بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: معرفی باتریهای لیتیم-یون (Li-Ion Battery)
اسلاید 3 :
باتری لیتیم-یون
در عصر حاضر صنعت الکترونیک پیشرفت چشمگیری نموده است.
به دلیل گسترش ارتباطات و فناوری اطلاعات وسایل الکترونیکی قابل حمل همچون گوشیهای تلفن همراه، لبتاپها و . توسعه یافتهاند.
تامین انرژی به صورت آسان و مطلوب برای توسعه این وسایل یک ضرورت مهم و انکارناپذیر است.
میتوان باتری را قلب وسایل الکترونیک قابل حمل دانست.
اسلاید 4 :
باتری لیتیم-یون
به دلیل مشکلات ایجاد شده به دلیل آلودگی هوا، شرکتهای بزرگ خودروسازی سالانه هزینههایی را صرف ساخت خودروهای الکتریکی و هیبریدی مینمایند.
مهمترین چالش در ساخت این خودروها تامین انرژی الکتریکی آنها میباشد.
بهترین گزینه برای رفع این مهم استفاده از باتریهای قابل شارژ جهت ذخیرهسازی انرژی الکتریکی در این خودروها میباشد.
اسلاید 5 :
تحقیقات وسیعی در زمینه باتریهای قابل شارژ در مراکز تحقیقاتی دنیا صورت میپذیرد.
این تحقیقات باعث پیشرفت بسیار سریع باتریهای قابل شارژ در چند دهه اخیر شده است.
باتریهای لیتیم-یون در نوک قله این پیشرفت قرار دارند.
در اغلب وسایل الکترونیکی امروزی از باتریهای لیتیم-یون استفاده میشود.
اسلاید 6 :
ورود فناوری نانو به تحقیقات باتریهای لیتیم-یون باعث جهش در روند پیشرفت این باتریها گردیده و تحولات بارزی را در عملکرد آنها ایجاد نموده است.
اسلاید 7 :
باتریهای قابل شارژ
اولین بار در سال 1786 گالوانی شیوه جدیدی برای تولید الکتریسیته به وسیله مواد شیمیایی کشف کرد.
بعدها این پیلها به پیلهای گالوانی (Galvanic Cell) مشهور شدند.
از سال 1800 به بعد پیشرفت زیادی در زمینه باتریها صورت گرفت.
اولین باتریهای قابل شارژ سرب اسید که امروزه نیز در خودروها از آنها استفاده میشود در سال 1859 ساخته شد.
اسلاید 8 :
تحول بعدی در باتریهای قابل شارژ در سال 1960 با ساخت باتریهای نیکل-کادمیوم (Ni-Cd) رخ داد.
این باتریها در سال 1990 جای خود را به باتریهای جدید نیکل-هیدرید فلز (Nickel-Metal Hydride) دادند.
چرخه پیشرفت باتریهای قابل شارژ با اختراع اولین باتریهای لیتیم-یون در سال 1991 و باتریهای پلیمر-لیتیم یون در سال 1999 کامل گردید.
در سالهای اخیر با به کارگیری نانوذرات مختلف در این باتریها بازده آنها به مقدار قابل ملاحظهای افزایش یافته است.
اسلاید 9 :
معرفی باتریهای لیتیم-یون
باتری وسیلهای است که انرژی شیمیایی را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.
یک باتری شامل یک یا چند پیل ولتایی است که بر اثر واکنشهای شیمیایی اکسید و احیا، مولد جریان الکتریسیته هستند.
هر پیل ولتایی از دو الکترود تشکیل شده که بین آنها با الکترولیت پر می شود.
الکترولیت محلولی رسانا شامل یونها است.
ترکیبات الکتروفعال درون الکترولیت، با الکترودها
واکنش شیمیایی داده،انرژی شیمیایی را با انتقال بار
در سطح مشترک الکترود-الکترولیت به انرژی الکتریکی
تبدیل می کنند.
اسلاید 10 :
معرفی باتریهای لیتیم-یون
ولتاژ خروجی باتری به طور مستقیم با ماهیت شیمیایی واکنش الکتروشیمیایی پیل در ارتباط است.
در باتریهای سرب-اسید، واکنش شیمیایی هر پیل 2 ولت جریان را تولید مینماید.
واکنش الکتروشیمیایی در باتریهای لیتیمی، ولتاژ تقریبی 3 ولت را تولید می نماید.
تولید این ولتاژ یکی از ویژگیهای مهم این نوع باتریها است.
با بهره گیری از واکنشهای لیتیمی میتوان با به کارگیری تعداد پیل کمتر به ولتاژ بالاتر دست یافت.
