Lityum-iyon pillerin tamamen şarj edilmesi gerekir mi?

Lityum iyon pil prensibi

Elektronların yönlendirilmiş hareketi elektrik akımını oluşturur. Akım pozitiften negatife doğru akar, ancak esasen elektronların negatiften pozitife doğru akışıdır. Doğadaki pek çok maddenin elektronları vardır ve eğer bu elektronların hareketini yapay olarak kontrol edebilirsek, o zaman piller yapabiliriz.

Yukarıdaki resim, bakır levhalar, çinko levhalar ve tuzlu su kullanarak elektrik akımı üretebilen dünyanın ilk pilinin yapısıdır. Spesifik prensibini bilmesek de, deşarj olabilmesinin nedeninin esasen elektronların hareketinin gerçekleşmesi olduğunu kesinlikle hayal edebiliriz. Şimdi çinko ve bakırın nasıl elektrik akımı ürettiğine bir göz atalım.

Hepimiz bir atomun bir çekirdek ve elektronlardan oluşan bir dış kabuktan oluştuğunu biliyoruz. Çinkonun en dış kabuğunda iki elektron vardır. Çok aktif olduğu için elektron kaybetmeye daha yatkındır. Bakır elementinin çekirdeğinin en dış katmanında bir elektron vardır. Elektron kaybetmeye daha meyilli olmasına rağmen, çinko kadar aktif değildir, bu nedenle bakır, çinkoya göre elektron kazanmaya daha meyillidir.

Dolayısıyla, bakır levha ile çinko levhayı tellerle bağladığımızda, çinko elementinin dış elektronları bakır levhaya doğru hareket edecek, böylece elektronların yönlü hareketine neden olacak ve akım üretecektir.

Ancak bu tür piller hala kullanılamaz durumdadır. Çinko elektron kaybederek pozitif yüklü çinko iyonlarına dönüştüğünden, pozitif ve negatif yükler birbirini çeker, bu da elektronları çeker ve bakıra doğru ilerlemelerini engeller. Dolayısıyla bu yapı akım üretmeye devam edemez.

Peki sabit akım üretmek için ne yapılabilir? Cevap elektrolit eklemektir. Bir çinko atomu çinko iyonları üretmek için elektron kaybettiğinde, çinko iyonları elektrolite girecek ve elektrolit yoluyla bakıra akacaktır. Bu, elektronların adsorbe edilmesini önleyecek ve elektronların akım üretmek için akmaya devam etmesine izin verecektir.

Sadece bu pil tek kullanımlıktır ve yeniden şarj edilemez. Lityum pillerin prensibi yukarıdaki ile aynıdır, akım üretmek için elektronların göçüne dayanır. Aradaki fark, lityum pillerin yeniden şarj edilebilmesidir.

Bir lityum pilin katodu üçlü lityum veya lityum demir fosfat gibi bir lityum bileşiğidir ve anot grafittir. Şarj sırasında, katottan gelen elektronlar, güç kaynağının pozitif voltajının çekiciliği altında harici devreden anoda akar. Aynı zamanda, katot tarafından üretilen lityum iyonları elektrolit aracılığıyla anodun grafitine girer.

Deşarj sırasında, elektronlar harici bir devre aracılığıyla anottan katoda geri dönerken, lityum iyonları da anottan katoda geri döner. lityum iyon pil elektroliti. Bu ilke şu şekildedir lityum iyon pilin şarj edilmesi ve boşaltılması.

Üçlü lityum pilin tamamen şarj edilmesi neden önerilmez?

Bu esas olarak katot malzemesinin özellikleriyle ilgilidir. Daha önce de belirtildiği gibi, lityum piller esasen akım üretmek ve elektrik depolamak için lityum iyonlarının ve elektronların ileri geri hareketine dayanır. Şarj sırasında elektronlar ve lityum iyonları katottan dışarı atılır ve anoda gelir. Deşarj sırasında, lityum iyonları ve elektronlar anottan serbest bırakılır ve katoda gelir.

