Восстановление емкости литий ионных аккумуляторов: Как восстановить емкость li-ion аккумулятора? Советы от АЛЛО

Содержание

Как восстановить емкость li-ion аккумулятора? Советы от АЛЛО

В процессе ежедневного применения современные li-ion-аккумуляторы со временем иссякают. Зачастую через пару-тройку лет активного пользования их емкость (под емкостью понимают период, на протяжении которого аккумулятор сможет питать нагрузку, подключенную к нему)  понижается и эти устройства, как правило, уже не способны гарантировать нормальную эксплуатацию для гаджетов и прочих электроприборов. Важно понимать, что вернуть полную изначальную емкость батареи невозможно, но при наличии в вашем «арсенале» некоторых навыков и, конечно же, при грамотном и последовательном использовании указаний по ремонту (представленных в текущей статье), можно несколько продлить сроки ее эксплуатации.

Имеется небольшая оговорка – описанными способами лучше оперировать технически подготовленным пользователям. Если же вы не относитесь к этому разряду и не слишком осведомлены в данном вопросе, то самым оптимальным вариантом в этом случае, дабы не тратить время попусту и еще сильнее усугубить ситуацию, будет обратиться в сервисный центр, мастерскую или элементарно приобрести другой аккумулятор.

Проверяем емкость аккумулятор

Перед тем, как приступить к «реанимации» аккумулятора требуется проверить показатель его емкости на тот момент. Для осведомленных людей такая процедура является достаточно простой, так как существует специальный тестер аккумуляторов Кулон. Новичкам же для проверки емкости аккумулятора стоит воспользоваться следующим методом: подсоединить лампочку накаливания к клеммам аккумулятора на время в 2 минуты и понаблюдать за изменениями в яркости ее свечения. Если свет стал тусклым за это время, то батарею уже не спасти. Если же изменений не последовало, то по достижению 2 минут свечения подключаем к светящейся лампочке вольтметр и обращаем внимание на напряжение:

  1. Больше 12.4 вольт – аккумулятор сохранил свое номинальную емкость и полностью исправен.
  2. 12-12.4 вольт – батарея в исправности, однако немного, так сказать, «подустала».
  3. Меньше 12 вольт – половина от номинальной емкости аккумулятор уже потерял и его желательно сменить.

Следует убедиться в том, что заряд батареи был полон. Лучше всего заряжать ее в течении суток или как минимум 6 часов соответствующим этому времени током.

Что необходимо делать в случае вздутия аккумулятора?

Аккумулятор – это устройство, предназначенное для накопления энергии, с целью ее последующего использования. Говоря простым языком, аккумулятор – главный «орган» большинства электрических приспособлений, который занимается обеспечением их мобильности.

Если ваша батарея вздулась, то, как правило, виною тому неправильное протекание в ней химической реакции, сопровождающейся выделением газа и повышением давления. Именно за этот счет корпус аккумулятора претерпевает деформации в той или иной степени.

Здесь-то как раз все ясно, однако есть ряд первопричин, которые повлекли за собой этот неблагоприятный исход и ниже мы перечислим основные из них:

  1. Заводской брак. Он обычно проявляется на первых неделях эксплуатации недавно купленного электроприбора, но радует то, что в это время действует гарантийный срок.
  2. Падение и удар устройства (вместе с аккумулятором) о твердые поверхности.
  3. Низкопробные аккумуляторы (к примеру, китайского производства).
  4. Неправильная подзарядка.
  5. Воздействие воды.
  6. Жесткое испытание температурами (жара, мороз, резкие ее перепады).
  7. Подошел к концу срок его эксплуатации. Если вы достаточно долго пользуетесь аккумулятором, то наиболее вероятная именно эта причина.

К сожалению, истории, повествующие о взрывах вздутых аккумуляторов, не являются чьим-то вымыслом и не лишены здравого смысла. В случае накопления в аккумуляторе большого количества газов, создается избыточное давление, приводящее к тому, что газ «ищет» выход наружу. А при взаимодействии с кислородом это может быть чревато воспламенением.

Неважно, от какого вида устройства аккумулятор – телефон, фотоаппарат или видеокамера – она, и вправду, может быть опасна. На самом деле, имели место случаи самовозгорания батарей, поэтому, если вы не намерены ремонтировать аккумулятор, то

настоятельно рекомендуем не хранить их дома после вздутия. Само собой, что отправить такую батарею в урну тоже не лучшее решение, посему в качестве альтернативы вы можете поискать пункт сдачи в своем городе.

Способы восстановления емкости

Итак, теперь мы знаем, что впоследствии длительной эксплуатации устройства может вздуться из-за газов и продолжительность его заряда станет значительно меньше. В таком случае (опять же при наличии определенных навыков) можно воспользоваться эпоксидной смолой и паяльником, чтобы вернуть аккумулятор к «жизни». Для этого следует разъединить корпус батареи и верхний блок с датчиком. Отделяя датчик, вы увидите, что под ним находится колпачок, который служит «защитником» управляемой электроники. Орудуя тонкой иголкой, необходимо крайне аккуратно проколоть колпак, дабы не повредить «содержимое». После нужно взять какой-либо плоский предмет, который по габаритам превосходит ваш аккумулятор, и прижать им батарею на столе или иной плоскости. Только важно рассчитать усилие и не переусердствовать. Затем закрыть эпоксидной смолой отверстие и припаять датчик.

Есть другой способ «реанимировать» литий-ионную батарею, но необходимо сознавать, что это будет лишь кратковременным решением проблемы, потому что восстановить емкость li-ion-аккумулятора, вернув ему прежние параметры, невозможно. Для текущего способа потребуется:

  1. Блок питания
  2. Вольтметр
  3. Резистор с сопротивлением 330-1000 Ом и мощностью не ниже 500 мВт. Резистором называется элемент электрической цепи, предназначение которого заключается в использовании его электрического сопротивления.

Контакты блока питания следует высвободить и осуществить соединение с батареей следующим образом: минус аккумулятора с минусом блока питания, к плюсу добавить резистор. С помощью вольтметра нужно проверить правильность полярности. Блок питания подсоединяется к сети на 2-3 минуты.

Возможно, на форумах вы встретите несколько неожиданных, а порой и сомнительных методов восстановления работоспособности li-ion-батареи. К примеру, некоторые пользователи советуют аккумулятор, потерявший емкость, поместить в морозильную камеру холодильника на полчаса. Затем начать заряжать устройство на протяжении одной минуты, а потом извлечь его и дать достигнуть комнатной температуры. После чего можно эксплуатировать аккумулятор обычным образом.

Следующий способ вернуть к «жизни» аккумулятор li-ion – не менее специфический – это срезать пластик на батарее, отыскать главные контакты и на мгновение замкнуть их металлическим предметом. Далее крышку возвращают на место и оставляют до высыхания.

«Лягушка»

В качестве вкрапления в данный текстовый «массив» рекомендуем вам задуматься над приобретением такого практичного девайса, как зарядное устройство типа «лягушка». Термином «лягушка» просвещенные радиотехники окрестили не только широко известное земноводное, но и зарядное устройство, которое с толком может быть использовано в быту. Функционирование текущего прибора начинается с момента подключения его к источнику электроэнергии номиналом 220 вольт.

Случается, что зарядного блока для смартфона или мобильника по каким-то причинам нет под рукой, и в перспективе не предвидится возможности найти необходимую принадлежность. Вот именно тогда наступает время обзавестись универсальным устройством, носящим название «лягушка». Представляемый девайс подключается непосредственно к батарее, заранее изъятой из аппарата. Естественно, что такой способ подзарядки предусматривает некоторые неудобства, однако цель оправдывает средства.

Данное устройство способно подзарядить сотовый телефон, фотоаппарат, карманный компьютер и даже навигатор при условии применения литиевых аккумуляторов маленькой емкости. Зарядка обычно занимает примерно 2-3 часа, а после завершения зарядки устройство самостоятельно отключится от сети. На каждом подобном устройстве предусмотрена лампочка, которая послужит индикатором окончательной зарядки вашего аккумулятора.

Существует 3 вида предлагаемой продукции:

  1. Тот, который подойдет к домашней розетке 220 вольт.
  2. Подходящий к автомобильной сети – 12 вольт.
  3. Подключаемый к ПК через USB-порт – 5 вольт.

Самым актуальным вариантом является «лягушка», питающаяся от домашней сети. Но, само собой, ваш выбор падет на модель, которая придется вам по душе.

Принцип работы устройства заключается в следующем: необходимо зажать аккумулятор в зарядном устройстве так, чтобы контакты были соединены с клеммами с нужными «полюсами» – «+» и «-». В случае, если батарея оснащена двумя или более контактами, то стоит использовать два крайних из них. Ежели вы правильно осуществили подключение, то загорится лампочка с надписью «Con», в противном случае следует нажать правую кнопку «Con», а затем снова кнопку «Те».

Наиболее удобными в использовании являются устройства, определяющие полярность (в них не предусмотрена кнопка изменения полярности). Если же все сделано правильно, то загорится лампочка зеленого цвета «Con», следовательно, можно подключать прибор к розетке. Когда процесс зарядки подойдет к концу, засветится светодиод справа («Full»). Именно тогда позволяется извлечь аккумулятор из розетки и задействовать его по назначению.

Вывод

Каждый вышеуказанный способ восстановить li-ion-аккумулятор в домашних условиях не один раз применялся на практике, однако необходимо все-таки заметить, что все эти методы не дают 100% гарантии хорошего результата. Но, повторимся, что подобные манипуляции можно проводить исключительно тем пользователям, которые имеют хотя бы базовую техническую подготовку. Всем остальным лучше обратиться к профессионалам или приобрести новый аккумулятор для вашего девайса.

Заказать восстановление литий ионных аккумуляторов в Харькове

Батарейки li-ion, или литий-ионные аккумуляторы — вид наиболее распространенных источников питания для ноутбуков, смартфонов и другой бытовой электротехники. Отличается пролонгированным сроком службы и надежностью в отличие от никель-кадмиевых и других аналогов. Но рано или поздно они в результате естественного износа теряют свою емкость и подлежат восстановлению. Особенно этот вопрос актуален, если в ближайшее время их замена по каким-то причинам невозможна.

Особенности восстановления емкости литий ионных аккумуляторов

Прежде всего технология подзарядки Li ion аккумулятора зависит от принципа его действия и конструктивных особенностей. Как и все другие виды аккумуляторных батарей (АКБ), он превращает химическую энергию электролита в электрическую для подачи на электротехнические устройства. Контроль работы АКБ осуществляется за счет защитной платы, отвечающей за предупреждение перегрева АКБ и цикличность процессов заряда и разряда. Защитная плата позволяет избежать неприятных моментов из-за повышенной взрывоопасности литий-ионной батареи. Для предотвращения глубокого разряда при падении напряжения ниже 2,7-2,8 V электронная плата просто отключит литиевую ячейку.

Кроме того, если батарея долго не используется, то после ее полного разряда восстановить былую емкость довольно проблематично. Защитное устройство также предотвращает последствия короткого замыкания (КЗ) внутри батарейки, выключая ее до момента исчезновения угрозы КЗ. Реанимировать такой аккумулятор иногда можно, подключив его к зарядному устройству, но при полном разряде это может не помочь.

В таком случае восстановление возможно только на профессиональном уровне, потому что самим реанимировать Li ion аккумулятор довольно опасно. Образующиеся при определенных процессах на плюсовых и минусовых контактах литиевые кристаллы довольно взрывоопасны. И если на такую АБ подать напряжение, может произойти взрыв.

Способы восстановления li ion аккумулятора

Перед тем, как восстановить литий-ионную батарейку, необходимо взглянуть на срок ее изготовления. Если ей уже 3-4 года — не стоит и пытаться проводить реанимационные мероприятия.

Магазин Батарейки предлагает услуги по восстановлению емкости литий-ионных АБ. Специалисты мастерской проведут тщательную диагностику и тестирование батареи, выполнят реставрационные работы и восстановят емкость АКБ.

Метод восстановления во многом определяется видом гаджета — телефон, ноутбук, планшет, видеокамера или др. Технологический процесс предусматривает множество нюансов, учесть и справиться с которыми может лишь профессионал с большим опытом работы в этой сфере.

Для примера можно рассмотреть восстановление литий ионной аккумуляторной батарейки к телефону:

  • Вначале разбирают аккумулятор мобильного телефон и отключают защитную плату.
  • Затем берут универсальное зарядное устройство, которое функционально может заряжать незащищенные АКБ (без контрольной платы), и подключают у нему литиевый блок.
  • Выбирают параметры зарядки на дисплее зарядного устройства в зависимости от типа аккумулятора и напряжения, при котором происходит отключение.
  • Подключается к тестирующемо оборудованию.

Процесс кажется несложным, но на самом деле надо быть очень внимательным и знающим специалистом, чтобы правильно контролировать и задавать параметры ввода, на которые влияет множество факторов — расчетная емкость батареи, выбор пошагового роста напряжения и др. Справиться с этим могут профессионалы высокого класса от магазина Батарейки. Обращайтесь и оперативно получайте полностью восстановленный и готовый к работе аккумулятор.

Как восстановить аккумулятор? – Инструкция.

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 08.05.2017 14:37
Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторные батареи для электроинструмента и других устройств часто могут быть восстановлены путем замены одного или нескольких элементов. Найти “донорский” элемент для никель-металл-гидридной электрохимической системы относительно легко, а в случае с Li-ion сделать это уже несколько труднее. Фирменные литий-ионные элементы не являются легкодоступными, так как авторитетные производители работают лишь с проверенными дилерами и им невыгодно выпускать элементы небольшими партиями. (Смотрите: Создание литий-ионного аккумулятора).

При проведении ремонта многоэлементного литий-ионного аккумулятора убедитесь, что каждый элемент правильно подключен к цепи защиты. (Смотрите: Для чего в электрической батарее нужна система защиты?

и BU-304a: Аспекты безопасности литий-ионных аккумуляторов). Все литий-ионные аккумуляторы обязательно должны включать в себя схему защиты. У одноэлементных Li-ion аккумуляторов или версий для электроинструмента она может быть упрощенного вида, а свинцовые и никелевые и вовсе в ней не нуждаются.

В то время как классические семейства свинцовых необслуживаемых аккумуляторов или никелевых аккумуляторов имеют схожие напряжения элементов, у разных семейств Li-ion оно неоднородно, а в некоторых случаях и вовсе несовместимо. Стандартный Li-ion элемент имеет напряжение 3,6В и заряжается до 4,2В, в то время как экземпляры, оптимизированные под энергетические показатели, имеют напряжение уже 4,35В и выше. Литий-фосфатное семейство является исключением с номинальным напряжением 3,2В на элемент и максимальным напряжением 3,65В. Также уникальными являются литий-титанатные элементы с напряжением 2,40В и пределом в 2,85В. (Смотрите: Виды литий-ионных аккумуляторов). Элементы с разным напряжением, безусловно, не являются взаимозаменяемыми.

Литий-ионные элементы на основе кобальта, которые являются основой для многих Li-ion семейств, могут оптимизироваться под энергетические показатели в случае прогнозируемых умеренных нагрузок, или иметь улучшенные мощностные характеристики, что улучшит разрядную силу тока, но уменьшит емкость. При восстановлении аккумулятора от электроинструмента скорее всего будут необходимы элементы, оптимизированные под мощность, а в случае, если это аккумулятор ноутбука, электровелосипеда и т.д., то следует использовать более емкие элементы, но в любом случае нужно следить за совместимостью спецификаций. Существуют также и гибридные элементы, которые удовлетворят обоим вышеуказанным случаям.

Не стоит использовать дешевые элементы от малоизвестных производителей. Большинство проблем аккумуляторов связано именно с некачественными элементами, особенно это относится к популярному типоразмеру 18650. Были случаи, когда целые партии элементов были с дефектами, что проявлялось уже в процессе эксплуатации готовых аккумуляторов.

