Uue energia põhikomponendina on liitiumaku laadimise ja tühjendamise protsess
2018. aastal on uute energiasõidukite valdkond täis püssirohtu ja pikk aku kasutusiga on muutunud erinevate autotootjate jaoks raskeveokiks, et konkureerida siseturu eest. Suured autotootjad meelitavad üha enam tipptarbijaid uute mudelitega, millel on ülipikk aku. Veebruari lõpus avalikustati ametlikult Denza 500; märtsi lõpus käivitas Geely ametlikult uue Emgrand EV450 mudeli; aprilli alguses tõi BYD turule kolm uut mudelit: Qin EV450, e5450 ja Song EV400, mille aku kestvus on üle 400 kilomeetri.
Kuid tehnilisest seisukohast on toiteaku elektrisõidukite ülipikka aku tööea määramise tuum ja võti. Võttes näiteks vahelduvvoolu aeglase laadimise ja alalisvoolu kiirlaadimise kaks laadimismeetodit, ei saa õige ja asjakohane kasutusmeetod mitte ainult maksimeerida aku võimsust, vaid pikendada ka aku kasutusiga. Teadmiste populariseerimise seisukohast on akude praeguse energiatiheduse tehnoloogia taseme alusel vaja lasta tarbijatel mõista toitepatareide laadimis- ja tühjenemisprotsessi ning erinevate akumaterjalide mõju laadimis- ja tühjendusvõimsusele, et kasvatada õigeid kasutusharjumusi ja pikendada võimsust Aku kasutusiga tagab elektrisõiduki pikaajalise aku tööea.
Laengu- ja tühjenduselektronid põgenevad üksteisest
Praegu on kaks populaarset tüüpi akusid, mida kasutavad suured elektrisõidukite ettevõtted, üks on liitiumraudfosfaataku ja teine on kolmekordne liitiumaku. Kuid olenemata sellest, millist tüüpi aku see on, võib laadimisprotsessi jagada ligikaudu neljaks etapiks, nimelt konstantse voolu laadimisetappi, püsiva pinge laadimisetappi, täielikku laadimisetappi ja ujuvat laadimisetappi.
Pidevas laadimisetapis hoitakse laadimisvool konstantsena, laadimisvõimsus suureneb kiiresti ja suureneb ka aku pinge. Püsiva pinge laadimise etapis, nagu nimigi ütleb, jääb laadimispinge konstantseks. Kuigi laetud võimsus suureneb jätkuvalt, tõuseb aku pinge aeglaselt ja väheneb ka laadimisvool. Kui aku on täielikult laetud, langeb laadimisvool ujuki lülitusvoolu alla ja laadija laadimispinge langeb ujukipingele. Ujuki laadimisfaasis jääb laadimispinge ujuvpingele.
Liitiumioonakude laadimis- ja tühjenemisprotsess on liitiumiioonide interkalatsiooni ja deinterkalatsiooni protsess. Liitiumiioonide interkalatsiooni ja deinterkalatsiooni protsessis kaasneb sellega liitiumiioonidega samaväärsete elektronide interkaleerimine ja deinterkalatsioon (tavaliselt esindab positiivset elektroodi interkalatsioon või deinterkalatsioon ning negatiivset elektroodi esindab interkalatsioon või deinterkalatsioon). Kogu laadimisprotsessi vältel kulgevad positiivse elektroodi elektronid välise ahela kaudu negatiivse elektroodini ja positiivsed liitiumiioonid Li+ liiguvad positiivsest elektroodist läbi elektrolüüdi läbi diafragma materjali ja jõuavad lõpuks negatiivse elektroodini, kus nad jäävad ja ühinevad "residentide" elektronidega Koos, see on vähendatud Li-ks, mis on sisestatud negatiivse elektroodi süsinikmaterjali. Andmed näitavad, et süsinikul kui negatiivsel elektroodil on kihiline struktuur ja sellel on palju mikropoore. Negatiivse elektroodini jõudvad liitiumiioonid on integreeritud süsinikukihi mikropooridesse. Mida rohkem liitiumioone on sisseehitatud, seda suurem on laadimisvõimsus.
Vastupidi, kui aku tühjeneb (st aku kasutamise protsess), kaotab negatiivse elektroodi süsinikumaterjaliga sisseehitatud Li elektronid, negatiivse elektroodi elektronid "liiguvad" positiivsele elektroodile välise ahela kaudu ja positiivne liitiumioon Li + ületab elektrolüüdi negatiivsest elektroodist, See läbib eraldaja materjali, jõuab positiivse elektroodini ja ühendab "resident" elektronidega. Samamoodi, mida rohkem liitiumioone positiivse elektroodi juurde tagasi pöördus, seda suurem on tühjenemise võimsus.
Neli materjali efektiivsuse tagamiseks
Millist rolli mängivad erinevad võtmematerjalid (näiteks positiivsed elektroodimaterjalid, negatiivsed elektroodimaterjalid, diafragmamid, elektrolüüdid jne) akude laadimisel ja tühjendamisel?
Esimene on positiivne elektroodimaterjal. Positiivse elektroodimaterjali puhul on aktiivseks materjaliks üldiselt liitiummanganaat või liitiumkoobaltaat, liitiumnikkel koobaltmanganaat ja muud materjalid. Tavatooted kasutavad enamasti liitiumraudfosfaati.
Teine on negatiivne elektroodimaterjal. Negatiivne elektroodimaterjal jaguneb laias laastus süsiniknegatiivseks elektroodiks, tinapõhiseks negatiivseks elektroodiks, liitiumi üleminekumetalli nitriid negatiivseks elektroodiks, legeeritud negatiivseks elektroodiks, nanoskaala negatiivseks elektroodiks ja nanomaterjalideks. Nende hulgas on liitium-ioonakudes tegelikult kasutatavad negatiivsed elektroodimaterjalid põhimõtteliselt süsinikmaterjalid, nagu kunstlik grafiit, looduslik grafiit, mesofaasi süsiniku mikrosfäärid, naftakoks, süsinikkiud, pürolüüsivaigu süsinik jne. Nanooksiidi materjalide osas on teatatud, et liitiumpatarei uue energiatööstuse viimase turuarengu suundumuse kohaselt 2009. aastal on mõned ettevõtted hakanud kasutama nano-titaanoksiidi ja nano-ränioksiidi traditsiooniliste grafiidi, tinaoksiidi ja süsiniku nanotorude lisamiseks. , mis parandab oluliselt liitiumpatareide laadimisvõimsust ja laadimis-tühjenemisaega.
Kolmas on elektrolüütide lahus, tavaliselt liitiumsool, nagu liitiumperkloraat (LiClO4), liitiumheksafluorofosfaat (LiPF6), liitium tetrafluoroboraat (LiBF4) jms. Kuna aku tööpinge on palju suurem kui vee lagunemispinge, kasutatakse liitium-ioonakudes sageli orgaanilisi lahusteid, kuid orgaanilised lahustid hävitavad laadimise ajal sageli grafiidi struktuuri, põhjustades selle koorumise ja moodustavad selle pinnale tahke elektrolüütkile, mille tulemuseks on elektroodi passivatsioon. . See võib põhjustada ka ohutusprobleeme, nagu tuleohtlikkus ja plahvatus.
Neljas on eraldaja. Aku ühe põhikomponendina määravad eraldaja jõudluse eelised aku liidese struktuuri ja sisemise takistuse, mis omakorda mõjutab aku mahtuvust, tsükli jõudlust, laadimis- ja tühjendusvoolu tihedust ning muid põhiomadusi. Üldiselt on olemas mitut tüüpi tavaliselt kasutatavaid eraldajaid, näiteks ühekihilisi ja mitmekihilisi eraldajaid. On arusaadav, et mõned kodumaised ettevõtted valivad veidi paksemad diafragmad ja mõned ettevõtted kasutavad diafragmasid paksusega 31 kihti. Diafragma tootmise kõrge tehnilise künnise tõttu on kodumaise liitium-ioonaku diafragma tehnoloogia ja välisriikide vahel endiselt mõningane lõhe.
Andmete kohaselt on diafragma spetsiaalselt moodustunud polümeerkile, millel on mikropoorne struktuur. Pärast elektrolüüdi imendumist võib see lühiste vältimiseks isoleerida positiivsed ja negatiivsed elektroodid. Samal ajal pakub see liitium-ioonakule mikropoorset kanalit, et realiseerida laadimis- ja tühjendusfunktsioon ning kiiruse jõudlus ning realiseerida liitiumiioonide juhtivus. Kui aku on ülehinnatud või temperatuur muutub oluliselt, blokeerib eraldaja plahvatuse vältimiseks voolujuhtivuse suletud pooride kaudu.
