به عنوان تامین کننده باتری های لیپو ولتاژ بالا، اغلب در مورد واکنش های شیمیایی که در طی فرآیندهای شارژ و دشارژ در داخل این باتری ها رخ می دهد، سؤال می شود. درک این واکنش ها برای هر کسی که از این باتری ها استفاده می کند یا تامین می کند بسیار مهم است، زیرا می تواند به بهینه سازی عملکرد آنها، تضمین ایمنی و افزایش طول عمر آنها کمک کند.
اصول اولیه باتری های لیپو ولتاژ بالا
باتری های لیپو ولتاژ بالا (لیتیوم - پلیمر) نوعی باتری قابل شارژ هستند که در سال های اخیر به دلیل چگالی انرژی بالا، سبک وزن و عمر چرخه نسبتا طولانی محبوبیت زیادی پیدا کرده اند. آنها معمولاً در طیف گسترده ای از برنامه ها، از لوازم الکترونیکی مصرفی مانند تلفن های هوشمند و لپ تاپ ها گرفته تا پهپادهای با کارایی بالا و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند.
واکنش های شیمیایی در طول شارژ
هنگامی که یک باتری لیپو ولتاژ بالا شارژ می شود، یک سری واکنش های شیمیایی پیچیده در آند و کاتد انجام می شود.
واکنش های آندی
آند یک باتری لیپو ولتاژ بالا معمولاً از گرافیت ساخته می شود. در طول شارژ، یون های لیتیوم (Li+) از مواد کاتد استخراج شده و از طریق الکترولیت به آند مهاجرت می کنند. در آند، این یونهای لیتیوم به لایههای گرافیت وارد میشوند.
واکنش شیمیایی در آند را می توان به صورت زیر نشان داد:
[
6C + xLi^{+}+ xe^{-}\rightleftharpoons Li_{x}C_{6}
]
در این واکنش، (x) تعداد یون های لیتیوم را نشان می دهد که در ساختار گرافیت قرار می گیرند. با پیشرفت فرآیند شارژ، یون های لیتیوم بیشتری به گرافیت وارد می شود و مقدار (x) افزایش می یابد. این فرآیند بینابینی یک واکنش برگشت پذیر است که برای قابلیت شارژ مجدد باتری ضروری است.
واکنش های کاتدی
کاتد یک باتری لیپو ولتاژ بالا معمولاً از یک اکسید لیتیوم - فلز مانند اکسید لیتیوم کبالت (LiCoO2)، اکسید لیتیوم منگنز (LiMn2O4) یا فسفات آهن لیتیوم (LiFePO4) ساخته شده است. در طول شارژ، یون های لیتیوم از مواد کاتد استخراج می شوند.
به عنوان مثال، در یک کاتد LiCoO2، واکنش به صورت زیر است:
[
LiCoO_{2}\rightleftharpoons Li_{1 - x}CoO_{2}+xLi^{+}+xe^{-}
]
همانطور که باتری شارژ می شود، یون های لیتیوم از ساختار LiCoO2 حذف می شوند و یک ترکیب کمبود لیتیوم (Li_{1 - x}CoO_{2}) باقی می ماند. الکترون های آزاد شده در این واکنش از طریق مدار خارجی به آند می روند و در آنجا با یون های لیتیوم که از طریق الکترولیت مهاجرت کرده اند ترکیب می شوند.
نقش الکترولیت
الکترولیت موجود در باتری لیپو ولتاژ بالا یک جزء حیاتی است که به یون های لیتیوم اجازه می دهد بین آند و کاتد حرکت کنند. این معمولاً محلول لیتیوم نمکی است، مانند لیتیوم هگزافلوئوروفسفات (LiPF6) که در یک حلال آلی حل شده است. الکترولیت محیطی را برای حرکت یون های لیتیوم فراهم می کند و همچنین به حفظ خنثی الکتریکی باتری کمک می کند.
واکنش های شیمیایی در حین تخلیه
هنگامی که باتری لیپو ولتاژ بالا در حال تخلیه است، واکنش های شیمیایی که در طول شارژ رخ داده اند معکوس می شوند.