Если аккумулятор относительно новый и имеет только один дефектный элемент, подходящая замена которому находится под рукой, то его восстановление и в самом деле будет иметь смысл. В случае же с возрастным образцом, лучшим решением будет замена всех элементов. Смешивание новых и старых элементов приводит к рассогласованию, что укорачивает срок службы аккумулятора. В хорошем аккумуляторе все элементы должны иметь одинаковые характеристики. Следует помнить, что общая производительность аккумулятора определяется по самому слабому элементу. (Смотрите: Последовательная и параллельная конфигурация соединения электрических батарей).

Элементы, предназначенные для совместного использования в одном аккумуляторе, требуют более жестких допусков в сравнении с используемыми одиночно, например, в аккумуляторе для мобильного телефона. Производители элементов не могут полностью контролировать процесс создания, поэтому некоторые образцы могут быть несколько мощнее других. Такое различие не будет заметно пользователем при использовании одиночного элемента в качестве аккумулятора, но однородность важна для многоэлементных систем.

В принципе, исправные элементы из вышедшего из строя аккумулятора можно использовать повторно, но у таких образцов необходимо проверить емкость, внутреннее сопротивление и саморазряд, – три ключевых индикатора степени работоспособности. (Смотрите: Основы тестирования аккумуляторных батарей). При проверке элемента с помощью анализатора, в первую очередь, определяют его емкость, так как именно эта характеристика отвечает за совместимость. Кроме того, следует убедиться, что внутреннее сопротивление и саморазряд находятся на допустимом уровне. Повышенный саморазряд будет свидетельствовать о присутствии в элементе внутренних повреждений. Для проверки саморазряда следует обратить внимание на напряжение полностью заряженного элемента, которое после 24 часов должно быть в пределах +/-5мВ от первоначального.

Часто возникает вопрос, может ли никель-кадмиевый (NiCd) элемент быть заменен на никель-металл-гидридный (NiMH)? Теоретически это возможно, поскольку обе электрохимические системы имеют одинаковое напряжение элементов, но нюансы определения полного заряда и режима подзарядки у них различны. NiMH использует более совершенный зарядный алгоритм в сравнении с NiCd. (Смотрите: Зарядка никель-металл-гидридной электрохимической системы). Современное NiMH зарядное устройство может заряжать как NiMH, так и NiCd, в то время как более старое устройство для NiCd может перезарядить NiMH из-за неправильной индикации полного заряда, применяя капельную подзарядку там, где она уже будет излишней. Если это отдельно не указано, то для каждой электрохимической системы будет требоваться отдельное зарядное устройство.

Использование точечной сварки является единственным надежным способом получить корректное соединение между элементами. Следует позаботиться об ограничении переноса тепла во время сварки, так как оно может повредить элементы. Изолируйте элементы, так как кожа человека является проводником и касание может вызвать короткое замыкание. Если новый элемент имеет другую степень заряженности, чем уже установленные, то, в первую очередь, необходимо применить “медленную” зарядку малым током для стабилизации общего уровня. Следите за температурой во время зарядки. Элементы на основе никеля нагреются к окончанию зарядки, но остынут сразу после ее отключения; Li-ion же должен быть прохладным во время всего процесса зарядки. Повышение температуры, вызванное зарядкой, должно быть одинаковым для всех элементов, ее неравномерность будет намекать на присутствие аномалий.

Когда аккумулятор отремонтирован, измерьте его напряжение и проверьте его снова через 24 часа, а потом еще раз через несколько дней, если это возможно. Если падение напряжения разомкнутой цепи будет больше, чем у такой же самой модели аккумулятора, то скорей всего это будет свидетельствовать о повышенном саморазряде.

Последнее обновление 2016-01-29Аккумуляторные батареи для электроинструмента и других устройств часто могут быть восстановлены путем замены одного или нескольких элементов. Найти “донорский” элемент для никель-металл-гидридной электрохимической системы относительно легко, а в случае с Li-ion сделать это уже несколько труднее. Фирменные литий-ионные элементы не являются легкодоступными, так как авторитетные производители работают лишь с проверенными дилерами и им невыгодно выпускать элементы небольшими партиями. (Смотрите: Создание литий-ионного аккумулятора).

Последнее обновление 2016-01-29

Ремонт и восстановление Li-Ion, Li-Po, Ni-Cd, Ni-Mh аккумулятор в Москве

Ремонт и восстановление аккумуляторных батарей

Мы выполняем ремонт и восстановление аккумуляторных батарей для: 

  • Ноутбуков, планшетрв (Li-Ion)
  • Смартфонов и любых электронных гаджетов ( Li-Ion, Li-Pol)
  • Шуроповертов и аккумуляторного инструмента (Ni-Cd, Ni-Mh, Li-lon)
  • Радиоуправляемых игрушек (Ni-Cd, Ni-Mh, Li-Pol, Li-Ion)
  • Универсальных внешних аккумуляторов Power Bank (Li-Ion, Li-Pol)
  • Роботов пылесосов и бытовой техники (Ni-Mh, Li-Ion)
  • Раций, фонариков, металлоискателей, фотоапаратов (Ni-Mh, Li-Ion)
  • Электро велосипедов (Li-Ion)
  • И всего! всего! всего! Что имеет встроенный аккумулятор.

Условия храннения аккумуляторов

Литиевые аккумуляторы постоянно теряют максимальную ёмкость заряда. Даже если он просто лежит на складе, без использования, то за год потеря может составить аж до 60%. Например, если аккумулятор был 2 500 mAh, то при такой утечке ёмкости, через год у него останется всего 1 000 mAh. Но если соблюдать определенные условия, снизить утрату можно до показателя всего 2% в год.

Как же избежать таких огромных потерь драгоценной ёмкости, которой и так всегда не хватает? А все дело в количестве заряда и температуре хранения.

Предоставим небольшую таблицу где показано сколько ёмкости теряет аккумулятор при разных условиях хранения. 

Количество заряда Температура Потеря ёмкости (за год)
40% 0°С -2%
40% 25°С -4%
40% 40°С -15%
40% 60°С -25%
100% 0°С -6%
100% 25°С -25%
100% 40°С -35%
100% 60°С – 40% (за 3 месяца)

 

Выходит, что идеальные условия для хранения литиевых аккумуляторов это заряд в районе 40% и окружающая температура равна 0°С.

Уберечь Вас от неправильного хранения аккумуляторов мы не можем, но зато мы можем помочь узнать когда был сделан аккумулятор. Эта информация поможет избежать покупки залежавшегося товара, который утратил свои заявленные характеристики.

 

Аккумуляторная батарея электроинструмента, ноутбука или иного электронного гаджета имеет свой срок службы. Точнее ее ресурс измеряется в количестве циклов «заряд-разряд». Со временем электрическая емкость источника электроэнергии уменьшается, сокращая время работы устройства в автономном режиме.
Мы осуществляет восстановление аккумуляторов в Иркутске. Мы обслуживаем любые устройства, но ремонтировать источники питания начинаем только лишь в случае уверенности в благоприятном исходе.

Раскачивание литий-ионных аккумуляторов не имеет смысла

В магазинах, на рынках и в интернете продавцы нам твердят о том, что аккумулятор нужно “раскачивать”. Перед первым использованием разрядить до конца, а потом поставить на зарядку до полного заряда. Некоторые предлагают проделывать этот ритуал 3 раза подряд. Этот миф давно культивируется среди людей. Вплоть до того, что недобросовестные продавцы, даже отказываются менять аккумуляторы, не прошедшие “раскачку”. Разберемся, откуда взялись эти мифы и слухи.  

 Давайте вернемся в недалекое прошлое. Наши отцы и деды, еще в эпоху СССР, для питания носимой электроники, пользовались никель-кадмиевыми аккумуляторами. Эти батареи были двух видов – штампованные и прессованные. Прессованные были более технологичные и качественные, в отличие от своих штампованных конкурентов. Но у них был один существенный минус – во время неполного разряда в аккумуляторе появлялся “вторичный слой”, который понижал максимальное напряжение АКБ, в среднем на 0.1 В., что в свою очередь, снижало время службы батареи. 

 Примерно в это же время, в лексикон людей, занимающихся электроникой, вошло выражение “эффект памяти АКБ”. В начале нулевых мобильные телефоны ворвались в нашу жизнь настолько стремительно, что за пару лет большинство людей приобрело себе свой первый телефон. Кто-то купил Siemens или Motorola, кто-то приобрел себе более дорогие Nokia. На рынок вышли и известные бренды, такие как Samsung, Sony и LG, для которых это был новый и неизведанный рынок. Как грибы после дождя, стали появляться незнакомые, для нас, названия – Alcatel, Fly, Trium, Benq и др. Но всех их объединяло одно – никель-металлогидридный аккумулятор. Ему мы обязаны тем, что многие продавцы, особенно те, кто давно торгуют АКБ, хотят научить нас “правильно раскачивать батарею”, чтоб избежать эффекта памяти. На самом деле, этот миф вырос из технологии запуска АКБ, после продолжительного хранения, например, на витрине магазина. Производители рекомендовали перед первой зарядкой, только что купленного АКБ, полностью его разрядить, а потом поставить на зарядку. А так как опытные продавцы в торговлю электроникой пришли с некоторым “багажом знаний”, основанном на никель-кадмиевых аккумуляторах, они вспомнили об “Эффекте памяти”. 

Современные аккумуляторы

 Сейчас найти современный телефон с никель-металлогидридной, а уж тем более с никель-кадмиевой батареей – невозможно. Благодаря усилиям компании Sony, на их место пришли литий-ионные аккумуляторы. Этот тип батарей не имеет “эффекта памяти”. По этой причине он не нуждается в дополнительном отслеживании уровня заряда-разряда со стороны пользователя. Хотя есть у литий-ионных аккумуляторов и свои минусы, такие как взрывоопасность и выход из строя “банки” АКБ при полном разряде, но они решаются установкой контроллеров при изготовлении. Микросхема внутри батареи отслеживает основные параметры:

  • температуру АКБ
  • максимальное входящее напряжение
  • минимально допустимое напряжение “банки” АКБ
  • также имеется защита от короткого замыкания

Если один из параметров не соответствует критериям, батарея будет отключена от потребителя электроэнергии. Стоит также учесть, что батарея, установленная в вашем телефоне, планшете или ноутбуке уже прошла проверки на заводе, и ее емкость соответствует указанному на ней значению, с допустимой погрешностью. Ну а в случае с китайскими подделками никакие хитрости не помогут увеличить емкость батареи, хотя бы до номинала, заявленного производителем, на упаковке. 

 И если мы уже взялись обсуждать литий-ионный аккумулятор, то пресловутый “эффект памяти” у него все-таки был обнаружен в 2013 г. учеными из Швейцарии. Во время зарядки, на электродах АКБ, могут образовываться дендриты, микроскопические ветвистые образования. Эти образования снижают емкость аккумулятора на тысячные доли процента за весь срок службы. Учитывая все вышесказанное, можно подвести итог – “раскачка” литий-ионного аккумулятора процесс бессмысленный, и никакого полезного эффекта он не несет. Можете спокойно пользоваться вашим, только что купленным, планшетом, телефоном, ноутбуком или другим устройством с современным аккумулятором.

Все, что вы хотели знать о Li-Ion аккумуляторах, но боялись спросить.

    Сейчас на рынке представлено огромное разнообразие Li-Ion аккумуляторов различных марок, как с защитой, так и без. Взрывной рост их популярности пришелся на 2008-2010гг., когда на рынке появились большое количество мощных светодиодных фонарей в зарубежных интернет-магазинах.

    Но, стоит признать, что, до сих пор, для большинства пользователей, этот тип элементов питания является достаточно новым и незнакомым. Чтобы не запутаться во всем этом многообразии мы хотим вам дать несколько советов, чтобы помочь определиться, какой именно литиевый аккумулятор вам необходим (защищенный-незащищенный) и как не купить откровенно некачественный товар.

Что нужно знать при использовании Li-Ion аккумуляторов.

 В силу технологии Li-Ion аккумуляторы имеют ряд ограничений, которые необходимо соблюдать в процессе эксплуатации.
Это:
максимальное напряжение (напряжение перезаряда) не должно превышать 4,25-4,35В
минимальное напряжение (напряжение переразряда) не должно быть ниже 2,2-2,5В
ток разряда не должен превышать 2ух-кратное значение емкости (2С): т.е. для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток разряда не должен быть выше 4400мА, а обладателя емкости в 3100мАч можно смело разряжать током до 6200мА. Есть особые типы высокомощных Li-Ion аккумуляторов, которые предназначены для работы с большими разрядными токами, превышающими величину их емкости в 5-10 раз.

          • ток заряда не должен быть выше половины значения емкости аккумулятора (0,5С).
          • По аналогии с током разряда для аккумулятора с емкостью 2200мАч максимальный ток заряда не должен быть выше 1100мА, а аккумулятор с емкостью 3100мАч можно зарядить током в 1550мА.
          • • Li-Ion аккумулятор НЕ ЗАРЯЖАЕТСЯ при минусовой температуре, но достаточно спокойно относится к работе на морозе с небольшой потерей емкости. Т.е. зарядили аккумулятор дома, пошли,- поработали на улице, потом, опять, принесли заряжать аккумулятор домой. Это утверждение вы можете проверить в действии на вашем смартфоне или фотоаппарате/видеокамере,- там стоит такой же литиевый аккумулятор, только в другом типоразмере.
          • • Незащищенные аккумуляторы нельзя паять. Если вы хотите собрать из отдельных аккумуляторов большую батарею,
          • то следует учитывать, что Li-Ion аккумуляторы очень не любят перегрева, а при попытке припаять провод к контакту аккумулятора вы, скорее всего, его перегреете.

Вот так делать не надо

Поэтому собирают аккумуляторные батареи с помощью контактной сварки и специальной ленты.

Качественная сварка Li-Ion аккумуляторной батареи

Опять же, для обслуживания такой батареи вам понадобится контроллер,

Li-Ion аккумуляторная батарея с контроллером заряда-разряда

который будет следить за процессами заряда-разряда аккумуляторов.

    Но, перейдем от теории к практике и попробуем дать ответы на самые распространенные вопросы, которые возникают у покупателей при выборе Li-Ion аккумулятора.

1. Защищенный или нет.

Как мы уже говорили, Li-Ion аккумуляторы должны работать в диапазоне напряжений 4,2-2,5В. Для того, чтобы в процессе работы напряжение на АКБ не выходило за пределы этого диапазона на минусовой контакт незащищенного Li-Ion АКБ (их еще называют “ячейка”) ставят небольшую электронную плату защиты (зачастую, она именуется просто «защита»).

Именно эта плата обеспечивает работу ячейки в допустимом диапазоне напряжений, предохраняет от перегрузки по току и от короткого замыкания.

Плата защиты приваривается стальной лентой к контактам аккумулятора

и весь этот «бутерброд», упаковывается в термо-пленку с обозначение бренда и емкости (как реальной так и совершенно бредовой, в некоторых случаях).

на синем аккумуляторе (слева) заявленная емкость не соответствует действительности

Из-за платы защищенные аккумуляторы на пару миллиметров длиннее своих незащищенных сородичей и на 0,5 мм толще.

А, так как, качественная Li-Ion ячейка имеет длину 65мм, то защищенный Li-Ion АКБ вырастает в длине до 68-70мм. Такие аккумуляторы могут обозначаться типоразмером 18700 (где первые две цифры это диаметр в мм., а вторые две- длина). Это надо учитывать при выборе аккумулятора,- сможет ли такой аккумулятор влезть, к примеру, в ваш фонарь или зарядное устройство.

PS. На некоторых зарядных устройствах для Li-Ion аккумуляторах производители заранее указывают, что их продукт может заряжать аккумуляторы типоразмера вплоть до 18700.


