Klasyfikacja baterii litowo-polimerowych
Baterie litowo-polimerowe można podzielić na trzy różne kategorie:
-
Baterie litowo-jonowe ze stałym elektrolitem polimerowym: Baterie te wykorzystują mieszaninę polimeru i soli jako elektrolit. Dzięki niskiej przewodności jonowej w temperaturze pokojowej najlepiej nadają się do środowisk o wysokiej temperaturze.
-
Baterie litowo-jonowe z elektrolitem polimerowo-żelowym: Poprzez włączenie plastyfikatorów i dodatków do stałego elektrolitu polimerowego, baterie te zwiększają przewodność jonową, dzięki czemu nadają się do użytku w temperaturze pokojowej.
-
Baterie litowo-jonowe z polimerowymi materiałami katodowymi: Dzięki zastosowaniu przewodzących polimerów jako materiałów katodowych, baterie te oferują trzykrotnie wyższą energię niż tradycyjne baterie litowo-jonowe, co czyni je najnowszą generacją w tej technologii.
W porównaniu z ciekłymi akumulatorami litowo-jonowymi, polimerowe akumulatory litowo-jonowe korzystają ze stałych elektrolitów, umożliwiając cieńsze profile, konfigurowalne obszary i elastyczne kształty. Ograniczają one również zagrożenia dla bezpieczeństwa, takie jak wycieki, spalanie i wybuchy. Zastosowanie aluminiowo-plastikowej folii kompozytowej w obudowach zwiększa pojemność właściwą, podczas gdy zastosowanie polimerów jako materiałów katodowych może zwiększyć energię właściwą dla masy o ponad 50%. Dodatkowo, akumulatory te charakteryzują się lepszym napięciem roboczym i żywotnością w cyklu ładowania-rozładowania, dzięki czemu zyskały reputację nowej generacji akumulatorów litowo-jonowych.
Zasada Baterie litowo-polimerowe
Akumulatory litowo-jonowe dzielą się na dwa typy: ciekłe akumulatory litowo-jonowe (LIB) i polimerowe akumulatory litowo-jonowe (PLIB). Płynne akumulatory litowo-jonowe to akumulatory wtórne, w których związki interkalacyjne Li+ służą zarówno jako elektroda dodatnia, jak i ujemna. Elektroda dodatnia zazwyczaj wykorzystuje związki litu, takie jak LiCoO2, LiNiO2 lub LiMn2O4, podczas gdy elektroda ujemna wykorzystuje związek interkalacyjny litowo-węglowy (LixC6). Typowy system jest przedstawiony jako:
-
(-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Reakcje elektrochemiczne są następujące:
-
Reakcja elektrody dodatniej: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- (2.1)
-
Reakcja elektrody ujemnej: 6C + xLi+ + xe- = LixC6 (2.2)
-
Ogólna reakcja akumulatora: LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 (2.3)
Zasada działania polimerowych akumulatorów litowo-jonowych odzwierciedla zasadę działania płynnych akumulatorów litowych, z kluczową różnicą leżącą w elektrolicie. Podstawowe elementy baterii - elektroda dodatnia, elektroda ujemna i elektrolit - zawierają co najmniej jeden lub więcej elementów wykonanych z materiałów polimerowych. Obecnie materiały polimerowe są stosowane głównie w elektrodzie dodatniej i elektrolicie. Elektroda dodatnia może składać się z przewodzących polimerów lub związków nieorganicznych typowych dla akumulatorów litowo-jonowych, podczas gdy elektrolit może być stałym lub koloidalnym elektrolitem polimerowym lub elektrolitem organicznym. W przeciwieństwie do tradycyjnej technologii litowo-jonowej, która opiera się na ciekłych lub koloidalnych elektrolitach wymagających solidnego opakowania wtórnego do przechowywania łatwopalnych składników (co zwiększa wagę i ogranicza elastyczność), polimerowa technologia litowo-jonowa eliminuje nadmiar elektrolitu. Zwiększa to stabilność i zmniejsza ryzyko związane z przeładowaniem, kolizjami, uszkodzeniami lub nadmiernym użytkowaniem.
Zastosowania baterii litowo-polimerowych
Dzięki wyższej gęstości energii, baterie litowo-polimerowe zapewniają dłuższy czas zasilania. Na rynku komunikacji mobilnej, laptopy i smartfony są głównymi konsumentami, co napędza postęp w technologii i produkcji baterii. Dostawcy telefonów komórkowych koncentrują się na opracowywaniu zaawansowanych technologicznie baterii litowo-jonowych, w szczególności konstrukcji pryzmatycznych i cylindrycznych. Przyjęcie elektrolitów żelowych wspiera trend w kierunku cieńszych baterii, obsługujących ultracienkie aplikacje, takie jak karty inteligentne, podczas gdy ulepszone obwody ochronne litowo-jonowe zwiększają bezpieczeństwo. Baterie litowo-polimerowe, stosowane głównie w urządzeniach mobilnych, stale zastępują baterie niklowo-kadmowe ze względu na ich liczne zalety.
Rozwój baterii litowo-polimerowych
Nowa generacja polimerowych baterii litowo-jonowych oferuje niezwykłą elastyczność projektowania, osiągając grubość zaledwie 0,5 mm (np. baterie ATL, odpowiadające grubości karty), a także konfigurowalne rozmiary i kształty. Ta zdolność adaptacji pozwala producentom tworzyć baterie dostosowane do określonych kształtów i pojemności, optymalizując wydajność produktu dla deweloperów. Energia jednostkowa tych baterii jest o 50% wyższa niż w przypadku obecnych baterii litowo-jonowych, przy znacznej poprawie pojemności, charakterystyki ładowania i rozładowania, bezpieczeństwa, zakresu temperatur pracy, żywotności (przekraczającej 500 cykli) i wydajności środowiskowej.