واکنش های آندی
در آند، یون های لیتیوم که در حین شارژ در گرافیت وارد شده اند، از بین می روند. یون های لیتیوم از ساختار گرافیت خارج شده و از طریق الکترولیت به سمت کاتد حرکت می کنند. الکترون ها نیز از آند آزاد می شوند و در مدار خارجی جریان می یابند تا انرژی الکتریکی را تامین کنند. واکنش در آند در حین تخلیه به صورت زیر است:
[
Li_{x}C_{6}\rightleftharpoons 6C + xLi^{+}+ xe^{-}
]
واکنش های کاتدی
در کاتد، یون های لیتیوم که از طریق الکترولیت مهاجرت کرده اند با مواد کاتد ترکیب می شوند. برای یک کاتد LiCoO2، واکنش در حین تخلیه به صورت زیر است:
[
Li_{1 - x}CoO_{2}+xLi^{+}+xe^{-}\rightleftharpoons LiCoO_{2}
]
با تخلیه باتری، یون های لیتیوم دوباره وارد مواد کاتد می شوند و ترکیب غنی از لیتیوم اصلی را بازیابی می کنند.
عوامل موثر بر واکنش های شیمیایی
عوامل متعددی می توانند بر واکنش های شیمیایی داخل باتری لیپو ولتاژ بالا در هنگام شارژ و دشارژ تأثیر بگذارند.
دما
دما تأثیر قابل توجهی بر عملکرد باتری های لیپو ولتاژ بالا دارد. در دماهای پایین، تحرک یونهای لیتیوم در الکترولیت کاهش مییابد که میتواند فرآیندهای شارژ و تخلیه را کند کند. از سوی دیگر، دماهای بالا میتوانند واکنشهای شیمیایی را تسریع کنند، اما ممکن است منجر به واکنشهای جانبی مانند تجزیه الکترولیت یا تشکیل یک لایه بین فاز الکترولیت جامد (SEI) روی سطح آند شوند.
نرخ شارژ و دشارژ
سرعت شارژ یا دشارژ شدن باتری لیپو ولتاژ بالا نیز می تواند بر واکنش های شیمیایی تأثیر بگذارد. شارژ یا دشارژ سریع می تواند باعث توزیع نابرابر یون های لیتیوم در باتری شود و منجر به تشکیل دندریت های لیتیوم در سطح آند شود. این دندریت ها می توانند به جداکننده بین آند و کاتد نفوذ کنند و باعث اتصال کوتاه شوند و به طور بالقوه منجر به فرار حرارتی شوند.
محدوده محصولات ما
ما به عنوان تامین کننده باتری لیپو ولتاژ بالا، طیف گسترده ای از محصولات را برای رفع نیازهای متنوع مشتریان خود ارائه می دهیم. شما می توانید ما را بررسی کنیدباتری لیتیوم یون پلیمری 3.7 ولت 1200mahکه برای بسیاری از کاربردهای الکترونیک مصرفی مناسب است. ماسلول های لیپو با ظرفیت بالابرای کاربردهای با قدرت بالا که به انرژی طولانی مدت نیاز دارند ایده آل هستند. برای دستگاه های کوچکتر، ما داریمباتری لیتیوم یون پلیمری کوچک. ما نیز ارائه می دهیمباتری لیتیوم پلیمری 3.7 ولت 180mahوباتری لیتیوم پلیمری 3.7 ولت 200 میلی آمپر ساعتیبرای نیازهای خاص کم مصرف
برای خرید و بحث با ما تماس بگیرید
اگر به باتری های لیپو ولتاژ بالا ما علاقه مند هستید یا در مورد واکنش های شیمیایی، عملکرد یا کاربرد این باتری ها سؤالی دارید، توصیه می کنیم با ما تماس بگیرید. تیم کارشناسان ما آماده ارائه اطلاعات دقیق و کمک به شما در یافتن مناسب ترین باتری برای نیازهای شما هستند. چه یک مصرف کننده در مقیاس کوچک یا یک کاربر صنعتی در مقیاس بزرگ باشید، ما می توانیم راه حل های سفارشی را برای برآوردن نیازهای خاص شما ارائه دهیم.
مراجع
- Arora, P., & White, RE (1998). بررسی مقایسه ای اشتعال پذیری الکترولیت در باتری های لیتیوم یونی. مجله انجمن الکتروشیمیایی، 145 (10)، 3647 - 3653.
- Tarascon, JM, & Armand, M. (2001). مسائل و چالش های پیش روی باتری های لیتیومی قابل شارژ. طبیعت، 414(6861)، 359 - 367.
- Winter, M., & Brodd, RJ (2004). باتری ها، پیل های سوختی و ابرخازن ها چیست؟ بررسی های شیمیایی، 104 (10)، 4245 - 4269.