зарядные устройства XTAR позволяют заряжать Li-Ion аккумуляторы вплоть до типоразмера 18700

Защищенные аккумуляторы можно применять в любых устройствах, которые расчитаны на работу с Li-Ion источниками питания и не имеют встроенного контроллера заряда-разряда. В настоящее время основными потребителями защищенных АКБ являются светодиодные фонари, так как именно такие аккумуляторы способны обеспечить питанием мощные светодиоды в течении продолжительного времени.

Так же, защищенные аккумуляторы находят все большее распространение в разнообразной маломощной бытовой электронике, которая работает от одного-двух АКБ.

При необходимости собрать более серьезный источник питания прибегают к изготовлению аккумуляторных батарей. Тут уже в ход идут только незащищенные аккумуляторы.

батарея из Li-ion аккумуляторов SANYO

Такие батареи стоят в большинстве современных ноутбуках, в электроинструменте, фото-видео технике, электровелосипедах и т.д. Управляет такими батареями специальный контроллер, который следит за напряжением на каждом отдельном аккумуляторе в батарее и необходимости в индивидуальных платах защиты нет.

контроллер батареи из Li-ion аккумуляторов

Подитог: если у вас светодиодный фонарь, с вероятностью 99% вам необходим защищенный аккумулятор. Если вы хотите отремонтировать батарею в ноутбуке или в шуруповерте или просто вам нужна БАТАРЕЯ из LI-Ion аккумуляторов, то вам необходимы именно незащищенные АКБ.

2. Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора указывается в мАч (милли-ампер-часах).

На момент написания статьи наиболее распространенными значениями емкости являются 2600-3500мАч (для Li-Ion АКБ типоразмера 18650). Емкость влияет только на время работы аккумулятора. Т.е. при прочих одинаковых условиях Li-Ion аккумулятор с емкостью 3400мАч будет работать примерно в 2 раза дольше чем аккумулятор емкостью 1700мАч.

ФАКТ: на настоящее время Li-Ion аккумуляторов типоразмера 18650 емкостью свыше 3500мАч НЕ СУЩЕСТВУЕТ. Все Li-Ion аккумуляторы типоразмера 18650 (а это наиболее распространенный типоразмер), имеющие обозначение 3800-5000мАч ФОТО изначально продукты сомнительного качества от покупки которых следует отказаться.

Обычно, реальная емкость таких АКБ составляет, в лучшем случае, 1500-2200мАч ссылка. А о “достоинствах” плат защит этих АКБ стоит только догадываться…  Бывали случаи когда под упаковкой защищенных АКб типоразмера 18650 с обещанием огромной емкости около 4000мАч скрывался неизвестный представитель гораздо меньшего типоразмера, а остальное пространство было забито материалом похожим на обычный песок.

3. Производитель аккумулятора.

    В настоящее время существует не так уж и много производителей Li аккумуляторов. Технология их изготовления не тривиальна и качественное масштабное производство возможно только на больших высокотехнологичных предприятиях. Среди самых известных и отлично-зарекомендовавших себя производителей можно выделить такие компании как: Sanyo, Sony, Panasonic, LG Chem, Samsung SDI, Skme, Moli, BAK, Lishen, ATL, HYB.

    Сразу надо отметить: это фирмы которые непосредственно производят Li-Ion ячейки (незащищенные аккумуляторы). Заводы таких компаний зачастую располагаются в Японии, Тайване или Южной Корее.

ФАКТ: крупные производители Li-Ion аккумуляторов НЕ ВЫПУСКАЮТ ЗАЩИЩЕННЫХ АКБ. Они производят только НЕЗАЩИЩЕННЫЕ аккумуляторы. В природе не существует защищенных Li-Ion аккумуляторов Panasonic или SAMSUNG, которые были бы выпущены непосредственно “панасоником прямо в Японии” или “самсунгом” а все, кто утверждает обратное, по какой-то причине пытаются ввести вас в заблуждение.

    Защищенные аккумуляторы СОБИРАЮТСЯ из незащищенного Li-Ion аккумулятора (ячейки) и платы защиты.

И собираются они тоже по-разному: сборка защищенных АКБ, в основном, происходит на заводах в Китае. Но Китай – Китаю рознь. Есть как откровенное барахло (с емкостями 3800мАч и выше) так и очень качественные продукты.

    Защищенные аккумуляторы выпускаются под совершенно различными брендами, не имеющими отношения к производителю ячеек.

Наименование защищенному аккумулятору дает уже тот производитель, который собрал и упаковал этот аккумулятор. Зачастую, внешняя термоплёнка с нанесенным обозначение бренда скрывает реального производителя Li-Ion ячейки. Хотя, в последнее время наблюдается тенденция к вытеснению откровенно некачественных товаров аккумуляторами, изготовленными на основе качественных Li-Ion ячеек и плат защиты, производителями которых являются общепризнанные лидеры, такие как SANYO, Panasonic, SAMSUNG, SEIKO…

   


 Ниже, мы приведем основные составляющие “качественного” защищенного Li-Ion аккумулятора:

1. Упаковка.

На упаковке явно указано из каких составляющих состоит аккумулятор. К качеству упаковки претензий быть не должно. Наличие «бренда» является хорошим знаком,-аккумуляторы без опознавательных знаков, по-умолчанию, доверия не вызывают.

2. Плюсовой контакт

(выступающий бугорок) должен быть жестко зафиксирован на аккумуляторе.

Проще говоря, он должен быть приварен, а не просто прижат картонной шайбой с термоусадкой. Иногда, плюсовой колпачок приваривают к стальной ленте а уже эту ленту приваривают к плюсовому контакту Li-Ioт ячейки.

Ключевое слово везде: “ПРИВАРИВАЮТ”

3. Плата защиты

должна быть от известного производителя и содержать 2-3 МОСФЕТа обеспечивая высокий разрядный ток.

4. Почитайте отзывы

о интересующем вас аккумуляторе на авторитетных интернет- ресурсах, посвященных этой тематике. Зачастую, там можно найти подробнейшие тесты и многочисленные отзывы от конечных пользователей.


скриншот страницы с большим тестом аккумуляторов 18650 с форума cpf.com

Среди самых известных русскоязычных форумов стоит выделить:
http://forum.fonarevka.ru/

Из англоязычных:
http://www.candlepowerforums.com/vb/forum.php
http://lygte-info.dk/

    Будем надеяться, что данная статья смогла дать ответы на большинство вопросов, которые могли возникнуть у вас при покупке и использовании Li-ion аккумуляторов и уберечь вас от разочарования приобретения некачественных продуктов.

    Если же мы упустили какие-либо моменты, которые вы считаете важными,- оставляйте свои комментарии,- мы обязательно ответим и, по возможности, внесем коррективы в текст статьи.

С уважением, коллектив Запас Мощности

BU-803: Можно ли восстановить батареи?

Узнайте об элементах малой емкости, согласовании ячеек, балансировке, закороченных элементах и ​​потере электролита.

Пользователи аккумуляторов и предприниматели часто спрашивают: «Можно ли восстановить аккумуляторы?» Ответ: «Это зависит от обстоятельств». Выход из строя аккумулятора не всегда означает конец срока его службы. Вместо того, чтобы выбрасывать пачку, изобретательные предприниматели открывают для себя бизнес-модели, позволяющие вернуть устаревшим батареям вторую жизнь. Учитывая растущее количество выбрасываемых батарей, такие возможности для бизнеса могут только расти.

Три основных дефекта батареи: низкая емкость, высокое внутреннее сопротивление и повышенный саморазряд. Уменьшение емкости происходит естественным образом со временем; увеличение сопротивления – обычное дело для никелевых аккумуляторов; а повышенный саморазряд отражает возможные нагрузки в полевых условиях. Потерю емкости часто можно обратить вспять с помощью NiCd и NiMH; свинцово-кислотный с сульфатом иногда также можно улучшить (см. BU-901: Основы тестирования батарей)

К дефектам батареи относятся низкая емкость, высокое внутреннее сопротивление и повышенный саморазряд.Уменьшение емкости происходит естественным образом со временем; увеличение сопротивления – обычное дело для никелевых аккумуляторов; а повышенный саморазряд отражает стресс. Потеря емкости может быть отменена на никелевых батареях с помощью памяти; некоторое количество свинцовой кислоты при сульфатировании также может быть улучшено.

Батареи можно разделить на переносные, колесные, стартерные и стационарные. Не все аккумуляторы заслуживают обслуживания, но среди хлама есть драгоценности. Чтобы получить прибыль, потребуются некоторые базовые знания о батареях, такие как знакомство с химическим составом и понимание напряжения, ампер-часов, методов заряда и коэффициента мощности.Прежде всего, вы должны уметь определять, к чему прикоснуться и что передать. Знание прежнего срока службы и того, как определяется окончание срока службы батареи, будет играть большую роль в том, насколько хорошо эти выброшенные батареи могут быть повторно использованы.

Переносные батареи

Продавцы магазина заменяют батареи мобильного телефона при малейшей жалобе покупателя, не проверяя упаковку. Установка новой батареи удовлетворяет покупателя, но часто это не решает предполагаемую проблему короткого времени работы, и покупатель может вернуться.Также есть батареи, которые переходят в спящий режим из-за чрезмерной разрядки. Эти, казалось бы, мертвые литий-ионные аккумуляторы нельзя перезарядить обычным зарядным устройством, но есть способ вернуть их к жизни (см. BU-808a, Как пробудить литий-ионный спящий режим)

Многие аккумуляторы мобильных телефонов выбрасываются. Они заполняют большие ящики под прилавками обслуживания, и деваться некуда. Между тем, поставщики услуг обнаружили, что девять из десяти замененных пакетов исправны и могут быть восстановлены. Согласно недавнему исследованию, только в США стоимость необоснованной замены батарейки составляет более 650 миллионов долларов в год.

Гениальные предприниматели обнаружили возможность рециркулировать эти брошенные батареи. В США, Великобритании и Израиле появились сервисные центры, которые закупают излишки батарей тоннами и проверяют их с помощью анализаторов батарей, способных выполнять быстрое тестирование (см. BU-907: Проверка литиевых батарей). Некоторые сервисные центры обслуживают до 400 000 аккумуляторов в месяц и отремонтированные пакеты перераспределяются по магазинам как B-grade. Исследования показывают, что эти батареи класса B работают так же хорошо, как и новый аккумулятор, поскольку нет данных о разнице в частоте отказов.

Не все смартфоны допускают замену аккумуляторов, но это не отменяет необходимости их тестирования. Невозможность заменить батареи повлияла на бизнес-модель, поскольку количество доступных пакетов для тестирования и рециркуляции уменьшается.

Здравоохранение – большой потребитель портативных аккумуляторов. При отсутствии обслуживания батареи производители устройств рекомендуют заменять батареи в соответствии с датой. Это помогает менять инвентарь, но добавляет ненужное ограничение по времени, поскольку износ батареи в основном связан с использованием, а не временем простоя.Сильно использованный аккумулятор может выйти из строя в течение отведенного срока для отметки даты, и, чтобы компенсировать этот случай, производители устройств предписывают жесткую политику замены в течение 2–3 лет. Производство к месту назначения может вызвать задержки, а срок годности аккумулятора может быть 1 год, когда он будет введен в эксплуатацию.

Аккумуляторы улучшились и живут дольше; они также имеют более высокую цену. Батареи на основе свинца и никеля служат около 3 лет; Срок службы литий-ионных аккумуляторов составляет 5 лет. (См. BU-501: Основные сведения о разрядке)


Штамп с датой


Недостаточное использование более распространено в здравоохранении, чем чрезмерное использование, и это приводит к выбрасыванию большого количества хороших батарей .Менеджер программы исследований по хранению энергии в Министерстве энергетики посетил завод по переработке отходов в США и обнаружил, что «ежегодно примерно один миллион пригодных для использования литий-ионных аккумуляторов отправляется на переработку, причем большинство из них имеют емкость до 80 процентов». Медицинский техник в крупной больнице США в Мичигане повторно использует использованные батареи сердечных насосов пациента, чтобы косить траву дома своей электрической газонокосилкой. Это делает зеленую энергию еще более экологичной.

Биомедицинские специалисты осведомлены о необоснованной замене батарей, и информатор из больницы среднего размера в США сказал: «Батареи являются наиболее часто используемым компонентом в больницах.Персонал мало заботится о них и делает только минимум. Рекомендации по обслуживанию аккумуляторов расплывчаты и спрятаны глубоко внутри сервисных инструкций ».

Восстановление разряженных батарей поддается нескольким бизнес-моделям. Один из них собирает и тестирует батареи у организаций, которые в противном случае отказались бы от них. Внутренний анализ включает проверку емкости путем применения полного цикла разрядки / зарядки с использованием подходящего испытательного оборудования для аккумуляторов. Емкость – это ведущий индикатор здоровья, который должен составлять от 80 до 100 процентов.Более низкие пороги могут быть приемлемы для менее важных приложений.

При тестировании аккумуляторной батареи также обратите внимание на внутреннее сопротивление. Сопротивление свинцовых и литиевых батарей остается низким до конца срока службы. Хотя омические показания не могут предсказать емкость, высокое измерение может указывать на аномалии, такие как коррозия, также известные как паразитные реакции на электролите и электродах.

Валидация батареи должна также включать тест саморазряда путем наблюдения за потерей напряжения полностью заряженной батареи в течение 24 часов или дольше.Стабильное напряжение гарантирует, что элемент или блок не подвергались чрезмерной нагрузке. Разница в напряжении +/- 5 мВ на элемент через 24 часа – это нормально. Если все требования соблюдены, аккумулятор можно повторно сертифицировать и продать по сниженной цене.

Интеллектуальная батарея также может выйти из строя из-за того, что производитель намеренно запрограммировал окончание срока службы в зависимости от использования или возраста батареи. Это может быть фиксированное количество циклов, календарная дата или превышение максимального уровня ошибок в пакете SMBus. Другой причиной отказа является невозможность связи из-за цифровой ошибки.Такие ошибки нельзя исправить в цифровом виде, но ячейки все еще могут быть исправными. Спасение включает в себя вскрытие упаковки и использование обнаженных клеток.

Элементы можно проверять по отдельности или оставлять целыми как семью, наблюдая за емкостью, внутренним сопротивлением и саморазрядом. Собирая пачку, обратите внимание на соответствие ячеек. Для сборки пакета используйте только ячейки с одинаковым номером модели и одинаковой производительностью. Не рекомендуется использовать элементы, предназначенные для одноэлементного использования, для многоэлементных батарей, поскольку их производительность может отличаться (см. BU-910: Как отремонтировать аккумуляторную батарею)

Колесная мобильность

Аккумуляторы для электрических силовых агрегатов рассчитаны на больший срок службы, чем аккумуляторы в потребительских товарах.Эксперты прогнозируют, что эти прочные промышленные батареи должны иметь до 70 процентов емкости после 10 лет эксплуатации или 160000 км (100000 миль) движения на электрической силовой установке (см. BU-1002: Electric Powertrain, HEV, PHEV) Если такой долгий срок службы можно ожидать, тогда будет иметь смысл протестировать и перенаправить батареи для менее требовательных приложений. Несколько компаний, в том числе GM и ABB, пользуются этой деловой возможностью.

