Bateriya lîtium-îyon (Lithium-ion battery)

Pîlek lîtium-iyon, ku bi navê Pîlek Li-iyon jî tê zanîn, bi rêya têketina berevajî ya îyonên Li+ di nav materyalên hişk ên elektrîkî de, wekî Amûrek Depokirina Enerjiyê ya ji nû ve şarjkirî tevdigere. Ev pîl bi gelemperî Enerjiya taybetî, Tîrbûna Enerjiyê, û karîgeriya Enerjiyê ya bilindtir nîşan didin, digel jiyana Çerx û salnameyê ya dirêjtir, dema ku bi teknolojiyên Pîlên din ên ji nû ve şarjkirî re têne berhev kirin. Piştî destpêkirina wan a bazirganî di sala 1991-an de, sê dehsalên paşîn zêdebûnek sê qatî di Tîrbûna Enerjiyê ya volûmetrîk a Pîlên Li-iyon de dît, digel kêmkirina deh qatî di lêçûna Hilberîna wan de. Di dawiya sala 2024-an de, daxwaziya cîhanî ya salane ji bo van pîlan ji 1 terawatt-saetê derbas bû, digel ku kapasîteyên hilberînê ji vê hejmarê zêdetirî du qat derbas kirin.

Pîlek lîtium-iyon an Li-iyon cureyek Pîlê ji nû ve şarjkirî ye ku têketina berevajî ya îyonên Li⁺ di nav materyalên hişk ên elektrîkî de bikar tîne da ku Enerjiyê Depo bike. Li gorî cureyên din ên Pîlên ji nû ve şarjkirî, ew bi gelemperî xwedî Enerjiya taybetî, Tîrbûna Enerjiyê, û karîgeriya Enerjiyê ya bilindtir in, û her weha jiyanek Çerx û salnameyek dirêjtir heye. Di sê dehsalên piştî ku Pîlên Li-iyon yekem car di sala 1991-an de hatin firotin, Tîrbûna Enerjiyê ya wan a volûmetrîk sê qat zêde bû dema ku lêçûna wan deh qat kêm bû. Di dawiya sala 2024-an de, daxwaziya cîhanî salane ji 1 terawatt-saetê derbas bû, dema ku kapasîteya hilberînê ji wê zêdetirî du qat bû.

Pêşveçûn û bazirganîkirina Pîlên Li-iyon bandorek kûr li ser pêşkeftina teknolojîk kiriye, tevkariyek ku ji hêla Xelata Nobelê ya Kîmyayê ya 2019-an ve hate pejirandin. Van pîlan di belavbûna elektronîkên xerîdar ên portable de, di nav de komputerên laptop û têlefonên desta, û her weha wesayîtên elektrîkî de, rolek girîng lîstine. Herwiha, serîlêdanên wan berfireh dibin ji bo pergalên Depokirina Enerjiyê yên pûlika torê û sektorên leşkerî û hewayî yên taybetî. Berevajî cureyên Pîlên standardkirî yên wekî Pîlê AA, pîvanên Pîlê Li-iyon bi gelemperî ne yekreng in, Form faktorên cihêreng û Bêhempa pêşkêş dikin ku ji hêla hewcedariyên Amûrê yên taybetî û hilberîneran ve têne destnîşankirin. Voltajek navînî ya 3.6 V an 3.7 V taybetmendiya van pîlan e.

Di dema salên 1970-an de, M. Stanley Whittingham pêşengiya têgeha elektrodên têketinê kir û paşê yekem Pîlê lîtium-iyonê yê ji nû ve şarjkirî pêş xist, ku katodek tîtanyûm dîsulfîd û anodek lîtium-alûmînyûm bikar anî. Ev sêwirana destpêkê, Lê belê, bi pirsgirêkên ewlehiyê re rû bi rû ma û Wekî encam, negihîşt bazirganîkirinê. Di sala 1980-an de, John Goodenough ev lêkolîn pêş xist bi tevlêkirina lîtium kobalt oksîd wekî materyalê katodê. Akira Yoshino di sala 1985-an de Prototîpa destpêkê ya Pîlê Li-iyonê yê hemdem pêş xist, ku xwe bi karanîna anodek karbonî li şûna metala lîtiumê cuda kir. Ev nûbûn paşê di sala 1991-an de ji hêla tîmek hevkar a ji Sony û Asahi Kasei ve, di bin serokatiya Yoshio Nishi de, hate bazirganîkirin. Ji bo tevkariyên xwe yên bingehîn di Pêşveçûna Pîlên lîtium-iyon de, Whittingham, Goodenough, û Yoshino bi hev re Xelata Nobelê ya Kîmyayê ya 2019-an wergirtin.

Ji ber hebûna elektrolîtên şewatbar, pîlên lîtium-îyon dibe ku xetereyên agir an teqînê çêbikin. Di lêkolîn û hilberandina sêwiranên pîlên lîtium-îyon ên ewletir de pêşketinên girîng hatine bidestxistin. Ji bo kêmkirina vê xetereyê, pîlên lîtium-îyon ên hişk niha di bin pêşveçûnê de ne, bi armanca ku pêkhateya elektrolîtê ya şewatbar ji holê rakin. Herwiha, vezîvirandina van pîlan dikare bermahiyên bijehr hilberîne, tevî metalên xeternak, û herwiha xetereya agir jî çêdike. Derxistina lîtium û mîneralên din ên pêkhate herwiha kêşeyên girîng jî derdixe holê; mînak, kanzaya lîtiumê gelek avê dixwe û gelek caran di hawîrdorên ziwa de pêk tê, dema ku mîneralên din ên ku di hin kîmyayên Li-îyon de têne bikaranîn, wek kobalt, dibe ku wek mîneralên pevçûnê bêne dabeşkirin. Van fikarên hawîrdorê lêkolîner hanîne ku kêrhatina mîneralê ya zêdekirî bişopînin û kîmyayên pîlan ên alternatîf lêkolîn bikin, tevî varyantên Li-îyon ên lîtium hesin fosfat û pergalên ne-lîtium-bingehîn ên wek pîlên sodyum-îyon û hesin-hewa.

Têgîna 'pîla Li-îyon' kategoriyek berfireh destnîşan dike ku bi kêmî ve 12 kîmyayên pîlan ên cuda dihewîne. Şaneyên lîtium-îyon dikarin bêne sêwirandin ku pêşî bidin yan tîrbûna enerjiyê an tîrbûna hêzê, li gorî serîlêdanê. Mînak, amûrên elektronîk ên destan bi giranî pîlên lîtium polîmer bikar tînin, ku elektrolîtek jêla polîmer, katodek lîtium kobalt oksîd (LiCoO
6) û anodek grafît dihewînin, tevliheviyek ku bi tîrbûna xwe ya enerjiyê ya bilind tê zanîn. Berovajî, kîmyayên wek lîtium hesin fosfat (LiFePO
), lîtium manganez oksîd (LiMn
§2829§O
) spînel, materyalên qatkirî yên bi lîtium-dewlemend ên li ser bingeha Li
§4849§MnO
§57^58§ (LMR-NMC), û lîtium nîkel manganez kobalt oksîd (LiNiMnCoO
§6869§ an NMC) gelek caran ji bo jiyana xwe ya dirêj û kapasîteyên dakêşanê yên bilindtir têne tercîh kirin. NMC û kîmyayên wê yên jêderk bi berfirehî di elektrîkkirina veguhestinê de têne bikaranîn, ku teknolojiyek sereke temsîl dikin, dema ku bi çavkaniyên enerjiyê yên nûjenbar re bêne yekkirin, ji bo kêmkirina belavbûna gazên serayê ji wesayîtan. Kîmyayek din a lîtium-îyon a bi enerjî-bilind ku gelek caran di pîlên wesayîtên elektrîkî de tê bikaranîn, lîtium nîkel kobalt alumînyûm oksîd (NCA) ye.

Pêşketina Dîrokî

Lêkolînên destpêkê yên li ser pîlên lîtium-iyonê pîlek CuF
6/Li ku di sala 1965an de ji hêla NASA ve hatibû Afirandin, dihewîne. Pêşketineke Bi awayekî girîng ber bi pîla lîtium-iyonê ya hemdem ve di sala 1974an de ji hêla kîmyazanê Brîtanî M. Stanley Whittingham ve hat bidestxistin, yê ku pêşengiya bikaranîna dîsulfîda tîtanyûmê (TiS
§1718§) wekî madeya katodê kir. Ev made xwedî avahiyeke tebeqeyî ye ku dikare îyonên lîtiumê têxe nav xwe Bêyî guhertinên Bi awayekî girîng di torê wê yê Krîstalê de. Exxon hewl da ku di dawiya salên 1970an de vê pîlê bazirganî bike, lê ji ber pêvajoya sentezê ya biha û tevlihev rastî astengiyan hat. Herwiha, TiS
§2829§ hestiyariya li hember şilbûnê nîşan dide, dema ku bi avê re têkeve têkiliyê gaza hîdrojen sîlfîdê ya Bijehr (H
§3940§S) derdixe. Ya girîngtir, hebûna lîtiumê metalîk Di nav de hucreyan pîl xistine ber şewata ji nişka ve. Wekî encam, Exxon pêşvebirina pîla lîtium-tîtanyûm dîsulfîdê ya Whittingham rawestand.

Di sala 1980an de, Ned A. Godshall û hevkarên wî, û piştî demek kurt Koichi Mizushima û John B. Goodenough, bi serê xwe lêkolîn kirin ku bû sedema şûngirtina TiS
6 bi oksîda kobaltê ya lîtiumê (LiCoO
§1718§, an LCO) piştî nirxandina madeyên alternatîf ên cihêreng. LCO xwedî avahiyeke tebeqeyî ya mîna hev e, lê Voltajek bilindtir peyda dike û îstîqrara Bi awayekî girîng mezintir Di nav de hewaya hawîrdorê de nîşan dide. Ev made paşê Di nav de yekem pîla lîtium-iyonê ya bazirganî de hate tevlîkirin, Her çend bikaranîna wê bi tena serê xwe pirsgirêka şewitandinê ya domdar bi tevahî kêm nekir.

Hewldanên destpêkê yên ji bo Afirandin pîlên lîtium-iyonê yên ji nû ve şarjkirî anodên lîtiumê metalîk bikar anîn, ku Di encamê de ji ber fikarên ewlehiyê hatin rawestandin. Lîtiumê metalîk bi xwezayî neîstîqrar e û meyla Afirandin dendrîtan heye, bûyereke ku dikare bibe sedema kurt-dorvegera navxweyî. Çareseriyê ya dawîn bikaranîna anoda înterkalasyonê dihewand, mîna madeya katodê, ku bi bandor pêşî li Afirandin lîtiumê metalîk digire Di dema pêvajoya şarjkirina pîlê de. Jürgen Otto Besenhard yekem car di sala 1974an de înterkalasyona vegerbar a îyonên lîtiumê Di nav de anodên grafîtê de nîşan da. Rêbaza Besenhard solvanên organîk, wekî karbonatan, dihewand, lê ev solvan zû xirab bûn, ku bû sedema jiyana çerxê ya pîlê ya sînorkirî. Paşê, di sala 1980an de, Rachid Yazami elektrolîteke organîk a Hişk a îstîqrar tir, oksîda polîetîlenê, pêşkêş kir.

Di sala 1985an de, Akira Yoshino, ku bi Asahi Kasei Corporation ve girêdayî bû, kifş kir ku kokê neftê, celebek karbonê ya kêm-grafîtîkirî, dikaribû îyonên lîtiumê bi awayekî vegerî têxe nav xwe di potansiyelek kêm de, nêzîkî 0.5 V li gorî Li+/Li, bêyî ku xerabûna avahîsaziyê bibîne. Yekparçebûna avahîsaziyê ya vê materyalê ji ber herêmên wê yên karbonê yên amorf e, ku wekî girêdanên kovalent tevdigerin da ku tebeqeyan ewle bikin. Tevî ku kapasîteya wê li gorî grafîtê kêmtir bû (nêzîkî Li0.5C6, 186 mAh g–1), kokê neftê ji ber îstîqrara wê ya çerxê ya bilind bû anoda yekem a bazirganî ya têketinê ji bo Pîlên Li-îyonê. Di sala 1987an de, Yoshino patentek ji bo tiştê ku dê bibe Pîla lîtium-îyonê ya yekem a bazirganî, ku ev anoda tê de bû, bi dest xist. Sêwirana wî LiCoO₂ ya ku berê ji hêla Goodenough ve hatibû ragihandin wekî katod û elektrolîtek li ser bingeha estera karbonat bi kar anî. Pîl di rewşek vala de hate berhevkirin, ku hem ewlehiya Hilberînê û hem jî lêçûn-bandoriya wê zêde kir. Heta sala 1991an, Sony dest bi Hilberîn û firotina Pîlên lîtium-îyonê yên yekem ên cîhanê yên ji nû ve şarjkirî kir, li ser bingeha sêwirana Yoshino. Sala paşîn, hevkariyek di navbera Toshiba û Asahi Kasei Co. de Pîlek lîtium-îyonê jî pêşkêş kir.

Di seranserê salên 1990î de, pêşketinên girîng di Tîrbûna Enerjiyê de bi gav bi gav guhertina anoda karbonê ya nerm a Yoshino, Di destpêkê de bi karbona hişk û paşê bi grafîtê, hatin bidestxistin. Di sala 1990an de, Jeff Dahn û du hevkarên wî li Zanîngeha Dalhousie li Kanada têketina vegerî ya îyonên lîtiumê di nav grafîtê de ragihandin dema ku Çareserkerê etîlen karbonat Niha bû. Ev Çareserker, ku di Germahiya odeyê de Hişk e û bi Çareserkerên din re tê tevlihevkirin da ku Şilayîyekê çêbike, nûjeniya sereke ya dawîn a wê Mîladê temsîl kir, ku sêwirana Bingehîn a Pîla lîtium-îyonê ya nûjen damezrand.

Di sala 2010an de, kapasîteya Hilberînê ya cîhanî ji bo Pîlên lîtium-îyonê gihîşt 20 gigawatt-saetan. Heta sala 2016an, ev kapasîte gihîşt 28 GWh, ku Çîn 16.4 GWh pêşkêş kir. Kapasîteya Hilberînê ya cîhanî di sala 2020an de bêtir berfireh bû û gihîşt 767 GWh, ku Çîn ji sedî 75ê vê giştî pêk anî. Texmînên ji çavkaniyên cihêreng Hilberîna sala 2021an di navbera 200 û 600 GWh de destnîşan dikin, dema ku pêşbîniyên ji bo sala 2023an di navbera 400 û 1,100 GWh de ne.

Di sala 2012an de, John B. Goodenough, Rachid Yazami, û Akira Yoshino bi Medalyaya IEEE ji bo Teknolojiyên Jîngeh û Ewlehiyê hatin xelatkirin ji bo Karê xwe yê pêşeng di pêşxistina Pîla lîtium-îyonê de. Paşê, Goodenough, Whittingham, û Yoshino Xelata Nobelê ya Kîmyayê ya sala 2019an wergirtin, bi taybetî ji bo naskirina beşdariyên wan di pêşxistina teknolojiya Pîla lîtium-îyonê de. Her weha, Jeff Dahn di sala 2011an de Xelata Teknolojiya Beşa Pîlê ya ECS û di sala 2016an de Xelata Yeager ji Komeleya Navneteweyî ya Materyalên Pîlê wergirt.

Prensîbên Sêwiranê

Bi gelemperî, elektroda neyînî di şaneya lîtyûm-îyonê ya kevneşopî de ji grafîtê pêk tê, dema ku elektroda erênî bi gelemperî ji oksîdek metalî an fosfatê pêk tê. Pergala elektrolîtê xwêya lîtyûmê ya ku di çareserkerê organîk de hatiye helandin bikar tîne. Ji bo pêşîgirtina li kurt-çerxa navxweyî, veqetînerek elektroda neyînî (ku di dema valakirinê de wekî anoda kar dike) ji elektroda erênî (ku di dema valakirinê de wekî katoda tevdigere) bi fîzîkî vediqetîne. Girêdana elektrîkî bi çerxa derve bi rêya du pêkhateyên metalî yên ku wekî berhevkarên Herrik têne zanîn, tê damezrandin.

Di dema pêvajoya barkirinê de, elektrodên neyînî û erênî fonksiyonên xwe yên elektro-kîmyayî berevajî dikin, di navbera rolên anoda û katoda de diguherin. Lê belê, di nîqaşên derbarê sêwirana pîl de, elektroda neyînî ya şaneya ji nû ve barkirinê bi gelemperî bi hêsanî wekî "anod" tê binavkirin, û elektroda erênî jî wekî "katod" tê binavkirin.

