Li-ion մարտկոց
Պարունակություն
Լիթիումի իոնային մարտկոցը կամ լիթիումիոն մարտկոցը լիթիումի մարտկոցի տեսակ է
Էլեկտրական շարժունակության զարգացող տեխնոլոգիաներ
Սմարթֆոններ, տեսախցիկներ, անօդաչու սարքեր, էլեկտրական գործիքներ, էլեկտրական մոտոցիկլետներ, սկուտերներ… այսօր լիթիումի մարտկոցները պարզապես ամենուր են մեր առօրյա կյանքում և հեղափոխել են օգտագործման բազմաթիվ դեպքեր: Բայց ի՞նչ են դրանք իրականում բերում և կարո՞ղ են դեռ զարգանալ:
Պատմություն
1970-ականներին էր, որ Լիթիում-իոնային մարտկոցը ներկայացրեց Սթենլի Ուիթինգհեմը: Վերջինիս աշխատանքը կշարունակեն Ջոն Բ. Գուդենոն և Ակիրո Յոշինոն 1986 թ. Միայն 1991 թվականին Sony-ն իր տեսակի մեջ առաջին մարտկոցը թողարկեց շուկայում և սկսեց տեխնոլոգիական հեղափոխություն: 2019 թվականին երեք համահեղինակներ արժանացել են քիմիայի Նոբելյան մրցանակի։
Ինչպես է դա աշխատում.
Լիթիում-իոնային մարտկոցը իրականում մի քանի լիթիում-իոնային բջիջների փաթեթ է, որոնք պահում և վերադարձնում են էլեկտրական էներգիան: Մարտկոցը հիմնված է երեք հիմնական բաղադրիչների վրա՝ դրական էլեկտրոդ՝ կաթոդ, բացասական էլեկտրոդ՝ անոդ և էլեկտրոլիտ՝ հաղորդիչ լուծույթ։
Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում է, անոդը էլեկտրոլիտի միջոցով արտանետում է էլեկտրոններ դեպի կաթոդ, որն էլ իր հերթին դրական իոններ է փոխանակում։ Շարժումը փոխվում է լիցքավորման ժամանակ:
Հետևաբար, գործողության սկզբունքը մնում է նույնը, ինչ «կապար» մարտկոցը, բացառությամբ, որ այստեղ էլեկտրոդների կապարը և կապարի օքսիդը փոխարինվում են կոբալտի օքսիդի կաթոդով, ներառյալ որոշ շուշան և գրաֆիտի անոդ: Նմանապես, ծծմբաթթուն կամ ջրային բաղնիքը զիջում են լիթիումի աղերից բաղկացած էլեկտրոլիտին։
Այսօր օգտագործվող էլեկտրոլիտը հեղուկ վիճակում է, սակայն հետազոտությունները գնում են դեպի պինդ, ավելի անվտանգ և դիմացկուն էլեկտրոլիտ:
Առավելությունները
Ինչո՞ւ է լիթիում-իոնային մարտկոցը փոխարինել բոլոր մյուսներին վերջին 20 տարում:
Պատասխանը պարզ է. Այս մարտկոցն առաջարկում է էներգիայի գերազանց խտություն և, հետևաբար, ապահովում է նույն քաշի խնայողությունը՝ համեմատած կապարի, նիկելի…
Այս մարտկոցները նաև ունեն համեմատաբար ցածր ինքնալիցքաթափում (ամսական առավելագույնը 10%), սպասարկում չեն պահանջում և չունեն հիշողության էֆեկտ:
Վերջապես, թեև դրանք ավելի թանկ են, քան մարտկոցների հին տեխնոլոգիաները, դրանք ավելի էժան են, քան լիթիումի պոլիմերները (Li-Po) և ավելի արդյունավետ են, քան լիթիումի ֆոսֆատը (LiFePO4):
Սահմանափակումները
Այնուամենայնիվ, լիթիում-իոնային մարտկոցները իդեալական չեն և, մասնավորապես, ունեն ավելի շատ բջիջների վնաս, եթե ամբողջությամբ լիցքաթափվեն: Հետեւաբար, որպեսզի նրանք շատ արագ չկորցնեն իրենց հատկությունները, ավելի լավ է դրանք բեռնել առանց սպասելու, մինչև հարթ դառնան։