Крупногабаритные батареи делятся на модули меньшего размера, которые подключаются последовательно и параллельно.Эти блоки не нуждаются в проверке на уровне элементов, но должны соответствовать требованиям к состоянию здоровья как модуль, который включает емкость, внутреннее сопротивление и саморазряд. Модули с аналогичными уровнями производительности затем можно сгруппировать вместе и использовать для солнечных и других систем (см. BU-901: Трудности с проверкой батарей)

Стартерные батареи

Также известные как стартер, освещение, зажигание (SLI), эти батареи обычно проверяются нагрузочным тестом или устройством, которое считывает CCA (усилитель холодного пуска).Аккумулятор, который заводится, можно продать за деньги, но одно только измерение CCA не показывает емкость, главный индикатор состояния. CCA относится к внутреннему сопротивлению, которое остается низким на протяжении большей части срока службы батареи, в то время как емкость постепенно уменьшается со временем. Батарея, которая тестируется только с CCA, является авантюрой; добавление измерения емкости дает команду на более высокую стоимость перепродажи (см. BU-904: Как измерить емкость)

Стационарные аккумуляторы

Стационарные батареи в основном свинцово-кислотные.Нет простого способа проверить емкость, кроме полной разрядки / зарядки. Эти батареи обычно меняют через 5–10 лет эксплуатации; чаще в жарком климате (см. BU-806a: Как нагрев и нагрузка влияют на срок службы батареи) Отказы аккумуляторов, как правило, носят необратимый характер, но отказы, связанные с сульфатированием, можно исправить, если их вовремя выявить. Сульфатирование часто происходит в солнечной системе, когда батарея никогда не получает полностью насыщенного заряда. Это также характерно для электрических инвалидных колясок, которые могут заряжаться только за 8 часов за ночь.

Добавление присадок для ремонта выцветшего свинцово-кислотного аккумулятора часто не стоит затраченных усилий. Активные материалы старой батареи исчерпаны, а пластины корродированы (Подробнее о BU-804a: Коррозия, выпадение и внутреннее сокращение) Ребята, которые заявляют об успехе в восстановлении этих старожилов, повторяют то, что сказал Томас Эдисон: «Как только человек начинает работать с аккумуляторной батареей, это раскрывает его скрытую способность лгать ». Как и в случае со всеми продуктами, важность сокращения отходов заключается в бережном отношении к батарее, уходе за ней и утилизации их только после того, как их полезный срок службы исчерпан, и никакая утилизация невозможна.

(PDF) Диагностика и восстановление литий-ионных аккумуляторов

Конференция по управлению и связи. – Омск. – 2015.

[3] Лонг Кай, Ральф Э. Уайт, Математическое моделирование ионно-литиевой батареи с тепловыми эффектами

в программном обеспечении COMSOL Inc. Multiphysics (MP), Journal of Power Sources, 196, 5985-589 (2011) ).

[4] Тиа Гхош Почему взрываются некоторые литий-ионные аккумуляторы. – LiveScience. – 28 апреля 2015 г., 11:01 по восточному времени.

[5] Anil Paryani et.al, Быстрая зарядка аккумулятора с помощью прил. вольт. control, US2011 / 0012563 A1, 2011.

[6] Bell John 2012 Понимание различий в производительности

Прежде чем выбирать зарядное устройство с непрерывным током или техническое обслуживание 12-вольтное зарядное устройство / Джон Белл // PulseTech.

– Саутлейк, Техас – XX МАЯ 2012 г.

[7] Леонид Лейва Эффект памяти теперь также встречается в литий-ионных батареях. – Институт Пауля Шеррера. –

, 14 апреля 2013 г. – http://www.psi.ch/media/memory-effect-now-also-found-in-lithium-ion-batteries.

[8] Соломин Е.В. 2015 Алгоритмы автоматического заряда LiFePO4 аккумуляторов / Э.В. Соломин, Д.

Топольский, И.Г. Топольская // Международная конференция по промышленному инжинирингу. – 23.11.2015. –

Челябинск. – Журнал процедурной инженерии. – Том 129, 2015, страницы 213-218 (Журнал

, ссылка: PROENG27158. PII: S1877-7058 (15) 03919-3) DOI: 10.1016 / j.proeng.2015.12.035.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815039181.

[9] Дэвид Линден, Томас Б. Редди, Справочник по батареям, третье издание (Нью-Йорк:

McGrawHill, Inc., 2002).

[10] Ян, Ф.-К., Чен, К.-К., Чен, Дж.-Дж., Хван, Ю.-С., и Ли, В.-Т. (2006). «Hysteresis-Current-

Управляемый понижающий преобразователь, подходящий для зарядного устройства литий-ионных аккумуляторов». IEEE, 2723–2726.

[11] Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов Harman Grewal с использованием MSP430. – Отчет по применению. Техас

Инсырументс. – 2005.- http://www.ti.com/lit/an/slaa287/slaa287.pdf.

[12] Jiann-Jong Chen, Fong-Cheng Yang, Chien-Chih Lai, Yuh-Shyan Hwang и Ren-Guey Lee,

«Высокоэффективное многомодовое зарядное устройство Li – Ion с регулируемым источником тока и управлением.

Напряжение питания предыдущего каскада », IEEE Trans, VOL. 56, НЕТ. 7, JULY 2009.

[13] Hwang, Y.-S., Wang, S.-C., Fong-Cheng-Yang, Chen, J.-J., & Lee, W.-T. (2008). «Встроенный метод компенсации сопротивления

(BRC) для быстрой зарядки зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов».2259 – 2262.

[14] Ю.-Л. Ke и Y.-C. Чуанг, «Новое высокоэффективное зарядное устройство с понижающим импульсным резонансным преобразователем нулевого напряжения-

», IEEE Trans., Vol. 22, нет. 4, pp. 848–854, Dec. 2007.

[15] Л. Р. Чен, Дж. Й. Хан, Дж. Л. Джоу, К. П. Чоу и К. С. Лю, «Зарядное устройство с фазовой компенсацией сопротивления –

, заблокированное зарядное устройство», Proc. IEEE. Май 2006. С. 1087-1092.

[16] Я. С. Хван, К. С. Ван, Ф. С. Ян и Дж. Дж. Чен, «Новая компактная литий-ионная батарея CMOS

, зарядное устройство, использующее технологию накачки заряда для портативных приложений», IEEE Trans.Circuits Syst. Я, рег.

Статьи, т. 54, нет. 4, pp. 705–712, Apr. 2007.

[17] Мохамад Н. Абдул Кадир, Саад Мехилеф «Стратегия двойного векторного управления для трехкаскадного гибридного каскадного многоуровневого инвертора

», Journal of Power Electronics, vol. 10, вып. 2, pp.155-164, 2010.

[18] TS USTUN, S. Mekhilef Разработка и реализация статического синхронного компенсатора серии

с плавным переключением H-мостового преобразователя с управлением синхронизацией на основе DSP

International Review электротехники (IREEE), Vol.5, № 4, июль-август 2010 г., стр. 1347-

1353, 2010.

[19] Хван, Ю.-С., Ван, С.-К., Фонг-Ченг-Ян, Чен, J.-J., & Lee, W.-T. (2006). «Новое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

, основанное на методах накачки заряда». 2259 – 2262.

[20] Аккумуляторы Li-ion LT-LFP 300. Руководство. LT-LFP.300.11.01.000 РЭ. 27.02.2014.

[21] Аккумуляторы Литий-ионные LT-LYP200AH, LT-LYP240AH, LT-LYP300AH, LT-LYP380AH, LT-

LYP700AH i LT-LYP770AH. LT.64366939.3482.001-2013 РЭ.Руководство по эксплуатации. 13.06.2013.

[22] Chen, L.-R., Wu, S.-L., Chen, T.-R., Yang, W.-R., Wang, C.-S., & Chen, P. -C. (2009).

«Определение оптимальной частоты зарядки литий-ионных аккумуляторов с использованием метода импеданса переменного тока». 3378 –

3381.

[23] Лин, С.-Х., Чен, К.-Л., Ли, Й.-Х., Ван, С.-Дж., Се, С.-Й. , Хуанг, Х.-В. и др. (2008).

«Техника быстрой зарядки зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов». 618 – 621

[24] М. Чен и Г. А.Ринкон-Мора, «Точная, компактная и энергоэффективная схема зарядного устройства Li – Ion батареи

», IEEE Trans., Exp. Трусы, т. 53, нет. 11, pp. 1180–1184, ноябрь 2006 г.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Страница не найдена – ScienceDirect

  • Пандемия COVID-19 и глобальное изменение окружающей среды: новые потребности в исследованиях

    Environment International, том 146, январь 2021 г., 106272

    Роберт Баруки, Манолис Кожевинас, […] Паоло Винеис

  • Исследование количественной оценки риска изменения климата в городском масштабе: обзор последних достижений и перспективы будущего направления

    Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, Том 135, Январь 2021 г., 110415

    Бин Йеа, Цзинцзин Цзян, Чжунго Лю, И Чжэн, Нань Чжоу

  • Воздействие изменения климата на экосистемы водно-болотных угодий: критический обзор экспериментальных водно-болотных угодий

    Журнал экологического менеджмента, Том 286, 15 мая 2021 г., 112160

    Шокуфе Салими, Сухад А.A.A.N. Алмуктар, Миклас Шольц

  • Обзор воздействия изменения климата на общество в Китае

    Достижения в исследованиях изменения климата, Том 12, выпуск 2, апрель 2021 г., страницы 210-223

    Юн-Цзянь Дин, Чен-Ю Ли, […] Цзэн-Ру Ван

  • Общественное мнение об изменении климата и готовности к стихийным бедствиям: данные Филиппин

    2020 г.

    Винченцо Боллеттино, Тилли Алкайна-Стивенса, Манаси Шарма, Филип Ди, Фуонг Пхама, Патрик Винк

  • Воздействие бытовой техники на окружающую среду в Европе и сценарии снижения их воздействия

    Журнал чистого производства, Том 267, 10 сентября 2020 г., 121952

    Роланд Хишье, Франческа Реале, Валентина Кастеллани, Серенелла Сала

  • Влияние глобального потепления на смертность апрель 2021 г.

    Раннее человеческое развитие, Том 155, апрель 2021 г., 105222

    Жан Каллея-Агиус, Кэтлин Инглэнд, Невилл Каллеха

  • Понимание и противодействие мотивированным корням отрицания изменения климата

    Текущее мнение об экологической устойчивости, Том 42, февраль 2020 г., страницы 60-64

    Габриэль Вонг-Пароди, Ирина Фейгина

  • Это начинается дома? Климатическая политика, нацеленная на потребление домашних хозяйств и поведенческие решения, является ключом к низкоуглеродному будущему

    Энергетические исследования и социальные науки Том 52, июнь 2019, страницы 144-158

    Гислен Дюбуа, Бенджамин Совакул, […] Райнер Зауэрборн

  • Трансформация изменения климата: определение и типология для принятия решений в городской среде

    Устойчивые города и общество, Том 70, июль 2021 г., 102890

    Анна К. Херлиманн, Саре Мусави, Джеффри Р. Браун

  • «Глобальное потепление» против «изменения климата»: повторение связи между политической самоидентификацией, формулировкой вопроса и экологическими убеждениями.

    Журнал экологической психологии, Том 69, июнь 2020, 101413

    Алистер Раймонд Брайс Сауттер, Рене Мыттус

  • границ | Рекуперация и регенерация отработавших литий-ионных батарей из транспортных средств на новой энергии

    Введение

    Энергетическая безопасность, загрязнение окружающей среды и ухудшение климата считались тремя основными проблемами, ограничивающими мировое развитие со времен промышленной революции.Чтобы уменьшить загрязнение окружающей среды и решить энергетические проблемы, автомобили на новой энергии активно продвигаются по всему миру. Литий-ионные аккумуляторы (LIB) заняли мировой рынок аккумуляторов и стали первым выбором в качестве силовых аккумуляторов благодаря преимуществам высокой плотности мощности, низкого саморазряда, высокого среднего выходного напряжения и длительного срока службы (Deng, 2015 ; Choi and Wang, 2018; Huang et al., 2018; Li et al., 2018) (рисунок 1A). Однако внутренняя структура LIB может стать необратимой после сотни циклов зарядки и разрядки, что заблокирует канал диффузии Li + и в конечном итоге приведет к инактивации и утилизации LIB.Следовательно, средний срок жизни LIB составляет всего 3-5 лет (Palacin and Guibert, 2016). С быстрым ростом потребления LIB, количество потраченных LIB также стремительно увеличилось во всем мире. Прогнозируется, что количество израсходованных LIB в 2020 году превысит 25 миллиардов единиц, то есть 500 тысяч тонн (Zeng et al., 2014).

    Рисунок 1. (A) Мировые продажи автомобилей на новых источниках энергии с 2015 по 2019 год. (B) Состав и доля каждого компонента LIB (Winter and Brodd, 2004). (C) Средние цены на основные металлы в использованных LIB с 2010 по 2019 гг. (D) Технологическая схема переработки ценных металлов из использованных LIB. Данные (A, C) взяты из сопоставления общедоступных данных.

    Отработанные LIB в основном состоят из катодных и анодных материалов, электролитов, диафрагм, связующих и оболочки (Winter and Brodd, 2004) (Рисунок 1B). Если с отработанными LIB не обращаться должным образом, электролиты и диафрагмы вызовут фтор и органические загрязнения (Lv et al., 2017), а материалы катода / анода могут привести к загрязнению тяжелыми металлами. С другой стороны, отработанные LIB также известны как «городские шахты», которые содержат карбонатные органические растворители, гексафторфосфат лития и значительную часть ценных металлических элементов (Li, Co, Ni, Cu, Fe, Al и т. Д.). ) (Meshram et al., 2014; Harper et al., 2019) (рисунок 1C). Элементы Li, Co и Ni в материалах катода составляют 2 ~ 12%, 5 ~ 30% и 0 ~ 10% соответственно. Cu и Al в основном используются для токосъемников с содержанием 7 ~ 17% и 3 ~ 10%, соответственно, а содержание Fe во внешней оболочке находится в диапазоне 0 ~ 25% (Lv et al., 2017; Чой и Ван, 2018; Хуанг и др., 2018). Содержание некоторых ценных металлов в отработанных LIB выше, чем в соответствующих им первичных рудах. Следовательно, рациональная переработка и регенерация отработанных LIB способствует уменьшению нехватки высококачественных первичных ресурсов Li, Co и Ni, а также является важным аспектом зеленого и устойчивого развития новой энергетической отрасли.

    Технологии переработки и регенерации

    Технологии рециркуляции и регенерации отработанных LIB можно разделить на три этапа (Joulié et al., 2014; Sa et al., 2015; Zhao et al., 2020): (1) Предварительная обработка, состоящая из двух процессов: первичного и вторичного (Yang et al., 2015). (2) Переработка электродных материалов, включая гидрометаллургические, пирометаллургические и биологические методы металлургии, или их комбинированные методы (Nirmale et al., 2017; Winslow et al., 2018). (3) Высококачественная регенерация электродных материалов, включая получение прекурсоров из разделения и осаждения ценных металлов методами соосаждения (Liu et al., 2018), золь-гель (Li et al., 2017), гидротермальный (Yang et al., 2015) и высокотемпературный обжиг (рисунок 1D). Среди этапов предварительная обработка выступает в качестве основы всего процесса обработки, а выщелачивание ценных металлов является предпосылкой для реализации комплексного извлечения металлических компонентов. Последний этап регенерации – это основной процесс, который может производить продукты с высокой добавленной стоимостью из LIB (Zheng et al., 2018).

    Утилизация отработанных LIB

    Основной целью переработки и восстановления отработанных LIB является эффективное извлечение ценных металлических элементов.Гидрометаллургический процесс может извлекать и очищать аккумуляторные материалы из отработанных LIB, и сообщаемые выходы выщелачивания Li, Ni, Co и Mn превышают 90% (Meshram et al., 2015; Liu et al., 2018). Однако чрезмерное потребление кислоты и щелочи вызовет вторичное загрязнение и легко вызовет коррозию оборудования (Yao et al., 2018). Пирометаллургическое термическое восстановление отработанных LIB позволяет получить металлическую фазу Ni-Co-Fe и фазу шлака, состоящую из оксидов Li и Mn (Meshram et al., 2014), в то время как недостатки, такие как высокая температура (выше 1300 ° C), высокое энергопотребление, высокое загрязнение и низкая эффективность извлечения лития, ограничивают его применение. Процесс биологической металлургии считается наиболее экологически благоприятным методом, который достигается за счет использования неорганических и органических кислот, образующихся в результате метаболизма различных микроорганизмов и штаммов, для растворения отработанных материалов LIB. Было предложено, чтобы извлечение металла 100% Cu, 100% Li, 77% Mn, 75% Al, 64% Co и 54% Ni могло быть достигнуто биологическим методом (Назанин и Мусави, 2017).Однако этот метод все еще находится на лабораторной стадии из-за проблем с низкой скоростью извлечения, жесткими требованиями к среде выживания штаммов и длительным циклом культивирования штаммов (Назанин и др., 2018; Чжао и др., 2019).

