Batería verde no contaminante - batería de litio

En 1860, el científico francés Lechranche inventó las baterías secas para dar a conocer una nueva era de energía química. El material del electrodo positivo de la batería seca es dióxido de manganeso, y la varilla de carbono se utiliza como conductor del electrodo positivo, y el electrodo negativo es el tubo de zinc, que es tanto un electrodo negativo como un recipiente. El electrolito es una mezcla de cloruro de zinc y cloruro de amonio. El voltaje terminal de la batería seca es de 1,5 voltios. Durante más de 100 años, las baterías secas han beneficiado a los humanos en radios, iluminación, linternas, calculadoras y electrodomésticos, y hoy en día es una fuente de energía química indispensable para el uso diario. Sin embargo, dado que la batería seca es una batería primaria, no se puede cargar y se desecha cuando se agota, lo que provoca contaminación ambiental. La invención de la batería de litio supera las deficiencias de la batería seca y es una estrella en ascenso de la batería.

Le pregunto qué tipo de batería tiene instalada la computadora portátil. ¿Cuál es la fuente de alimentación del teléfono móvil? ¿Cuál es la fuente de alimentación química instalada en la cámara digital? La respuesta es una: es una batería de litio. La primera invención de las baterías de litio fue el gran inventor Edison, pero debido a las limitaciones técnicas de la época (hace 100 años), y debido a que el litio metálico era el elemento químico más activo, Edison no pudo fabricar una batería con valor práctico. No fue hasta 1973 que se produjo la primera batería de litio del mundo con valor práctico. Inicialmente, las baterías de litio solo se usaban en marcapasos cardíacos. Debido a que la tasa de autodescarga de las baterías de litio es extremadamente baja, el voltaje de descarga es estable, por lo que el marcapasos cardíaco puede usarse durante mucho tiempo después de ser implantado en el cuerpo humano por medio de un cuchillo. Por ejemplo, la batería no se ha reemplazado durante más de 10 años. Gracias a la invención de la batería de litio, miles de pacientes con enfermedades cardíacas se han salvado y han vuelto a la vida y la han prolongado.

Desde que se introdujo el primer marcapasos cardíaco en 1966, ha tenido más de 40 años. Se han implantado cientos de miles de marcapasos cardíacos en el cuerpo humano mediante cirugía, lo que prolonga la vida de los pacientes cardíacos y es seguro y confiable. Bienvenidos. La fuente de energía del marcapasos cardíaco era originalmente una batería de zinc-mercurio. Esta batería es de tamaño pequeño y de larga duración, pero tiene mercurio. En 1980, un marcapasos cardíaco fabricado con batería de yodo-litio en países extranjeros tenía una vida útil de más de diez años. Se utiliza como fuente de alimentación para marcapasos cardíacos. No contiene mercurio, no contamina, es seguro y confiable. Es el evangelio de los pacientes cardíacos.

En 1973, el advenimiento y la aplicación de las baterías de litio dieron a conocer otra nueva era de energía química. Las baterías de litio tienen alta densidad energética, peso ligero y buena conductividad eléctrica, y se caracterizan por no contaminar el medio ambiente. Se ha utilizado en grandes cantidades desde sus inicios y es una fuente de energía química emergente. Para desarrollar una variedad de productos de baterías de litio con mejor rendimiento, se han estudiado varios materiales. Para que esté creando un producto sin precedentes. Por ejemplo: baterías de dióxido de azufre de litio (Li-SO2) y baterías de cloruro de tionilo de litio (Li-SOCl2). Su material activo positivo también es un solvente para el electrolito. Esta estructura solo ocurre en electrolitos que no son acuosos. Entonces, ¿por qué una batería de litio tiene una potencia tan grande, de qué tipo de material está hecha y cómo está construida? ¿Por qué tiene esas excelentes características en comparación con otras baterías? La principal diferencia entre la batería de litio original y otras baterías es que se usa litio metálico o aleación de litio como material de electrodo negativo, y la batería de litio se llama porque usa metal de litio o aleación de litio como electrodo negativo. ¿Por qué la gente elige el litio metálico como electrodo negativo? La razón es que el litio se encuentra en el primer grupo principal del segundo ciclo de la tabla periódica química. El símbolo del elemento químico del litio en el ensayo de plantilla de formato de papel es Li, la electronegatividad del litio es 0,97 y el potencial estándar del electrodo es -3,02 voltios. Entre todos los metales, el potencial de electrodo estándar del litio es el más negativo, por lo que se aplican litio y otras sustancias. La batería está compuesta por el voltaje más alto entre todos los metales, es decir, hasta 3.6 voltios. La batería ordinaria (como la batería seca ordinaria de zinc-manganeso) tiene un voltaje de solo 1,5 voltios. Es decir, el voltaje de una batería de litio es más del doble que el de una batería normal.

