عوامل مؤثر بر چگالی انرژی باتری های لیتیوم چیست؟

چگالی انرژی باتری های لیتیوم به میزان انرژی الکتریکی ذخیره شده در واحد حجم یا جرم ، که معمولاً در ساعت وات در هر کیلوگرم (WH\/kg) یا ساعت وات در هر لیتر (WH\/L) بیان می شود ، اشاره دارد. چگالی انرژی به طور مستقیم بر عمر ، حجم و وزن باتری ، به ویژه در برنامه هایی مانند وسایل نقلیه برقی و دستگاه های تلفن همراه تأثیر می گذارد.

عوامل مؤثر بر چگالی انرژی باتری های لیتیوم عمدتاً موارد زیر است:
1. مواد باتری

• مواد الکترود مثبت: انتخاب مواد الکترود مثبت به طور مستقیم چگالی انرژی باتری های لیتیوم را تعیین می کند. مواد الکترود مثبت رایج شامل موارد زیر است:
• اکسید لیتیوم کبالت (Licoo₂): چگالی انرژی بالایی دارد ، اما گران تر است و از امنیت ضعیفی برخوردار است.
• لیتیوم آهن فسفات (LifePo₄): اگرچه ایمنی بهتری دارد ، اما چگالی انرژی نسبتاً کم دارد.
• مواد سه گانه (نیکل کبالت آلومینیوم NCM یا نیکل کبالت منگنز NCM): هم چگالی انرژی و هم ایمنی را در نظر بگیرید و به طور گسترده در باتری های وسیله نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد.
• نیکل کبالت تیتانات (NCA): چگالی انرژی بالایی دارد و برای باتری های با کارایی بالا مناسب است.
• مواد آند: الکترود منفی به طور عمده از مواد گرافیت یا سیلیکون استفاده می کند. مواد مبتنی بر سیلیکون از ظرفیت نظری بالاتری نسبت به گرافیت برخوردار هستند ، اما به دلیل گسترش حجم زیاد آنها ، آنها هنوز در مرحله تحقیق و توسعه هستند.

2. عملکرد الکترولیت
الکترولیت یک مایع یا ژل است که در باتری برق را انجام می دهد. انتخاب آن تأثیر مهمی در ولتاژ ، پایداری و دامنه دما باتری دارد. هرچه هدایت یونی الکترولیت بهتر باشد ، راندمان و چگالی انرژی باتری بیشتر می شود.

3 ساختار و طراحی باتری
طراحی باتری ، از جمله ضخامت الکترود ، ساختار سلول باتری و ماژول باتری ، بر چگالی انرژی باتری تأثیر می گذارد. راندمان استفاده از فضای داخلی باتری ، فشرده سازی طراحی ساختاری و عملکرد اتلاف گرما همه در چگالی انرژی تأثیر خواهد گذاشت.

4. شرایط شارژ و تخلیه
میزان شارژ و تخلیه باتری بر چگالی انرژی تأثیر دارد. هنگام شارژ و تخلیه در جریان های زیاد ، چگالی انرژی باتری ممکن است از بین برود ، زیرا جریان های زیاد باعث افزایش گرمای داخل باتری می شوند و از این طریق بر کارآیی واکنش الکتروشیمیایی باتری تأثیر می گذارد.

5. دمای کار
باتری های لیتیوم در دماهای بالا یا پایین متفاوت رفتار می کنند. درجه حرارت بالا خطر تجزیه الکترولیت در داخل باتری را افزایش داده و عمر چرخه باتری را کاهش می دهد ، اما دمای بالا مناسب می تواند چگالی انرژی باتری را افزایش دهد. دمای پایین بر شارژ و بازده تخلیه باتری تأثیر می گذارد ، که ممکن است منجر به کاهش چگالی انرژی شود.

6. فرآیند تولید باتری
فرآیند فرآیند تولید باتری های لیتیوم نیز بر تراکم انرژی آن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، فناوری پوشش الکترود ، انتخاب و پیکربندی دیافراگم و تناسب هر مؤلفه باتری بر میزان استفاده از حجم باتری و عملکرد کلی باتری تأثیر می گذارد.

7. زندگی و پوسیدگی انرژی
با استفاده از باتری ، ظرفیت باتری به تدریج پوسیده می شود و چگالی انرژی نیز کاهش می یابد. به منظور بهبود تراکم انرژی ، تولید کنندگان باتری باید رابطه بین چگالی انرژی باتری و عمر چرخه آن را متعادل کنند.

8. ایمنی و ثبات
افزایش چگالی انرژی ممکن است اغلب بر ایمنی باتری تأثیر بگذارد. به عنوان مثال ، تغییر در فشار داخلی باتری ، مدیریت نادرست حرارتی و غیره ممکن است باعث گرم شدن باتری ، گسترش یا حتی فراری حرارتی شود. بنابراین ، در حالی که تراکم انرژی بالاتر را دنبال می کند ، باید ایمنی و پایداری باتری تضمین شود.

اندازه و وزن باتری 9
چگالی انرژی باتری های لیتیوم نیز تحت تأثیر اندازه و وزن باتری قرار می گیرد. بین چگالی حجم و چگالی جرم باید تعادل پیدا شود. در همان شرایط حجم ، افزایش چگالی انرژی باتری ممکن است به معنای کاهش حجم باشد که ممکن است بر طراحی و استفاده کلی از باتری تأثیر بگذارد.

به طور خلاصه ، چگالی انرژی باتری های لیتیوم تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله انتخاب مواد ، طراحی باتری ، فرآیند تولید و شرایط استفاده خارجی قرار دارد. تحقیقات آینده بر بهبود تراکم انرژی ضمن اطمینان از ایمنی باتری ، عمر و مقرون به صرفه بودن متمرکز خواهد شد.