    Регенерация израсходованных LIB

    В текущих промышленных процессах рециркуляции отработанных LIB селективное разделение связанных компонентов по-прежнему является узким местом для экономии затрат и улучшения технологий, и технологии регенерации материалов для аккумуляторов могут хорошо решить эту проблему.Он использует характеристики сосуществования и совместной экстракции ионов ценных металлов в сложной системе для регенерации материалов аккумуляторных батарей, что создает замкнутый цикл обработки, имеющий большой потенциал развития.

    Для реализации высокоэффективной регенерации ценных компонентов, извлеченных из отработанных LIB, исследователи разработали вспомогательные технологии, такие как регенерация соосаждением-кальцинированием, регенерация золь-гель-кальцинированием, регенерация гидротермальным кальцинированием и т. Д.Среди них подход соосаждения рассматривается как многообещающий метод, поскольку ценные компоненты могут синергетически, равномерно и комплексно осаждаться из фильтрата электродных материалов. Сообщалось, что материалы для аккумуляторов, полученные методом соосаждения, соответствовали стандартам коммерческих аккумуляторов (начальная удельная емкость при разряде составляет 172,9 мАч · г −1 ) (Liu et al., 2018). Однако неизбежно израсходовалось большое количество щелочных агентов, и неправильный контроль кислотности раствора привел бы к проблемам осаждения, адсорбции и агломерации.Золь-гель метод заключается в добавлении соответствующего комплексообразователя к выщелачивающему раствору. После равномерного перемешивания, гидролиза и полимеризации протекают реакции с образованием стабильной прозрачной зольной системы. Катодный материал можно регенерировать после высушивания и прокаливания. Золь-гель метод позволяет избежать использования большого количества щелочного раствора, а также может измельчить частицы материала и улучшить однородность элементов. Электрохимические характеристики подготовленного материала батареи эквивалентны характеристикам коммерческих катодов NCM (Li et al., 2017) (начальная удельная емкость разряда 149,8 мАч · г −1 ). Однако для обеспечения полного осаждения будут использоваться большие количества комплексообразователей и флокулянтов, что увеличивает стоимость этого процесса. Гидротермальный метод основан на реакции гидролиза, поликонденсации и дегидратации в условиях высокой температуры и высокого давления, что позволяет эффективно контролировать размер частиц продукта и улучшать кристалличность продукта. Электрохимические характеристики материала батареи, полученного гидротермальным методом, эквивалентны сырьевым материалам, синтезированным в тех же условиях (Yang et al., 2015) (начальная удельная емкость разряда 147,6 мАч · г −1 ). Однако у него есть недостатки: длительное время реакции, мелкие частицы осадка и сложность извлечения. Более того, характеристики регенерированных аккумуляторных материалов трудно соответствовать стандартам коммерческих аккумуляторных материалов из-за неконтролируемого состава и доли ценных компонентов в восстановленном продукте. Все это препятствует дальнейшему развитию утилизации и регенерации отработанных LIB.Как повысить эффективность рециркуляции и реализовать высокоэффективное использование переработанных продуктов, заслуживает изучения всеми предприятиями по переработке использованных LIB (Deng, 2015; Swain, 2017; Yang et al., 2018).

    Индустриализация

    В настоящее время в мире существует несколько крупных предприятий, которые перерабатывают LIB, например, Umicore, дочерняя компания Toshiba, TERUME, Sumitomo Metal Mining, INMETCO, Toxco и AEA Technologies из Великобритании. Однако общий масштаб невелик, и некоторые ключевые технологии необходимо преодолеть.В настоящее время некоторые этапы технологии регенерации отработанных LIB являются взаимно независимыми, интеграционными проектами для коротких процессов, которые должны выполняться инженерами. Кроме того, вспомогательное оборудование и службы утилизации должны обновляться с развитием технологий. Как добиться сосуществования отработанных LIB и окружающей среды, а также как эффективно утилизировать и переработать отработанные LIB, стало важной проблемой, стоящей перед устойчивым развитием индустрии аккумуляторов (Swain, 2017; Zhang et al., 2018).

    Выводы

    Индустрия транспортных средств на новых источниках энергии является стратегически развивающейся отраслью во многих странах, переработка и регенерация отработанных LIB стала узким местом в ее устойчивом развитии. Общий обзор современной технологии рециркуляции и промышленной действительности показывает, что существует еще много проблем, например, недостаточные исследования механизмов рециркуляции, незрелая технология направленного преобразования, неполное использование интегрированных систем, отсталый уровень технологий и оборудования, низкая добавленная стоимость переработанных материалов. продукты и серьезное вторичное загрязнение.Предполагается, что ключевые моменты и трудности в обращении с отработанными LIB в основном существуют в следующих четырех аспектах: каскадное использование батареи, безвредная утилизация электролита, использование ресурсов катодных и анодных материалов, а также переработка и регенерация батареи. материалы. Каскадное использование батареи заключается в применении ослабления емкости до <80% к национальной электросети, базовому оборудованию и другим областям, которые имеют относительно низкие требования к батареям.Когда емкость <50%, выполняется последующая обработка восстановления и регенерации. На основе сравнительного анализа состояния исследований различных процессов обработки становится ясно, что основное узкое место, ограничивающее промышленное применение и широкомасштабное продвижение технологий, заключается в следующем: (1) на этапе предварительной обработки отработанных LIB, низкая эффективность и степень автоматизации селективного разделения активных веществ электродов препятствуют дальнейшему повышению эффективности разделения.(2) На стадии извлечения ценных компонентов материалов батареи трудно сбалансировать селективность выщелачивания электродных материалов и эффективность извлечения. В процессе обработки расходуется большое количество кислоты и щелочи, процесс восстановления сложен, а степень интеграции каждой обработки низка. (3) На стадии регенерированного материала батареи трудно точно контролировать валентное состояние регенерированных металлов, и характеристики регенерированного материала все еще нуждаются в дальнейшем улучшении.Кроме того, общий производственный процесс является длительным, а потребление энергии высоким.

    Ввиду вышеупомянутых проблем исследователям предлагается осуществить технологические прорывы и теоретические инновации в следующих аспектах: (1) Новая технология разделения (например, интеллектуальная вертикальная вихретоковая сепарация) может быть использована для реализации эффективного и селективного разделения каждого компонента электродного материала. (2) Для решения проблемы высокого потребления энергии в традиционном процессе пирометаллургии и большого сброса жидких отходов из процесса гидрометаллургии технология низкотемпературного обжига аммония может служить потенциальным процессом для замены существующего высокотемпературного термического восстановления углерода и кислотное выщелачивание.Это может снизить температуру обработки отработанных LIB, избежать использования больших количеств сильных кислотно-щелочных и восстановительных агентов, сэкономить энергию и уменьшить образование отходов. (3) В процессе восстановления каскада ресурсов и безвредной обработки электролитов необходимо разумное объединение технологий и интеграцию процессов. Разработайте полевые вспомогательные технологии и усиливающие агенты, чтобы улучшить степень распознавания реакции целевой группы, удовлетворить требования быстрой интеграции процессов и реализовать высокоэффективное использование ресурсов.(4) Для технологии регенерации материала аккумуляторной батареи считается, что новая технология обработки порошка (например, высокотемпературная шаровая мельница) совместно реализует кальцинирование, рафинирование, гомогенизационную обработку и точный контроль валентности материалов, чтобы уменьшить введение примесей.

    Авторские взносы

    QZ выполнил концепцию и дизайн статьи. WL обеспечил литературный обзор. LH выполнила редактирование рукописи. CL, MJ и JS выполнили рецензирование рукописи.Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№ 52074078), Китайским фондом естественных наук провинции Ляонин (№ 2019-MS-127) и Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов (№ N2025035). ).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Управляющий редактор объявил о совместной принадлежности, но не о каком-либо другом сотрудничестве, с авторами QZ, LH, WL, CL, MJ и JS.

    Список литературы

    Чой, С., и Ван, Г.-Х. (2018). Современные литий-ионные аккумуляторы для практического применения: технологии, развитие и перспективы на будущее. Adv. Матер. Технол . 3: 1700376. DOI: 10.1002 / admt.201700376

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Харпер, Г., Соммервилл, Р., Кендрик, Э., Дрисколл, Л., Слейтер, П., Столкин, Р. и др. (2019). Утилизация литий-ионных аккумуляторов электромобилей. Природа 575, 75–86. DOI: 10.1038 / s41586-019-1682-5

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хуанг Б., Пан З.-Ф., Су Х.-Й. и Ань Л. (2018). Утилизация литий-ионных аккумуляторов: последние достижения и перспективы. J. Источники энергии 399, 274–286. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.07.116

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джулие, М., Локурне Р. и Билли Э. (2014). Гидрометаллургический процесс извлечения ценных металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов на основе литий-никель-кобальт-оксида алюминия. J. Источники энергии 247, 551–555. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.08.128

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Li, L., Bian, Y.-F., Zhang, X.-X., Guan, Y.-B., Fan, E., Wu, F., et al. (2017). Процесс переработки материалов со смешанным катодом из отработанных литий-ионных аккумуляторов и кинетика выщелачивания. Управление отходами . 71, 362–371. DOI: 10.1016 / j.wasman.2017.10.028

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Li, L., Zhang, X.-X., Li, M., Chen, R.-J., Wu, F., Amine, K., et al. (2018). Утилизация отработанных литий-ионных аккумуляторов: обзор текущих процессов и технологий. Электро. Ener. Ред. . 1, 461–482. DOI: 10.1007 / s41918-018-0012-1

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лю, П.-К., Сяо, Л., Тан, Ю.-W., Zhu, Y.-R., Chen, H., and Chen, Y.-F. (2018). Ресинтез и электрохимические характеристики LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 из отработанного катодного материала литий-ионных аккумуляторов. Вакуум 156, 317–324. DOI: 10.1016 / j.vacuum.2018.08.002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Lv, W.-G., Wang, Z.-H., Cao, H.-B., and Sun, Y. (2017). Критический обзор и анализ утилизации использованных литий-ионных аккумуляторов. ACS Sustain.Chem. Eng . 6, 1504–1521. DOI: 10.1021 / acssuschemeng.7b03811

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мешрам П., Пандей Б.-Д. и Манкханд Т.-Р. (2014). Извлечение лития из первичных и вторичных источников путем предварительной обработки, выщелачивания и разделения: всесторонний обзор. Гидрометаллургия 150, 192–208. DOI: 10.1016 / j.hydromet.2014.10.012

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мешрам П., Пандей Б.-Д. и Манкханд Т.-Р. (2015). Гидрометаллургическая переработка отработанных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) в присутствии восстановителя с акцентом на кинетику выщелачивания. Chem. Англ. J . 281, 418–427. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.06.071

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Назанин Б.-Х., Мохаммад М.-С. и Махса Б. (2018). Использование адаптированного толерантного к металлам Aspergillus niger для повышения эффективности биологического выщелачивания ценных металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов мобильных телефонов. J. Clean. Тов . 197, 1546–1557. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2018.06.299

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Назанин Б.-Х., Мусави С.-М. (2017). Повышенное извлечение ценных металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов за счет оптимизации органических кислот, производимых с помощью Aspergillus niger . Управление отходами . 60, 666–679. DOI: 10.1016 / j.wasman.2016.10.034

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Нирмале, Т.-C., Kale, B.-B., and Varma, A.-J. (2017). Обзор связующих веществ и электродов на основе целлюлозы и лигнина: небольшие шаги на пути к устойчивой литий-ионной батарее. Внутр. J. Biol. Макромол . 103, 1032–1043. DOI: 10.1016 / j.ijbiomac.2017.05.155

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Са, К., Грац, Э., Хе, М., Лу, В.-К., Апелиан, Д., и Ван, Ю. (2015). Синтез высокоэффективного LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 из потока восстановления литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 282, 140–145. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.046

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Суэйн, Б. (2017). Восстановление и переработка лития: обзор. Сентябрь Purif. Технол . 172, 388–403. DOI: 10.1016 / j.seppur.2016.08.031

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уинслоу, К.-М., Ло, С.-Дж., и Таунсенд, Т.-Г. (2018). Обзор растущей озабоченности и потенциальных стратегий обращения с отработанными литий-ионными батареями. J. Environ. Управление . 129, 263–277. DOI: 10.1016 / j.resconrec.2017.11.001

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ян Л., Си, Г.-Х. и Си, Y.-B. (2015). Восстановление Co, Mn, Ni и Li из отработанных ионно-литиевых батарей для получения LiNi x Co y Mn z O 2 катодных материалов. Ceram. Инт . 41, 11498–11503. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2015.05.115

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ян, Ю.-X., Meng, X.-Q., Cao, H.-B., и Lin, X. (2018). Селективное извлечение лития из отработанных литий-железо-фосфатных батарей: устойчивый процесс. Грин Хим . 20, 3121–3133. DOI: 10.1039 / C7GC03376A

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Yao, Y.-L., Zhu, M.-Y., Zhao, Z., Tong, B.-H., Fan, Y.-Q., и Hua, Z.-S. (2018). Гидрометаллургические процессы утилизации отработанных литий-ионных аккумуляторов: критический обзор. ACS Sustain. Chem. Eng . 6: 8b03545.DOI: 10.1021 / acssuschemeng.8b03545

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Цзэн, X.-L., Ли, J.-H., и Сингх, Н. (2014). Утилизация отработанных литий-ионных аккумуляторов: критический обзор. Crit. Rev. Environ. Sci. Технол . 44, 1129–1165. DOI: 10.1080 / 10643389.2013.763578

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zhang, X.-X., Li, L., Fan, E., Xue, Q., Bian, Y.-F., Wu, F., et al. (2018). На пути к устойчивой и систематической переработке отработанных аккумуляторных батарей. Chem. Soc. Ред. 47, 7239–7302. DOI: 10.1039 / C8CS00297E

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zhao, J.-J., Zhang, B.-L., Xie, H.-W., Qu, J.-K., Qu, X., Xing, P.-F., et al. (2020). Гидрометаллургическое восстановление отработанных катодов литий-ионных аккумуляторов на основе кобальта с использованием этанола в качестве восстановителя. Environ. Res. Lett . 181: 108803. DOI: 10.1016 / j.envres.2019.108803

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Чжао, Ю.-L., Yuan, X.-Z., Jiang, L.-B., Wen, J., Wang, H., and Guan, R.-P. (2019). Регенерация и повторное использование катодных материалов из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Chem. Англ. J . 383: 123089. DOI: 10.1016 / j.cej.2019.123089

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zheng, X.-H., Zhu, Z.-W., Lin, X., Zhang, Y., He, Y., Cao, H.-B., et al. (2018). Мини-обзор по переработке металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Машиностроение 4, 361–370.DOI: 10.1016 / j.eng.2018.05.018

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Литий-ионные аккумуляторы емкостью 1000 Вт · ч л-1 с усиленными поперечными связями анодами из твердых кремниевых микрочастиц, инкапсулированных углеродом | Национальный научный обзор

    ” data-legacy-id=”sec1″> ВВЕДЕНИЕ

    Кремний (Si) считается высокоэнергетической заменой графитовых анодов из-за его более высокой гравиметрической (∼3579 мАч г –1 ) и объемной (> 2000 мАч · см –3 ) удельной емкости для Li 3.75 Si при комнатной температуре [1–4]. В частности, микрочастицы Si (SiMP) образуют привлекательный электродный материал с более низкой стоимостью и гораздо более высокой плотностью отводов, чем наночастицы Si [5–7] (SiNP, рис. S1). Более многообещающе то, что при меньшей площади поверхности можно в значительной степени избежать таких проблем на границе раздела, как разложение электролита и термические риски (рис. S1e) [8]. Однако SiMP, размер которых превышает критический размер 150 нм, подвергаются структурному измельчению во время циклирования, что приводит к электрическому отключению и постоянному расходу межфазных фаз твердых электролитов (SEI) [2].Самовосстанавливающиеся связующие или электролитные конструкции использовались для поддержания целостности частиц SiMP для улучшения их циклических характеристик, что все еще затруднено из-за их ограниченного влияния на стабилизацию слоя SEI, чтобы выдержать повторяющиеся изменения объема в течение длительного срока службы (> 500 циклов). ) [9–12].