Առաջին հերթին, մարտկոցը կարող է անվտանգության լուրջ վտանգներ ներկայացնել: Երբ մարտկոցը գերբեռնված է կամ ընկնում է -5°C-ից ցածր, լիթիումը ամրանում է յուրաքանչյուր էլեկտրոդի դենդրիտների միջով: Երբ անոդը և կաթոդը միացված են իրենց դենդրիտներով, մարտկոցը կարող է բռնկվել և պայթել: Բազմաթիվ դեպքեր են գրանցվել Nokia-ի, Fujitsu-Siemens-ի կամ Samsung-ի կողմից, պայթյուններ են տեղի ունեցել նաև ինքնաթիռներում, ուստի այսօր արգելվում է լիթիում-իոնային մարտկոց կրել պահարանում, իսկ տնակում վայրէջքը հաճախ սահմանափակվում է հզորության առումով ( արգելված է 160 Վտ/ժ-ից բարձր և ենթակա է թույլտվության 100-ից մինչև 160 Վտ/ժ):
Այսպիսով, այս երևույթի դեմ պայքարելու համար արտադրողները ներկայացրել են էլեկտրոնային կառավարման համակարգեր (BMS), որոնք կարող են չափել մարտկոցի ջերմաստիճանը, կարգավորել լարումը և անոմալիաների դեպքում գործել որպես անջատիչներ: Խնդիրը շրջանցելու հեռանկարներ են նաև պինդ էլեկտրոլիտը կամ պոլիմերային գելը:
Նաև գերտաքացումից խուսափելու համար մարտկոցի լիցքավորումը դանդաղում է վերջին 20 տոկոսի ընթացքում, ուստի լիցքավորման ժամանակը հաճախ գովազդվում է միայն 80%…
Այնուամենայնիվ, ամենօրյա օգտագործման համար շատ գործնական, լիթիում-իոնային մարտկոցը ուժեղ ազդեցություն է ունենում շրջակա միջավայրի վրա, նախ՝ արդյունահանելով լիթիում, որը պահանջում է աստղաբաշխական քանակությամբ քաղցրահամ ջուր, այնուհետև վերամշակելով այն իր կյանքի վերջում: Այնուամենայնիվ, վերամշակումը կամ վերօգտագործումը տարեցտարի աճում է:
Ո՞րն է լիթիումի իոնի ապագան:
Քանի որ հետազոտություններն ավելի ու ավելի են շարժվում դեպի այլընտրանքային տեխնոլոգիաներ, որոնք ավելի քիչ աղտոտող են, ավելի դիմացկուն, արտադրելու համար ավելի էժան կամ ավելի անվտանգ, արդյոք լիթիում-իոնային մարտկոցը հասել է իր սահմաններին:
Լիթիում-իոնային մարտկոցը, որը արդյունաբերական մասշտաբով աշխատում է արդեն երեք տասնամյակ, չի ասել իր վերջին խոսքը, և զարգացումները շարունակում են բարելավել էներգիայի խտությունը, լիցքավորման արագությունը կամ անվտանգությունը: Մենք դա տեսել ենք տարիների ընթացքում, հատկապես մոտոհրաձգային երկանիվ մեքենաների ոլորտում, որտեղ 5 տարի առաջ սկուտերը տևեց ընդամենը մոտ հիսուն կիլոմետր, որոշ մոտոցիկլետներ այժմ գերազանցում են 200 տերմինալային միջակայքը:
Հեղափոխական խոստումները նույնպես լեգեոն են, ինչպիսիք են Nawa ածխածնային էլեկտրոդը, Jenax ծալվող մարտկոցը, NGK-ում 105°C աշխատանքային ջերմաստիճանը…
Ցավոք սրտի, հետազոտությունները հաճախ բախվում են շահութաբերության և արդյունաբերական հրամայականների դաժան իրականությանը: Սպասում է այլընտրանքային տեխնոլոգիաների, հատկապես լիթիում-օդի զարգացմանը, որին սպասում են բոլորը, լիթիում-իոնը դեռևս պայծառ ապագա ունի, հատկապես էլեկտրական երկանիվ մեքենաների աշխարհում, որտեղ քաշը և հետքի կրճատումը կարևոր չափանիշներ են:
