كمكون أساسي للطاقة الجديدة ، فإن عملية الشحن والتفريغ لبطارية ليثيوم الطاقة
في عام 2018 ، أصبح مجال مركبات الطاقة الجديدة مليئا بالبارود ، وأصبح عمر البطارية الطويل واجبا ثقيلا على شركات السيارات المختلفة للتنافس على السوق المحلية. تجذب شركات السيارات الكبرى المزيد والمزيد من المستهلكين الراقيين مع نماذج جديدة ذات عمر بطارية طويل للغاية. في نهاية فبراير ، تم الكشف رسميا عن Denza 500. في نهاية شهر مارس ، أطلقت جيلي رسميا طراز Emgrand EV450 الجديد. في بداية شهر أبريل ، أطلقت BYD ثلاثة طرازات جديدة ، Qin EV450 و e5450 و Song EV400 ، مع عمر بطارية يزيد عن 400 كيلومتر.
ومع ذلك ، من وجهة نظر تقنية ، فإن بطارية الطاقة هي جوهر ومفتاح تحديد عمر البطارية الطويل جدا للسيارات الكهربائية. مع أخذ طريقتي الشحن لشحن التيار المتردد البطيء والشحن السريع DC كمثال ، فإن طريقة الاستخدام الصحيحة والمناسبة لا يمكنها فقط زيادة طاقة بطارية الطاقة إلى أقصى حد ، ولكن أيضا إطالة عمر خدمة البطارية. من منظور تعميم المعرفة ، على أساس مستوى تكنولوجيا كثافة الطاقة الحالي لبطاريات الطاقة ، من الضروري السماح للمستهلكين بفهم عملية شحن وتفريغ بطاريات الطاقة وتأثير مواد البطارية المختلفة على قدرة الشحن والتفريغ ، وذلك لزراعة عادات الاستخدام الصحيحة وإطالة الطاقة يضمن عمر خدمة البطارية عمر البطارية طويل الأمد للسيارة الكهربائية.
تهرب إلكترونات الشحن والتفريغ من بعضها البعض
في الوقت الحاضر ، هناك نوعان شائعان من بطاريات الطاقة المستخدمة من قبل شركات السيارات الكهربائية الكبرى ، أحدهما هو بطارية فوسفات الحديد الليثيوم ، والآخر هو بطارية الليثيوم الثلاثية. ومع ذلك ، بغض النظر عن نوع البطارية ، يمكن تقسيم عملية الشحن تقريبا إلى المراحل الأربع التالية ، وهي مرحلة الشحن الحالي المستمر ، ومرحلة شحن الجهد الثابت ، ومرحلة الشحن الكامل ، ومرحلة الشحن العائمة.
في مرحلة الشحن الحالي المستمر ، يتم الحفاظ على تيار الشحن ثابتا ، وتزداد سعة الشحن بسرعة ، ويزداد جهد البطارية أيضا. في مرحلة شحن الجهد الثابت ، كما يوحي الاسم ، سيظل جهد الشحن ثابتا. على الرغم من أن السعة المشحونة ستستمر في الزيادة ، إلا أن جهد البطارية سيرتفع ببطء وسينخفض تيار الشحن أيضا. عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل ، ينخفض تيار الشحن إلى ما دون تيار تبديل التعويم ، وينخفض جهد شحن الشاحن إلى جهد التعويم. خلال مرحلة الشحن العائم ، سيبقى جهد الشحن عند جهد التعويم.
عملية شحن وتفريغ بطاريات الليثيوم أيون هي عملية تداخل وإزالة تداخل أيونات الليثيوم. في عملية التداخل وإزالة الترسبات من أيونات الليثيوم ، يرافقه تداخل وإزالة تداخل الإلكترونات المكافئة لأيونات الليثيوم (عادة ما يتم تمثيل القطب الموجب عن طريق التداخل أو إزالة التداخل ، ويتم تمثيل القطب السالب عن طريق التداخل أو إزالة التداخل). خلال عملية الشحن بأكملها ، ستعمل الإلكترونات الموجودة على القطب الموجب إلى القطب السالب من خلال الدائرة الخارجية ، وستمر أيونات الليثيوم الموجبة Li+ من القطب الموجب عبر المنحل بالكهرباء ، من خلال مادة الحجاب الحاجز ، وأخيرا تصل إلى القطب السالب ، حيث تبقى وتتحد مع الإلكترونات "المقيمة" معا ، يتم تقليله إلى Li مضمن في مادة الكربون في القطب السالب. تظهر البيانات أن الكربون مثل القطب السالب له بنية طبقية ، ويحتوي على العديد من المسام الدقيقة. يتم تضمين أيونات الليثيوم التي تصل إلى القطب السالب في المسام الدقيقة لطبقة الكربون. كلما تم تضمين المزيد من أيونات الليثيوم ، زادت سعة الشحن.