    Высококачественное углеродное покрытие с сохраненными пустотами на SiMP для удержания частиц Si и защиты их поверхности от взаимодействия с электролитом является эффективной стратегией [7,13–15]. Тем не менее, в реальных рабочих условиях, а также в процессе циклирования углеродное покрытие может быть легко разрушено, как показано на рис.1а: (i) практически трудно сохранить соответствующий объем пустот, совместимый с SiMP нестандартных размеров и анизотропных свойств [16–18]; (ii) при резких изменениях объема SiMP, вероятно, будут образовываться трещины, что приведет к выходу из строя всего электрода; (iii) пустота микропространства между углеродными оболочками и SiMP с трудом выдерживает высокое календарное давление (> 80 МПа) во время изготовления электродов [19]. Ранее сообщалось, что инкапсуляция углем не может одновременно удовлетворять строгим механическим требованиям во время изготовления и цикла.Например, графитовое углеродное покрытие является прочным, но менее пластичным и имеет тенденцию к разрушению под действием внутреннего растягивающего напряжения [20]. С другой стороны, слабопористая графеновая сетка легко деформируется и не может сохранять устойчивость при сжатии [21].

    Рис. 1.

    Схема конструкции 3C-архитектуры с высокой устойчивостью к дефектам для анодов из микрочастиц Si. (a) SiMP @ C, а именно SiMP в углеродном каркасе с высоким содержанием графита (обычно получаемом с помощью процедуры CVD) с заранее заданной пустотой, которая буферизует измельченные наночастицы Si.Такой SiMP @ C всегда разрушается при сжатии под высоким давлением во время каландрирования и анизотропном расширении SiMP нестандартных размеров при электрохимическом циклировании. Открытая поверхность свежего Si вызывает серьезные побочные реакции, накапливая новые SEI. (б) SiMP @ C-GN, где углеродная клетка («клеточная мембрана») дополнительно стабилизирована и защищена высокоплотной и прочной графеновой оболочкой («клеточной стенкой»), вдохновленной превосходной структурной стабильностью растительной клетки. Плотно запутанные листы графена могут выдерживать внешнее сжатие, в то время как их межслоевое скольжение обеспечивает устойчивость к дефектам, чтобы управлять внутренним анизотропным расширением.(c) Формирование 3C архитектуры в SiMP @ C-GN. SiMP @ C вплетен в трехмерную графеновую сетку с помощью гидротермального процесса, и последующая капиллярная усадка (~ 20-кратная усадка объема) позволяет смятой и уплотненной графеновой сетке, плотно прилегающей к поверхности SiMP @ C, чтобы получить окончательный SiMP @ C-GN. с плотной и надежной архитектурой 3C, образующей механически и электрически интегрированную структуру с хорошей устойчивостью к дефектам и повторяющимся изменениям объема во время езды на велосипеде.

    Рисунок 1.

    Схема конструкции 3C-архитектуры с высокой устойчивостью к дефектам для анодов из микрочастиц Si. (a) SiMP @ C, а именно SiMP в углеродном каркасе с высоким содержанием графита (обычно получаемом с помощью процедуры CVD) с заранее заданной пустотой, которая буферизует измельченные наночастицы Si. Такой SiMP @ C всегда разрушается при сжатии под высоким давлением во время каландрирования и анизотропном расширении SiMP нестандартных размеров при электрохимическом циклировании. Открытая поверхность свежего Si вызывает серьезные побочные реакции, накапливая новые SEI.(б) SiMP @ C-GN, где углеродная клетка («клеточная мембрана») дополнительно стабилизирована и защищена высокоплотной и прочной графеновой оболочкой («клеточной стенкой»), вдохновленной превосходной структурной стабильностью растительной клетки. Плотно запутанные листы графена могут выдерживать внешнее сжатие, в то время как их межслоевое скольжение обеспечивает устойчивость к дефектам, чтобы управлять внутренним анизотропным расширением. (c) Формирование 3C архитектуры в SiMP @ C-GN. SiMP @ C вплетен в трехмерную графеновую сетку с помощью гидротермального процесса, и последующая капиллярная усадка (~ 20-кратная усадка объема) позволяет смятой и уплотненной графеновой сетке, плотно прилегающей к поверхности SiMP @ C, чтобы получить окончательный SiMP @ C-GN. с плотной и надежной архитектурой 3C, образующей механически и электрически интегрированную структуру с хорошей устойчивостью к дефектам и повторяющимся изменениям объема во время езды на велосипеде.

    Здесь мы разрабатываем устойчивую к дефектам уникальную ячеистую архитектуру с углеродной капсулой (3C), которая состоит из углеродных клеток с рациональными пустотами, переплетенными в ячеистой плотной графеновой сети, чтобы эффективно преодолевать конфликты прочности и пластичности. Вдохновленный превосходной структурной стабильностью растительных клеток по сравнению с клетками животных (без клеточных стенок) (рис. 1b), очень плотная и взаимосвязанная графеновая сеть (работает как «клеточная стенка») плотно прилегает к поверхности химического осаждения из паровой фазы ( CVD) углерод (“ клеточная мембрана ”) – SiMP в клетках с заранее заданными пустотами (“ цитоплазма ”), образующими механическую и электрическую целостность из-за процесса капиллярной усадки графенового гидрогеля (рис.1в). Архитектура 3C обладает впечатляющей прочностью и пластичностью, что позволяет преодолеть механические проблемы в различных масштабах длины от отдельной частицы до электрода. В частности, характеристики скольжения сильно изогнутых и связанных между собой графеновых листов обеспечивают устойчивость к дефектам для управления напряжением и пространственным распределением во время езды на велосипеде. Следовательно, в литий-ионных батареях, использующих этот анод SiMP, достигается рекордно долгий срок службы в 1000 циклов со средней кулоновской эффективностью (CE) более 99,5%.Благодаря плотной углеродной архитектуре и сохраняющейся высокой плотности SiMP анод демонстрирует очень высокую объемную емкость (∼1500 мАч · см –3 ). На уровне ячейки пакета, соединение такого анода SiMP с катодом LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O 2 (NCM811), сверхвысокая объемная плотность энергии 1048 Вт · ч. Л -1 было достигнуто. Более того, при высокой емкости 2 мАч см –2 , полноэлементный SiMP @ C-GN / NCM811 стабилен до 200 циклов, что является лучшим опубликованным результатом для твердого SiMP на сегодняшний день. аноды в полноэлементных испытаниях.

    ” data-legacy-id=”sec2-1″> Синтез SiMP, инкапсулированных в 3С

    Во-первых, на каждый SiMP с помощью химического осаждения из паровой фазы с использованием источника CH 4 была нанесена графитовая углеродная оболочка. Соответствующее количество пустотных структур внутри углеродной оболочки было затем произведено с помощью хорошо контролируемого процесса травления NaOH, и они могли позволить расширение Si при литировании (SiMP @ C, рис. S2a – c). Одной из ключевых особенностей этого прочного анода SiMP является создание высококачественной углеродной оболочки вокруг частиц.Карты просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) (рис. 2a) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) (рис. 2b) демонстрируют пустоты в гибридных микрочастицах SiMP @ C. Объем пустот и массу Si в этом гибриде можно контролировать, изменяя время травления NaOH (рис. S4). Как показано на изображении, полученном с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (рис. 2c), вокруг SiMP создается тонкий углеродный каркас с пустотами. Более широкий вид микрочастиц SiMP @ C (рис. S5a) показывает, что вытравленное пустое пространство относительно однородно.Глубина травления соответствует нормальному распределению, в основном в диапазоне 600–800 нм, что показывает общую однородность техники травления NaOH (рис. S5b). При полном травлении компонента Si углеродный каркас остается прочным и сильно графитовым (рис. 2d и e). Выбранная диаграмма электронной дифракции (SAED) на вставке к фиг. 2d и пики G и 2D в спектре комбинационного рассеяния подтверждают графитовые характеристики углерода, выращенного методом CVD (фиг. S6). Кроме того, в структуре графита имеются дефекты, обозначенные полосой D в спектре комбинационного рассеяния (рис.S6a), которые позволяют NaOH травить внутренний Si во время синтеза материала и облегчают транспортировку Li + во время работы от батареи.

    Рис. 2.

    Морфология и структурные характеристики углеродной инкапсуляции. (а) ПЭМ-изображение SiMP @ C. (b) TEM-EDS элементные карты SiMP @ C на (a), показывающие полую структуру и конформный углеродный каркас. (c) СЭМ изображение SiMP @ C. (г и д) ПЭМ-изображения SiMP @ C после полного травления и удаления Si.Изображение на вставке в (d) показывает рисунок SAED углеродного каркаса. (f) СЭМ изображение SiMP @ C-GN, которое показывает структуру, подобную ткани растительной клетки. (g) ПЭМ-изображение SiMP @ C-GN.

    Рис. 2.

    Морфология и структурные характеристики углеродной инкапсуляции. (а) ПЭМ-изображение SiMP @ C. (b) TEM-EDS элементные карты SiMP @ C на (a), показывающие полую структуру и конформный углеродный каркас. (c) СЭМ изображение SiMP @ C. (г и д) ПЭМ-изображения SiMP @ C после полного травления и удаления Si.Изображение на вставке в (d) показывает рисунок SAED углеродного каркаса. (f) СЭМ изображение SiMP @ C-GN, которое показывает структуру, подобную ткани растительной клетки. (g) ПЭМ-изображение SiMP @ C-GN.

    Во-вторых, для получения архитектуры 3C SiMP @ C был вплетен в связанный графеновый гидрогель во время гидротермального процесса (рис. S2d). Впоследствии сжатие гидрогеля вызывается капиллярным испарением, вызванным поверхностным натяжением захваченной воды, которая имеет высокое поверхностное натяжение и, таким образом, оказывает сильную капиллярную силу на графеновые нанолисты для достижения огромной усадки (Movie S1) [22, 23].В результате смятая и уплотненная графеновая сетка (например, «клеточная стенка») плотно прилегает к поверхности SiMP @ C, давая конечный продукт (SiMP @ C-GN, рис. S2e). Как показано на рис. 2f, g и рис. S7, гидрогель сжимается в плотный монолит (примерно 20-кратная усадка объема), внутри которого графеновая сетка плотно сжимается на поверхности диспергированных частиц, образуя плотный буферный слой, и включение частиц в прочную и электропроводящую целостность, то есть архитектуры 3C.Примечательно, что благодаря дешевому сырью, а также высокой масштабируемости всего процесса производства (рис. S3) мы можем реализовать простое, чистое и непрерывное производство, демонстрируя потенциал этого метода для масштабируемого производства.

    ” data-legacy-id=”sec2-3″> Электрохимические характеристики SiMP @ C-GN

    Чтобы проверить рациональность стратегии проектирования, предложенной на рис. 1, электрохимические характеристики SiMP, SiMP @ C и SiMP @ C-GN были оценены в конфигурациях с полуячейкой и полной ячейкой. Полуэлементы монетного типа были собраны с литием (Li) в качестве противоэлектрода с напряжением от 0,01 до 1,00 В. Все расчетные емкости основаны на общей массе электродов, включая Si, C и все другие неактивные компоненты, кроме токоприемник.Профили гальваностатического заряда / разряда на рис. 4a показывают высокую начальную кулоновскую эффективность (ICE) электрода SiMP @ C-GN (до 82,6%) при содержании Si 82 мас.%. Плотная графеновая сетка помогает SiMP с внутренним углеродным каркасом обеспечивать превосходную циклируемость (рис. S9). Благодаря компромиссу между емкостью (содержание Si), характеристиками цикла (эффект буферизации) и характеристиками скорости (электропроводность), анод SiMP @ C-GN с содержанием Si 66% был выбран для демонстрации стратегии двойной буферизации для SiMP (рис.S10). КЭ анода SiMP @ C-GN, содержащего 66% Si, быстро повышается до 99,5% после 10 циклов. Чтобы решить проблему обратимости циклирования у SiMP-анодов, дефекты на углях и их электропроводность дополнительно оптимизируются за счет термического отжига (1000 ° C), в результате чего ICE увеличивается до 84,5% (рис. S11). Кроме того, для большей компенсации первоначальной потери лития используются методы предварительного литиирования, что демонстрируется на полных элементах. Согласно графику Найквиста, полученному с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), электрод SiMP @ C-GN имеет наименьшее сопротивление переносу заряда, о чем свидетельствует диаметр полукруга в высокочастотной области (рис.4б). Этот результат указывает на то, что среди трех электродов SiMP сопротивление передачи заряда анода SiMP @ C-GN является наименьшим, что связано с непрерывной и плотной сеткой графена, которая улучшает электрический контакт и облегчает перенос электронов от графена к поверхности. каждой микрочастицы в углеродной клетке. Кроме того, анод SiMP @ C-GN показывает превосходные быстродействующие характеристики при больших плотностях тока от 2,0 до 5,0 А · г -1 по сравнению с анодом SiMP @ C (рис.4c), подтверждая более быстрый перенос заряда в архитектурах 3C.

    Рис. 4.

    Электрохимические характеристики инкапсулированных анодов SiMP с архитектурой 3C. (а) Оптимизированная начальная кулоновская эффективность SiMP @ C-GN с различным содержанием Si. (б) EIS измерения SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%), SiMP @ C и неизолированных SiMP электродов в исходном состоянии. (c) Скоростные возможности электродов SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%), SiMP @ C и неизолированных электродов SiMP при плотностях тока 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 и 5.0 A g –1 . (d) Разрядная емкость полуэлементов анода SiMP @ C-GN по сравнению с контрольными образцами (SiMP @ C и аноды SiMP без покрытия), испытанные в тех же условиях. Плотность тока заряда / разряда составляет 0,2 А г –1 для первых трех циклов и 1,0 А г –1 для последующих циклов. На вставленных SEM-изображениях показаны изменения морфологии электродов SiMP, SiMP @ C и SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%) После 100 циклов. (e) Сравнение анода SiMP @ C-GN с другими описанными анодами (PR-PAA-SiMP [25], Si @ Gr [7], mSi @ OG @ RGO [13], nc-SiMP [26], SiO x / C-CVD [27], Si-SHP / CB [28], SiNP-PANi [29], Si-гранат [30], SG-Si-c-PAN [31], SiNP-альгинат [ 32], микросферы Si / C [33]) с точки зрения расчетной стоимости обработки, количества циклов и объемной емкости.(f) Циклическая характеристика анодов SiMP @ C-GN и SiMP @ C с высокой массой (равная начальная емкость при 1,0 мА см –2 ). Все электроды сначала были проработаны при 0,2 мА см –2 для первых трех циклов и 1,0 мА см –2 для последующих циклов.

    Рис. 4.

