інших силових агрегатів. Склад катода, як правило, поєднує нікель, марганець і кобальт в рівних частинах, тобто кожен метал займає третину від загального обсягу. Такий розподіл також відомо як 1-1-1. Поєднання в такому співвідношенні вигідно своєю вартістю, так як вміст дорогого кобальту в порівнянні з іншими версіями батареї відносно невелике. Ще одна успішна комбінація NMC містить 5 частин нікелю, 3 частини кобальту і 2 частини марганцю. Експерименти з пошуку вдалих комбінацій цих активних речовин тривають і зараз. На малюнку 7 продемонстровані характеристики NMC акумулятора.
Малюнок 7: Оцінка характеристик NMC акумулятора. NMC має хорошу загальну продуктивність і відмінну питому енергоємність. Дана акумуляторна батарея є кращим вибором для електротранспорту і має найнижчий рівень самонагрева.
Останнім часом саме NMC сімейство літій-іонних акумуляторів стає найбільш популярним, так як завдяки можливості комбінації активних речовин стало можна сконструювати економічну батарею з хорошою продуктивністю. Нікель, марганець і кобальт можуть бути легко змішані, щоб задовольнити широкий спектр вимог для електротранспорту або систем акумулювання енергії, специфіка яких передбачає регулярну циклічну роботу. Сімейство NMC акумуляторів активно розвивається в своєму різноманітті.
Таблиця характеристик
Літій-нікель-марганець-кобальт-оксид: LiNiMnCoO2 катод, графітовий анод
Скорочене позначення: NMC (NCM, CMN, CNM, MNC, MCN аналогічно комбінації металів)
Розроблено в 2008 році Напруга 3,60-3,70 В номінальне; стандартний робочий діапазон - 3,0-4,2 В на клітинку, або вище Питома енергоємність 150-220 Вт * ч / кг С-рейтинг зарядки 0,7-1С, зарядка до 4,20 В, в деяких моделях до 4, 30 В; процес зарядки зазвичай займає 3 години; зарядка силою струму більше 1С скорочує термін служби батареї С-рейтинг розряду 1С; деякі моделі підтримують 2С; при 2,50 В спрацьовує відсікач Кількість циклів заряду / розряду 1000-2000 (залежить від глибини розрядів і температури) Тепловий пробій Зазвичай при 210 ° С. Повний заряд сприяє теплового пробою Області застосування Електровелосипеди, медичне обладнання, електроавтомобілі, промисловість Коментар Забезпечують високу ємність і потужність. Широкий спектр практичного застосування, частка ринку стрімко зростає
Таблиця 8: Характеристики літій-нікель-марганець-кобальт-оксидного (NMC) акумулятора.
4. Літій-залізо-фосфатний акумулятор (LiFePO4)
У 1996 році в Університеті Техасу були проведені дослідження, в результаті яких було відкрито новий матеріал для катода літій-іонного акумулятора - фосфат заліза. Літій-фосфатна система володіє хорошими електрохімічними властивостями і низьким внутрішнім опором. Основними перевагами таких акумуляторів є високі показники сили струму і тривалий термін служби, до того ж вони мають гарну термічною стабільністю, підвищеною безпекою і стійкістю до неправильного використання.
Літій-фосфатні акумулятори більш стійкі до перезаряду; якщо в разі тривалого часу до них докладено висока напруга, то деградаційні наслідки будуть помітно менше в порівнянні з іншими літій-іонними акумуляторами. Але напруга осередку о 3.20 В знижує показник питомої енергоємності до рівня, навіть меншого, ніж у літій-марганцевого акумулятора. Для більшості електричних батарей холодна температура знижує продуктивність, а спекотна - скорочує термін служби, літій-фосфатна система не є винятком. У неї також більш високий показник саморазряда в порівнянні з іншими літій-іонними акумуляторами. На малюнку 9 показані характеристики літій-фосфатного акумулятора.