على العكس من ذلك ، عندما يتم تفريغ البطارية (أي عملية استخدام البطارية) ، يفقد Li المضمن في مادة الكربون السالبة القطب الإلكترونيات ، وتنتقل الإلكترونات الموجودة على القطب السالب إلى القطب الموجب من خلال الدائرة الخارجية ، ويعبر أيون الليثيوم الموجب Li+ المنحل بالكهرباء من القطب السالب ، ويعبر مادة الفصل ، يصل إلى القطب الموجب ، ويتحد مع إلكترونات الإلكترون "المقيمة". وبالمثل ، كلما عادت أيونات الليثيوم إلى القطب الموجب ، زادت سعة التفريغ.
أربع مواد لضمان الكفاءة
ما الدور الذي تلعبه المواد الرئيسية المختلفة (مثل مواد القطب الموجبة ، ومواد القطب السالبة ، والحجاب الحاجز ، والإلكتروليتات ، وما إلى ذلك) في عملية شحن وتفريغ بطاريات الطاقة؟
الأول هو مادة القطب الموجب. فيما يتعلق بمادة القطب الموجب ، فإن المادة الفعالة هي عموما منجنات الليثيوم أو كوبالتات الليثيوم ، منجنات الكوبالت الليثيوم والنيكل وغيرها من المواد. تستخدم المنتجات السائدة في الغالب فوسفات الحديد الليثيوم.
والثاني هو مادة القطب السالب. تنقسم مادة القطب السالب تقريبا إلى قطب سالب الكربون ، قطب سالب قائم على القصدير ، قطب كهربائي سالب لمعدن الليثيوم الانتقالي ، قطب سالب سبائك ، قطب سالب على نطاق النانو ، ومواد نانوية. من بينها ، مواد القطب السالب المستخدمة بالفعل في بطاريات الليثيوم أيون هي في الأساس مواد كربونية ، مثل الجرافيت الاصطناعي ، الجرافيت الطبيعي ، ميكروسفير الكربون الميزوفاز ، فحم الكوك البترولي ، ألياف الكربون ، كربون راتنج الانحلال الحراري ، إلخ. فيما يتعلق بمواد أكسيد النانو ، يقال إنه وفقا لأحدث اتجاه لتطوير السوق لصناعة الطاقة الجديدة لبطاريات الليثيوم في عام 2009 ، بدأت بعض الشركات في استخدام أكسيد التيتانيوم النانوي وأكسيد السيليكون النانوي لإضافة الجرافيت التقليدي وأكسيد القصدير والأنابيب النانوية الكربونية. ، مما أدى إلى تحسن كبير في قدرة الشحن والتفريغ وعدد أوقات الشحن والتفريغ لبطاريات الليثيوم.
والثالث هو محلول المنحل بالكهرباء ، وعادة ما يكون ملح الليثيوم ، مثل بيركلورات الليثيوم (LiClO4) ، سداسي فلوروفوسفات الليثيوم (LiPF6) ، رباعي فلوريبورات الليثيوم (LiBF4) ، وما شابه ذلك. نظرا لأن جهد عمل البطارية أعلى بكثير من جهد تحلل الماء ، فغالبا ما تستخدم المذيبات العضوية في بطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك ، غالبا ما تدمر المذيبات العضوية بنية الجرافيت أثناء الشحن ، مما يتسبب في تقشره وتشكيل فيلم إلكتروليت صلب على سطحه ، مما يؤدي إلى تخميل القطب الكهربائي. . قد يجلب أيضا مشاكل السلامة مثل القابلية للاشتعال والانفجار.
الرابع هو الفاصل. كأحد المكونات الرئيسية للبطارية ، تحدد مزايا أداء الفاصل بنية الواجهة والمقاومة الداخلية للبطارية ، مما يؤثر بدوره على سعة البطارية وأداء الدورة وكثافة تيار الشحن والتفريغ وغيرها من الخصائص الرئيسية. بشكل عام ، هناك عدة أنواع من الفواصل شائعة الاستخدام ، مثل الفواصل أحادية الطبقة ومتعددة الطبقات. من المفهوم أن بعض الشركات المحلية ستختار أغشية أكثر سمكا قليلا ، وتستخدم بعض الشركات أغشية بسماكة 31 طبقة. نظرا للعتبة التقنية العالية لإنتاج الحجاب الحاجز ، لا تزال هناك بعض الفجوة بين تكنولوجيا الحجاب الحاجز لبطارية الليثيوم أيون المحلية والبلدان الأجنبية.
وفقا للبيانات ، فإن الحجاب الحاجز هو فيلم بوليمر تم تشكيله خصيصا مع بنية دقيقة المسامية. بعد امتصاص المنحل بالكهرباء ، يمكنه عزل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لمنع الدوائر القصيرة. في الوقت نفسه ، فإنه يوفر قناة دقيقة المسامية لبطارية الليثيوم أيون لتحقيق وظيفة الشحن والتفريغ وأداء المعدل ، وتحقيق توصيل أيونات الليثيوم. عندما تكون البطارية مشحونة بشكل زائد أو تتغير درجة الحرارة بشكل كبير ، يقوم الفاصل بحظر التوصيل الحالي عبر المسام المغلقة لمنع الانفجار.
