Mitkä ovat litiumparistojen salaisuudet?

Tällä hetkellä tunnetaan kahta tyyppiä sähköajoneuvojen akkuja, jotka jaetaan ternaarisiin litiumparistoihin ja litiumrautafosfaattiakkuihin positiivisen elektrodimateriaalin eron mukaan. On vain, että litiumrautafosfaattiakku on heikko, mikä johtaa matalaan energiatiheyteen eikä pysty tarjoamaan pidempää akun käyttöikää, joten se häviää vähitellen näkyvistä.

Nykyisellä kolmiulotteisella litiumparistolla on etuna korkea akkuaktiivisuus ja suurempi energiatiheys, joten uusissa energiamalleissa käytetään periaatteessa kolmiulotteisia litiumparistoja energian varastointimekanismeina.

Riippumatta millaisesta litiumparistosta, sen perusrakenne on sama. Ne koostuvat positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista, erottimesta ja elektrolyytistä. Litiumpariston latauksen tarkoituksena on tuottaa varautuneita litiumioneja (ekvivalentteja) positiivisesta elektrodista ja irrottaa positiivisesta elektrodista, "uida" elektrolyytti ja erotin negatiivisen elektrodin saavuttamiseksi ja upottaa se negatiivisen elektrodin materiaaliin. Purkausprosessi on päinvastoin, litium-ioneiden "swipping" negatiivisesta elektrodista positiiviseen elektrodiin. Yksinkertaisesti sanottuna litiumpariston lataus- ja purkuprosessi saavutetaan litiumioneilla, jotka "uivat" positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä.

Se on sähkövirta, joka työntää litium-ioneja "uimaan" edestakaisin. Joten voimme yksinkertaisesti ymmärtää nopean latauksen litiumionin takana olevana suuritehoisena potkurina, joka työntää litiumionit nopeasti ja väkisin "uimaan" positiivisesta elektrodista negatiiviseen elektrodiin, kun taas hidas lataus on pienitehoinen potkuri, litiumionilla hitaasti "uimaan" positiivisesta negatiiviseen.

Joten miksi nopea lataus vaikuttaa akkuun? Yksinkertaisesti sanottuna, monet litiumionit, joissa on suuritehoiset potkurit, “uivat hulluksi” positiivisesta elektrodista negatiiviseen elektrodiin. Ennen kuin negatiivinen elektrodi on laskeutunut (upotettu negatiiviseen elektrodiin) toinen litiumioni ryntäsi yli ja kaksi litium-ionia osui yhteen "tappamaan kuolemaan" inaktivoituna. Seurauksena on, että akku menettää yhden litiumionin. Ajan myötä "kuolleet" litiumionit kerääntyvät ja muodostavat litiumdendriittejä. Akun räjähdyksiä esiintyy monissa tapauksissa, ja suurin osa niistä johtuu erottimen lävistävistä litiumdendriiteistä ja aiheuttaen oikosulkuja akun sisällä.

Jatketaan lisäksi sitä uudestaan. Miksi sähköajoneuvojen akun käyttöikä kutistuu dramaattisesti matalassa lämpötilassa talvella? Kuten aikaisemmin mainittiin, akun purkausprosessi on, että litiumionit interkaloidaan negatiivisesta elektrodista ja sitten "neste takaisin" positiiviseksi elektrodiksi elektrolyysin avulla. Matalassa lämpötilassa elektrolyytti voi tulla "tahmea" tai jopa "jäätyvä". Tämä tarkoittaa, että litium-ionien "uiminen takaisin" negatiivisesta elektrodista tulee vaikeammaksi ja litium-ionien työntämiseksi tarvitaan voimakkaampia potkureita, mikä tarkoittaa, että akun sisäinen vastus kasvaa.

Siksi akun itsensä täytyy kuluttaa enemmän virtaa alhaisissa lämpötiloissa, mikä johtaa ajoneuvon ajamiseen tarvittavan tehon vähentymiseen. Siksi sähköajoneuvojen akun kestoaika on lyhentynyt voimakkaasti talvella.