Літій-фосфатні акумулятори часто використовуються в якості заміни стартерних свинцево-кислотних. Чотири осередки такої батареї забезпечать напругу в 12,8 В - аналогічно напрузі шести двухвольтових осередків свинцево-кислотного. Генератор транспортного засобу заряджає свинцево-кислотний акумулятор до 14,40 В (2,40 В на клітинку). Для чотирьох літій-фосфатних осередків максимальне напруження буде 3,60 В, після підзарядку слід відключити, чого не відбувається в звичайному транспортному засобі. Літій-фосфатні акумулятори стійкі до перезаряду, але навіть вони при тривалому збереженні підвищеної напруги деградують. Низькі температури також можуть стати проблемою при використанні літій-фосфатного акумулятора в якості заміни звичайного стартерний.
Малюнок 9: Оцінка характеристик літій-фосфатного акумулятора. Літій-фосфатна електрохімічна система забезпечує відмінну безпеку і довгий термін служби, але питома енергоємність має помірні показники, також варто відзначити високий саморозряд.
Таблиця характеристик
Літій-феррофосфат: LiFePO4 катод, графітовий анод
Скорочене позначення: LFP або Li-фосфат Напруга 3,20, 3,30 В номінальне; стандартний робочий діапазон - 2,5-3,65 В на клітинку Питома енергоємність 90-120 Вт * ч / кг С-рейтинг зарядки 1С стандарт, зарядка до 3,65 В; процес зарядки зазвичай займає 3 години З-рейтинг розряду 1С; в деяких версіях до 25С; 40 А імпульсні струми (до 2 секунд); при 2,50 В спрацьовує відсікач (напруга нижче 2 В завдає шкоди) Кількість циклів заряду / розряду 1000-2000 (залежить від глибини розрядів і температури) Тепловий пробій 270 ° С. Безпечний навіть при повному заряді Області застосування Портативні та стаціонарні пристрої, де необхідні високі струми навантаження і витривалість Коментар Дуже рівний графік розряду, але невелика ємність. Один з найбезпечніших в сімействі літій-іонних. Використовується в спеціалізованих пристроях. Підвищений саморозряд.
Таблиця 10: Характеристики літій-залізо-фосфатного акумулятора.
5. Літій-нікель-кобальт-алюміній-оксидних акумулятор (LiNiCoAlO2)
Літій-нікель-кобальт-алюміній-оксидних акумулятор, або скорочено NCA, БУВ розроблення в 1999 году и схожий з NMC акумулятором, віділяючісь скроню Пітом енергоємністю, Досить добре Пітом потужністю и трівалім терміном служби. Слабкими місцями є безпека і вартість. На малюнку 11 наведено шість ключових характеристик цього акумулятора. NCA електрохімічна система являє собою подальший розвиток літій-нікелевої, додавання алюмінію дало підвищення стабільності.
Малюнок 11: Оцінка характеристик NCA акумулятора. Високі показники енергоємності і щільності енергії укупі з хорошою довговічністю роблять NCA акумулятори цікавими для електротранспорту. Але висока вартість і показники безпеки є недоліком цієї електрохімічної системи.
Таблиця характеристик
Літій-нікель-кобальт-алюміній-оксид: LiNiCoAlO2 катод (~ 9% кобальту), графітовий анод
Скорочене позначення: NCA або Li-алюміній Напруга 3,60 В номінальне; стандартний робочий діапазон - 3,00-4,20 В на клітинку Питома енергоємність 200-260 Вт * ч / кг, очікується поліпшення до 300 Вт * год / кг С-рейтинг зарядки 0,7 с, зарядка до 4,20 В (більшість версій); процес зарядки зазвичай займає 3 години, для деяких версій доступна швидка зарядка С-рейтинг розряду 1С стандарт; при 3,00 В спрацьовує відсікач; глибокі розряди вкорочують термін служби Кількість циклів заряду / розряду 500 (залежить від глибини розрядів і температури) Тепловий пробій Зазвичай при 150 ° С. Повний заряд сприяє теплового пробою Області застосування Медичне обладнання, промисловість, електричні силові агрегати Коментар За характеристиками дуже схожий на літій-кобальтові. В основному використовується в пристроях, що вимагають високі показники ємності
Таблиця 12: Характеристики літій-нікель-кобальт-алюміній-оксидного (NCA) акумулятора.