Dema bi tevahî lîtyûmkirî be, di formê LiC₆ de, grafît kapasîteya teorîkî ya 1339 kûlomb per gram (wekhevî 372 mAh/g) nîşan dide. Materyalê elektroda erênî bi gelemperî ji sê kategoriyên sereke tê hilbijartin: oksîdek qatkirî (mînak, oksîda lîtyûm kobalt), polîanyon (mînak, fosfata lîtyûm hesin), an spînel (mînak, oksîda lîtyûm manganez). Materyalên bêtir ceribandinî, wekî elektrodên ku grafen tê de hene, her weha têne lêkolîn kirin, her çend lêçûnên wan ên hilberînê yên bilind niha pêşî li guncawiya bazirganî digirin.

Ji ber reaksiyona lîtyûmê ya xurt bi avê re, ku hîdroksîda lîtyûmê (LiOH) û gazê hîdrojenê hilberîne, elektrolîtek ne-avî her tim tê bikaranîn, û garî pîl bi hermetîkî hatiye mohrkirin da ku şilî bi tundî were dûrxistin. Ev elektrolîta ne-avî bi gelemperî ji tevliheviyek ji karbonatên organîk, wekî etîlen karbonat û propîlen karbonat, pêk tê, ku kompleksên îyonên lîtyûmê yên helandî tê de hene. Etîlen karbonat JGirîng e ji bo çêkirina navbera elektrolîtê hişk a stabîl li ser anoda karbonê; lê belê, ji ber ku ew di germahiyên hawîrdorê de hişk e, çareserkerê hev-şilayî (mînak, propîlen karbonat an dîetîl karbonat) tê tevlîkirin.

Xwêya elektrolîtê ya serdest a ku tê bikaranîn lîtyûm heksafluorofosfat (LiPF
₆) e, ku ji ber kombînasyona wê ya guncaw a gihandariya îyonî ya bilind û stabîlîteya kîmyayî û elektro-kîmyayî ya xurt hatiye hilbijartin. Anyona heksafluorofosfat rolek JGirîng di pasîvkirina berhevkarê Herrik ê alumînyûmê de dilîze, ku ji bo elektroda erênî tê bikaranîn. Tabek tîtanyûmê bi ultrasonîkî bi vî berhevkarê Herrik ê alumînyûmê ve tê hevgirtin. Xwêyên din, di nav de lîtyûm perxlorat (LiClO
), lîtyûm tetrafluoroborat (LiBF
), û lîtyûm bîs(trîfluorometansulfonîl)îmîd (LiC
§3940§F
§48_49§NO
S
§6667§), gelek caran di lêkolînê de têne bikaranîn, bi taybetî di şaneyên quruşî yên bê-tab de. Lê belê, bikaranîna wan di şaneyên formata mezintir de gelek caran ji ber nehevhatîbûna bi berhevkarê Herrik ê alumînyûmê re tê astengkirin. Ji bo elektroda neyînî, sifir, bi gelemperî bi tabek nîkelê ya bi cîh-hevgirtî, wekî berhevkarê Herrik kar dike.

Sêwiranên berhevkarên herrikê û dermankirinên rûxarê dikarin di veavakirên cûrbecûr de xuya bibin, wek pel, tor, kefên dealloykirî, rûxarên bi tevahî an hilbijartî hatine qulkirin, û pêlavên bi materyalên cihêreng, hemî bi armanca baştirkirina taybetmendiyên elektrîkî ne.

Hilbijartina materyalan bi awayekî girîng bandorê li voltaj, tîrbûna enerjiyê, jiyana çerxê û performansa ewlehiyê ya şaneyek lîtium-îyon dike. Hewldanên lêkolînê yên hemdem li ser lêgerîna mîmarîyên nû, nemaze yên ku nanoteknolojiyê bi kar tînin, ji bo bidestxistina baştirkirinên performansê ne. Qadên sereke yên eleqeyê materyalên elektrodê yên pûlik-nano û avahiyên elektrodê yên nûjen digirin nav xwe.

Bingehên Elektro-kîmyayê

Di şaneyên lîtium-îyon de, reaksiyonên elektro-kîmyayî materyalên elektrodê yên ku pêkhateyên atomên lîtiumê dihewînin, di nav xwe de digirin. Tevî lêkolînên berfireh li ser bi hezaran materyalên potansiyel ji bo bataryayên lîtium-îyon, tenê hilbijartinek tixûbdar bi bazirganî bikêrhatî derketiye. Hemî şaneyên lîtium-îyon ên ku bi bazirganî peyda dibin, pêkhateyên înterkalasyonê wekî materyalên xwe yên çalak bi kar tînin. Bi gelemperî, elektroda neyînî ji grafîtê pêk tê, gelek caran bi sîlîkonê tê zêdekirin da ku kapasîteya wê zêde bibe. Elektrolît bi gelemperî lîtium heksafluorofosfatê dihewîne, ku di nav tevliheviyek karbonatên organîk de hatiye helandin. Materyalên cûrbecûr wekî elektroda erênî kar dikin, di nav de LiCoO₂, LiFePO₄, û oksîdên lîtium nîkel manganez kobalt.

Di dema valakirina şaneyê de, elektroda neyînî wekî anod û elektroda erênî wekî katod kar dike, herikîna elektronan ji anodê ber bi katodê ve bi riya çerxa derve hêsan dike. Nîv-reaksiyonek oksîdasyonê ku li anodê çêdibe, îyonên lîtiumê yên bi erênî barkirî û elektronên bi neyînî barkirî çêdike; ev pêvajo dibe ku materyalek bêbarkirî jî bide ku li anodê dimîne. Îyonên lîtiumê di nav elektrolîtê de koç dikin, dema ku elektron di çerxa derve re ber bi katodê ve derbas dibin, li wir ew bi materyalê katodê re di nîv-reaksiyonek kêmkirinê de ji nû ve têne hev. Elektrolît wekî navgînek ragihîner ji bo îyonên lîtiumê kar dike lê di reaksiyona elektro-kîmyayî bi xwe de beşdar nabe. Reaksiyonên valakirinê potansiyela kîmyayî ya şaneyê kêm dikin, bi vî rengî enerjiyê ji şaneyê diguhezînin çerxa derve ku li wir herrika elektrîkê bi giranî enerjîya xwe belav dike.

Berovajî, di dema barkirinê de, ev reaksiyon û pêvajoyên veguhastinê berevajî dibin, elektron ji elektroda erênî ber bi elektroda neyînî ve bi riya çerxa derve diçin. Ji bo bidestxistina barkirina şaneyê, çerxa derve divê enerjîya elektrîkê peyda bike, ku paşê wekî enerjiya kîmyayî di nav şaneyê de tê hilanîn, bi hin windahiyan ve girêdayî ye, mînak, ji ber karîgeriyek coulombî ya di bin 1 de.

Her du elektrod jî tevgera îyonên lîtiumê di nav û derveyî avahiyên xwe de bi pêvajoyên ku wekî têxistin (înterkalasyon) û derxistin (deînterkalasyon) têne binavkirin, hêsan dikin.

Ji ber tevgera lewazî ya îyonên lîtiumê di navbera her du elektrodan de, ev bataryayên hanê bi awayekî gelêrî wekî "bataryayên kursiya hejok" an "bataryayên hejok" têne binavkirin, navdêrek ku carna ji hêla pîşesaziyên Ewropî ve tê bikaranîn.

Hevkêşeyên jêrîn kîmyaya bingehîn ronî dikin, ku tê de reaksiyonên ji çepê ber bi rastê ve diçin dakêşanê temsîl dikin, û yên ji rastê ber bi çepê ve diçin jî barkirinê nîşan didin.

Nîv-reaksiyona ku li elektroda neyînî ya grafîtê çêdibe wiha tê pêşkêşkirin:

${\displaystyle {\ce {LiC6 <=> C6 + Li+ + e^-}}}$

Nîv-reaksiyona ku di nav substrata oksîda kobaltê ya bi lîtiumê hatî dopingkirin de, ya elektroda pozîtîf, ev e:

${\displaystyle {\ce {CoO2 + Li+ + e- <=> LiCoO2}}}$

Reaksiyona tevahî wiha tê nîşandan:

${\displaystyle {\ce {LiC6 + CoO2 <=> C6 + LiCoO2}}}$

Reaksiyona giştî, lê belê, bi hin sînoran ve girêdayî ye. Dakêşana zêde dibe sedema têrbûna zêde ya oksîda lîtium kobaltê, ku dûv re dibe sedema çêbûna oksîda lîtiumê, dibe ku bi riya reaksiyona jêrîn a bêveger:

${\displaystyle {\ce {Li+ + e^- + LiCoO2 -> Li2O + CoO}}}$

Herwiha, barkirina zêde ya pergalê heta 5.2 voltan dest bi senteza oksîda kobalt(IV) dike, bûyerek ku bi analîza belavbûna tîrêjên X ve hatiye piştrastkirin:

${\displaystyle {\ce {LiCoO2 -> Li+ + CoO2 + e^-}}}$

Kapasîteya enerjiya şaneyeke elektro-kîmyayî bi hilbera voltaja wê û barê giştî yê ku dikare bide, tê destnîşankirin. Bi taybetî, yek gram lîtium bi 13,901 coulomban re têkildar e, ku ji sabîteya Faraday dabeşkirî bi 6.941 ve tê wergirtin. Dema ku bi potansiyelek 3 V dixebite, ev yek dibe tîrbûna enerjiya 41.7 kJ serê gram lîtiumê, an jî 11.6 kWh serê kîlogram lîtiumê. Her çend ev tîrbûna enerjiyê hinekî ji germahiya şewitandina benzînê zêdetir be jî, girseya giştî ya pîlên lîtium-îyon serê yekîneya enerjiyê pir zêdetir dimîne ji ber tevlêkirina materyalên alîkar ên cihêreng di dema hilberînê de.

Girîng e ku were destnîşankirin ku voltajên şaneyên xebatê yên ku bi van reaksiyonan ve girêdayî ne, ji potansiyela elektro-kîmyayî ya ku ji bo elektrolîza çareseriyên avî hewce ye, zêdetir in.

Pêvajoyên Valakirin û Barkirinê

Di dema qonaxa valakirinê de, îyonên lîtiumê (Li⁺
) herika herrikê di nav şaneya pîlê de hêsan dikin, ji elektroda neyînî ber bi elektroda erênî ve koç dikin, bi rêya elektrolîta ne-avî û dîafragma veqetîner.

Berovajî, di dema barkirinê de, çavkaniyeke hêza elektrîkî ya derve voltajek zêde (potansiyelek ku ji voltaja navxweyî ya şaneyê zêdetir e) bicîh tîne da ku elektronan neçar bike ku ji elektroda erênî ber bi elektroda neyînî ve derbas bibin. Di heman demê de, îyonên lîtiumê di nav elektrolîtê de ji elektroda erênî ber bi elektroda neyînî ve koç dikin, li wir ew bi mekanîzmayek bi navê înterkalasyonê di nav materyalê elektroda poroz de têne bicîhkirin.

Belavbûna enerjiyê ya ku ji ber berxwedana têkiliya elektrîkî ya li ser navberên di navbera tebeqeyên elektrodê û li ser girêdanên bi berhevkarên herrikê re çêdibe, dikare heta %20 ji herika giştî ya enerjiyê di pîlan de di bin pîvanên xebatê yên standard de pêk bîne.

Protokolên barkirinê yên cihêreng ji bo şaneyên lîtium-îyon ên takekesî li gorî garîyên pîlên lîtium-îyon ên temam têne bikar anîn.

• Şaneyeke lîtium-îyon a bitenê pêvajoyeke barkirinê ya du-qonaxî derbas dike:

1. Herrika Berdewam (CC)
2. Voltaj Berdewam (CV)

• Garîyeke pîlê lîtium-îyon, ku ji gelek şaneyên bi rêzê ve girêdayî pêk tê, bi pêvajoyeke sê-qonaxî tê barkirin:

1. Herrika Berdewam
2. Hevsengî (tenê dema ku komên şaneyan di dema xebatê de nehevsengiyê nîşan didin pêwîst e)
3. Voltaj Berdewam

Di dema qonaxa herrika berdewam de, yekîneya barkirinê herrikek domdar dide pîlê, dema ku voltaj gav bi gav zêde dibe heta ku sînorê voltaja barkirinê ya herî zêde ji bo her şaneyê tê bidestxistin.

Di qonaxa hevsengiyê de, şarjker an pergala rêveberiya pîlê Herrika şarjê eyar dike – an bi kêmkirinê an jî bi vekirin û girtina çerxa şarjê ji bo kêmkirina Herrika navîn – da ku rewşa şarjê di navbera şaneyên takekesî de hevseng bike Heta ku tevahiya garî/refa pîlê bigihîje hevsengiyê. Ev Pêvajoya hevsengkirinê bi gelemperî dest pê dike dema ku yek an çend şane berî yên din bigihîjin Voltajê şarjê ya xwe ya herî zêde, ji ber ku pêkanîna hevsengiyê di dîkên alternatîf ên çerxa şarjê de bi gelemperî kêmtir rast e. Rêbaza Berbelav hevsengiya pasîf e, ku tê de şarja zêde wekî Enerjiya termal bi rêya berxwedêrên ku bi demkî bi şaneyên hewcedarî hevsengiyê ve girêdayî ne, tê belavkirin. Berovajî, hevsengiya çalak, her çend kêmtir Berbelav û bihatir be jî, bi veguheztina Enerjiya zêde bo şaneyên din an tevahiya garî/refa pîlê bi rêya veguherînerek DC-DC an sîrkûtek mîna wê, kêrhatîbûnek bilindtir pêşkêş dike. Hevsengî bi giranî Di dema dîka Voltaj Berdewam a şarjkirinê de pêk tê, digel ku Pergal di navbera modên şarjê de alternatîf dibe Heta ku Pêvajo bi dawî bibe. Garî/refa pîlê bi gelemperî tenê piştî qedandina hevsengiyê bi tevahî şarjkirî tê hesibandin, ji ber ku komek şaneyên yekane bi rewşek şarjê ya kêmtir dê kapasîteya giştî ya bikarhatî ya pîlê heta asta xwe ya kêmkirî sînordar bike. Demjimêra rêbaza hevsengiyê dikare ji çend demjimêran bigire Heta çend rojan, li gorî asta nehevsengiyê Di nav pîlê de, biguhere.

Di qonaxa Voltaj Berdewam de, şarjker Voltajekê bi qasî berhema Voltajê şaneyê ya herî zêde û hejmara şaneyên bi rêzê ve girêdayî Di nav pîlê de, pêk tîne. Di heman demê de, Herrika şarjê gav bi gav ber bi sifirê ve kêm dibe, û dema ku ew dakeve bin bendavek pêşwext, bi gelemperî Nêzîkî 3% ji Herrika şarjê ya destpêkê ya Berdewam, rawestîne.

Şarjek demkî ya serî Nêzîkî her 500 demjimêran carekê tê pêşniyar kirin. Ev Pêvajoya şarjkirinê divê dest pê bike dema ku Voltajê şaneyê dakeve bin 4.05 V/şane.

Ne-pabendbûna bi parametreyên Herrik û Voltajê yên diyarkirî dikare germbûna kulombî ya zêde Di nav pîlê de derxîne. Herwiha, zêde şarjkirina heta Voltajên ku ji taybetmendiyên sêwiranê derbas dibin, rîskek girîng a teqînê çêdike.

Pîlên lîtium-îyon di dema barkirinê de li gorî sînorên xebata wan di bin bandora sînorkirinên germahiyê yên hişktir de ne. Her çend kîmyaya lîtium-îyon bi gelemperî di germahiyên bilind de bi bandor tevdigere jî, rûbirûbûna germahiyê ya dirêj temenê pîlê kêm dike. Performansa barkirinê ya herî baş, tevî potansiyela "barkirina bilez," di navbera germahiya 5 û 45 °C (41 û 113 °F) de tê dîtin, û divê operasyonên barkirinê bi îdeal di nav vê qadê de pêk werin. Barkirin di navbera 0 û 5 °C de gengaz dimîne, her çend kêmkirina herrika barkirinê pêwîst be jî. Di dema barkirina germahiya nizm de (li jêr 0 °C), zêdebûna germahiyê ya nerm li ser germahiya hawîrdorê, ku ji ber berxwedana navxweyî ya şaneyê çêdibe, bi feyde ye. Berovajî, germahiyên barkirinê yên bilind dikarin bibin sedema xirabûna pîlê; bi taybetî, barkirina li ser 45 °C dê performansa pîlê xirab bike. Di germahiyên nizmtir de, berxwedana navxweyî ya pîlê dikare zêde bibe, ku dibe sedema rêjeyên barkirinê yên hêdîtir û demên barkirinê yên dirêjtir.

