به عنوان تامین کننده باتری های انباشته، من به طور مستقیم شاهد افزایش تقاضا برای راه حل های ذخیره انرژی قابل اعتماد بوده ام. باتری‌های پشته‌ای که به دلیل طراحی مدولار و مقیاس‌پذیری معروف هستند، در کاربردهای مختلف، از ذخیره‌سازی انرژی مسکونی گرفته تا پروژه‌های صنعتی در مقیاس بزرگ، به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند. در این پست وبلاگ، من به واکنش های شیمیایی که در یک باتری انباشته در حین شارژ و دشارژ رخ می دهد، می پردازم و فرآیندهای اساسی را که باعث کارکرد این باتری ها می شوند، روشن می کنم.
آشنایی با اصول یک باتری انباشته شده
یک باتری انباشته در اصل مجموعه ای از سلول های باتری جداگانه است که به صورت سری یا موازی برای دستیابی به ولتاژ و ظرفیت مورد نظر متصل شده اند. این سلول‌ها معمولاً از فناوری لیتیوم یون استفاده می‌کنند که به خاطر چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی و نرخ تخلیه نسبتاً کم خود شناخته شده است. رایج ترین نوع باتری لیتیوم یونی که در باتری های انباشته استفاده می شود، باتری لیتیوم فسفات آهن (LiFePO4) است که ایمنی، پایداری و عملکرد عالی را ارائه می دهد.
هر سلول باتری LiFePO4 از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک الکترود مثبت (کاتد)، یک الکترود منفی (آند) و یک الکترولیت. کاتد معمولاً از فسفات آهن لیتیوم ساخته شده است، در حالی که آند از گرافیت ساخته شده است. الکترولیت یک نمک لیتیوم حل شده در یک حلال آلی است که به یون های لیتیوم اجازه می دهد بین کاتد و آند در حین شارژ و تخلیه حرکت کنند.
واکنش های شیمیایی در طول شارژ
هنگامی که یک باتری انباشته در حال شارژ شدن است، یک منبع تغذیه خارجی به باتری متصل می شود که باعث جریان الکترون ها از ترمینال منفی به ترمینال مثبت می شود. در همان زمان، یون‌های لیتیوم از کاتد استخراج می‌شوند و از طریق الکترولیت به آند می‌روند و در آنجا به ساختار گرافیت وارد می‌شوند. این فرآیند به عنوان intercalation شناخته می شود.
واکنش های شیمیایی که در کاتد و آند در حین شارژ اتفاق می افتد را می توان با معادلات زیر نشان داد:
واکنش کاتدی:
LiFePO4 → FePO4 + Li+ + e-
واکنش آند:
6C + Li+ + e- → LiC6
به طور کلی، فرآیند شارژ را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
LiFePO4 + 6C → FePO4 + LiC6
در طول شارژ، یون های لیتیوم در آند و الکترون ها در مدار خارجی ذخیره می شوند. انرژی منبع تغذیه خارجی به انرژی شیمیایی تبدیل شده و در باتری ذخیره می شود.
واکنش های شیمیایی در حین تخلیه
هنگامی که یک باتری انباشته در حال تخلیه است، انرژی شیمیایی ذخیره شده دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. یون های لیتیوم در آند آزاد می شوند و از طریق الکترولیت به کاتد حرکت می کنند و در آنجا با فسفات آهن واکنش داده و فسفات آهن لیتیوم را تشکیل می دهند. در همان زمان، الکترون ها از طریق مدار خارجی از آند به کاتد جریان می یابند و برق دستگاه متصل را تامین می کنند.
واکنش های شیمیایی که در کاتد و آند در حین تخلیه رخ می دهد را می توان با معادلات زیر نشان داد:
واکنش کاتدی:
FePO4 + Li+ + e- → LiFePO4
واکنش آند:
LiC6 → 6C + Li+ + e-
به طور کلی، فرآیند تخلیه را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
FePO4 + LiC6 → LiFePO4 + 6C
در طول تخلیه، یون های لیتیوم به کاتد باز می گردند، در حالی که الکترون ها از طریق مدار خارجی جریان می یابند تا دستگاه را تغذیه کنند. انرژی شیمیایی ذخیره شده در باتری دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
عوامل موثر بر واکنش های شیمیایی
چندین عامل می توانند بر واکنش های شیمیایی که در یک باتری انباشته در حین شارژ و دشارژ رخ می دهد تأثیر بگذارند. این عوامل شامل دما، میزان شارژ و دشارژ و وضعیت شارژ (SOC) باتری است.
- دما:واکنش های شیمیایی در باتری لیتیوم یونی به دما بستگی دارد. در دماهای پایین، تحرک یون های لیتیوم کاهش می یابد، که می تواند منجر به کاهش سرعت شارژ و دشارژ شود. در دماهای بالا، باتری ممکن است دچار فرار حرارتی شود که می تواند باعث گرم شدن بیش از حد باتری، آتش گرفتن یا منفجر شدن باتری شود. بنابراین، مهم است که باتری‌های انباشته شده را در محدوده دمایی توصیه شده کار کنید.
- نرخ شارژ و تخلیه:سرعت شارژ و دشارژ شدن باتری نیز می تواند بر واکنش های شیمیایی تأثیر بگذارد. شارژ یا دشارژ باتری با سرعت بالا می تواند باعث حرکت بیش از حد یون های لیتیوم شود که می تواند منجر به تشکیل فلز لیتیوم بر روی سطح آند شود. این فرآیند به آبکاری لیتیوم معروف است که می تواند عملکرد و طول عمر باتری را کاهش دهد.
- وضعیت شارژ (SOC):وضعیت شارژ باتری به میزان انرژی ذخیره شده در باتری نسبت به حداکثر ظرفیت آن اشاره دارد. شارژ یا تخلیه باتری فراتر از محدوده SOC توصیه شده آن می تواند آسیب جبران ناپذیری به باتری وارد کند. به عنوان مثال، شارژ بیش از حد باتری می تواند باعث آزاد شدن اکسیژن از کاتد شود که می تواند با الکترولیت واکنش داده و باعث گرم شدن بیش از حد باتری شود.
کاربردهای باتری های انباشته شده
باتری های انباشته در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله ذخیره سازی انرژی مسکونی، ذخیره سازی انرژی تجاری و صنعتی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شوند.
- ذخیره انرژی مسکونی:باتری‌های انباشته را می‌توان در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی مسکونی برای ذخیره انرژی اضافی تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی در طول روز برای استفاده در شب یا در دوره‌های تقاضای بالای برق استفاده کرد. این می تواند به صاحبان خانه کمک کند تا قبض برق خود را کاهش دهند و استقلال انرژی خود را افزایش دهند. ما را بررسی کنیدهمه در یک ESSبرای یک راه حل جامع ذخیره انرژی مسکونی.
- ذخیره سازی انرژی تجاری و صنعتی:باتری‌های انباشته شده همچنین می‌توانند در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی برای تامین نیروی پشتیبان، کاهش هزینه‌های پیک تقاضا و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه استفاده شوند. ماباتری لیتیومی خانگی روی زمینیک گزینه عالی برای کاربردهای تجاری و صنعتی است.
- وسایل نقلیه الکتریکی:باتری های انباشته در وسایل نقلیه الکتریکی برای تامین نیروی موتور الکتریکی استفاده می شوند. چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی باتری های لیتیوم یونی آنها را برای استفاده در خودروهای الکتریکی ایده آل می کند. ماباتری لیتیومی ولتاژ بالا خانگیبرای انواع کاربردهای خودروهای الکتریکی مناسب است.
برای تهیه با ما تماس بگیرید
اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد باتری های انباشته ما هستید یا در مورد واکنش های شیمیایی که در هنگام شارژ و دشارژ رخ می دهد سؤالی دارید، لطفاً با ما تماس بگیرید. ما یک تامین کننده پیشرو در باتری های انباشته هستیم و متعهد به ارائه محصولات با کیفیت بالا و خدمات عالی به مشتریان خود هستیم. چه به دنبال یک راه حل ذخیره انرژی مسکونی، یک سیستم ذخیره سازی انرژی تجاری و صنعتی یا یک باتری برای وسیله نقلیه الکتریکی خود باشید، ما تخصص و تجربه لازم را برای رفع نیازهای شما داریم. امروز با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود صحبت کنید و روند خرید را شروع کنید.
مراجع
- Arora, P., Zhang, Z., & White, RE (1999). مقایسه پیش‌بینی‌های مدل‌سازی با داده‌های تجربی از سلول‌های لیتیوم-یون پلاستیک. مجله انجمن الکتروشیمیایی، 146 (10)، 3543-3551.
- Goodenough، JB، و Kim، Y. (2010). چالش‌های باتری‌های لیتیوم قابل شارژ شیمی مواد، 22 (3)، 587-603.
- Tarascon، J.-M.، & Armand، M. (2001). مشکلات و چالش های پیش روی باتری های لیتیومی قابل شارژ. طبیعت، 414(6861)، 359-367.