    Электрохимические характеристики инкапсулированных анодов SiMP с архитектурой 3C. (а) Оптимизированная начальная кулоновская эффективность SiMP @ C-GN с различным содержанием Si. (б) EIS измерения SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%), SiMP @ C и неизолированных SiMP электродов в исходном состоянии.(c) Скоростные возможности SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%), SiMP @ C и неизолированных электродов SiMP при плотностях тока 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0 и 5,0 А г –1 . (d) Разрядная емкость полуэлементов анода SiMP @ C-GN по сравнению с контрольными образцами (SiMP @ C и аноды SiMP без покрытия), испытанные в тех же условиях. Плотность тока заряда / разряда составляет 0,2 А г –1 для первых трех циклов и 1,0 А г –1 для последующих циклов. На вставленных SEM-изображениях показаны изменения морфологии электродов SiMP, SiMP @ C и SiMP @ C-GN (массовое содержание Si 66 мас.%) После 100 циклов.(e) Сравнение анода SiMP @ C-GN с другими описанными анодами (PR-PAA-SiMP [25], Si @ Gr [7], mSi @ OG @ RGO [13], nc-SiMP [26], SiO x / C-CVD [27], Si-SHP / CB [28], SiNP-PANi [29], Si-гранат [30], SG-Si-c-PAN [31], SiNP-альгинат [ 32], микросферы Si / C [33]) с точки зрения расчетной стоимости обработки, количества циклов и объемной емкости. (f) Циклическая характеристика анодов SiMP @ C-GN и SiMP @ C с высокой массой (равная начальная емкость при 1,0 мА см –2 ). Все электроды сначала циклически меняли на 0.2 мА см –2 для первых трех циклов и 1,0 мА см –2 для последующих циклов.

    На рис. 4d показаны циклические характеристики трех анодов SiMP, где чистый анод SiMP показывает быстрое снижение емкости с менее чем 400 мАч изб. –1 всего после 20 циклов. Благодаря хорошей механической гибкости и электропроводности графитового углеродного каркаса циклическая стабильность SiMP @ C значительно улучшена по сравнению со стабильностью SiMP анода без покрытия. Тем не менее, снижение емкости SiMP @ C очевидно на ранних циклах, поскольку сохранение его емкости составляет только 63% после начальных 100 циклов, что можно отнести к неизбежному увеличению объема и даже разрушению гибридных микрочастиц SiMP @ C как При многократном литировании SiMP превращаются в порошок.Напротив, анод SiMP @ C-GN демонстрирует превосходную стабильность при циклировании по сравнению с анодом SiMP @ C, особенно в первые 100 циклов (92,5%). Сохранение высокой 70% емкости (1050 мАч g –1 ) было достигнуто после 500 циклов. Даже 774 мАч ёмкость -1 оставалась после 1000 циклов при плотности тока 1,0 А · г -1 , что значительно превышает таковую у SiMP @ C и вдвое превышает теоретическую емкость коммерческих графитовых анодов. Насколько нам известно, это самый продолжительный срок службы анода на основе SiMP (Таблица S2).Кроме того, из-за высокой плотности SiMP @ C-GN объемная емкость в расчете на весь электрод достигает 1386 мАч см –3 после 100 циклов. С учетом стоимости обработки, объемной емкости и срока службы анода SiMP @ C-GN является одним из лучших из опубликованных на сегодняшний день анодов на основе Si, включая аноды SiMP, суб-SiMP и SiNP (рис. 4e. ) [7,13,25–33]. Превосходные циклические характеристики SiMP @ C-GN в основном объясняются буферизацией углерода CVD и плотной графеновой сетки, которые вместе улучшают структурную стабильность электрода и обеспечивают высокоэффективное использование активных SiMP.После цикла измельченные частицы Si все еще хорошо инкапсулированы и защищены неповрежденной архитектурой 3C от контактов электролита (рис. S12a и S13). Кроме того, анализ TEM и EIS с большим увеличением (рис. S12b и c) SiMP @ C-GN после циклирования показывает, что измельченные частицы Si электрически связаны, что обеспечивает высокое использование SiMP в аноде SiMP @ C-GN. в течение длительного срока службы для обеспечения высокой гравиметрической способности. Дальнейшая межфазная реакция между измельченными SiMP и электролитами и накопление SEI также значительно уменьшены.Об этом свидетельствует рис. S14. В частности, что касается измельченных частиц Si, углерод все еще имеет неповрежденное покрытие. Более того, компоненты F, содержащиеся в слое SEI, имеют распределение, подобное углеродным элементам, без обогащения на участках частиц Si. Изменение морфологии поверхности трех анодов SiMP также было исследовано после повторных циклов с помощью SEM вида сверху (вставка на рис. 4d и рис. S15). Перед циклированием все три анода имеют ровную и гладкую поверхность (рис.S15a – c). Однако после 100 циклов в неизолированном SiMP-электроде возникают серьезные трещины и очевидное разрушение частиц (рис. S15d и g), что приводит к потере электрического соединения в электроде с последующим образованием SEI на вновь обнаженных поверхностях Si, что составляет быстрое падение емкости. Несмотря на то, что эти проблемы устранены в электроде из SiMP @ C с защитой углеродного каркаса, на рис. S15e все еще можно наблюдать множество трещин. СЭМ-изображения с большим увеличением на вставке к рис.4d и фиг. S15h показывают, что несколько активных частиц отделяются от электрода из-за повторяющегося объемного расширения и сжатия во время цикла, образуя отчетливые трещины между компонентами электрода. Это подтверждает, что одного углеродного каркаса недостаточно, чтобы выдержать изменение объема SiMP во время циклирования. Что касается анода SiMP @ C-GN, то после 100 циклов явных трещин нет (вставка на рис. 4d; рис. S15f и i). Активный гибридный электрод поддерживает механическую целостность, а также электрическое соединение, что является результатом сильно изогнутой и взаимосвязанной графеновой ячеистой структуры, которая эффективно поглощает локальные напряжения, чтобы избежать обширного распространения трещин в электроде.

    Чтобы прояснить синергетический эффект композитной структуры SiMP @ C-GN, в анодах SiMP использовались различные конструкции герметизации. В частности, чтобы продемонстрировать важность внутреннего углеродного каркаса и пустот, было проведено сравнение устойчивости к циклическим нагрузкам между тремя типами материалов на основе Si с аналогичным содержанием углерода (рис. S16). Один из них – это SiMP, непосредственно инкапсулированный плотной сеткой графена после сушки капилляра (обозначенный как SiMP-GN), а два других – SiMP @ C-GN с травлением или без него (рис.S17). Очевидно, что SiMP @ C-GN без травления пустот демонстрирует превосходные характеристики циклирования (сохранение емкости 75,2% в течение первых 100 циклов) по сравнению с SiMP-GN (67,0%), что указывает на то, что внутренний углеродный каркас защищает треснувшие SiMP от разложения электролита. и, таким образом, стабилизирует слой SEI на их поверхности. Пустоты внутри углеродного каркаса обеспечивают дальнейшее улучшение характеристик (92,5%) по сравнению с SiMP @ C-GN без травления, демонстрируя, что пустоты в углеродном каркасе необходимы для компенсации изменения объема SiMP.

    Чтобы исследовать возможность использования SiMP @ C-GN для практического применения, электроды с высокой массовой загрузкой Si были дополнительно испытаны в полуячейках. На рис. 4е видно, что разница в емкости между анодами SiMP @ C-GN и SiMP @ C увеличивается с толщиной электрода во время циклирования. Для SiMP @ C-GN с массовой загрузкой 2,4 мг / см –2 начальная обратимая поверхностная емкость достигла 2,7 мАч / см –2 при плотности тока 1 мА · см –2 и осталась на уровне 1.8 мАч см –2 после 100 циклов. Напротив, электрод SiMP @ C с той же начальной реверсивной емкостью поверхности при 1 мА см –2 показал худшие характеристики при циклировании: только ∼0,5 мАч см –2 осталось после 100 циклов. Дополнительное циклическое испытание с одинаковой начальной разрядной емкостью при активной плотности тока 0,2 мА см –2 для SiMP @ C и SiMP @ C-GN проводится далее (рис. S18), которое демонстрирует аналогичную тенденцию с отчетливым разрыв в циклической устойчивости между ними.Этот результат показывает, что архитектуры 3C, безусловно, обеспечивают превосходную структурную и электрическую стабильность даже при большой толщине электрода. На рисунке S19 показано СЭМ-изображение поперечного сечения толстых электродов, состоящих из SiMP @ C и SiMP @ C-GN, до и после цикла. Анод SiMP @ C с большой массой нагрузки претерпевает очевидное увеличение толщины на 167% после 50 циклов, в то время как увеличение толщины ограничено 57% для SiMP @ C-GN, что приемлемо для электродов на основе Si в практических батареях. Приложения.Более того, частица SiMP @ C после 50 циклов показывает относительно шероховатый слой SEI на поверхности из-за многократно экспонированной активной поверхности Si при литировании (рис. S20a и b). Для сравнения, частица SiMP @ C-GN имеет неповрежденную и плотную оболочку для SiMP, а SEI, сформированный на поверхности, является гладким и тонким (рис. S20c и d).

    ” data-legacy-id=”sec2-5″> Практичность применения анодов SiMP @ C-GN

    Кроме того, чтобы оценить потенциал анодных материалов SiMP @ C-GN в практических устройствах, был проведен тест с полной ячейкой монеты. Во-первых, в практическом процессе изготовления электродов необходимо избегать разрушения во время каландрования. Таким образом, структурная стабильность при реальном давлении также была оценена для анодов SiMP @ C и SiMP @ C-GN. При высоком давлении прокатки 80 МПа на электроде из SiMP @ C образовались трещины углеродных каркасов, что привело к обнажению поверхности Si (рис.6а). Для сравнения, наблюдения сжатого анода SiMP @ C-GN с помощью SEM и TEM показали стабильный защитный слой, состоящий из неповрежденной графеновой сетки и неповрежденных углеродных каркасов для внутренних SiMP, демонстрируя превосходное сопротивление давлению этой архитектуры 3C с плотной сеткой. слоев графена. Во-вторых, сначала был проведен тест на полную батарею с использованием оксида лития-кобальта (LCO) в качестве катода. Благодаря процессу электрохимического предварительного литиирования полноэлементный элемент с диапазоном рабочего напряжения 2,5–4,2 В обеспечивает высокую начальную кулоновскую эффективность 94%, что выше, чем у коммерческих графитовых анодов в литий-ионных батареях.Полноэлементный SiMP @ C-GN / LCO также продемонстрировал отличную кулоновскую эффективность, достигающую 99,4% после первых семи циклов, и продемонстрировал стабильную производительность при циклических нагрузках (102 мАч г –1 после 100 циклов в зависимости от массы LCO). (Рис. S21). Чтобы продемонстрировать возможность достижения высокой объемной плотности энергии на основе практической емкости (3 мАч см –2 ), мы также собрали пакет SiMP @ C-GN / NCM811 с ​​полной ячейкой (5,3 см × 6,7 см, 35,51 дюйма). см 2 ) со средним напряжением 3.6 В и общей толщиной 103 мкм (включая электроды, сепаратор, электролит, залитый в электроды и токосъемники) (рис. S22). Этот полноэлементный аккумулятор выдал 1048 Вт · ч L –1 после 50 циклов, что намного выше, чем у коммерческих литий-ионных батарей (550 Вт · ч L –1 ) [35]. Насколько нам известно, это один из самых высоких значений объемной плотности энергии для литий-ионных аккумуляторов (Таблица S3) [36]. При емкости 2 мАч см –2 полнокамерный SiMP @ C-GN / NCM811 стабилен до 200-циклового срока службы (рис.6b), что является лучшим опубликованным на сегодняшний день результатом для твердых анодов SiMP в испытаниях с полной ячейкой (Таблица S4). Даже при высокой плотности тока, равной 1C, полноэлементный элемент с анодами SiMP @ C-GN по-прежнему обеспечивает хорошую циклическую стабильность (рис. S23). Мы также протестировали полноэлементный блок 1,2 Ач с шестислойной сборкой и реалистичным использованием электролита на основе комбинации анода SiMP @ C-GN и катода NCM811. Обратимая удельная емкость достигает 171 мАч g –1 с хорошей циклической стабильностью, демонстрируя применимое будущее анодных материалов SiMP @ C-GN в литий-ионных батареях (рис.S24).

    Рис. 6.

    Практичность SiMP @ C-GN при изготовлении анодов и испытаниях полных ячеек. (а) СЭМ- и ПЭМ-изображения электродов SiMP @ C и SiMP @ C-GN после практического прессования под давлением (80 МПа). (b) Циклические характеристики полноэлементного пакета SiMP @ C-GN / NCM811 с ​​высокой емкостью более 2 мАч см -2 . Плотность тока заряда / разряда составляет 0,1 ° C для первых двух циклов и 0,5 ° C для последующих циклов (1C = 190 мА изб. -1 для катода NCM811).

    Рис. 6.

    Практичность SiMP @ C-GN при изготовлении анодов и испытаниях полных ячеек. (а) СЭМ- и ПЭМ-изображения электродов SiMP @ C и SiMP @ C-GN после практического прессования под давлением (80 МПа). (b) Циклические характеристики полноэлементного пакета SiMP @ C-GN / NCM811 с ​​высокой емкостью более 2 мАч см -2 . Плотность тока заряда / разряда составляет 0,1 ° C для первых двух циклов и 0,5 ° C для последующих циклов (1C = 190 мА изб. -1 для катода NCM811).

    ” data-legacy-id=”sec4″> МЕТОДЫ

    ” data-legacy-id=”sec4-2″> Характеристики материалов

    Термогравиметрический анализ (TG, Rigaku, Япония) был выполнен при скорости нагрева 10 ° C мин. –1 от комнатной температуры до 1000 ° C в атмосфере воздуха для расчета содержания Si. СЭМ-наблюдения проводились на Hitachi S-4800 (Hitachi, Япония). Чистоту фазы и кристаллическую структуру охарактеризовали методом рентгеновской дифракции (XRD) (дифрактометр Bruker D-8, Cu Kα-излучение, λ = 0.154 нм). Изображения ПЭМ были получены на JEM 2100F (JEOL, Япония), работающем при 200 кВ и оборудованном EDS для элементного анализа. In situ. ТЕМ-эксперименты были выполнены на JEOL-3100 FEF, который оборудован держателем Nanofactory Instruments STM-TEM.

    ” data-legacy-id=”sec5″> ФИНАНСИРОВАНИЕ

    Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (51872195), Национальным научным фондом выдающихся молодых ученых Китая (51525204), Японским обществом содействия науке (JSPS) KAKENHI (20K05281) и Пекинским фондом естественных наук. Научный фонд (2192061). Работа в Аргоннской национальной лаборатории была поддержана Министерством энергетики США (DOE), Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Управлением автомобильных технологий при американо-китайском исследовательском центре чистой энергии (CERC-CVCII).Аргоннская национальная лаборатория находится в ведении Управления науки Министерства энергетики США компанией UChicago Argonne, LLC по контракту номер DE-AC02-06Ch21357.

    ” data-legacy-id=”ref1″> ССЫЛКИ

    1.

    Freunberger

    SA.

    Истинные показатели производительности в батареях без интеркаляции

    .

    Nat Energy

    2017

    ;

    2

    :

    17091

    . 2.

    Luo

    F

    ,

    Liu

    BN

    ,

    Zheng

    JY

    et al.

    Обзор – композитные анодные материалы нано-кремний / углерод на пути к практическому применению в литий-ионных аккумуляторах нового поколения

    .

    J Electrochem Soc

    2015

    ;

    162

    :

    A2509

    28

    . 3.

    Lawes

    S

    ,

    Sun

    Q

    ,

    Lushington

    A

    et al.

    Кремний для струйной печати в качестве высокоэффективных анодов для литий-ионных аккумуляторов

    .

    Nano Energy

    2017

    ;

    36

    :

    313

    21

    . 4.

    Han

    JW

    ,

    Li

    H

    ,

    Kong

    DB

    et al.

    Реализация накопления лития большого объема за счет компактной и механически стабильной конструкции анода

    .

    ACS Energy Lett

    2020

    ;

    5

    :

    1986

    95

    .5.

    Померанцева

    E

    ,

    Bonaccorso

    F

    ,

    Feng

    XL

    et al.

    Накопление энергии: будущее за наноматериалами

    .

    Наука

    2019

    ;

    366

    :

    eaan8285

    . 6.