Pîl bûyereke xwe-valakirinê ya gav bi gav nîşan didin tewra dema ku ne girêdayî ne û herrik nadin jî. Ji bo pîlên lîtium-îyon ên ji nû ve barkirinê, çêker bi berbelav rêjeyek xwe-valakirinê ya 1.5–2% di mehê de radigihînin.

Ev rêjeya xwe-valakirinê bi zêdebûna germahiyê û rewşên barkirinê yên bilindtir zêde dibe. Lêkolînek sala 2004-an eşkere kir ku di bin piraniya şert û mercên çerxê de, xwe-valakirin bi piranî bi demê ve girêdayî bû. Digel vê yekê, piştî çend mehan depokirinê li ser çerxa vekirî an barkirina float, windahiyên ku ji ber rewşa barkirinê çêdibin bi awayekî girîng zêde bûn. Balkêş e, rêjeya xwe-valakirinê zêdebûnek yekreng bi rewşa barkirinê re nîşan neda, kêmkirinek piçûk di astên barkirinê yên navîn de nîşan da. Herwiha, rêjeyên xwe-valakirinê dikarin zêde bibin dema ku pîl pîr dibin. Daneên dîrokî destnîşan dikin ku di sala 1999-an de, xwe-valakirina mehane li 21 °C de 8%, li 40 °C de 15%, û li 60 °C de 31% hate tomar kirin. Heta sala 2007-an, rêjeya xwe-valakirinê ya mehane ya texmînkirî daketibû 2% heta 3%, hejmarek ku heta sala 2016-an li 2–3% domdar ma.

Berevajî, rêjeya xwe-valakirinê ji bo pîlên nîkel-metal hîdrîd (NiMH), di sala 2017-an de, bi awayekî girîng kêm bû ji heta 30% di mehê de ji bo cureyên şaneyên kevnar, berbelav heta nêzîkî 0.08–0.33% di mehê de ji bo varyantên NiMH yên nûjen ên xwe-valakirinê kêm. Pîlên nîkel-kadmiyum (NiCd), ji bo berawirdkirinê, bi gelemperî rêjeyek xwe-valakirinê ya nêzîkî 10% di mehê de nîşan didin.

Katod

Oksîdên metalên veguhêz (TMOs) bi berfirehî wekî materyalên katodê di pîlên lîtium-îyonê de têne bikaranîn. Ev bikaranîna berfireh ji rewşên oksîdasyonê yên Guherbar ên kasyonên metalên veguhêz derdikeve, ku dihêlin van oksîdên metalan bi awayekî vegerî îyonên lîtiumê (Li⁺) bihewînin û reaksiyonên redoksê (kêmkirin-oksîdasyon) yên bikêrhatî hêsan dikin. Her çend îyonên oksîjenê bi kevneşopî dihat texmînkirin ku rewşeke oksîdasyonê ya 2- biparêzin jî, beşdariya redoksa oksîjenê di têxistina lîtiumê de niha wekî JGirîng ji bo performansa katodên pîlên lîtium-îyonê tê qebûlkirin. Mîmarîyên tebeqeyî an çarçoveyî yên TMOs destûrê didin têxistin û derxistina Li⁺ di dema çerxên barkirin û valakirinê de. Di heman demê de, metalên wan ên veguhêz û anyonên oksîjenê tevlî veguheztina Elektronan dibin, bi vî awayî beşdarî Tîrbûna Enerjiyê ya bilind û îstîqrara zêdekirî dibin. Sê çînên cuda yên materyalên katodê di pîlên lîtium-îyonê de gihîştine bazirganîbûnê: (1) oksîdên tebeqeyî, (2) oksîdên spînel, û (3) kompleksên oksoanyonê. Hemî van materyalan Di destpêkê de ji hêla John Goodenough û tîma wî ya lêkolînê ve hatin keşfkirin.

Oksîdên Tebeqeyî

LiCoO₂ wekî materyalê katodê di yekemîn pîla lîtium-îyonê ya bazirganî de xizmet kir, ku ji hêla Sony ve di sala 1991 de hat pêşkêşkirin. Van oksîdên tebeqeyî Mîmarîyeke pseudo-tetrahedral nîşan didin, ku bi tebeqeyên ji oktahedrayên MO₆ pêk tên têne diyar kirin. Van tebeqeyan ji hêla valahiyên navbera tebeqeyan ve têne veqetandin ku belavbûna îyonên lîtiumê yên du-alî hêsan dikin. Avahîya bandê ya Li_xCoO_{6 ^{piştgirî dide gihandina Elektronîkî ya rastîn, Berevajî gihandina polaronîk. Lêbelê, hevgirtinek di navbera d-banda Co4+ t2g û 2p-banda O2- de pêdivî dike ku hevkêşeya stoykîometrîk 'x' ji 0.5 mezintir be; wekî din, Pêşveçûna oksîjenê (O§1415§) dê çêbibe. Ev sînorkirin kapasîteya barkirinê ya vê materyalê Nêzîkî 140 mA h g−1 sînor dike.}}

Çend metalên din ên rêza yekem (3d) yên veguhêz jî xwêyên LiMO₂ yên tebeqeyî çêdikin. Hin ji van pêkhateyan dikarin rasterast ji oksîda lîtiumê û M₂O (mînak, li cihê ku M temsîl dike Ti, V, Cr, Co, an Ni) têne sentez kirin, dema ku yên din, wekî yên ku Mn an Fe dihewînin, bi rêya guhertina îyonê ji NaMO§6_{7§ têne amadekirin. LiVO§89§, LiMnO§1011§, û LiFeO§1213§ bêîstîqrariyên Avahîyî nîşan didin, tevî tevliheviya di navbera cihên M û Li de, ku ji ber cudahiya Enerjiyê ya herî kêm di navbera hawîrdorên oktahedral û tetrahedral de ji bo îyona metal M têne hesibandin. Wekî encam, ev materyal ji bo bikaranînê di pîlên lîtium-îyonê de ne guncaw in. Berevajî vê, tîreya îyonî ya cuda ya Na⁺ û Fe³⁺ bikaranîna NaFeO§1819§ di pîlên sodyûm-îyonê de gengaz dikin.}

Bi heman rengî, LiCrO₂ li nêzîkî 3.2 V de (de)interkalasyona lîtiumê ya vegerî nîşan dide, ku kapasîteyên di navbera 170 û 270 mAh/g de peyda dike. Lê dîsa jî, temenê çerxê wê sînordar e ji ber bêhevsengiya Cr⁴⁺, ku dibe sedema veguheztina Cr⁶⁺ bo cihên tetrahedral. Berovajî, NaCrO^{6 aramiya çerxê ya bi awayekî girîng zêdekirî nîşan dide. LiTiO§89§ (de)interkalasyona Li+ di voltajek nêzîkî 1.5 V de pêk tîne, ku ji bo materyalek katodê ya bikêrhatî pir kêm tê hesibandin.}

Van kêşeyan sepandina pratîkî ya materyalên oksîdê yên tebeqeyî ji bo katodên pîlên lîtium-îon bi giranî sînordar dikin bo LiCoO
6 û LiNiO
§1718§. Katodên li ser bingeha kobaltê bi kapasîteya barkirinê ya teorîkî ya taybetî (li gorî girseyê) ya bilind, kapasîteya volumetrîkî ya berçav, xweser-valakirinê ya hindik, voltaja valakirinê ya bilind, û performansa çerxê ya baş têne diyar kirin. Lê belê, lêçûna wan a materyalê ya bilind kêmasiyek girîng pêk tîne. Wekî encam, meyla niha di nav hilberînerên pîlên lîtium-îon de veguheztina katodan e ku naveroka nîkelê zêdekirî û naveroka kobaltê kêmkirî heye.

Wêdetir ji lêçûna wan a kêmtir li gorî kobaltê, materyalên li ser bingeha nîkel-oksîdê kîmyaya redoksê ya du-elektronî ya nîkelê bi kar tînin. Di oksîdên tebeqeyî yên ku nîkel tê de hene, wekî nîkel-kobalt-mangan (NCM) û oksîdên nîkel-kobalt-alûmînyûm (NCA), nîkel di navbera rewşên oksîdasyonê +2 û +4 de çerx dike (di yek gavekê de di navbera +3.5 û +4.3 V de). Kobalt di navbera +2 û +3 de derbas dibe, dema ku mangan (bi gelemperî >20%) û alûmînyûm (bi gelemperî tenê 5% hewce dike) bi rêzê ve rewşên oksîdasyonê +4 û +3 diparêzin. Ev mekanîzma tê vê wateyê ku zêdekirina naveroka nîkelê barkirina çerxbar zêde dike. Mînakî, NCM111 160 mAh/g peyda dike, dema ku LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O (NCM811) û LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O (NCA) kapasîteyek bilindtir a nêzîkî 200 mAh/g bi dest dixin. Pîlên NCM û NCA bi hev re wekî Pîlên Lîtiumê yên Sêyemîn têne binavkirin.

Kategoriyek berbiçav katodên "dewlemend bi lîtiumê" dihewîne, ku dikarin ji materyalên katodê yên tebeqeyî yên NCM-ya kevneşopî (LiMO₂, ku M=Ni, Co, Mn) werin derxistin. Ev bi çerxkirina wan ber bi voltajan an barkirinên ku bi rêjeya Li:M ya kêmtir ji 0.5 re têkildar in, têne hilberandin. Di bin van şertan de, veguheztinek redoksê ya nîv-vegerî ya nûjen di voltajek bilindtir de derdikeve holê, ku nêzîkî 0.4-0.8 elektron per cîhê metalî dihewîne. Ev veguheztin bi giranî orbitalên elektronî yên ne-girêdanê yên ku li ser atomên oksîjenê navendî ne, dihewîne. Tevî eleqeya destpêkê ya berçav, ev bûyer ji ber hilweşîna avahîsaziyê ya bilez, ku bi pêşveçûna O2 û ji nû ve rêzkirinên torê tê diyar kirin, di qonaxên weha "dewlemend bi lîtiumê" de hatî dîtin, nebûye sedema hilberên bazirganî.

Spînelên Oksîdê yên Kubî

LiMn₂O₄ xwedî avahiyek torî ya kûbî ye, ku belavbûna sê-alî ya îyonên lîtiumê hêsan dike. Katodên manganezê balkêş in ji ber ku lêçûna manganezê li gorî kobalt an nîkelê kêmtir e. Pîleke Li-LiMn_{4O§67§ bi 4 V Voltaj dixebite, û nêzîkî yek îyona lîtiumê ji her du îyonên Mn dikare bi awayekî vegerbar ji cihên tetrahedral were derxistin, ku kapasîteyek pratîkî ya di bin 130 mAh g–1 de dide. Lê belê, Mn³⁺ rewşek oksîdasyonê ya ne aram e, ku meyla wê heye ku bibe Mn⁴⁺ ya neçareserbar û Mn²⁺ ya çareserbar. LiMn§1415§O§1617§ dikare zêdetirî 0.5 Li per Mn di Voltajek kêmtir, nêzîkî +3.0 V de, têxe nav xwe. Tevî vê yekê, ev pêvajo dibe sedema guhertinek qonaxê ya nevegerbar ku ji ber guhertina Jahn-Teller di Mn3+:t2g3eg1 de çêdibe, ligel dabeşbûn û helandina Mn³⁺.}

Pêşketinek girîng li ser spînelê manganezê, avahiyên kûbî yên têkildar ên celebê LiMn_1.5Ni_0.5O₄ vedihewîne, ku tê de manganez wekî Mn4+ heye û nîkel bi awayekî vegerbar di navbera rewşên oksîdasyonê yên +2 û +4 de digere. Van materyalan kapasîteyek îyona Li ya vegerbar a nêzîkî 135 mAh/g di dora 4.7 V Voltaj de nîşan didin. Digel ku Voltajek wusa bilind ji bo zêdekirina Enerjiya taybetî ya Pîlan sûdmend e, lê belavbûna van materyalan niha ji ber nebûna elektrolîtên Voltaj-bilind ên guncan tê asteng kirin. Di sala 2023an de, materyalên bi naveroka nîkelê ya bilind bi gelemperî têne tercîh kirin ji ber potansiyela wan a gera du-Elektronî ya nîkelê di navbera rewşên oksîdasyonê yên +2 û +4 de.

LiV₂O₄ (oksîda lîtium vanadyûm) li Voltajek kêmtir (nêzîkî +3.0 V) li gorî LiMn_{4O§67§ dixebite, pirsgirêkên domdariyê yên wekhev nîşan dide, lêçûnên bilindtir çêdike, û wekî encam, kêrhatîbûna pratîkî tune.}

Oksoanyonîk

Nêzîkî di sala 1980an de, Manthiram destnîşan kir ku oksoanyon (bi taybetî molîbdat û tungstat di wê rewşê de) dema ku bi oksîdan re têne berhev kirin, di potansiyela redoksê ya îyona metal de guhertinek erênî ya girîng çêdikin. Herwiha, van materyalên katodê yên oksoanyonîk li gorî hevpîşeyên xwe yên oksîdê, aramî û ewlehiyê zêdetir peyda dikin. Tevî vê yekê, ew bi rêgirtina Elektronîkî ya ne têr têne diyar kirin, ku ji ber dûrbûna dirêj di navbera navendên metal ên redoks-çalak de ye, bi vî rengî veguhestina Elektronê asteng dikin. Wekî encam, ev hewce dike ku perçeyên katodê yên piçûk (di bin 200 nm de) werin bikar anîn û pêçek karbonê ya bi rêgirtina Elektronîkî li ser her perçeyek were sepandin. Pêwîstiyek wusa Tîrbûna pakkirinê ya van materyalan kêm dike.

Tevî lêkolînên berfireh li ser gelek tevliheviyên oksoanyonan (sulfat, fosfat, silîkat) bi metalên cihêreng (bi giranî Mn, Fe, Co, Ni), LiFePO₄ wekî yekane Pêkhatê bazirganîkirî dimîne. Di destpêkê de, serîlêdana wê bi giranî di Depokirina Enerjiyê ya rawestayî de bû ji ber Tîrbûna Enerjiyê ya wê ya nisbeten kêmtir ji oksîdên qatkirî; lê belê, ji wê demê ve di wesayîtên elektrîkê de ji salên 2020an û vir ve bi berfirehî hatiye pejirandin.

Anod

Bi kevneşopî, materyalên elektrodên neyînî ji grafît û materyalên din ên karbonê têne çêkirin, her çend materyalên nûjen ên li ser bingeha sîlîkonê jî her ku diçe zêdetir têne bikaranîn. Analîzeke sala 2016'an destnîşan kir ku 89% ji bataryayên lîtium-iyonê grafît dihewandin (ku 43% ji wan formên çêkirî û 46% jî formên xwezayî bûn), 7% karbona amorf (karbona nerm an hişk) bikar anîn, 2% lîtium tîtanat (LTO) bi kar anîn, û 2% jî pêkhateyên li ser bingeha sîlîkon an qelayê bûn.

Ev materyal ji ber hebûna wan a zêde, gihandariya wan a elektrîkê, û şiyana wan a têxistina îyonên lîtiumê ji bo Depokirin a barê elektrîkê bi berfirehbûnek Qebare ya nerm (Nêzîkî 10%) têne bikaranîn. Grafît wekî materyalê bijarte serdest e ji ber Voltaj a wê ya têxistinê ya kêm û performansa wê ya bilind. Her çend gelek materyalên alternatîf ên ku kapasîteyên bilindtir pêşkêş dikin hatine pêşniyar kirin jî, ew bi gelemperî Voltaj ên bilind nîşan didin, Wekî encam, Tîrbûn a Enerjî yê kêm dikin. Voltajek kêm ji bo anodan pêdiviyek krîtîk e; wekî din, her kapasîteya zêde di warê Tîrbûn a Enerjî yê de ti feydeyê nade.

Ji ber sînorkirina kapasîteya herî zêde ya grafîtê ya 372 mAh/g, hewldanên lêkolînê yên girîng li ser pêşxistina materyalên bi kapasîteyên teorîkî yên bilindtir û çareserkirina astengiyên teknîkî yên ku niha Belavkirin a wan a pratîkî asteng dikin, sekinîne. Lêkolînên destpêkê yên li ser anodên li ser bingeha sîlîkonê ji bo hucreyên duyemîn ên lîtium-iyonê bi berfirehî di gotara berfireh a sala 2007'an a Kasavajjula û hevalên wî de hatine nirxandin. Bi taybetî, di sala 2000'an de, Hong Li û hevalên wî destnîşan kirin ku têxistina elektrokîmyayî ya îyonên lîtiumê di nanoparçeyên sîlîkonê û nanotelên sîlîkonê de dibe sedema çêbûna aloyek Li–Si ya amorf. Di heman demê de, Bo Gao û serpereştyarê wî yê doktorayê, Profesor Otto Zhou, li ser performansa Çerx a hucreyên elektrokîmyayî yên ku anodên nanotelên sîlîkonê bikar tînin ragihandin, ku kapasîteyek vegerbar a di navbera Nêzîkî 900 û 1500 mAh/g de nîşan dide.

