Cèl·lules de bateries d'ions de liti-: definicions, classificació, principis de funcionament i aplicacions en emmagatzematge d'energia i fotovoltaica

En el context de la ràpida adopció de nous emmagatzematge d'energia, generació d'energia fotovoltaica, vehicles elèctrics i dispositius electrònics portàtils, les bateries de liti s'han convertit en el mitjà més utilitzat per a l'emmagatzematge d'energia electroquímica. Tot i que el terme s'utilitza sovint de manera col·loquial com a un-tot per a diversos productes basats en liti-, des d'un punt de vista tècnic, "bateries de liti" engloben dues categories diferents-bateries de liti primàries i bateries de-ions de liti{-que difereixen significativament en rendiment, característiques i escenaris d'aplicació. Les bateries d'ions de liti-, que es distingeixen per la seva capacitat de patir cicles de càrrega-descàrregues repetits i la seva alta densitat d'energia, s'han convertit en l'opció principal tant per a les aplicacions de consum com per a les industrials.

 

En sentit estricte, les bateries de liti "Flash Battery" es refereixen específicament a les bateries de liti primàries-no-recarregables i d'un sol -cel·les. La seva estructura normalment empra metall de liti o aliatges de liti per als elèctrodes, combinats amb una solució d'electròlit no -aquosa. Les bateries de liti primàries convencionals utilitzen diòxid de manganès com a càtode i metall de liti pur com a ànode, donant lloc a una alta reactivitat química. Aprofitant les característiques d'alta energia de la química primària del liti, aquestes bateries són adequades per a aplicacions específiques que requereixen un subministrament d'energia de precisió en escenaris d'un sol -ús; tanmateix, per les seves propietats materials, no es poden reutilitzar.

 

 

La naturalesa química altament reactiva del liti metàl·lic ha estat el principal factor que limita l'adopció generalitzada de les bateries de liti primàries tradicionals. El liti metàl·lic pur imposa requisits extremadament estrictes pel que fa a les condicions de fabricació, emmagatzematge i entorns operatius; reacciona fàcilment amb l'aire i la humitat, la qual cosa comporta riscos per a la seguretat que durant molt de temps han obstaculitzat la industrialització a gran-escala de les bateries de liti d'un sol ús. En canvi, les cèl·lules recarregables de bateries d'ions de liti-han superat fonamentalment aquests colls d'ampolla tecnològics, permetent el reciclatge i introduint la nova era de l'energia basada en liti-.

 

Les bateries de liti recarregables d'ús generalitzat actualment representen l'estàndard evolucionat de la indústria. Funcionen mitjançant la intercalació i des{1}}intercalació (migració) d'ions de liti entre el càtode i l'ànode durant els cicles de càrrega i descàrrega; com que el liti metàl·lic pur no està implicat en la reacció, la seguretat i l'estabilitat es milloren significativament. Aquestes bateries recarregables alimenten una àmplia gamma d'aplicacions, que van des d'electrònica de consum i equips industrials fins a vehicles d'energia nova.

 

Dècades d'evolució tecnològica han donat lloc al desenvolupament de diversos sistemes de materials catòdics per a bateries d'ions de liti-per adaptar-se a les diferents necessitats operatives; En particular, el fosfat de ferro de liti (LFP) ha sorgit com un material bàsic per a l'emmagatzematge d'energia industrial. Els materials càtods comuns inclouen òxid de liti cobalt, òxid de liti manganès, òxid de liti níquel i fosfat de ferro de liti; l'elecció del material determina la seguretat de la bateria, la vida del cicle i la densitat d'energia. Gràcies a la seva seguretat superior i al seu cicle de vida excepcionalment llarg, les cèl·lules LFP s'han convertit en l'opció preferida per a aplicacions d'emmagatzematge d'energia i força motriu.

 

Les bateries d'ions de liti-es classifiquen segons el seu estat d'electròlit en tipus d'electròlit-líquid i d'electròlit-polímer. Les bateries-electròlits líquids utilitzen un electròlit líquid; compten amb tecnologia madura i costos manejables, cosa que els converteix en l'opció principal per a les bateries de vehicles d'energia nova. Les bateries d'electròlit-polímer utilitzen un electròlit de polímer sòlid en estat sec o de gel-, que ofereix un factor de forma més prim i lleuger i una seguretat millorada. Les cèl·lules LFP combinen la química del fosfat de ferro de liti amb processos de fabricació madurs, equilibrant el rendiment i el cost per adaptar-se a diverses aplicacions d'alta-potència.

 

Comercialitzades l'any 1992, les bateries d'ions de liti-ions-amb avantatges com ara una alta densitat d'energia, l'absència d'efecte de memòria i baixes taxes d'-descàrrega-han substituït completament les bateries de plom-àcid tradicionals i les bateries de liti primàries de-generació primerenca. En comparació amb les bateries tradicionals, admet cicles de càrrega-descàrrega repetits i ofereix una vida útil significativament allargada, la qual cosa el fa adequat per a escenaris que requereixen un funcionament continu i a llarg termini-. La indústria d'emmagatzematge d'energia de les bateries ha aconseguit el desplegament rutinari-a gran escala de centrals elèctriques d'emmagatzematge d'energia.