اسلاید 11 :
اجزاء باتریهای لیتیم-یون
هر باتری از 3 بخش اصلی الکترود مثبت، الکترود منفی و الکترولیت تشکیل شده است.
در باتریهای لیتیم-یون:
الکترود مثبت (کاتد) یک ترکیب لیتیم مانند لیتیم کبالت اکسید، است.
الکترود منفی (آند) کربن است.
یک لایه جدا کننده در بین الکترود مثبت و منفی قرار دارد.
اسلاید 12 :
اجزاء باتریهای لیتیم-یون
اقدامات ایمنی ومواردی که برای بهبود عملکرد باتریهای لیتیمی به کار گرفته می شوند، مهندسی ساختار الکترولیت را بسیار پیچیده می نماید.
الکترولیت در باتریهای لیتیم-یون، از مجموعه ای از مواد تشکیل شده که هر کدام وظیفه خاص خود را دارند.
نقص در عملکرد هر یک از اجزای الکترولیت باعث نقص در عملکرد کل باتری میشود.
اسلاید 13 :
اجزاء باتریهای لیتیم-یون
باتریهای لیتیمی مجهز به مدارهای الکترونیکی محافظ و فیوزهایی جهت جلوگیری از موارد زیر اند:
عکس شدن قطبیت
اعمال ولتاژ بیش از حد
گرم شدن بیش از حد
موارد ایمنی دیگر
اسلاید 14 :
عملکرد باتریهای لیتیم یون
اگر فرض کنیم یک نمونه از باتری لیتیمی دارای الکترود مثبت لیتیم-کبالت اکسید و الکترود منفی گرافیتی باشد، در فرایند شارژ (Charging) در الکترود مثبت نیم واکنش زیر رخ می دهد:
و در الکترود منفی نیم واکنش به وقوع خواهد پیوست:
اسلاید 15 :
عملکرد باتریهای لیتیم یون
در فرایند شارژ:
لیتیم فلزی موجود در ساختار الکترود مثبت به یون لیتیم تبدیل شده و یونهای لیتیم موجود در الکترولیت در بین لایههای کربن (گرافیت) ذخیره میشود.
چنین فرآیندهایی که موجب شارژ باتری می شوند، نیازمند صرف انرژی (الکتریکی) هستند.
در فرایند تخلیه شارژ (Discharging):
عکس واکنشهای شارژ، صورت گرفته و انرژی الکتریکی ذخیره شده آزاد میشود.
اسلاید 16 :
عملکرد باتریهای لیتیم یون
فرایند شارژ و تخلیه شارژ :
اسلاید 17 :
الکترودهای باتریهای لیتیم-یون: الکترود مثبت
الکترودهای مورد استفاده در باتریهای قابل شارژ باید دارای موارد زیر باشند:
واکنش برگشتپذیر
هدایت الکتریکی بالا
واکنش الکتروشیمیایی سریع
الکترودها باید ساختاری پایدار داشته باشند.
در چرخههای مختلف شارژ و تخلیه شارژ دستخوش تغییر نشوند.
یکی از انواع الکترودهای مورد استفاده لیتیم-کبالت اکسید است.
اسلاید 18 :
الکترودهای باتریهای لیتیم-یون: الکترود مثبت
در ابتدا برای سنتز الکترود از ترکیب اکسید و کربناتهای مناسب و سپس حرارت دادن تا دمای بالای c̊900استفاده میشد.
در نهایت مواد سنتز شده به یکدیگر سایید، پرس میشدند که باعث تولید الکترودهایی با ساختار غیریکنواخت میگردید.
با پیشرفت روشهای جدید سنتز نانو مواد مانند سل-ژل (Sol-gel) الکترودهای جدید با ذرات همگن و یکنواخت ساخته شدهاند که عملکردی بسیار مطلوبتر دارند.
اسلاید 19 :
الکترودهای باتریهای لیتیم-یون: الکترود مثبت
دسته دیگری از مواد که میتوانند نامزد استفاده به عنوان الکترود مثبت باتریهای لیتیم یون باشند:
نانو لولهها و نانو سیمها در اندازههای مختلف هستند.
اسلاید 20 :
الکترودهای باتریهای لیتیم-یون: الکترود مثبت
نانو لوله اکسید وانادیوم (V2O5) و نانو سیمهایی که در بین ساختار لایهای خود پذیرنده لیتیم هستند از این دسته اند.
ساختارهایی مانند نانو سیم LiCoO2 و Li(Ni1/2Mn1/2)O2 تهیه شده و به عنوان میزبان بین لایهای در الکترود مثبت باتریهای لیتیم یون مورد استفاده قرار گرفته است.
این الکترودها قابلیت بسیار خوبی در افزایش بازده، افزایش قدرت و سرعت نسبت به مواد تودهای دارند.