En 1992 AD Sony desarrolló con éxito baterías de iones de litio y las aplicó con éxito a teléfonos móviles y computadoras portátiles. El peso y el volumen de estos dispositivos electrónicos portátiles se reducen enormemente y el tiempo de uso se amplía enormemente. Dado que la batería de litio no contiene cromo de metal pesado, no contamina el medio ambiente. Es una verdadera batería verde

Batería verde sin contaminación

Características de la batería de litio

La batería de litio no contiene metales pesados como cadmio, cromo, plomo, mercurio, etc. Es una batería verde sin contaminación. Además, las baterías de litio tienen las siguientes características:

1. Tiene una alta relación peso-energía y volumen-energía: lo que significa que la batería de litio es pequeña en peso y volumen, pero emite una gran cantidad de energía eléctrica. Utilice energía eléctrica como numerador, peso o volumen como denominador. Debido al gran tamaño de la molécula, el denominador es pequeño y la relación es grande. Por ejemplo, una batería de litio con la misma energía en comparación con una batería de plomo-ácido tiene un peso y un volumen de solo una cuarta parte del de una batería de plomo-ácido. Por lo tanto, las baterías de litio son livianas y de alta potencia, e inevitablemente reemplazarán a las voluminosas baterías de plomo-ácido en el futuro. 2. La autodescarga es pequeña y se puede almacenar durante mucho tiempo, que es la ventaja más destacada de la batería;

3. Sin efecto memoria. Las baterías de litio no tienen el llamado efecto memoria de las baterías de níquel-cadmio, por lo que las baterías de litio no necesitan descargarse durante la carga;

4. Larga vida. En condiciones normales de trabajo, el número de ciclos de carga y descarga de una batería de litio es mucho mayor que 500 veces;

5. Puede cargarse rápidamente. Las baterías de litio generalmente se pueden cargar con una corriente de 0,5 a 1 veces, lo que acorta el tiempo de carga a 1-2 horas;

6. Se puede utilizar en paralelo;

7. Debido a que la batería no contiene elementos de metales pesados como cadmio, lápiz y mercurio, es ecológica y es la batería verde más avanzada del mundo.

8. Amplio rango de temperatura de funcionamiento. Puede trabajar desde -55C a + 75C.

9. El costo es alto. En comparación con otras baterías recargables, las baterías de litio son más caras.

El mecanismo de reacción química de la batería de litio:

Hay muchos tipos de baterías de litio. Las baterías de litio más prácticas son: baterías de grafito polifluorado de litio, baterías de dióxido de manganeso y litio, baterías de dióxido de azufre de litio y baterías de cloruro de tionilo de litio, y baterías de iones de litio desarrolladas por Sony en 1992. Ahora con litio: se toma como ejemplo una batería de grafito polifluorado para ilustrar el mecanismo de reacción electroquímica de una batería de litio:

Reacción positiva:

(CF) n + ne- = nC + nF

Reacción negativa:

nLi → nLi— + ne

Respuesta total de la batería:

(CF) n + nLi → nC + nLiF

Las baterías de dióxido de manganeso y litio son las baterías de litio más utilizadas y más baratas. Utiliza γ-MnO2 de bajo costo como material activo de electrodo positivo disuelto en un disolvente mixto de carbonato de propileno (PC) y dimetiloxietileno (DMF) a una concentración de 1M. La relación de los dos es: PC: DMF = 1: 1.

La respuesta de la batería de una batería de litio y manganeso es:

Reacción negativa: Li → Li ++ e

Reacción positiva del electrodo: MnO2 + Li + e → MnO2 (Li +)

Reacción total de la batería: Li + MnO2 → MnO2 (Li +)

Estructura simple y más tipos.