Hatiye destnîşan kirin ku bikaranîna pêlên karbonê yên mîna elmasê kapasîteya ragirtinê di bataryayên li ser bingeha lîtiumê de bi 40% zêde dike û jiyana Çerx ê jî bi 400% dirêj dike.

Stratejiyên cûrbecûr ku serîlêdana tebeqeyên parastinê dihewînin, ji bo zêdekirina îstîqrara anodên lîtiumê hatine pêşniyarkirin. Sîlîkon wekî materyalek anoda hêvîdar derdikeve pêş ji ber kapasîteya wê ya ku bêtir îyonên lîtiumê bi girîngî mêvandar bike, bi potansiyel dikare heta deh caran barê elektrîkê depokirin bike. Lêbelê, pêvajoya aloykirinê di navbera lîtium û sîlîkonê de berfirehbûna qebareya girîng (nêzîkî 400%) çêdike, ku dibe sedema têkçûna şaneya felaketî. Her çend sîlîkon wekî materyalek anoda hatibe bikaranîn, lê têxistin û derxistina dubare ya îyonên ${\displaystyle {\ce {\scriptstyle Li+}}}$ dikare şikestina materyalê çêbike. Van şikestinan rûxara sîlîkonê ji elektrolîtê re eşkere dikin, rizînê dest pê dikin û dûv re çêbûna navbera elektrolîtê ya hişk (SEI) li ser sîlîkona nû-eşkerebûyî (mînak, di nanoparçeyên Si yên bi grafenê-pêçandî de). Stûrbûna domdar a vê SEI-yê îyonên ${\displaystyle {\ce {\scriptstyle Li+}}}$ yên berdest dixwe, bi vî awayî kapasîteya anodê û îstîqrara çerxê kêm dike.

Wêdetirî materyalên anoda kevneşopî yên li ser bingeha karbon û sîlîkonê ji bo bataryayên lîtium-îyonê, materyalên oksîdên metal ên entropî-bilind niha di bin pêşkeftinê de ne. Van materyalan bi rêya mekanîzmayek veguherînê dixebitin, ku ji têxistinê cuda ye, û ji aloyek (an qonaxên tevlihev ên bin-nanometer) ji gelek oksîdên metal pêk tên, ku her yek fonksiyonek cûda peyda dike. Mînak, zînk û kobalt dikarin wekî pêkhateyên depokirina barê elektroaktîf fonksiyon bikin, sifir dikare wekî qonaxek piştgirî ya bi rêgeziya elektronîkî xizmet bike, û oksîda magnezyûmê dikare perçebûnê kêm bike.

Elektrolît

Elektrolîtên şilayî yên ku di bataryayên lîtium-iyon de têne bikaranîn, ji xwêyên lîtiumê pêk tên, wekî LiPF
₆, LiBF
, LiFSI, LiTFSI, an jî LiClO
, ku di çareserkerên organîk de hatine helandin, wekî etîlen karbonat, dîmetîl karbonat, û dîetîl karbonat. Di dema valakirinê de, elektrolîteke şilayî tevgera kationan hêsan dike, wekî rêgeheke ragihîner ji elektrodên neyînî ber bi yên erênî ve kar dike. Di germahiya odeyê de (20 °C (68 °F)), ragihîneriya elektrolîtên şilayî yên asayî nêzîkî 10 mS/cm e, li 40 °C (104 °F) zêdebûnek 30–40% û li 0 °C (32 °F) kêmkirinek piçûk nîşan dide. Têkelkirina karbonatên xêzî û çerxî, wekî etîlen karbonat (EC) û dîmetîl karbonat (DMC), ragihîneriya bilind peyda dike û damezrandina navbera elektrolîtê hişk (SEI) pêş dixe. Her çend EC beşdarî SEI-yeke stabîl bibe jî, ew di germahiya odeyê de hişk dimîne, tenê bi tevlêkirina lêzêdekeran wekî DMC, dîetîl karbonat (DEC), an etîl metîl karbonat (EMC) şilayî dibe. Di dema barkirinê de, çareserkerên organîk bi hêsanî li ser elektrodên neyînî rizîn dibin. Pêvajoya barkirinê ya destpêkê, dema ku çareserkerên organîk ên guncaw wekî elektrolît têne bikaranîn, dibe sedema rizîna çareserker û damezrandina navbera elektrolîtê hişk. Ev navbera, her çend ji aliyê elektrîkê ve îzoleker be jî, ragihîneriya îyonî ya girîng pêşkêş dike, bi bandor wekî elektrolîteke hişk kar dike. Piştî çerxa barkirinê ya yekem, navbera têra xwe stûr dibe da ku tunelkirina elektronan asteng bike, bi vî awayî pêşî li rizîna elektrolîtê ya din digire wêdetirî barkirina duyemîn. Mînak, etîlen karbonat li voltajeke nisbeten bilind (0.7 V li hember lîtiumê) rizîn dibe, ku dibe sedema navbereke qelew û stabîl. Elektrolîtên pêkhatî yên ku polî(oksîetîlen) (POE) dihewînin, navbereke nisbeten stabîl nîşan didin. Ev dikarin an hişk bin (giranîya molekulî ya bilind), ji bo şaneyên lîtium-polîmer ên hişk guncaw, an jî şilayî bin (giranîya molekulî ya kêm), di şaneyên lîtium-iyon ên kevneşopî de têne bikaranîn. Şilayiyên îyonî yên germahiya odeyê (RTILs) stratejiyeke alternatîf temsîl dikin ji bo kêmkirina şewatbarî û volatilîteya ku bi elektrolîtên organîk ve girêdayî ne.

Navbera elektrolîtê hişk (SEI)

Têgeha navbera elektrolîtê hişk di destpêkê de ji aliyê Peled ve di sala 1979an de hate pêşkêşkirin. Ev têgeh tebeqeya hilberê ya nehelîner a ku li ser katodên alkalî û metalên alkalî yên erdê di nav bataryayên ne-avî (NAB) de çêdibe, diyar kir. Berî vê, di sala 1970an de, Dey û Sullivan dîtin ku grafît, dema ku di nîv-şaneyeke lîtium metal de ku propîlen karbonat (PC) dihewîne tê bikaranîn, di dema valakirinê de bû sedema kêmkirina elektrolîtê. Ev rêjeya kêmkirinê têkiliyeke xêzî bi herrika sepandî re nîşan da. Wan hîpotez kir ku reaksiyona jêrîn çêdibe:

${\displaystyle {\ce {C4H6O3 + 2e- -> CH3-CH=CH2 + CO3^{2-}}}}$

Di sala 1990an de, Fong û hevkarên wî paşê ev reaksiyona yekta pêşniyar kirin, ango îyonên karbonat bi lîtyûmê re têkilî danîn da ku lîtyûm karbonat Hilberandin. Ev lîtyûm karbonat paşê tebeqeyek pasîf li ser Rûxarê grafîtê çêkir. Niha, propîlen karbonat (PC) Kêm caran di Pîl'an de tê bikaranîn Ji ber ku molekulên wê dikarin bikevin nav tebeqeyên grafîtê, bi lîtyûma Niha re reaksiyonê bikin, propîlenê Hilberandin, û Wekî encam bibin sedema veqetîna grafîtê.

Navbera elektrolîtê Hişk (SEI) xwedî taybetmendiyên îzolekirinê ye ku dihêle Pîl bigihîjin rêjeyên Voltajê yên berfirehtir Bêyî ku tenê elektrolîtê kêm bikin. Ev kapasîteya SEI ya ji bo zêdekirina pencereya Voltajê di Pîl'an de vedîtinek tesadûfî bû, lêbelê, ew Niha ji bo performansa Pîl'ên Voltajê yên bilind ên nûjen JGirîng e.

Elektrolîtên Hişk

Pêşketinên dawî di teknolojiya Pîlê de materyalên hişk wekî elektrolît bi kar tînin. Di nav van de, seramîk potansiyela herî JGirîng nîşan didin. Elektrolîtên seramîk ên hişk bi piranî ji oksîdên lîtium metal pêk tên, ku ji ber naveroka wan a lîtiumê ya xwemalî, veguhestina îyonên lîtiumê di nav matrisa hişk de bi hêsanî zêdetir dikin. Feydeyek sereke ya elektrolîtên hişk rakirina rîskên rijandinê ye, ku fikarek ewlehiyê ya JGirîng e ku bi Pîlên elektrolîtên şilayî ve girêdayî ye. Elektrolîtên seramîk ên hişk bêtir li du cureyên sereke têne dabeş kirin: seramîk û camî. Elektrolîtên hişk ên seramîk bi pêkhateyên pir rêkûpêk ên xwedî avahiyên Krîstal têne taybetmendîkirin, ku bi gelemperî kanalên veguhestina îyonê vedihewînin. Mînakên elektrolîtên seramîk ên berbelav rêveberên îyonên lîtiumê yên super (LISICON) û perovskît in. Berevajî vê, elektrolîtên hişk ên camî avahiyên atomî yên amorf nîşan didin, ku ji hêmanên mîna yên ku di elektrolîtên hişk ên seramîk de têne dîtin pêk tên, lêbelê ew gihîştine rêgezên giştî yên bilindtir, bi giranî ji ber rêgeziya zêdekirî ya li sînorên genim. Rêgeziya îyonî ya hem a elektrolîtên camî û hem jî a seramîk dikare bi guhertina oksîjenê bi sulfurê were zêdekirin. Tîreya atomî ya mezintir a sulfurê û polarîzasyona zêdekirî beşdarî rêgeziya lîtiumê ya zêdekirî dibin. Wekî encam, rêgezên elektrolîtên hişk nêzîkî yên hevpîşeyên xwe yên şilayî dibin, ku piraniya wan nirxên dora 0.1 mS/cm nîşan didin û yên herî bi bandor digihîjin 10 mS/cm. Rêbazek bi bandor û aborî ji bo sererastkirina taybetmendiyên elektrolîtê yên taybet tê de danasîna pêkhateyek sêyemîn, ku jê re pêvek tê gotin, di konsantrasyonên hindik de heye. Têxistina mîqdarên hindik ên pêvekekê misoger dike ku taybetmendiyên giştî yên Pergalê elektrolîtê bi piranî neguherî bimînin, dema ku taybetmendiya xwestî pêşkeftinek JGirîng dibîne. Lêkolînên berfireh pêvekên ceribandî yên cihêreng li sê komên cûda dabeş kirine: (1) yên ku ji bo guhertina kîmyaya navbera elektrolîtê hişk (SEI) hatine sêwirandin; (2) yên ku armanc dikin ku taybetmendiyên rêgeziya îyonê baştir bikin; û (3) yên ku armanc dikin ku ewlehiya şaneyê zêde bikin, wekî pêşîlêgirtina barkirina zêde.

Formulasyonên elektrolîtê yên alternatîf, wekî yên ku di Pîlên polîmer ên lîtiumê de têne bikar anîn, jî wekî pêşketinên JGirîng derketine holê. Elektrolîtên polîmer soz didin di kêmkirina çêbûna dendrîtên lîtiumê de. Van polîmeran armanc dikin ku pêşî li kurt-çerxê bigirin û rêgeziya elektrîkê bidomînin.

Belavbûna îyonî di nav elektrolîtê de ji ber guhertinên piçûk di konsantrasyona elektrolîtê de çêdibe. Ji bo armanca vê nîqaşê, tenê belavbûna xêzî tê hesibandin. Guhertina di konsantrasyonê de, ku wekî c tê nîşandan, wekî fonksiyonek demê t û dûrahiyê x tê îfadekirin, bi vê yekê tê temsîl kirin:

∂<!-- ∂ --> c ∂<!-- ∂ --> t = D ε<!-- ε --> ∂<!-- ∂ --> 43 c ∂ x 58 . {\displaystyle {\frac {\partial c}{\partial t}}={\frac {D}{\varepsilon }}{\frac {\partial ^{2}c}{\partial x^{2}}}.}

Di nav vê hevkêşeyê de, D kofîsyenta belavbûnê ya taybet ji bo îyona lîtiumê temsîl dike. Nirxa wê di nav elektrolîta LiPF
§1819§ de wekî 7.5×10⁻¹⁰ m§910§/s tê destnîşankirin. Parametre ε, ku porîtiya elektrolîtê diyar dike, nirxek 0.724 heye.

Hilberîna Elektrodê ya Bi Pêvajoya Hişk

Hilberîna elektrodên hişk pêvajoyek bê çareserker e ji bo amadekirina elektrodan, ku alternatîfek pêşkêşî teknîka pêçana şilavî ya kevneşopî dike ku di bataryayên lîtium-îyonê de tê bikar anîn. Berevajî metodolojiyên kevneşopî yên ku çareserkerên şilayî yên wekî N-methylpyrrolidone (NMP) ji bo tevlihevkirina materyalên çalak hewce dikin, teknolojiya elektrodên hişk tevlihevkirina mekanîkî, pêçana hişk, û paşê tîrkirinê bikar tîne da ku mîmariya elektrodê ya tîr bi dest bixe.

Pêvajo

Pêvajoya standard ji bo amadekirina elektrodên hişk ji sê qonaxên cuda pêk tê:

Tevlihevkirina hişk: Materyalên çalak, ajanên ragihîner, û girêder bi awayekî homojen di jîngehek bê çareserker de têne tevlihev kirin.

Pêvajoya pêçana hişk tê de heye ku tevliheviya tozê bi awayekî yekreng li ser rûxara berhevkarê herrikê bi sepandina hêza qutkirinê ve tê sepandin.

Paşê, tebeqeya pêçandî tîrkirin an kalenderkirinê derbas dike da ku stûrahiya xwestî bi dest bixe û yekparebûna mekanîkî ya têr misoger bike.

Feyde

Pêvajoya hilberîna elektrodên hişk hewcedariya alavên zuhakirinê, pergalên vegerandina NMP, û protokolên ji bo rêvebirina şilavên vîskoz ji holê radike, ji ber ku ew bi tevahî bê çareserker dixebite. Feydeyên sereke kêmkirina girîng di xerckirina enerjiyê û lêçûnên hilberînê de, rakirina çareserkerê bijehr NMP, berdewamiya jîngehê ya çêtir, û kapasîteya çêkirina elektrodên stûrtir bi kapasîteyên barkirinê yên bilind dihewîne.

Girêdera Fîberîzasyonê ya Polytetrafluoroethylene (PTFE)

Polytetrafluoroethylene (PTFE) bi gelemperî wekî girêder di elektrodên hişk de tê bikar anîn. Dema ku di bin stresa qutkirinê de be, PTFE torek girêdayî ya fîberên dirêjkirî pêş dixe ku di nav tevahiya mîmariya elektrodê de belav dibe. Ev tora fîberî ya PTFE hêza mekanîkî ya bilind, nermbûn, û girêdana parçikan dide elektrodê, bi bandor qelsiyên avahîsaziyê yên ku di nebûna pêvajoya bingeh-şilavî de ne, kêm dike.

Pêvekên Biyogirse

Lêkolînên hemdem tevlêkirina pêvekên biyogirse, di nav de nîşa, seluloz, û ard, lêkolîn kirine da ku avahiya porê û nermbûna elektrodan baştir bikin. Van madeyan girêdana navmolekulî hêsan dikin, tortuosity kêm dikin, û şilbûna elektrolîtê zêde dikin. Mînak, entegrasyona 1% (giraniya) ard di elektrodên hişk ên PTFE de hêza mekanîkî bi girîngî zêde dike, veguhestina îyona lîtiumê lez dike, û performansa rêjeya bilind xurt dike.

Pêşveçûnên Performansê

Bi karanîna têkiliya hevkarî ya di navbera torên fîberê yên PTFE û lêzêdeyên biyogirse de, elektrodên hişk çend avantajên xwe nîşan didin: kêmbûna çemandinê, veguhestina lîtium-iyonê ya lezkirî, performansa rêjeyê ya baştir di katodên voltaja bilind de (mînak, NCM811), îstîqrara çerxê ya zêdekirî ku ji ber kêmbûna şikestina perçeyan e, û derbasbûna elektrolîtê ya yekrengtir digel îstîqrara navrûyî ya baştir. Van çavdêriyan destnîşan dikin ku teknolojiya elektrodên hişk sozek girîng dide ji bo hilberîna pîlê ya pûlikbar û berdewam.