Şarj sırasında lityum iyonları katoda akarsa ve deşarj sırasında katot hala lityum iyonlarının konumunu korursa, pil kapasitesinin bozulması zor olacaktır. Şarj sırasında lityum iyonları katoda akar, ancak boşluklar başka maddeler tarafından işgal edilirse, katottaki lityum iyonlarının bir kısmının deşarj sırasında gidecek yeri olmayacak ve bu da pil kapasitesinin düşmesine neden olacaktır.

Üçlü lityum pilin katot malzemesi kararsızdır ve içindeki iki değerlikli nikel iyonları ve lityum iyonları benzer çaplara sahiptir. Şarj olurken, lityum iyonlarının tümü anoda doğru akar. Bu sırada, bazı nikel iyonları lityum iyonlarının yerini alarak pil kapasitesinin düşmesine neden olabilir.

Bu nedenle, batarya tasarlanırken, üçlü lityum bataryalardaki katot malzemelerinin sayısı anot malzemelerinden daha fazla olacaktır. Basitçe söylemek gerekirse, daha fazla lityum iyonu ve lityum iyonlarını depolamak için alan sağlar, bu da kapasitenin istikrarını sağlayabilir. Ancak bu yeni bir sorunu beraberinde getirir, yani anot şarj sırasında bataryadaki tüm lityum iyonlarını barındıracak kadar fazla alana sahip değildir.

Bu, şarj ederken dikkatli olmayı gerektirir. Anot lityum iyonlarıyla dolduktan sonra şarj işlemi zamanında durdurulmalıdır. Aksi takdirde, lityum iyonları anoda doğru hareket etmeye devam edecek ve anotta artık onları barındıracak yer kalmayacaktır.

Bu sırada lityum iyonları kristalleşerek en iyi ihtimalle kullanım ömrünü etkileyebilir veya diyaframı delip kısa devreye neden olarak tehlikeye yol açabilir. Bu nedenle, her seferinde tam şarj etmeyerek bu riski azaltmak yararlı olacaktır.

LiFePO4 akünün neden düzenli olarak tam şarj edilmesi gerekir?

Batarya voltajı, batarya yönetim sisteminin batarya paketinin gücünü değerlendirmesi için önemli bir temel olduğundan, lityum demir fosfat bataryaların çalışma voltajı aralığı özellikle dardır ve voltajı geniş bir aralıkta kapasiteyle çok az değişir.

Örneğin, akü gücü 30% ve 60% olduğunda voltaj aynı olabilir. Bu özellik batarya yönetim sistemini çılgına çevirir ve batarya kapasitesini hiçbir şekilde voltaja göre değerlendiremez. Bu nedenle, düzenli olarak tam şarj edilmesi ve batarya yönetim sisteminin gücü kalibre etmesine izin verilmesi gerekir.

Dahası, molekülleri katot malzemeleri Lityum demir fosfat pillerin çok sıkı bir şekilde düzenlenmiş olması, onları son derece kararlı kılar, ancak aynı zamanda lityum iyonlarının hareket hızını sınırlayarak düşük enerji yoğunluğuna neden olur.

Bununla birlikte, yüksek kararlılığı nedeniyle, şarj sırasında lityum iyonları negatif elektroda aktığında, pozitif elektrotta lityum iyonlarının konumunu işgal eden başka hiçbir madde olmayacaktır, bu nedenle ömrü daha uzundur ve üçlü lityum piller kadar aşırı şarja duyarlı değildir.

Yani eğer bir iki tekerlekli elektrikli bisikletAracınızı şarj ederken ne tür bir akü kullandığını öğrenmelisiniz. Pil ömrünü en üst düzeye çıkarmak için kullanım kılavuzunu dikkatlice okumak ve pili şarj etmek için talimatları takip etmek en iyisidir.