6. Літій-тітанатний акумулятор (Li4Ti5O12)
Акумулятори з титанату літію в складі відомі ще з 1980-х. У класичному літій-іонному акумуляторі анод графітовий, в даному ж - з нанокристалів титаната літію. Графіт присутній в складі літій-тітанатного акумулятора, але вже в ролі катода. У цього акумулятора номінальну напругу осередку становить 2,40 В, він може бути дуже швидко заряджений і забезпечує високий струм розряду - 10С, тобто в 10 разів перевищує показник його ємності. Кількість циклів заряду / розряду більше, ніж у звичайного літій-іонного. Літій-тітанатний акумулятор безпечний, має відмінні низькотемпературні характеристики - при мінус 30 ° С його ємність зберігається на рівні 80%. Але вартість такого акумулятора висока, а показник питомої енергоємності в 65 Вт * ч / кг дозволяє конкурувати хіба що з нікель-кадмієвих. Номінальна напруга осередку літій-тітанатного акумулятора складає 2,80 В; працездатним акумулятор вважається до значення 1,80 В. На малюнку 13 представлені характеристики літій-тітанатного акумулятора. Його типові області застосування - електричні силові агрегати, системи акумулювання електроенергії та вуличне освітлення на сонячних елементах.
Малюнок 13: Характеристики літій-тітанатного акумулятора. Літій-тітанатние акумулятори мають відмінні показники безпеки, продуктивності при низьких температурах і довговічності. Ведуться розробки по збільшенню питомої енергоємності та здешевлення виробництва.
Таблиця характеристик
Титанат Літія: графітовий катод, Li4Ti5O12 анод
Скорочене позначення: LTO або Li-титанат Напруга 2,40 В номінальне; стандартний робочий діапазон - 1,80-2,75 В на клітинку Питома енергоємність 70-80 Вт * ч / кг С-рейтинг зарядки 1С номінальне; 5С максимальне; зарядка до 2,85 В С-рейтинг розряду 10С допустимо; 30С імпульс (5 секунд); при 1,80 В спрацьовує відсікач Кількість циклів заряду / розряду 3000-7000 Тепловий пробій Один з найбезпечніших літій-іонних акумуляторів Області застосування ІБП, електричні силові агрегати (Mitsubishi i-MiEV, Honda Fit-EV), вуличне освітлення на сонячних елементах Коментар тривалий термін служби, швидка зарядка, широкий температурний діапазон, але низька питома енергоємність і висока вартість. Найбільш безпечна літій-іонна акумуляторна батарея.
Таблиця 14: Характеристики літій-тітанатного акумулятора.
На малюнку 15 порівнюється питома енергоємність свинцевих, нікелевих і літієвих електрохімічних систем. У той час як літій-алюмінієва (NCA) система є явним переможцем по цьому параметру, не варто забувати і про інші важливі характеристики, де перевага знаходиться у інших систем. Відносно питомої потужності і термічної стабільності лідерами є літій-марганцева (LMO) і літій-фосфатна системи (LFP). Літій-тітанатная (LTO) не відрізняється видатної енергоємністю, але за тривалістю життя і низькотемпературних характеристик їй немає рівних. Найбільш повну відповідність вимогам харчування електричних силових агрегатів, безпеки і кількості циклів заряду / розряду по праву роблять літій-кобальтову (LCO) систему найпоширенішою на сьогоднішній день.
Малюнок 15: Показники питомої енергоємності свинцевих, нікелевих і літієвих акумуляторних батарей. NCA мають найвищу питомою енергоємністю. Проте, марганцеві та фосфатні перевершують за питомою потужністю і термічної стабільності. Літій-тітанатние мають найбільший термін служби.
Останнє оновлення 2016-02-16