    Xia

    MT

    ,

    BJ

    C

    ,

    Gu

    F

    et al.

    Ti 3 C 2 T x Нанолисты MXene как прочные и проводящие герметичные кремниевые аноды значительно улучшают электрохимические характеристики накопления лития

    .

    АСУ Нано

    2020

    ;

    14

    :

    5111

    20

    . 7.

    Li

    YZ

    ,

    Yan

    K

    ,

    Lee

    HW

    et al.

    Выращивание конформных графеновых клеток на частицах кремния микрометрового размера в качестве стабильных анодов батарей

    .

    Nat Energy

    2016

    ;

    1

    :

    15029

    . 8.

    Гуденаф

    JB

    ,

    Gao

    HC.

    Взгляд на литий-ионный аккумулятор

    .

    Sci China Chem

    2019

    ;

    62

    :

    1555

    6

    . 9.

    Wang

    C

    ,

    Wu

    H

    ,

    Chen

    Z

    et al.

    Самовосстанавливающаяся химия обеспечивает стабильную работу кремниевых анодов из микрочастиц для высокоэнергетических литий-ионных батарей

    .

    Nat Chem

    2013

    ;

    5

    :

    1042

    8

    .10.

    Chen

    J

    ,

    XL

    F

    ,

    Li

    Q

    et al.

    Конструкция электролита для интерфейсов твердого электролита, богатого LiF, для создания высокопроизводительных анодов из микрочастиц из сплава для аккумуляторов

    .

    Nat Energy

    2020

    ;

    5

    :

    386

    97

    . 11.

    Xu

    ZX

    ,

    Yang

    J

    ,

    Zhang

    T

    et al.

    Аноды из кремниевых микрочастиц с самовосстанавливающимся многосетевым связующим

    .

    Джоуль

    2018

    ;

    2

    :

    950

    61

    . 12.

    Wang

    JY

    ,

    Cui

    Y.

    Электролиты для микроскопического кремния

    .

    Nat Energy

    2020

    ;

    5

    :

    361

    2

    . 13.

    Zhang

    XH

    ,

    Guo

    RY

    ,

    Li

    XL

    et al.

    Оболочка из микрочастиц в стиле гребешков для стабильных анодов аккумуляторных батарей с большой емкостью

    .

    Малый

    2018

    ;

    14

    :

    1800752

    . 14.

    Chen

    B

    ,

    Zu

    L

    ,

    Liu

    Y

    et al.

    Ограниченные в пространстве атомные кластеры катализируют сверхсборку кремниевых наноточек в углеродных каркасах для использования в литий-ионных батареях

    .

    Angew Chem Int Ed

    2020

    ;

    59

    :

    3137

    42

    . 15.

    Han

    JW

    ,

    Kong

    DB

    ,

    Lv

    W

    et al.

    Каркас из оксида олова в трехмерных графеновых сетях для превосходного объемного хранения лития

    .

    Нац Коммуна

    2018

    ;

    9

    :

    402

    . 16.

    Liu

    XH

    ,

    Zheng

    H

    ,

    Zhong

    L

    et al.

    Анизотропное набухание и разрушение кремниевых нанопроволок при литировании

    .

    Nano Lett

    2011

    ;

    11

    :

    3312

    8

    .17.

    Tai

    X

    ,

    Li

    X

    ,

    Какимов

    A

    и др.

    Оптимизированные слои покрытия MgO на основе ALD, улучшающие характеристики кремниевого анода для литий-ионных батарей

    .

    J Mater Res

    2019

    ;

    34

    :

    2425

    34

    . 18.

    Han

    JW

    ,

    Tang

    D-M

    ,

    DB

    K

    et al.

    Толстый, но плотный кремниевый анод с повышенной стабильностью интерфейса при хранении лития, подтвержденный наблюдениями с помощью просвечивающей электронной микроскопии на месте

    .

    Sci Bull

    2020

    ;

    65

    :

    1563

    9

    . 19.

    Wang

    JY

    ,

    Liao

    L

    ,

    Li

    YZ

    et al.

    Оболочечные вторичные кремниевые наноструктуры как устойчивые к давлению аноды большой емкости для литий-ионных аккумуляторов

    .

    Nano Lett

    2018

    ;

    18

    :

    7060

    5

    . 20.

    Sung

    J

    ,

    Ma

    JY

    ,

    Choi

    SH

    et al.

    Изготовление пластинчатой ​​структуры наносферы для эффективного управления напряжением в анодах большого объема с изменяющимся объемом высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов

    .

    Adv Mater

    2019

    ;

    31

    :

    1

    0

    . 21.

    Qin

    Z

    ,

    GS

    J

    ,

    Kang

    MJ

    et al.

    Механика и конструкция легкой трехмерной графеновой сборки

    .

    Научные исследования

    2017

    ;

    3

    :

    e1601536

    .22.

    Tao

    Y

    ,

    Xie

    XY

    ,

    Lv

    W

    et al.

    На пути к сверхвысокой объемной емкости: высокоплотный, но пористый углерод, полученный из графена, для суперконденсаторов

    .

    Научный сотрудник

    2013

    ;

    3

    :

    2975

    . 23.

    Li

    P

    ,

    Li

    H

    ,

    Han

    DL

    et al.

    Упаковка активированного угля в плотную графеновую сеть за счет капиллярности для суперконденсаторов с высокими объемными характеристиками

    .

    Adv Sci

    2019

    ;

    6

    :

    1802355

    . 24.

    Tang

    D-M

    ,

    Ren

    C-L

    ,

    Zhang

    L

    et al.

    Размерные эффекты на механические свойства нанопористых графеновых сетей

    .

    Adv Funct Mater

    2019

    ;

    29

    :

    11

    . 25.

    Choi

    S

    ,

    Kwon

    TW

    ,

    Coskun

    A

    et al.

    Высокоэластичные связующие, содержащие полиротаксаны, для кремниевых анодов микрочастиц в литий-ионных батареях

    .

    Наука

    2017

    ;

    357

    :

    279

    83

    . 26.

    Lu

    ZD

    ,

    Liu

    N

    ,

    Lee

    HW

    et al.

    Углеродное покрытие без заполнения из пористых кремниевых частиц микрометрового размера для анодов высокоэффективных литиевых батарей

    .

    АСУ Нано

    2015

    ;

    9

    :

    2540

    7

    .27.

    Liu

    ZH

    ,

    Zhao

    YL

    ,

    He

    RH

    et al.

    Yolk @ Shell SiO x / C микросферы с полуграфитовым углеродным покрытием на внешней и внутренней поверхностях для длительного хранения лития

    .

    Energy Storage Mater

    2019

    ;

    19

    :

    299

    305

    . 28.

    Chen

    Z

    ,

    Wang

    C

    ,

    Lopez

    J

    et al.

    Кремниевые электроды большой площади с недорогими частицами кремния на основе пространственного управления самовосстанавливающимся связующим

    .

    Adv Energy Mater

    2015

    ;

    5

    :

    1401826

    . 29.

    Wu

    H

    ,

    Yu

    GH

    ,

    Pan

    LJ

    et al.

    Стабильные аноды литий-ионных аккумуляторов путем полимеризации на месте проводящего гидрогеля для конформного покрытия наночастиц кремния

    .

    Нац Коммуна

    2013

    ;

    4

    :

    1943

    .30.

    Liu

    N

    ,

    Lu

    Z

    ,

    Zhao

    J

    et al.

    Наноразмерный дизайн, вдохновленный гранатом, для анодов литиевых батарей с большой заменой

    .

    Nat Nanotechnol

    2014

    ;

    9

    :

    187

    92

    . 31.

    Hassan

    FM

    ,

    Batmaz

    R

    ,

    Li

    JD

    et al.

    Свидетельство ковалентной синергии в кремнии-сере-графене, дающей высокоэффективные и долговечные литий-ионные батареи

    .

    Нац Коммуна

    2015

    ;

    6

    :

    8597

    . 32.

    Коваленко

    I

    ,

    Здырко

    Б

    ,

    Магасинский

    А

    и др.

    Основной компонент бурых водорослей для использования в литий-ионных аккумуляторах большой емкости

    .

    Наука

    2011

    ;

    334

    :

    75

    9

    . 33.

    Xu

    Q

    ,

    Li

    JY

    ,

    Sun

    JK

    et al.

    Микросферы Si / C в стиле арбуза с иерархической буферной структурой для плотно уплотненных анодов литий-ионных аккумуляторов

    .

    Adv Energy Mater

    2017

    ;

    7

    :

    1601481

    . 34.

    Luo

    LL

    ,

    Zhao

    P

    ,

    Yang

    H

    et al.

    Ограничение покрытия поверхности вызвало саморазряд кремниевых наночастиц в качестве анодов для литий-ионных батарей

    .

    Nano Lett

    2015

    ;

    15

    :

    7016

    22

    .35.

    Son

    IH

    ,

    Park

    JH

    ,

    Kwon

    S

    et al.

    Рост графена без карбида кремния на кремнии для литий-ионных аккумуляторов с высокой объемной плотностью энергии

    .

    Нац Коммуна

    2015

    ;

    6

    :

    7393

    . 36.

    Park

    SH

    ,

    King

    PJ

    ,

    Tian

    RY

    et al.

    Аккумуляторные электроды большой емкости, обеспечиваемые изолированными сетями из нанотрубок

    .

    Nat Energy

    2019

    ;

    4

    :

    560

    7

    . 37.

    Qi

    C

    ,

    Luo

    C

    ,

    Tao

    Y

    et al.

    Капиллярная усадка гидрогелей оксида графена

    .

    Sci China Mater

    2019

    ;

    63

    :

    1870

    7

    .

    Заметки автора

    © Автор (ы) 2021.Опубликовано Oxford University Press от имени China Science Publishing & Media Ltd.

    Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

    Ваше полное руководство по восстановлению литий-ионных аккумуляторов! _Greenway аккумулятор

    Примерно в 1912 году ученый Г.У. Льюис начал работать над батареями, питавшимися от лития. Именно тогда эта концепция родилась. Однако официально они не были введены до начала 1970-х годов. Анод в этих батареях состоит из лития. Их главное искупительное качество – это заряд высокой плотности. Они могут выдавать высокое напряжение от 1,5 В до почти 3,7 В. Это отличает их от других имеющихся в продаже батарей. Напряжение зависит от лития. Основным решающим фактором вольта является качество используемого литий-ионного аккумулятора и конструкция аккумулятора.У них продолжительный срок службы, но они также производят более высокую стоимость за единицу. В разных батареях используются шесть различных типов литий-ионных аккумуляторов. У каждого из них есть свои плюсы и минусы. Однако лучше всего подходит фосфат лития и железа (LiFePO4). Этот электрод безопасен в использовании и устойчив к неправильному обращению. Это также обеспечивает долгий срок службы и отличный тепловой баланс. В наши дни литий-ионные батареи могут выдержать множество циклов зарядки, но в какой-то момент они обязательно умрут. Обычно они используются в портативных устройствах.Другой электрод, используемый в этих батареях, изготовлен из графита.

    Есть миллионы применений литий-ионных аккумуляторов. Чаще всего они используются в медицинских целях. Они также используются в личных помощниках. Использование литий-ионных аккумуляторов безгранично. Такие как КПК, измерители артериального давления / диабета и многие другие портативные устройства. По сравнению с щелочными батареями эти батареи дороже. Но бонус в виде долгой жизни делает их достойными тех нескольких дополнительных долларов, которые мы должны заплатить.Вы также можете восстановить их, и вам не придется время от времени их заменять.

    Плюс литиевой батареи в том, что она не выделяет вредных газов, таких как кислород и водород. Кроме того, литиевые батареи усиливают прочную молекулярную связь между ионами. Это дает им характерный долгий срок службы и тепловой баланс. Еще одна хорошая вещь в этих батареях – это то, что они могут вмещать электрическую энергию, равную почти трем или четырем щелочным батареям. Тем не менее, он портативный и компактный.Это дает ему преимущество перед другими доступными батареями.

    Несмотря на то, что литиевые батареи продлевают срок их службы, в какой-то момент они умирают. Но хорошо то, что их можно отремонтировать.

    Можно ли отремонтировать ионно-литиевый аккумулятор?

    Литий-ионный аккумулятор может выглядеть так, как будто он разрядился и закончил свою жизнь. Но прежде чем вы решите от него избавиться, попробуйте вернуть его к жизни.Литий-ионные батареи можно восстановить, и нужно хотя бы попытаться сделать это перед тем, как утилизировать их. Есть несколько вещей, которые вы можете попытаться вернуть к жизни.

    Как отремонтировать литий-ионный аккумулятор?

    · Вот список шагов, которые нужно попробовать дома:

    Шаг 1: Проведите испытание напряжения:

    Первый способ проверить, разрядился ли ваш аккумулятор, – это проверить напряжение.Выключите устройство и извлеките аккумулятор. Теперь используйте вольтметр, чтобы записать напряжение. Литий-ионные батареи имеют тенденцию разряжаться, если они заряжены слишком сильно. Итак, если ваша батарея может выдавать 3,7 В, а измеритель показывает 1,6 В или меньше, чем он находится в спящем режиме.

    Шаг 2. Используйте зарядное устройство для восстановления:

    Некоторые зарядные устройства имеют тенденцию восстанавливать или выводить аккумулятор из спящего режима, и если вы найдете одно такое зарядное устройство, вы можете сделать этот шаг.Но помните, что вы можете использовать это только с батареей на большее вольт. Если батарея меньше 1,5 В, этот шаг не сработает. Также аккуратно вставьте аккумулятор в соответствии с полюсами.

    Шаг 3: Проверьте напряжение:

    Снова подключите аккумулятор к вольтметру, чтобы проверить напряжение на аккумуляторе. Вы также можете использовать руководство пользователя, чтобы проверить, завершен ли процесс пробуждения. Иногда этот процесс может не сработать, поэтому, если этот шаг не сработает, вам следует купить новую батарею.

    Шаг 4: Зарядите и разрядите аккумулятор:

    Верните аккумулятор в исходное зарядное устройство и дайте ему зарядиться минимум 3 часа. Время зависит от типа литий-ионного аккумулятора. Некоторые зарядные устройства переходят от восстановления к зарядке самостоятельно. Затем полностью разрядите аккумулятор. Чтобы разрядить аккумулятор, подключите его к высоковольтному устройству, например, фонарику или фонарику.

    Шаг 5: Заморозьте и разморозьте аккумулятор:

    Поместите батарею в герметичный пакет и положите в морозильную камеру на ночь или на 24 часа.После замораживания достаньте его из морозильной камеры и разморозьте не менее 8 часов.

    Шаг 6: Перезарядка:

    Теперь снова зарядите аккумулятор обычным зарядным устройством. Надеюсь, тогда это сработает.

    · Еще несколько способов попробовать:

    Попытка полной перезарядки:

    Один из способов сэкономить аккумулятор – полностью зарядить литий-ионный аккумулятор.Когда ваша батарея может показаться полностью разряженной, вы можете попробовать этот метод. Для этого вам нужно полностью разрядить аккумулятор, а затем сделать это. Когда аккумулятор полностью разряжен, продолжайте включать телефон, пока он не разрядится. Теперь подключите его к зарядному устройству и дайте ему проработать минимум 48 часов.

    Возможно, вы захотите сделать это на выходных, потому что это требует времени.

    Попробуйте запустить аккумулятор от внешнего источника:

    Еще один способ восстановить аккумулятор – запустить его от внешнего источника.Извлеките аккумулятор из устройства, которое он питает, и обратите внимание на положительную и отрицательную клеммы. Приобретите дополнительный USB-шнур, которым вы сейчас не пользуетесь. Отрежьте меньший конец так, чтобы были видны красный и синий внутренние провода. Подключите к компьютеру с одного конца и подключите аккумулятор к другому концу. Теперь включите компьютер, и через несколько секунд ваша батарея восстановится.

    Автор: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *