Litijum{0}}-ionske baterije: definicije, klasifikacija, principi rada i primjene u skladištenju energije i fotonaponskoj opremi

U pozadini brzog usvajanja novih skladišta energije, proizvodnje fotonaponske energije, električnih vozila i prijenosnih elektronskih uređaja, litijumske baterije postale su najčešće korišteni medij za elektrohemijsko skladištenje energije. Iako se pojam često kolokvijalno koristi kao dopuna-sve za različite proizvode na bazi litijuma-, sa tehničkog stanovišta, "litijumske baterije" obuhvataju dvije različite kategorije-primarne litijumske baterije i litijum{4}}jonske baterije-koje se razlikuju i značajno se razlikuju po karakteristikama scenarija i primjene. Litijum{7}}jonske baterije, koje se razlikuju po svojoj sposobnosti da se podvrgnu ponovljenim ciklusima punjenja{8}}pražnjenja i visokoj gustini energije, pojavile su se kao glavni izbor za potrošačke i industrijske aplikacije.

 

U strogom smislu, "Flash Battery" litijumske baterije se posebno odnose na primarne litijumske baterije-ne-nepunjive, jednokratne-ćelije. Njihova struktura obično koristi metalni litijum ili legure litijuma za elektrode, uparene sa ne-vodenim rastvorom elektrolita. Konvencionalne primarne litijumske baterije koriste mangan dioksid kao katodu i čisti litijumski metal kao anodu, što rezultira visokom hemijskom reaktivnošću. Koristeći visoke energetske karakteristike primarne hemije litijuma, ove baterije su pogodne za specifične aplikacije koje zahtijevaju preciznu isporuku energije u scenarijima jednokratne-upotrebe; međutim, zbog svojstava materijala, ne mogu se ponovo koristiti.

 

 

Visoko reaktivna hemijska priroda metalnog litijuma bila je primarni faktor koji ograničava široko usvajanje tradicionalnih primarnih litijumskih baterija. Čisti metalni litijum nameće izuzetno stroge zahteve u pogledu proizvodnje, uslova skladištenja i radnog okruženja; lako reaguje sa vazduhom i vlagom, predstavljajući bezbednosne rizike koji su dugo ometali-industrijalizaciju litijumskih baterija za jednokratnu upotrebu. Nasuprot tome, punjive litijum{3}}ionske baterije su u osnovi prevazišle ova tehnološka uska grla, omogućavajući recikliranje i uvod u novu eru energije zasnovane na litiju-u.

 

Punjive litijumske baterije koje su trenutno u širokoj upotrebi predstavljaju razvijeni standard u industriji. Oni rade kroz interkalaciju i de-interkalaciju (migraciju) litijum jona između katode i anode tokom ciklusa punjenja i pražnjenja; budući da čisti metalni litijum nije uključen u reakciju, sigurnost i stabilnost su značajno poboljšane. Ove punjive baterije napajaju široku lepezu aplikacija, od potrošačke elektronike i industrijske opreme do novih energetskih vozila.

 

Decenije tehnološke evolucije dovele su do razvoja različitih sistema katodnih materijala za litijum{0}}jonske baterije kako bi se zadovoljile različite operativne potrebe; posebno, litijum gvožđe fosfat (LFP) se pojavio kao osnovni materijal za industrijsko skladištenje energije. Uobičajeni katodni materijali uključuju litijum-kobalt oksid, litijum-mangan-oksid, litijum-nikl-oksid i litijum-gvožđe-fosfat; izbor materijala određuje sigurnost baterije, vijek trajanja i gustinu energije. Zahvaljujući svojoj superiornoj sigurnosti i izuzetno dugom životnom ciklusu, LFP ćelije su postale poželjan izbor za skladištenje energije i aplikacije za pogonsku snagu.

 

Litijum{0}}jonske baterije su kategorisane prema stanju elektrolita u tečne-elektrolitne i polimerne{2}} vrste elektrolita. Baterije sa tečnim-elektrolitom koriste tečni elektrolit; odlikuju se zrelom tehnologijom i podnošljivim troškovima, što ih čini glavnim izborom za nova energetska baterija za vozila. Polimer-elektrolitne baterije koriste čvrsti polimer elektrolit u suvom ili gel- stanju, nudeći tanju, lakšu formu i povećanu sigurnost. LFP ćelije kombinuju hemiju litijum gvožđe fosfata sa zrelim proizvodnim procesima, balansirajući performanse i cenu kako bi odgovarali različitim aplikacijama velike snage.

 

Komercijalizovane 1992. godine, litijum-jonske baterije-sa prednostima kao što su visoka gustoća energije, odsustvo memorijskog efekta i niske-stope samopražnjenja-u potpunosti su zamijenile tradicionalne olovne-kiselinske baterije i ranu{6}generaciju primarnih litijumskih baterija. U poređenju sa tradicionalnim baterijama, podržava ponovljene cikluse punjenja{8}}pražnjenja i nudi značajno produženi vijek trajanja, što ga čini pogodnim za scenarije koji zahtijevaju dugotrajan-kontinuirani rad. Industrija skladištenja energije baterija postigla je -veliku, rutinsku primjenu elektrana za pohranu energije.