Zehmetî û Pêşveçûnên Pêşerojê

Her çend hilberîna elektrodên hişk feydeyên berbiçav pêşkêş dike di berdewamiya jîngehê û tîrbûna enerjiya bilind de, ew di pîşesazîbûn û hilberîna rêzî de bi astengiyan re rû bi rû dimîne. Di serî de, elektrodên stûr dikarin di dema dikê de nehevsengiyên tîrbûnê yên herêmî nîşan bidin, ku dibe sedema kêmbûna jiyana çerxê an performansa elektrokîmyayî ya bêserûber. Ya duyemîn, girêderên PTFE bi lêçûnên materyalê yên bilindtir ve girêdayî ne, û her çend lêzêdeyên biyogirse beşdarî baştirkirina avahiya porê dibin, rêjeyên wan ên herî baş divê bêne destnîşarkirin da ku hevsengiyek di navbera performans û îstîqrara pêvajoyê de were bidestxistin. Zêdetir, veguheztina teknîkên amadekirina asta laboratuvarê bo hilberîna pîşesaziyê hewce dike ku zehmetiyên têkildarî yekrengiya pêçandinê, pêlkirina domdar, û kontrola qelîteyê ya hişk werin çareserkirin.

Rêgezên pêşkeftinê yên pêşerojê ev in: lêkolîna alternatîfên girêderên erzan an biyolojîkî yên hilweşîner; formulasyona sêwiranên elektrodên stûr ên ku tîrbûna enerjiya bilind bi zexmiya mekanîkî re li hev tînin; bicîhanîna pergalên çavdêriya qelîteyê yên otomatîkî ji bo hêsankirina hilberîna rêzî; û karanîna teknîkên taybetmendîkirinê yên pêşkeftî ji bo baştirkirina avahiya porê û taybetmendiyên veguhestina îyonan. Tê payîn ku van pêşkeftinan entegrasyona berfireh a teknolojiya elektrodê ya pêvajoya hişk di pîlên lîtium-iyonê yên bazirganî de pêş bixin.

Sêwiran û Formên Pîlan

Pîlên lîtium-iyonê dikarin gelek astên avahîsaziyê bigirin nav xwe. Pîlên kompakt bi gelemperî ji yek şaneyekê pêk tên. Pergalên pîlê yên mezintir şaneyan bi paralel rêz dikin da ku modulên Afirandin, û ev modul paşê bi rêz û paralel ve girêdayî ne da ku garîyekê Afirandin. Herwiha, gelek garî dikarin bi rêz ve werin girêdan da ku derketinên voltaja bilindtir bi dest bixin.

Pîl dikarin bi pêkhateyên cûrbecûr werin saz kirin, di nav de senzorên germahiyê, pergalên rêveberiya termal (germkirin/sarkirin), çerxên rêkûpêkkirina voltajê, tapên voltajê, û cîhazên çavdêriya rewşa barkirinê. Van hêmanan ji bo kêmkirina xetereyên ewlehiyê yên wekî germbûna zêde û kurt-çerxê JGirîng in.

Tebeqeyên Elektrodê û Elektrolît

Di asta makro-avahîsaziyê de (ji 0.1 heta 5 mm), hema hema hemî Pîlên lîtium-îyon ên bazirganî yên berdest kolektorên Herrikê yên foilî dihewînin, bi taybetî alumînyûm ji bo katodê û sifir ji bo anodê. Sifir ji bo anodê tê hilbijartin ji ber tevgera wê ya ne-tevlihevkirinê bi lîtiumê re, dema ku alumînyûm ji bo katodê tê bikar anîn ji ber ku ew di elektrolîtên LiPF₆ de pasîvasyonê derbas dike.

Şane

Şaneyên lîtium-îyon bi Formên cihêreng têne çêkirin, ku bi giştî di çar cureyên sereke de têne dabeş kirin.

• Şaneyên zîvî bi sêwiranek zexm têne diyar kirin, ku bi gelemperî xwedî qalikek metalî ya polayê zengarnegir in. Ji ber Enerjîya wan a taybetî ya kêm (Wh/kg) û kapasîteya Enerjîya giştî ya sînorkirî (Wh) li ser her Şaneyekê, bikaranîna wan bi amûrên wekî demjimêrên destan, hesabkerên portable, û hin amûrên lêkolînê ve sînorkirî ye. Hêjayî gotinê ye ku Forma Şaneya zîvî bi piranî ji bo Pîlên lîtium-metal ên seretayî tê bikar anîn.
• Şaneyên silindrîk ên piçûk, ku bi laşek Hişk a bê termînalên derve têne diyar kirin, bi gelemperî di sepanên wekî piraniya e-bisîkletan, gelek Pîlên wesayîtên elektrîkî, û Pîlên laptopên kevn de têne dîtin; ev Şane bi gelemperî di pîvanên standardkirî de têne çêkirin.
• Şaneyên silindrîk ên mezin xwedî laşek Hişk in ku bi termînalên mezin ên bi rîşî ve hatine stendin.
• Şaneyên pan an jî kîsikî xwedî laşek nerm, rûvî ne û di amûrên wekî têlefonên desta û komputerên laptop ên nûjen de têne bikar anîn; ev cureyên taybetî Pîlên polîmer ên lîtium-îyon in.
• Şaneyên ku di plastîka Hişk de hatine pêçan, û xwedî termînalên mezin ên bi rîşî ne, mînaka wan ên ku di pakêtên kêşana wesayîtên elektrîkî de têne dîtin in.

Şaneyên silindrîk bi rêbazek taybetî ya "swiss roll" têne çêkirin, ku li Dewletên Yekbûyî wekî "jelly roll" jî tê zanîn. Ev Pêvajo pêçandina Avahîyek "sandwich" a dirêj dihewîne, ku ji elektrodê pozîtîf, veqetîner, elektrodê negatîf, û veqetînerek din pêk tê, di nav spolek spiral a yekane de. Kombûna encamdar paşê Di nav Konteynerê de tê girtin. Feydeyek girîng a çêkirina Şaneya silindrîk leza hilberîna wê ya bilez e. Berovajî, kêmasiyek potansiyel pêşkeftina germahiyek radial a girîng e dema ku bi rêjeyên dakêşanê yên bilind dixebite.

Şaneyên kîsikî Tîrbûna Enerjîya gravîmetrîk a herî bilind bi dest dixin ji ber nebûna qalikek Hişk. Lêbelê, gelek sepan hewcedariya girtina derve dikin da ku berfirehbûnê di rewşên barkirinê yên bilind (SOC) de kêm bikin û yekparçebûna Avahîya giştî misoger bikin. Hem plastîka Hişk û hem jî Şaneyên kîsikî carinan wekî Şaneyên prismatîk têne dabeş kirin ji ber geometrîyên wan ên çargoşeyî yên taybetmendî. Di wesayîtên elektrîkî yên salên 2020an de, sê cureyên sereke yên Pîlên Şaneyê têne bikar anîn: Şaneyên silindrîk (mînak, yên ku ji hêla Tesla ve têne bikar anîn), Şaneyên kîsikî yên prismatîk (mînak, ji LG), û Şaneyên qutîkî yên prismatîk (mînak, ji LG, Samsung, Panasonic, di nav hilberînerên din de).

Pîlên Herikînê yên lîtium-îyon hatine pêşxistin, ku bi sekinandina materyalê katod an anodê Di nav Bişêvkek avî an organîk de dixebitin.

Di sala 2014an de, şaneya lîtium-îyonê ya herî biçûk a hatî ragihandin, yekîneyeke şiklê derziyê bû ku ji aliyê Panasonic ve hatibû çêkirin, bi pîvana 3.5 mm di qasê de û giraniya wê 0.6 g. Herwiha, form faktora şaneya diravî jî ji bo şaneyên LiCoO₂ tê hilberandin, ku bi gelemperî bi pêşgira "LiR" tê nasîn.

Tebeqeyên Elektrodê

Voltajê Şaneyê

Voltajê navîn ji bo kîmyaya lîtium kobalt oksîd (LCO) 3.6 V e dema katodek karbonê hişk tê bikaranîn, û 3.7 V e dema katodek grafît tê bikaranîn. Vesazkirina paşîn xêzek voltaja dakêşanê ya nisbeten rûxarî nîşan dide.

Serlêdan

Pîlên lîtium-îyonê bi berfirehî di cûrbecûr serlêdanan de têne bikaranîn, ku elektronîkên xerîdar, amûrên rekreasyonê, amûrên hêzê, û wesayîtên elektrîkî di nav xwe de digirin.

Serlêdanên din ên taybetî dabînkirina hêza paşvekişandinê di nav binesaziya telekomunîkasyonê de digirin. Herwiha, pîlên lîtium-îyonê bi gelemperî wekî bişêvkek pêşerojê ji bo depokirina enerjiyê ya pûlika torê têne hesibandin, her çend di sala 2020an de, bandoriya lêçûnê ya wan di pûlikê de hîn nehatibû bidestxistin.

Hin keştiyên binavî jî bi pergalên pîlên lîtium-îyonê hatine saz kirin.

Taybetmendiyên Performansê

Ji ber cûrbecûr materyalên elektrodê yên erênî û neyînî yên berdest ji bo pîlên lîtium-îyonê, tîrbûna enerjiyê û taybetmendiyên voltaja wan guhertinên têkildar nîşan didin.

Voltajê çerxa vekirî ya pîlên lîtium-îyonê ji ya cureyên pîlên avî zêdetir e, di nav de pîlên asîd-serber, nîkel-metal hîdrîd, û nîkel-kadmium. Berxwedana navxweyî meyl dike ku hem bi çerxa xebitandinê hem jî bi temenê demkî re zêde bibe; lê belê, ev bûyer bi awayekî girîng ji aliyê voltaja depokirinê û germahiya hawîrdorê ve tê bandor kirin. Zêdebûna berxwedana navxweyî dibe sedema kêmkirina voltaja termînalê di bin şert û mercên barkirinê de, bi vî awayî Herrika herî zêde ya ku dikare were kişandin kêm dike. Di encamê de, berxwedana bilind dikare pîlê bike ku nikaribe Herrikên dakêşanê yên xwe yên armanckirî bidomîne bêyî ku daketinek voltajê ya zêde an bêîstîqrariya termal biceribîne.

Pîlên lîtium îron fosfat, ku elektroda wan a pozîtîf ji lîtium îron fosfat û elektroda wan a negatîf ji grafît e, voltaja wan a vekirî ya nominal 3.2 V û voltaja wan a şarjê ya tîpîk 3.6 V nîşan didin. Berevajî vê, elektrodên pozîtîf ên oksîda lîtium nîkel manganez kobalt (NMC) ku bi elektrodên negatîf ên grafîtê re hatine cotkirin, voltajek nominal 3.7 V, bi voltajek şarjê ya herî zêde 4.2 V, didin. Protokola şarjê ya standard sepandina voltajek Berdewam dihewîne, ku ji hêla çerxa sînorkirina Herrikê ve tê rêvebirin. Ev Pêvajo şarjkirina bi Herrikek Berdewam dihewîne heta ku Şane bigihîje 4.2 V, li dû wê şarjkirina Berdewam bi voltajek Berdewam heta ku Herrik nêzîkî sifirê bibe. Bi gelemperî, Çerxa şarjê diqede dema ku Herrik dakeve %3ê Herrika şarjê ya destpêkê. Di dîrokê de, pîlên lîtium-îyon ji bo şarjkirinek tam herî kêm du demjimêran hewce dikirin, ku şarjkirina bilez ne gengaz dikir. Lê belê, sêwiranên Şane yên hemdem şarjkirina tam di nav 45 deqîqeyan an kêmtir de gengaz dikin. Di sala 2015an de, lêkolîneran xwenîşandanek balkêş kirin ku tê de pîlek piçûk a bi kapasîteya 600 mAh di du deqîqeyan de gihîşt %68 şarjê, û pîlek 3,000 mAh di pênc deqîqeyan de gihîşt %48 şarjê. Pîla paşîn tîrbûna Enerjiyê ya 620 W·h/L nîşan da, bi karanîna heteroatomên ku di anoda wê de bi molekulên grafîtê ve hatibûn girêdan.

Performansa pîlên ku bi bazirganî têne hilberandin bi Berdewamî bi demê re pêş ketiye. Mînak, di navbera salên 1991 û 2005an de, kapasîteya Enerjiyê ya her yekîneya bihayê pîlên lîtium-îyon zêdebûnek ji deh qatan zêdetir dît, ji 0.3 W·h ser dolar derket ser 3 W·h ser dolar. Dûv re, ji 2011 heta 2017, pêşveçûnek salane ya navînî ya %7.5 hate dîtin. Bi tevahî, ji 1991 heta 2018, lêçûna hemî cûreyên Şane yên lîtium-îyon, ku bi dolar ser kWh tê pîvandin, Nêzîkî %97 kêm bû. Di heman demê de, Di dema vê heyamê de, tîrbûna Enerjiyê ji sê qatan zêdetir bû. Înîsiyatîfên ku armanca wan zêdekirina tîrbûna Enerjiyê ye, rolek girîng di kêmkirina lêçûnên giştî de lîstine. Herwiha, tîrbûna Enerjiyê dikare bi pêşkeftinên di kîmyaya Şane de were zêdekirin, wekî veguherandina tam an qismî ya grafîtê bi sîlîkonê di anodan de. Entegrasyona anodên sîlîkonê bi nanotubên grafenê re bi bandor hilweşîna pêşwext a sîlîkonê kêm dike, bi vî awayî gihîştina tîrbûnên Enerjiyê yên pîlê yên bêhempa hêsan dike, ku potansiyel dikare bigihîje 350 Wh/kg, û dihêle ku bihayên wesayîtên elektrîkî (EV) bi wesayîtên motorên şewitandina navxweyî (ICE) re bibin reqabet.

Şaneyên ku xwedî kompozîsyona kîmyewî û şeweyeke yekta ne, dikarin li gor mezinahiya xwe tîrbûna enerjiyê ya cûda nîşan bidin. Şaneyên 'jelly roll' bi gelemperî tîrbûna enerjiyê ya bilindtir bi dest dixin li gor şaneyên 'coin' an 'prismatic' ên ku xwedî kapasîteya ampere-saet (Ah) ya wekhev in, ev jî bi giranî ji ber pakkirina qatên wan ên hundirîn ên bêtir tevlihev e. Şaneyên 'prismatic' bi xwezayî ji şaneyên silindrîk mezintir û girantir in, û dikarin kapasîteya wekhev a zêdetirî 20 şaneyên silindrîk bihewînin. Di nav kategoriya şaneyên silindrîk de, pîvanên mezintir bi gelemperî bi zêdebûna tîrbûna enerjiyê re têkildar in, her çend nirxa rastîn bi awayekî girîng ji hêla stûrbûna qatên elektrodê ve tê bandor kirin. Dezavantajek berbiçav ku bi şaneyên mezintir re têkildar e, kêmkirina karîgeriya veguhestina germê ye ji şaneyê ber bi jîngeha wê ya derdorê ve.

Karîgeriya Çerxa Vegerê

Nirxandinek ceribandinî ku di sala 2021-an de hate kirin, karîgeriya çerxa vegerê ya şaneyek NMC ya celebê "enerjiya bilind" 3.0 Ah 18650 nirxand. Vê nirxandinê têketina enerjiyê ya şaneyê bi enerjiya ku jê hatiye derxistin berawird kir, ku rêjeya rewşa barkirinê (SoC) ji 100% (4.2 V) heta 0% (qutbûna 2.0 V) vedihewîne. Karîgeriya çerxa vegerê wekî rêjeya sedî ya enerjiya bikêrhatî ya ku ji pîlê tê vegerandin, li gorî tevahiya enerjiya ku di dema çerxa barkirinê de tê xerckirin, tê pênasekirin.

Di karakterîzasyonek ceribandinî ya veqetandî de ku di sala 2017-an de hate kirin, şaneyek karîgeriya çerxa vegerê ya 85.5% bi rêjeya deşarjê ya 2C û 97.6% bi rêjeya deşarjê ya 0.1C nîşan da.

Jiyana Xebatê

Jiyana xebatê ya pîlek lîtium-îyon bi awayekî kevneşopî bi hejmara Çerxên barkirin-valakirinê yên temam tê pîvandin, ku ji bo gihîştina bendek têkçûnê ya pêşwext hatî destnîşankirin hewce ne, û bi gelemperî bi kêmkirina kapasîteyê an zêdebûna berxwedanê tê diyar kirin. Taybetmendiyên çêkeran bi gelemperî têgîna "jiyana Çerxê" bi kar tînin da ku hejmara Çerxan nîşan bidin Heta kapasîteya pîlê bigihîje 80% ji nirxa wê ya destpêkê ya nirxandî. Herwiha, tenê Depokirina pîlên lîtium-îyon di rewşek barkirî de dibe sedema kêmkirina kapasîteyê (bi taybetî, Pîvana Li⁺ ya Çerxbar) û Bilindîbûna berxwedana Şaneyê, ku bi giranî ji ber Pêşveçûna domdar a navbera elektrolîtê Hişk li ser anodê ye. Têgîna "jiyana salnameyê" tevahiya dema xebatê ya pîlê digire nav xwe, hem Çerxkirina çalak û hem jî demên Depokirina neçalak dihewîne. Gelek faktorên stresê bandorê li jiyana Çerxê ya pîlê dikin, wek Germahî, Herrika valakirinê, Herrika barkirinê, û rêjeya rewşên barkirinê (kûrahiya valakirinê). Di sepanên pratîkî de wekî têlefonên zîrek, laptop, û wesayîtên elektrîkî, pîl Kêm caran rastî Çerxên barkirin û valakirinê yên temam tên, ku Renderkirina pênaseya jiyana pîlê tenê bi Çerxên valakirinê yên temam dibe ku nerast be. Ji bo kêmkirina vê nezelaliyê, lêkolîner bi gelemperî "valakirina berhevkirî" bi kar tînin, ku wekî tevahiya amper-saetan (Ah) tê pênasekirin ku ji hêla pîlê ve Di dema jiyana wê ya xebatê de hatine radestkirin, an "Çerxên temam ên hevwate," ku berhevoka Çerxên qismî yên ku wekî perçeyên Çerxek barkirin-valakirinê ya temam hatine îfadekirin temsîl dike. Xerabûna pîlê Di dema Depokirinê de hem ji hêla Germahî û hem jî ji hêla rewşa barkirinê (SOC) ya pîlê ve tê bandor kirin; bi taybetî, tevliheviyek ji barkirina temam (100% SOC) û Germahiyên Bilind (bi gelemperî ji 50 °C zêdetir) dikare bibe sedema kêmkirina kapasîteyê ya girîng û Pêşveçûna Gazê. Tevahiya Enerjîya ku Di dema jiyana pîlê de hatî radestkirin dikare bi zêdekirina valakirina wê ya berhevkirî bi Voltajê navînî ya nirxandî ve were hesibandin. Ev hesab destûrê dide destnîşankirina lêçûna Enerjîyê ji bo her kîlowat-saetê (kWh), tevî lêçûnên barkirinê.

Di tevahiya jiyana xwe ya xebatê de, pîl rastî xerabûnek pêşverû tên, ku dibe sedema barkirinek Çerxbar a kêmkirî (ku wekî kapasîteya Ah jî tê zanîn) û berxwedanek navxweyî ya Bilind, ku paşê wekî Voltajek Şaneya xebatê ya kêmkirî xuya dike.

Pîlên lîtium-îyonê ji gelek pêvajoyên xirabûnê re hesas in, hin ji wan di dema çerxa çalak de, hinên din di dema depokirinê de, û hin jî bi berdewamî derdikevin holê. Xirabûn girêdanek xurt bi germahiyê re nîşan dide: ew di germahiyên odeyê yên normal de kêm e, lê bi awayekî girîng lez dike dema ku pîl di hawîrdorên bi germahiyên bilind (bi gelemperî ji 35 °C zêdetir) an germahiyên nizm (bi gelemperî ji 5 °C kêmtir) de têne depokirin an xebitandin. Wekî encam, temenê pîlê di germahiya odeyê de herî zêde dibe. Asta barkirinê ya bilind jî beşdarî lezkirina rêjeya windabûna kapasîteyê dibe. Herwiha, barkirina pir caran li ser 90% û valakirina li jêr 10% dikare bi heman rengî xirabûna kapasîteyê bilezîne. Parastina rewşa barkirinê ya pîlê lîtium-îyonê di navbera rêjeya nêzîkî 60% û 80% de dikare kêmkirina kapasîteyê sivik bike.

Lêkolînek zanistî ji bo zelalkirina sedemên sereke, mekanîzmayên bingehîn, û stratejiyên kêmkirinê yên potansiyel ji bo xirabûna domdar a ku di pîlan de di nav çerxên barkirinê de tê dîtin, wênekêşiya 3D û analîza modelê bikar anî. Lêkolînê eşkere kir ku "[p]arçebûna perçeyan zêde dibe û windabûna têkiliyê di navbera perçeyan û qada girêdana karbonê de bi xirabûna şaneyê re têkildar tê dîtin," herwiha destnîşan kir ku "nehevsengiya reaksiyonê di nav katoda stûr de ku ji ber veguhestina elektronê ya nehevseng çêdibe, sedema sereke ya xirabûna pîlê di dema çerxê de ye."

Mekanîzmayên xirabûnê yên sereke yên ku di pîlên lîtium-îyonê de têne dîtin ev in:

1. Mekanîzmayek sereke kêmkirina elektrolîta karbonata organîk li anoda vedihewîne, ku dibe sedema çêbûn û mezinbûna Navbera Elektrolîta Hişk (SEI). Di nav vê navberê de, îyonên Li⁺ bi awayekî bêveger têne girtin, ku dibe sedema kêmkirina envantera lîtiumê ya çalak. Ev bûyer wekî berxwedana ohmîk a bilind a elektroda neyînî û kêmkirina têkildar di barkirina ampere-saet (Ah) ya çerxbar de derdikeve holê. Di bin şert û mercên îzotermal de, stûrbûna fîlma SEI, û wekî encam berxwedana wê û windabûna Li⁺ ya çerxbar, bi rêjeyî bi koka çargoşe ya dema ku pîl di rewşek barkirî de dimîne pêşve diçe. Hejmara giştî ya çerxan ji bo taybetmendîkirina vê riya xirabûnê ya taybet pîvanek bi bandor nîne. Herwiha, di bin şert û mercên germahiyên bilind an zirara mekanîkî de, pêvajoya kêmkirina elektrolîtê dikare bigihîje reaksiyonek teqîner.
2. Pêçandina metala lîtiumê mekanîzmayek din a xirabûnê ye, ku dibe sedema kêmkirina envantera lîtiumê ya çalak (barkirina Ah ya çerxbar), û potansiyel dibe sedema kurt-çerxkirina navxweyî û şewitandina pîlê. Li ser destpêkirina pêçandina lîtiumê di dema çerxê de, rêjeyek windabûna kapasîteyê û zêdebûna berxwedanê ya berbiçavtir di her çerxê de tê dîtin. Ev mekanîzmaya xirabûnê ya taybetî di bin şert û mercên barkirina bilez û germahiyên hawîrdorê yên nizm de xirabtir dibe.
3. Xirabûna madeya elektroaktîf, ku bandorê li herdu elektrodên pozîtîf û negatîf dike, dikare bi rêbazên cûrbecûr çêbibe, di nav de helandin (mînak, ya cureyên Mn³⁺), şeqitîn, qijilîn, veqetîn, an guhertinên qebareyî di dema çerxa elektrochemîkî de. Ev xirabûn wekî kêmkirina barkirin û hêzê derdikeve holê, ku bi zêdebûna berxwedana navxweyî tê nîşandan. Bi taybetî, madeyên elektrodên pozîtîf û negatîf ji şikestinê re hesas in, ku ji ber tengasiya qebareyî ya ku bi çerxên delîtyasyon û lîtyasyona dubare ve girêdayî ye çêdibe.
4. Madeyên katodê dikarin xirabûna avahîsaziyê bibînin, ku mînaka wê tevliheviya kationê ya Li⁺/Ni²⁺ ye, bi taybetî di pêkhateyên dewlemend ên nîkelê de berbelav e. Xirabûnek wusa dibe sedema diyardeyên wekî "têrbûna elektrodê", kêmkirina barkirina ampere-saet (Ah) ya çerxbar, û "kêmkirina voltajê".
5. Rêyên din ên xirabûna madeyê ev in: Berhevkarê herrikê yê sifir ê li ser elektroda negatîf bi taybetî ji korozyon û helandinê re hesas e, nemaze di voltajên şaneyê yên kêm de. Herwiha, xirabûna girêdera PVDF dibe sedema veqetîna madeyên elektroaktîf, wekî encam barkirina ampere-saet (Ah) ya çerxbar kêm dike.

• Di anodên pêkhatî yên sîlîkon-grafîtê de, pêvekên gihîner, wekî nanotûbên karbonê yên dîwar-yek (SWCNT), têne bikar anîn da ku girêdana elektrîkî di dema berfirehbûn û girjbûna dubare ya sîlîkonê de biparêzin. Ev stratejî bi bandor windabûna têkiliya elektronîkî kêm dike û mezinbûna empedansê di tevahiya çerxa elektrochemîkî de sînordar dike.

Van diyardeyên xirabûnê di fîgurê pêvekirî de bi dîtbarî têne nîşandan. Veguherînek di navbera mekanîzmayên xirabûnê yên serdest de gelek caran bi "xala çokê" (guhertinek diyar di palê de) di nav nexşeya kapasîte li hember hejmara çerxan de tê nîşandan.

Ji bo lezkirina demên ceribandinê, piraniya lêkolînên pîrbûna pîlên lîtium-îyon di germahiyên bilind de, bi gelemperî di navbera 50–60 °C de, hatine kirin. Di bin van şertên depokirinê yên bilez de, şaneyên nîkel-kobalt-alûmînyûm (NCA) û lîtium-hesin fosfat (LFP) yên bi tevahî barkirî di nav 1–2 salan de nêzîkî 20% ji barkirina xwe ya çerxbar winda dikin. Ev rizîn bi giranî ji ber pîrbûna anodê ye, ku di van senaryoyan de wekî rêya sereke tê hesibandin. Berovajî, katodên li ser bingeha manganezê di bin şertên mîna hev de rêjeyek rizînê ya 20–50% zûtir nîşan didin, dibe ku ji ber mekanîzmaya pêvek a helandina îyonên manganezê be. Di germahiyek hawîrdorê ya 25 °C de, rizîna pîlên lîtium-îyon xuya ye ku bi rêyên mîna yên di 50 °C de pêşve diçe, lê belê bi nêzîkî nîvê rêjeyê. Wekî encam, bi derxistina encaman ji daneyên ceribandinê yên sînorkirî, tê pêşbînîkirin ku pîlên lîtium-îyon windabûnek bêveger a nêzîkî 20% ji barkirina xwe ya çerxbar di nav 3–5 salan de an 1000–2000 çerxan de di 25 °C de biceribînin. Pîlên lîtium-îyon ên ku anodên tîtanatê dihewînin, berxwedanê li hember mezinbûna navbera elektrolîtê hişk (SEI) nîşan didin, ku di encamê de jiyana çerxê dirêj dibe (>5000 çerx) li gorî yên bi anodên grafîtê. Lê belê, di veavakirina şaneyên temam de, mekanîzmayên rizînê yên alternatîf — wek helandina Mn³⁺, guhertina katyonê ya Ni²⁺/Li⁺, rizîna girêdera PVDF, û veqetandina parçikan — piştî 1000–2000 rojan berbiçav dibin, nîşan dide ku anoda tîtanatê bi pratîkî domdariya giştî ya şaneyê zêde nake.

Danasîna Berfireh a Mekanîzmayên Rizînê

Ronîkirinek berfirehtir li ser mekanîzmayên rizînê yên taybetî dê paşê were pêşkêş kirin.

Pêşniyar

Standarda IEEE 1188–1996 diyar dike ku pîlên lîtium-îyon ên di wesayîtên elektrîkî de divê werin guhertin dema ku kapasîteya wan a barkirinê dakeve 80% ji nirxa navînî. Ji bo analîza berawirdî di nav lêkolînên cihê de, kêmkirina 20% di kapasîteyê de dê wekî pîvanek berdewam xizmet bike. Lê belê, girîng e ku were zanîn ku modela rizînê ya xêzî — ku rêjeyek berdewam a windabûna barkirinê di her çerxê de an di her dema salnameyê de dihesibîne — bi gerdûnî nayê sepandin. Di şûna wê de, xalek "çokê", ku bi guhertinek di palê de tê diyar kirin û nîşana guhertinek di mekanîzmaya rizînê ya serdest de ye, bi gelemperî tê dîtin.

Nirxandinên Ewlehiyê

Fikarên derbarê ewlehiya pîlên lîtium-îyon berî serbestberdana wan a bazirganî ya destpêkê di sala 1991-an de hebûn. Sedemên sereke yên şewat û teqînên pîlên lîtium-îyon bi piranî bi pêvajoyên ku di elektroda neyînî de (ya ku Di dema valakirinê de wekî anoda û Di dema barkirinê de wekî katoda kar dike) çêdibin ve girêdayî ne. Di bin şert û mercên barkirinê yên standard de, îyonên lîtiumê di anoda grafîtê de cih digirin. Berovajî, barkirina zêde ya bilez an germahî yên xebitandinê yên nizm dikarin bibe sedema rûpêçkirina metala lîtiumê li ser elektroda neyînî. Dendrîtên encamdar dikarin Veqetandin a pîlê derbas bikin, ku dibe sedema Çerxek kurt a navxweyî, û ev jî paşê Herrik a elektrîkê ya bilind, germbûn û şewatek potansiyel çêdike. Herwiha, mekanîzmayên alternatîf reaksiyonek teqîner di navbera madeya elektroda neyînî (LiC₆) û çareserker a karbonata organîk a şilayî de vedihewînin, ku dikare di bin şert û mercên Çerxa vekirî de jî çêbibe ger germahî ya elektrodê ji sînorê 70 °C derbas bibe.

Pîlên lîtium-îyon, bi taybetî yên di formata 18650 an mezintir de, taybetmendiyên ewlehiyê yên wekî Amûr a qutkirina Herrikê (CID) û Amûr a hevkêşeya germahî ya erênî (PTC) dihewînin. CID ji du dîskên metal ên bi elektrîkê ve girêdayî pêk tê. Zêdebûna Pesto ya navxweyî dibe sedem ku van dîskan Veqetandin, bi vî awayî Çerxê qut dike û Herikîn a Herrikê rawestîne. Amûr a PTC polîmerekî gihîner bikar tîne; astên Herrikê yên bilind germbûnê di polîmerê de çêdikin, ku Wekî encam Berxwedan a wê ya elektrîkê zêde dike û Herikîn a Herrikê kêm dike.

Metirsiya Şewatê

Pîlên lîtium-îyon ji ber naveroka xwe ya elektrolîtê ya şewitî û potansiyela Pesto girtinê di dema zirarê de metirsiyek ewlehiyê çêdikin. Barkirina bilez a Şane ya pîlê dikare bibe sedema Çerxek kurt, ku dibe sedema germbûna zêde, teqîn û şewatên mezin. Şewatên pîlên lîtium-îyon dikarin ji:

1. Xirab bikaranîna germahî, wek sarbûna nebaş an rûbirûbûna agirê derve;
2. Xirab bikaranîna elektrîkê, di nav de barkirina zêde an Çerxek kurt a derve;
3. Xirab bikaranîna mekanîkî, wek derbasbûn an Lêketin; an
4. Çerxek kurt a navxweyî, ku dibe ku ji ber kêmasiyên Hilberînê an hilweşîna madeyê bi demê re çêbibe.

Wekî encam, ji ber van metirsiyên xwerû, protokolên ceribandinê ji yên ku li ser pîlên elektrolît-Asîd têne sepandin hişktir in, ku hewcedariya Spektrumek berfirehtir a şert û mercên ceribandinê û nirxandinên pîlê yên pisporî dike. Herwiha, rêxistinên ewlehiyê sînordarî li ser veguhestina wan ferz kirine. Gelek pargîdaniyan bîranînên têkildarî pîlê dest pê kirine, bi taybetî bîranîna Samsung Galaksî Nota 7 ya sala 2016-an, ku ji ber şewatên pîlê çêbû.

Hebûna elektrolîtek şilayî ya şewitî pîlên lîtium-îyonê ji agir re hesas dike. Pîlên kêmasî dikarin bibin sedema şewatên giran. Şarjkerên xelet dikarin ewlehiya pîlê bi zirarê bidin Çerx a parastinê ya yekbûyî xirab bikin. Barkirina di germahî yên di bin 0 °C de dikare bibe sedema rûpêçkirina lîtiumê paqij li ser elektroda neyînî ya Şane yan, bi vî awayî ewlehiya tevahiya Garî ya pîlê dixe xeterê.

Çerxeke kurt di nav pîlekê de dikare bibe sedema germbûna zêde ya şaneyê û şewitandina gengaz. Dûmana ku di dema derketina germî ya bêkontrol de ji pîla lîtium-îyon derdikeve, hem taybetmendiyên şewatbar û hem jî bijehr dihewîne. Pîl li gorî standarda agir a UL 9540A têne ceribandin, dema ku standarda TS-800 bi taybetî belavbûna agir di navbera konteynerên pîlê yên cîran de dinirxîne.