Construcción de batería de litio

La forma de la batería de litio es tipo moneda, tipo botella, tipo botón y tipo cilindro. El interior de la batería adopta una estructura enrollada en espiral, y un material aislante de película de polietileno muy fino y altamente permeable está espaciado entre los electrodos positivo y negativo. El electrodo positivo incluye un colector de iones de litio compuesto por litio y dióxido de cobalto y un colector de corriente compuesto por una película de aluminio. El electrodo negativo está compuesto por un colector de iones de litio compuesto por un material de carbono en forma de hoja y un colector de corriente compuesto por una película de cobre. El interior de la batería está lleno de una solución de electrolitos orgánicos. También se incluyen válvulas de seguridad y componentes PTC para proteger la batería de daños durante condiciones anormales y cortocircuitos de salida.

La siguiente figura muestra la estructura de una batería de litio cilíndrica. La batería es una batería de cloruro de tionilo de litio.

Diagrama de estructura de la batería de cloruro de litio-tionilo

La batería de iones es potente

Características de las baterías de iones de litio

En 1992, Sony (SONY) abrió con éxito una batería de iones de litio y la aplicó como fuente de energía para computadoras portátiles y teléfonos móviles para dar a conocer una nueva página de energía química. Las baterías de iones de litio están disponibles en baterías de iones de litio líquidos y baterías de polímero de iones de litio. Entre ellos, el electrodo positivo de la batería de iones de litio líquido es un compuesto de litio LiCoO2 o LiMn204, y el electrodo negativo es un compuesto de intercalación de litio-carbono. La batería de iones de litio tiene las ventajas de alto voltaje de trabajo, pequeño volumen, peso ligero, alta energía, sin efecto memoria, pequeña autodescarga y larga vida útil. Es una fuente de energía ideal para el desarrollo del siglo XXI. En resumen, las baterías de iones de litio tienen las siguientes características:

1. La batería de iones de litio de alta densidad energética pesa la mitad de la misma capacidad que la batería de níquel-cadmio o níquel-hidrógeno, y el volumen es del 40% al 50% de níquel-cadmio y del 20% al 30% de níquel-hidrógeno.

2. Alto voltaje Una batería de iones de litio funciona a un voltaje de 3,7 voltios (promedio), lo que equivale a tres baterías de níquel-cadmio o níquel-hidrógeno conectadas en serie.

3. Las baterías de litio no contaminantes no contienen sustancias metálicas nocivas como cadmio, plomo y mercurio.

4. Las baterías de iones de litio sin litio no contienen litio metálico, por lo que no están sujetas a las restricciones impuestas por el transporte aéreo en aviones de pasajeros que transporten baterías de litio.

5. Alto ciclo de vida en condiciones normales, el ciclo de carga y descarga de iones de litio puede exceder 500 veces.

6. La carga rápida utiliza un cargador de corriente constante y voltaje constante con un voltaje nominal de 4.2V para cargar completamente una batería de iones de litio en una o dos horas.

7. Las baterías de litio de larga duración deben cargarse y almacenarse completamente, y pueden almacenarse durante más de medio año a 20ºC.

La batería seca es una batería primaria. El papel se desechará cuando se utilice una vez. Para la batería secundaria, la vida útil es un indicador importante para medir el rendimiento de la batería. La batería secundaria se carga y descarga una vez y se denomina ciclo. Bajo un determinado sistema de carga y descarga, el número de veces que la batería se carga y descarga antes de que la capacidad de la batería alcance un cierto valor se denomina ciclo de uso de la batería secundaria. Las baterías de iones de litio tienen excelentes propiedades de almacenamiento y un ciclo largo. Una de las principales características de la fuente de alimentación química es que puede descargar electricidad cuando se usa y puede almacenar electricidad cuando no está en uso. El llamado rendimiento de almacenamiento para baterías secundarias (baterías recargables, llamadas baterías secundarias, por ejemplo, baterías de plomo y baterías de litio. La batería que no se puede cargar es una batería primaria, como una batería de tres vueltas producida por Xiamen Battery Factory) . Perspectivas prometedoras

La perspectiva de desarrollo de la batería de iones de litio.

Las baterías de iones de litio se han utilizado ampliamente en dispositivos portátiles como computadoras portátiles, videocámaras y comunicaciones móviles debido a sus ventajas de rendimiento únicas.

En la actualidad, la batería de iones de litio de gran capacidad desarrollada se ha probado en vehículos eléctricos y se espera que se convierta en la principal fuerza motriz de los vehículos eléctricos en el siglo XXI, y será ampliamente utilizada en el almacenamiento aeroespacial, satelital y de energía.

Dos condiciones para el desarrollo de fuentes de energía química son: (1) la densidad de energía específica de la batería es alta; (2) período de almacenamiento prolongado: a prueba de fugas y la tasa de autodescarga es extremadamente baja. Dado que las baterías de litio tienen estas dos condiciones, las perspectivas de desarrollo son infinitas. Debido al desarrollo de la industria aeroespacial, los satélites, las computadoras portátiles, las comunicaciones móviles (teléfonos móviles) y los vehículos eléctricos, han surgido nuevas baterías de litio.

Uno de los dos principales es ampliamente utilizado

Aplicación de batería de litio de celda única

La batería de litio de celda única tiene un voltaje de 3,6 voltios, que puede reemplazar la fuente de alimentación de 3 voltios. Por lo tanto, solo una batería puede reemplazar la batería ordinaria de dos celdas, y puede suministrar energía a pequeños electrodomésticos como radios, computadoras y cámaras digitales, relojes electrónicos, etc., no solo de peso ligero, sino que también lleva mucho tiempo. usar.

Perspectivas para los vehículos eléctricos con batería de litio

Con el desarrollo de las baterías de litio, los vehículos eléctricos con batería de litio y los vehículos con batería de litio están a punto de salir. En la actualidad, los vehículos eléctricos en la carretera están equipados con baterías de almacenamiento de plomo, y la vida útil y el número de cargas y descargas son mucho menores que las de las baterías de litio. Una vez que se instala una batería de litio en un vehículo eléctrico, su velocidad Mercedes excederá en gran medida la de un vehículo eléctrico con batería de plomo. Y el peso de la batería se puede reducir a más de la mitad. El problema de la contaminación ambiental causada por baterías usadas es extremadamente importante. Por ejemplo, la energía de los vehículos eléctricos utiliza baterías de plomo-ácido, que están compuestas de plomo, ácido sulfúrico y otros metales y plásticos. El cuerpo es voluminoso y contiene una gran cantidad de plomo en su interior. Las sales inorgánicas, que se descargan arbitrariamente, contaminarán gravemente el suelo y las fuentes de agua y producirán vapor de plomo; Dañar seriamente el medio ambiente.

En vista de esto, es imperativo desarrollar una nueva batería de energía práctica, ecológica y ecológica para reemplazar las baterías de plomo-ácido. En este contexto, destacan las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos. Porque está libre de cadmio, plomo, mercurio. No se producen contaminantes durante el uso y la producción para garantizar una buena salud. Los vehículos eléctricos cargados con baterías de litio también tienen muchas ventajas y se convierten en un medio de transporte indispensable para la familia. La ventaja más importante es el peso ligero. Muchos consumidores se quejan de que las baterías de plomo-ácido son demasiado voluminosas. Un grupo de baterías tiene entre 20 y 30 kg, lo que es difícil de transportar para los ancianos y los niños. Las baterías de litio generalmente suben y bajan siete kilogramos, que es el antiguo 1M4, y la vida útil es de 3 a 4 veces la de las baterías de plomo-ácido comunes. Los ancianos y los niños se moverán.

Identificación de batería de litio

Identificación de baterías secundarias de litio según norma IEC61960:

1. El logotipo de la batería consta de 3 letras seguidas de 5 dígitos (cilíndricos) o un número (cuadrado)

2. La primera letra indica el material del electrodo negativo de la batería.

3. La segunda letra indica el material del electrodo positivo de la batería.

4. La tercera letra indica la forma de la batería.

5. La batería cilíndrica digital tiene cinco números que representan el diámetro y la altura de la batería, respectivamente.

Por ejemplo, CIRI8650 indica que el material del electrodo positivo de una batería de litio secundaria cilíndrica es cobalto, que tiene un diámetro de 18 mm y una altura de 65 mm.

ICP883448 indica que el material del electrodo positivo de una batería de iones de litio secundaria cuadrada es cobalto, que tiene un grosor de 8 mm, un ancho de 34 mm y una altura de 48 mm.

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