Nêzîkî di sala 2010an de, pîlên lîtium-îyon ên mezin ji bo hêzkirina pergalên li ser hin balafiran hatin pejirandin, li şûna kîmyayên pîlê yên alternatîf. Heta Çileya 2014an, balafira rêwiyan a Boeing 787, ku di sala 2011an de hatibû destpêkirin, bi kêmî ve çar bûyerên girîng ên şewat an dûmana pîla lîtium-îyon dîtibû, ku yek ji wan jî nebû sedema qezayan lê hemî potansiyela têkçûnek felaketî dihewandin. Balafira UPS Airlines Flight 6 li Dubaiyê piştî şewitandina ji nişka ve ya barga daneyê ya pîlê xwe ket.

Di hewldanekê de ji bo kêmkirina xetereyên agir, înîsiyatîfên lêkolînê li ser pêşxistina elektrolîtên neşewatbar disekinin.

Zirarkirin û Barkirina Zêde

Pirsgirêk dikarin derkevin holê eger pîlek lîtium-îyon zirarê bibîne, were pelçiqandin, an jî bêyî parastina barkirina zêde ya têr, li ber barek elektrîkî ya zêde were danîn. Çerxeke kurt a derve dikare bibe sedema teqîna pîlê. Van bûyeran bi gelemperî derdikevin holê dema ku pîlên lîtium-îyon bi neheqî bi çopên giştî re têne avêtin li şûna ku bi rêyên avêtinê yên taybetî ve werin pêvajoy kirin. Rêbazên destwerdanê yên tesîsên vezîvirandinê dikarin zirarê bidin van pîlan, û bibin sedema şewatên ku dikarin bibin agirên mezin. Di sala 2023an de, di tesîsên vezîvirandinê yên Swîsreyê de diwanzdeh şewatên bi vî rengî hatin belgekirin.

Germbûna zêde an barkirina zêde dikare di pîlên lîtium-îyon de bibe sedema derketina germî ya bêkontrol û paşê jî şikestina şaneyê. Di dema derketina germî ya bêkontrol de, pêvajoyên hilweşîna navxweyî û oksîdasyonê dikarin germahiyên şaneyê ji 500 °C zêdetir biparêzin, ku dibe ku materyalên şewatbar ên duyemîn bişewitînin û, di senaryoyên lûtke de, bibe sedema rijandin, teqîn, an agir. Ji bo kêmkirina van xetereyan, gelek şaneyên lîtium-îyon û pakêtên pîlê çerxên ewlehiyê dihewînin ku ji bo qutkirina pîlê hatine sêwirandin eger voltaja wê ji rêjeya xebitandinê ya ewle ya 3–4.2 V serê şaneyê, an di rewşên barkirina zêde an dakêşana zêde de, derkeve. Pakêtên pîlê yên lîtiumê yên ku çerxên rêveberiya pîlê yên bi bandor tê de nînin, bêyî ku ji hêla firoşkarek an bikarhênerek dawîn ve hatine berhev kirin, ji van pirsgirêkan re xeternak dimînin. Herwiha, çerxên rêveberiya pîlê yên ku bi neheqî hatine sêwirandin an bi xeletî hatine bicîh kirin jî dikarin pirsgirêkan derxînin holê; verastkirina bicîhkirina rast a her çerxeke rêveberiya pîlê ya taybetî dijwariyek girîng pêşkêş dike.

Sînorên Voltajê

Şaneyên lîtium-îyon ji guherînên Voltajê yên ku ji pîvanên xebitandinê yên Ewle yên wan ên diyarkirî Wêdetir in, zirarê dibînin, ku bi gelemperî di navbera 2.5 V û 3.65 V, 4.1 V, 4.2 V, an 4.35 V de ne, li gorî kîmya Şaneya taybet. Xebitandina li derveyî van sînorên Voltajê, hilweşîna Şaneyê lez dike û Ji ber ku pêkhateyên pir reaktîf Di nav Şaneyan de hene, xetereyên Ewlehiyê yên girîng çêdike. Demên Depokirinê yên dirêj dikarin bibin sedem ku çerxa parastinê ya Pîlê Herrikek hindik bikişîne, û bi vî awayî Şaneyê di bin Voltajê girtinê ya krîtîk de vala bike. Di rewşên weha de, amûrên barkirinê yên standard dibe ku bêbandor bibin, Ji ber ku Pergala rêveberiya Pîlê (BMS) dibe ku vê yekê wekî xeletiyek Şane an barker tomar bike. Herwiha, barkirina gelek kîmyayên Şaneyên lîtium-îyon di bin 0 °C de ne Ewle ye, Ji ber ku ew dikare li ser anoda lîtiumê çêbike, ku dibe sedema kurt-çerxên navxweyî û tevliheviyên din ên xebitandinê.

Şaneyên takekesî hewcedariya Entegrasyonê ya mekanîzmayên Ewlehiyê yên zêde dikin:

• Veqetînerek girtinê, ku ji bo kêmkirina germbûna zêde hatiye sêwirandin.
• Tabek veqetandî, ku alîkariya kêmkirina Pesto ya navxweyî dike.
• Hewadanek, ku Di dema bûyerên Derketina Gazê yên giran de kêmkirina Pesto peyda dike.
• Qutkirinek termal, ku li hember Herrika zêde, barkirina zêde, û rûbirûbûna hawîrdorê ya zêde diparêze.

Van mekanîzmayên Ewlehiyê girîng in Ji ber ku elektroda neyînî Di dema xebatê de germê çêdike, dema ku elektroda erênî dikare oksîjenê berde. Lêbelê, tevlêkirina van amûrên pêvek Qebareya Şaneya navxweyî dixwe, xalên têkçûnê yên potansiyel ên zêde diafirîne, û dikare bibe sedema bêkêrkirina Şaneyê ya bêveger piştî çalakkirinê. Zêdetir, ev taybetmendî lêçûnên Hilberînê zêde dikin dema ku bi Pîlên nîkel-metal hîdrîd re têne berawirdkirin, yên ku bi gelemperî tenê yekîneyek ji nû ve hevgirtina hîdrojen/oksîjen û valvek Pesto ya duyemîn hewce dikin. Qirêjkerên Şaneya navxweyî potansiyela wan heye ku bandorkeriya van amûrên Ewlehiyê xera bikin. Herwiha, ev pêkhateyên Ewlehiyê ji bo hemî cûreyên Şaneyê bi gerdûnî nayên sepandin; mînakî, Şaneyên prizmatîk ên Herrika bilind nikarin hewadanek an qutkirinek termal tê de bigirin. Wekî encam, Şaneyên Herrika bilind divê bi awayekî endezyarî bêne çêkirin da ku pêşî li Çêbûna germ an oksîjenê ya zêde bigirin, bi vî awayî pêşî li têkçûnên potansiyel ên tund bigirin. Di şûna wan de, Şaneyên weha sîgorteyên termal ên navxweyî hewce dikin ku berî ku anoda û katoda bigihîjin bendên xwe yên termal ên krîtîk, bêne çalak kirin.

Guhertina oksîda kobalt a lîtiumê di elektroda pozîtîf a pîlên lîtium-îyon de bi fosfatek metal a lîtiumê, wek fosfata hesin a lîtiumê (LFP), jiyana çerxê zêde dike, îstîqrara depokirinê dirêj dike û ewlehiyê baştir dike, lê belê ev yek bi lêçûna kêmkirina kapasîteya enerjiyê ye. Heta sala 2006, van kîmyayên pîlên lîtium-îyon ên ewletir bi giranî di wesayîtên elektrîkî û pergalên pîlê yên kapasîteya bilind de hatin bikaranîn, li cihê ku ewlehî JGirîng bû. Di sala 2016an de, pergaleke depokirina enerjiyê ku teknolojiya LFP bikar tîne, ji bo sazkirinê li Paiyun Lodge li Çiyayê Jade (Yushan), xaniyê herî bilind ê Taywanê, hate hilbijartin. Heta Hezîrana 2024an, ev pergal bêyî bûyer xebata xwe domand.

Vekişandina Berheman

Di sala 2006an de, nêzîkî 10 mîlyon pîlên laptopê yên ku ji aliyê Sony ve hatibûn hilberîn, kirdeya vekişandinê bûn. Van pîlan di nav berhemên çêkerên cuda de, di nav de Dell, Sony, Apple, Lenovo, Panasonic, Toshiba, Hitachi, Fujitsu û Sharp, hatibûn yekkirin. Lêkolînan eşkere kir ku pîl ji qirêjbûna navxweyî ya ji hêla parçeyên metalîk ve, ku di dema pêvajoya hilberînê de hatibûn têxistin, hesas bûn. Di bin şert û mercên taybet de, van parçeyan potansiyela qulkirina veqetandeka şaneyê hebû, ku dibû sedema kurt-çerxên xeternak.

Komeleya Veguhastina Hewayî ya Navneteweyî (IATA) texmîn dike ku salane zêdetirî yek mîlyar şaneyên lîtium metal û lîtium-îyon bi hewayê têne veguhestin. Hin cureyên pîlên lîtiumê dibe ku ji ber rîskên agir ên xwerû ji veguhestina hewayî qedexe bin. Herwiha, çend rayedarên posteyê sînordarkirinan li ser şandina hewayî (di nav de Xizmeta Posteyê ya Lezgîn) ya pîlên lîtium û lîtium-îyon ferz dikin, çi bi takekesî hatibin pakêt kirin çi jî di nav alavan de hatibin yekkirin.

Elektrolîtên Ne-şewitî

Heta sala 2023an, piraniya pîlên lîtium-îyon ên bazirganî yên berdest, ji bo hêsankirina çêbûna navbera elektrolît a hişk a stabîl li ser elektroda negatîf, solvantên alkîlkarbonat bikar anîn. Ji ber şewitandina xwerû ya van solvantan, lêkolînên berfireh li ser pêşxistina alternatîfên ne-şewitî an jî têxistina vemirînerên agir sekinîn. Fikareke ewlehiyê ya din ji anîyona heksafluorofosfat derdikeve, ku ji bo pasîvkirina berhevkarê Herrikê negatîf ê li ser bingeha alumînyûmê JGirîng e. Heksafluorofosfat bi avê re reaksiyonê dike, ku hîdrojen florîd a volatil û bijehr çêdike. Lê belê, hewldanên dîtina cîgirên guncan ji bo heksafluorofosfat serkeftinek sînorkirî bi dest xistine.

Zincîra Pêşkêşiyê

Di sala 2024an de, hilberîna pîlên lîtium-îyon konsantrasyoneke erdnîgarî ya girîng nîşan da, ku Çîn ji sedî 60ê derketina cîhanî pêk tîne.

Di dema salên 1990î de, Dewletên Yekbûyî pozîsyona çêkerê sereke yê cîhanê yê mîneralên lîtiumê digirt, ku nêzîkî sêyek ji pêşkêşiya cîhanî peyda dikir. Heta sala 2010an, Şîlî ji Dewletên Yekbûyî derbas bû wek madenkarê sereke, bi giranî ji ber pêşketina berfireh a çavkaniyên ava şor a lîtiumê li Salar de Atacama. Heta sala 2024an, Awistralya û Çîn li gel Şîlî wek sê neteweyên sereke yên madenkariya lîtiumê derketine holê.

Nirxandinên Lêketina Jîngehê

Derxistina lîtium, nîkel û kobaltê, ligel Hilberîna çareserkeran û berhemên kêlekê yên madenê, rîskên girîng ên jîngehê û tenduristiya giştî derdixe holê. Derxistina lîtiumê dikare bibe sedema mirina zindiyên avî ji ber qirêjiya giran a avê. Ev Pêvajo bi qirêjiya ava rûxarê û ava vexwarinê, nexweşiyên nefesê, xerabûna Ekosîstemê û zirara Dîmenê ve hatiye girêdan. Herwiha, ew kêmasiya avê li herêmên ziwa bi vexwarina ne-domdar zêde dike, ku Nêzîkî 1.9 mîlyon lître ji bo her ton lîtiumê hewce dike. Hilberîna girîng a berhemên kêlekê ji derxistina lîtiumê jî pirsgirêkên neçareserkirî derdixe holê, wekî qebareya mezin a bermayiyên magnezyûm û kilsê.

Çalakiyên madenkirina lîtiumê yên cîhanî bi piranî li Amerîkaya Bakur, Amerîkaya Başûr, Asya, Afrîkaya Başûr, Awustralya û Çînê komkirî ne.

Kobalta ji bo Pîlên lîtium-îyon bi giranî ji Komara Demokratîk a Kongoyê tê peyda kirin. Madenkirina kobaltê ya vekirî li vê herêmê dibe sedema Tinekirina Daristanan û hilweşandina Jîngehê.

Madenkirina nîkelê ya vekirî bûye sedema xerabûna jîngehê û Qirêjiyê li welatên pêşkeftî, di nav de Fîlîpîn û Endonezya. Di sala 2024an de, madenkirin û Pêvajokirina nîkelê li Endonezyayê sedemek sereke ya Tinekirina Daristanan bû.

Hilberîna yek kîlogram Pîlek lîtium-îyon Nêzîkî 67 megajoule (MJ) Enerjiyê hewce dike. Potansiyela Germbûna Gerdûnî ya ku bi Hilberîna Pîlên lîtium-îyon ve girêdayî ye, pir girêdayî çavkaniyên Enerjiyê yên ku di çalakiyên madenkirin û Hilberînê de têne bikar anîn e, ku di texmînkirinê de pirsgirêkan derdixe holê; Lê belê, lêkolînek sala 2019an texmînek 73 kg CO2e/kWh peyda kir. Vejandina bi bandor potansiyela wê heye ku Şopa Karbonê ya ku bi Hilberînê ve girêdayî ye bi girîngî kêm bike.

Rêveberiya Bermayiyên Hişk û Vejandin

Vejandina Pîlên lîtium-îyon pîşesaziyek nûjen lê ne têra xwe pêşketî ye. Tevî nirxa wan a xwerû, rêjeyên vejandinê yên cîhanî di astên nizm de dimînin; Ajansa Enerjiyê ya Navneteweyî di sala 2024an de ragihand ku tenê 5% ji Pîlên wesayîtên elektrîkî yên dawiya jiyanê li seranserê cîhanê hatin vejandin. Elementên Pîlên lîtium-îyon, di nav de hesin, sifir, nîkel û kobalt, ji bo vejandinê guncan in; Lê belê, derxistina materyalên xav pir caran ji berhevkirin, veguhestin û Pêvajokirina Pîlên bikaranî ji aliyê aborî ve bikêrtir û ji aliyê lojîstîkê ve hêsantir e. Lê dîsa jî, Ji wê demê ve 2018an, metodolojiyên vejandinê pêşketinên girîng dîtine, û vegerandina bi pîvana pîşesaziyê ya lîtium, manganez, alumînyûm û grafît niha pêkan e.

Komkirina bermahiyên pîlan hem tevliheviyên teknîkî hem jî rîskên tenduristiya giştî derdixe holê. Ji ber ku lêketina jîngehê ya wesayîtên elektrîkî bi hilberîna pîlên lîtium-îyon bi kûrahî bandor dibe, pêwîstî di pêşxistina stratejiyên bi bandor de ye ji bo ji nû ve bikaranîna bermahiyan. Pêvajoya vejandinê gelek qonaxan dihewîne, ku bi depokirina pîlan berî avêtinê dest pê dike, bi ceribandina destanî û jihevxistinê berdewam dike, û bi veqetandina kîmyewî ya pêkhateyên bingehîn diqede. Ji nû ve bikaranîna pîlan bi gelemperî ji vejandina berfireh çêtir tê dîtin ji ber şopa enerjiyê ya tê de kêmtir. Ji ber ku ev pîl ji herikên bermahiyên otomotîvê yên kevneşopî yên wekî lastîka tekeran pir zêdetir reaktîf in, xetereyên girîng bi komkirina pîlên qediyayî ve girêdayî ne.

Vejandina Pîrometalûrjîkî

Rêbaza pîrometalûrjîkî firneyek germahî-bilind bi kar tîne ji bo kêmkirina pêkhateyên oksîdên metal di nav pîlê de bo aloyek ji kobalt, sifir, hesin û nîkel. Ev metodolojiya vejandinê ya serdest û bazirganî-gihîştî ye, ku dikare bi cureyên pîlan ên din ên mîna hev re were yekkirin da ku bandoriya helandinê zêde bike û şertên termodînamîkî baştir bike. Berhevkarên herrikên metal operasyona helandinê hêsan dikin, ku helandina hevdem a tevahiya şaneyan an modulan gengaz dike. Derketina vê rêbazê ji aloyek metalîk, slag û hilberên gazê pêk tê. Di germahiyên bilind de, polîmerên ku ji bo girêdana şaneyên pîlê têne bikar anîn têne şewitandin, û aloya metal a encam dikare paşê bi rêya pêvajoyek hîdrometalûrjîkî nav pêkhateyên xwe yên takekesî were perçekirin. Slag ji bo paqijkirina zêdetir an bikaranînê di nav pîşesaziya çîmentoyê de guncan e. Pêvajo bi rîskek nisbeten kêm tê diyar kirin, û reaksiyona ekzotermîk a ku ji şewitandina polîmer çêdibe têketina enerjiyê ya pêwîst kêm dike. Lê belê, kêmasiyek berbiçav windabûna bêveger a plastîk, elektrolît û xwêyên lîtiumê di dema vê pêvajoyê de ye.

Vejandina Metal a Hîdrometalûrjîkî

Ev rêbaz çareseriyên avî bi kar tîne ji bo derxistina metalên armanc ji materyalê katodê. Reagentê serdest ê ku tê bikar anîn asîda sulfurîk e. Guhêrbarên ku bandorê li kînetîka şilkirinê dikin konsantrasyona asîdê, dema reaksiyonê, germahî, rêjeya hişk-bo-şilayî, û hebûna ajanek kêmker dihewînin. Piştrastên ezmûnî destnîşan dikin ku H₂O₂ wekî ajanek kêmker tevdigere, leza şilkirinê bi rêya reaksiyona jêrîn lez dike:

2 LiCoO_{2 (s)} + 3 H_{4SO§67§ + H§89§O§1011§ → 2 CoSO§1213§ (aq) + Li§1617§SO§1819§ + 4 H§2021§O + O§2223§}

Piştî şûştinê, derxistina metalan dikare bi reaksiyonên Barînê pêk were, yên ku bi sererastkirina pH'ya Bişêvkê têne kontrolkirin. Dûv re, kobalt, ku wekî metala herî biqîmet tê nasîn, dikare wekî pêkhateyên sulfat, oksalat, hîdroksîd, an karbonat were vegerandin. Rêbazên nûjen ên vezîvirandinê senteza rasterast a katodan ji metalên berê hatine şûştin lêkolîn dikin. Di nav van pêvajoyan de, giraniya metalên cihêreng ên hatine şûştin bi rastî têne destnîşankirin da ku bi kompozîsyona katoda xwestî re têkildar bin, bi vî rengî senteza rasterast a katodên nû hêsan dikin.

Lêbelê, pirsgirêkên sereke yên ku bi vê rêbazê ve girêdayî ne, daxwaziya qebareya Çareserkerê ya mezin û lêçûnên bilind ên ku bi bêalîkirinê ve girêdayî ne, dihewîne. Dema ku perçekirina Pîlê hêsan e, tevlihevkirina destpêkê ya materyalên katod û anodê tevliheviyê çêdike, ku veqetandina wan a paşîn pêwîst dike. Mixabin, sêwiranên Pîlê yên nûjen bi awayekî girîng vê Pêvajoyê tevlihev dikin, veqetandina metalan di nav pergalek Pîlê ya xelek-girtî de bi taybetî dijwar dike. Wekî encam, qonaxên perçekirin û helandinê dibe ku li cihên erdnîgarî yên cihêreng werin kirin.

Vezîvirandina Rasterast

Vezîvirandina rasterast derxistina katod an anodê ji elektrodê, paşê nûkirina wê, û dûv re jî vegerandina wê di Pîlek nû de dihewîne. Tevlêkirina oksîdên metalên tevlihev di elektroda nû de dikare bi guhertinek hindik di morfolojiya wê ya Krîstal de were bidestxistin. Bi gelemperî, ev Pêvajo pêvekek lîtiumê ya nû li katodê vedihewîne da ku kêmbûna lîtiumê ya ku ji hilweşîna çerxa elektrokimyewî çêdibe telafî bike. Rîpên katodê ji Pîlên hatine veqetandin têne peyda kirin, dûv re di N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) de têne avêtin, û ji bo rakirina depoyên zêde têne sonîkirin. Berî germkirinê, materyal bi Tedawîya hîdrotermal bi Bişêvkek ku ji LiOH/Li₂SO₄ pêk tê derbas dibe.

Ev rêbaz ji bo Pîlên ne-kobalt-bingeh pir biha-bandor e, ji ber ku lêçûnên madeyên xav beşa sereke ya lêçûna giştî pêk naynin. Vezîvirandina rasterast qonaxên paqijkirinê yên kedkar û biha derbas dike, ku ew ji bo katodên aborî yên mîna LiMn₂O₄ û LiFePO₄ bi taybetî bikêr dike. Di doza van katodên erzantir de, piraniya lêçûna têkildar, Enerjîya tê de, û Şopa Karbonê ji Pêvajoya Hilberînê têne, ne ji madeyên xav bi xwe. Piştrastiya ezmûnî destnîşan dike ku vezîvirandina rasterast dikare taybetmendiyên mîna yên grafîtê Pak dubare bike.

Sînorekî girîng ê vê rêbazê bi mercê xebatê yê Pîla ji kar hatiye derxistin ve girêdayî ye. Eger Pîlek di rewşek nisbeten baş de bimîne, vezîvirandina rasterast rêbazek aborî pêşkêş dike da ku taybetmendiyên performansa wê ji nû ve vegerîne. Berovajî, ji bo Pîlên ku rewşek barkirinê ya kêm nîşan didin, vezîvirandina rasterast dibe ku veberhênanek rewa nebe. Herwiha, pêvajo li gorî Kompozîsyona katodê ya rastîn pêdivî bi xwerûkirinê heye, bi vî awayî di her demê de mîhengkirina ji bo yek cureyê Pîlê hewce dike. Di dawiyê de, di nav Mîladek pêşketinên bilez ên teknolojiya Pîlan de, sêwiranek Pîlê ku Îro çêtirîn tê hesibandin dibe ku di nav Dehsalekê de kevnar bibe, Wekî encam, bandoriya vezîvirandina rasterast kêm dike.

Veqetandina Materyalên Fîzîkî

Veqetandina materyalên fîzîkî vegerandina materyalê bi pelçiqandina mekanîkî û bikaranîna taybetmendiyên fîzîkî yên cûda yên pêkhateyan, di nav de mezinahiya parçikan, Tîrbûn, ferromagnetîzm û hîdrofobîsîteyê, hêsan dike. Materyalên qalikê yên sifir, alumînyûm û pola bi pêvajoyên rêzkirinê ve têne vegerandin. Materyalên mayî, ku wekî "girseyek reş" têne binavkirin û nîkel, kobalt, lîtium û manganez dihewînin, ji bo vegerandina wan pêdivî bi Tedawiyek duyemîn heye.

Vegerandina Metalên Biyolojîk

Di vegerandina metalên biyolojîk de, ku wekî biyoleaching jî tê zanîn, mîkroorganîzma têne bikaranîn da ku oksîdên metalan bi bijartî dihelînin. Dûv re, ev oksîd dikarin ji hêla vezîvirîneran ve werin kêmkirin da ku nanoparçikên metalan bidin. Digel ku biyoleaching di nav sektora madenê de bandorî nîşan daye, serîlêdana wê di pîşesaziya vezîvirandinê de di qonaxên xwe yên destpêkê de dimîne, gelek rêyên ji bo lêkolînên din pêşkêş dike.

Vezîvirandina Elektrolîtê

Vezîvirandina elektrolîtê du Qonaxên cûda dihewîne. Qonaxa berhevkirina destpêkê derxistina elektrolîtê ji Pîlên lîtium-îyon ên qediyayî dihewîne, rêbazên wekî pêvajoyên mekanîkî, dîstîlasyon, Qeşa Girtin, derxistina Çareserkerê, an derxistina şilava superkrîtîk bikar tîne. Ev berhevkirin li gorî pêkhateyên din ên Pîla Li-îyonê dijwariyên girîng pêşkêş dike ji ber volatilîte, şewitandin û hestiyariya xwezayî ya elektrolîtê. Qonaxa paşîn li ser veqetandin an nûjenkirina elektrolîtê disekine. Veqetandin veqetandina pêkhateyên takekesî yên elektrolîtê dihewîne, ku pir caran ji bo vegerandina rasterast a xwêyên lîtiumê ji Çareserkerên organîk tê bikaranîn. Berovajî, nûjenkirina elektrolîtê hewl dide ku Kompozîsyona elektrolîtê ya orîjînal biparêze bi rakirina nepakiyan, ku bi gelemperî bi teknîkên fîlterkirinê tê bidestxistin.

Vezîvirandina elektrolîtan, ku 10–15% ji Girseya Pîla lîtium-îyonê pêk tînin, avantajên aborî û Jîngehî yên girîng pêşkêş dike. Van feydeyan di nav de vegerandina xwêyên lîtium-bingehîn ên hêja û kêmkirina berdana Pêkhatên xeternak Di nav Jîngehê de hene, bi taybetî Pêkhatên organîk ên volatil (VOCs) û kanserojen.

Vezîvirandina elektrolîtê di pîlên lîtium-îyon de li gorî vezîvirandina elektrodê kêm balê dikişîne, bi giranî ji ber teşwîqên aborî yên kêm û tevliheviyên pêvajoyê yên girîngtir. Van tevliheviyan dijwariyên vezîvirandina pêkhateyên elektrolîtê yên cihêreng, ji holê rakirina hilberên alî yên ku ji Rizîn a elektrolîtê di dema jiyana xebatê de kom bûne, û rakirina elektrolîtê ku li ser rûyên elektrodê hatiye vegirtin, di nav xwe de digirin. Wekî encam, rêbazên pîrometallurjîk ên hevdem ji bo vezîvirandina pîlên lîtium-îyon gelek caran vegerandina elektrolîtê paşguh dikin, ku dibe sedema Emîsyon a gazên bijehr di dema pêvajoya termal de. Lêbelê, ji ber xerckirina Enerjî ya girîng û şopa jîngehê ya nêzîkatiyên pîrometallurjîk, stratejiyên vezîvirandinê yên Pêşeroj ji vê metodolojiyê dûr dikevin.

Encamên Mafên Mirovan

Derxistina madeyên xav ên bingehîn ji bo hilberîna pîlên lîtium-îyon dikare rîskên girîng ji bo civakên herêmî, bi taybetî gelên xwecihî yên ku bi axê ve girêdayî ne, çêbike.

Kobalta ku ji Komara Demokratîk a Kongoyê tê bidestxistin gelek caran ji aliyê karkeran ve tê derxistin ku amûrên destan ên sade û tedbîrên ewlehiyê yên herî kêm bikar tînin, ku dibe sedema rêjeyek bilind a birîndarbûn û mirinan. Qirêjbûna jîngehê ji van operasyonên madenê gelên herêmî li ber kîmyewiyên bijehr hiştiye, ku rayedarên tenduristiyê wan bi kêmasiyên Jidayikbûn û nexweşiyên nefesê ve girê didin. Rêxistinên mafên mirovan îdîa kirine, û raporên lêkolînê piştrast kirine, belavbûna karkeriya zarokan di nav van cihên madenê de.

Lêkolînên ku danûstandinên di navbera pargîdaniyên derxistina lîtiumê û civakên xwecihî yên li Arjantînê de lêkolîn dikin, destnîşan dikin ku dibe ku dewlet di parastina mafê gelên xwecihî yê razîbûna azad, pêşîn û agahdar de têk çûbe. Herwiha, van lêkolînan destnîşan dikin ku pargîdaniyên derxistinê bi gelemperî gihîştina civakê ya agahdariya projeyê birêve dibirin û pîvanên ji bo nîqaşên projeyê û belavkirina feydeyan destnîşan dikirin.

Kana lîtiumê ya pêşniyarkirî ya Thacker Pass li Nevada, DYA, rastî berxwedanê hatiye, di nav de protesto û dijwariyên hiqûqî, ji aliyê çend eşîrên xwecihî ve. Van eşîran îdîa dikin ku mafê wan ê razîbûna azad, pêşîn û agahdar nehatiye dayîn û ku proje cihên çandî û pîroz dixe xeterê. Fikarên derbarê potansiyela zêdebûna rîskan ji bo jinên xwecihî ji aliyê civakên herêmî ve jî hatine bilindkirin, ku girêdanên damezrandî di navbera çalakiyên derxistina Çavkanî û pirsgirêka jinên xwecihî yên winda û kuştî de destnîşan dikin. Çalakvanan Ji wê demê ve Çile 2021 dagirkeriyek li cihê kana pêşniyarkirî domandiye.

Lêkolîn û Pêşkeftina Berdewam

Lêkolîner bi xîret li ser pêşketinên di teknolojiya pîlên lîtium-îyon de dixebitin, balê dikişînin ser zêdekirina tîrbûna hêzê, ewlehiyê, domdariya çerxê (temenê pîlê), karîgeriya şarjkirinê, lêçûn-bandorbûnê, nermbûnê, û taybetmendiyên din ên performansa girîng. Di heman demê de, ew metodolojî û sepanên lêkolînê yên nû jî dişopînin. Pîlên hişk-rewşê qadeke girîng a lêkolînê ne û wekî serkeftinek potansiyel ji bo derbaskirina sînorên teknolojîk ên heyî têne dîtin. Niha, pîlên hişk-rewşê bi berfirehî wekî berendamê herî hêvîdar ji bo depokirina enerjiyê ya nifşê pêşîn têne hesibandin, digel ku gelek pargîdanî bi çalak di bazirganîkirina wan de ne.

Qadên lêkolînê yên sereke ji bo pîlên lîtium-îyon, di nav armancên din de, dirêjkirina temenê xebatê, zêdekirina tîrbûna enerjiyê, xurtkirina protokolên ewlehiyê, kêmkirina lêçûnên hilberînê, û lezkirina rêjeyên şarjkirinê vedihewînin. Hewldanên lêkolînê yên girîng ji bo pêşxistina elektrolîtên ne-şewatbar têne veqetandin, bi armanca zêdekirina ewlehiyê ji ber şewatbûn û guherbarbûna xwezayî ya çareserkerên organîk ên ku bi gelemperî di elektrolîtên kevneşopî de têne bikar anîn. Stratejiyên hêvîdar ên di bin lêkolînê de pîlên lîtium-îyon ên avî, elektrolîtên hişk ên seramîk, elektrolîtên polîmer, şilekên îyonî, û pergalên elektrolîtê yên pir-fluorînkirî vedihewînin.

Rêbazek sereke ji bo zêdekirina performansa pîlê, entegrasyona materyalên katodê yên cihêreng e. Ev stratejî dihêle ku lêkolîner taybetmendiyên materyalê zêde bikin di heman demê de kêmasiyên wan ên xwezayî jî kêm bikin. Mînak, rêbazek potansiyel serîlêdana pêçekek lîtium hesin fosfat li ser lîtium nîkel manganez oksîd bi rêya tevlihevkirina akustîk a rezonans e. Materyalê ku ji hêla vê pêvajoyê ve hatî hilberandin performansa elektro-kîmyayî ya zêdekirî û ragirtina kapasîteya bilindtir nîşan dide. Lêkolînên berawirdî bi karanîna hesin (III) fosfat hatine kirin. Li gorî têgihiştina heyî ku hem metalên veguhêz û hem jî anyonên di nav katodan de beşdarî çalakiya redoksê ya bingehîn ji bo entegrasyon û de-entegrasyona lîtiumê dibin, pêşxistina materyalên katodê yên ku kationên metalên veguhêz ên cihêreng dihewînin, her ku diçe reaksiyonên redoksê yên oksîjenê di katodên pîlên lîtium-îyon de dihesibîne. Ev nêzîkatî armanc dike ku kapasîteyê wêdetirî sînorên ku ji hêla metalên veguhêz ve hatine ferz kirin dirêj bike, digel lêkolînên hesabkerî yên ku teorîya fonksiyona tîrbûnê bikar tînin da ku materyalan xweşbîn bikin û hilweşîna avahîsaziyê kêm bikin. Pêşketina di têgihiştina mekanîzmayên redoksê yên anyonî de pêşxistina stratejiyên stabîlîzasyonê, wekî fluorînasyona rûxarê, hêsan kiriye, ku aramî û ewlehiya çerxê zêde dikin.

• Anode-free battery
• Borate oxalate
• European Battery Alliance
• Nanowire battery
• Thin-film lithium-ion battery
• Ultium

• Têketina ji bo "Pîlê Lîtium-îyon" di Encyclopædia Britannica de.
• NREL. (Tîrmeh 2015). *Mekanîzmayên Hilweşînê û Pêşbîniya Temenê ji bo Pîlên Lîtium-îyon*.
• NREL. (Adar 2013). *Lêketina Zêdehiyên Germahiyê li ser Bateriyên Lîtyûm-îyon ên Formata Mezin ji bo Serlêdanên Wesayîtan*.