EN
Quick Links
Anoda unutar litijum-jonske baterije obavlja prilično važne funkcije tokom ciklusa punjenja i pražnjenja, a najčešće je napravljena od materijala poput grafita ili silicijuma u današnje vreme. Grafit ostaje najčešće korišćeni materijal za većinu anoda jer dobro funkcioniše elektrohemijski i ne košta previše. Ono što čini grafite posebnim jeste njegova slojevita struktura koja dozvoljava litijum-jonima da lako ulaze i izlaze, čime se održava glatko funkcionisanje baterije. Silicijum ima izuzetan potencijal za skladištenje veće količine energije u poređenju sa grafiteom, ali postoji problem. Kada silicijum prolazi kroz cikluse punjenja, on se znatno širi, a ta ekspanzija može skratiti vek trajanja baterije pre nego što prestane da funkcioniše. Naučnici već godinama proučavaju ovo pitanje. Nekoliko nedavnih istraživanja pokazalo su da nanošenje prevlake od silicijum-oksida na grafitne anode pomaže da anode duže izdrže između punjenja, što znači bolje performanse celokupnog baterijskog sistema tokom vremena.
Врста катодног материјала који се користи игра важну улогу у одређивању количине енергије коју литијум-јонска батерија може да сачува и колико добро подноси топлоту. Две уобичајене опције на тржишту данас су литијум кобалт оксид (LCO) и литијум гвожђе фосфат (LFP). Док LCO батеријама пружа изузетне способности складиштења енергије, он има тенденцију да постане проблематичан када дође до загревања, због чега је укупно безбеднија опција мања. Са друге стране, LFP материјали су много безбеднији и боље подносе топлоту, иако не нуде исту густину енергије. Ако погледамо шта се тренутно дешава у батеријском сектору, многи произвођачи се окрећу NMC мешавинама које комбинују никл, манган и кобалт. Чини се да ови материјали представљају добар компромис између снаге и безбедносних карактеристика. Подаци из индустрије указују да око 30% батерија које се производе глобално сада укључују неку врсту NMC састава, што показује да компаније све више цене и боље перформансе и поуздане карактеристике управљања топлотом.
Електролити унутар литијум-јонских батерија у основи делују као пут којим јони путују напред-назад између анодних и катодних материјала, нешто што је апсолутно неопходно за добар рад батерије. Током веће деонице своје историје, ове батерије су се ослањале на течне електролите зато што веома добре проводе јоне. Али постоји растућа забринутост у вези са безбедношћу, као и бројни инциденти са цурењем батерија, па чак и пожарима, који су истраживаче терају да развијају чврсте алтернативе. Чврсти електролити нуде бољу безбедност зато што се не запаљују лако, чиме се смањују оне опасне експлозије у пакетима батерија о којима повремено чујемо. Недавни радови објављени у часописима као што је Електрохимика Акта показују да научници постижу напредак у погледу побољшања проводљивости јона кроз ове чврсте материјале и њихове опште стабилности. Уколико буде успешан, овај приступ би могао да значи безбедније батерије за све врсте уређаја, почевши од паметних телефона па све до електромобила, у наредним годинама.
Separatori unutar litijum-jonskih baterija igraju ključnu ulogu u sprečavanju kratkih spojeva stvaranjem barijere između anode i katode, pri čemu joni i dalje mogu da prolaze kroz njih. Tokom poslednjih godina, postignut je veliki broj inovacija sa ciljem da se poboljša učinak i bezbednost separatora. Materijali poput onih sa keramičkim premazom nude znatno bolju otpornost na toplotu, što znači da ne dolazi lako do otkazivanja kada temperature porastu. Prema nalazima objavljenim u časopisu Journal of Membrane Science, napredni separatori u stvari smanjuju unutrašnje otpore unutar ćelije baterije. To dovodi ne samo do bezbednijeg rada, već i do učinkovitijeg funkcionisanja baterije u celini. Brojne studije potvrđuju ovo i pokazuju koliko je važno dobro projektovanje separatora kako bi se produžio vek trajanja uređaja koji koriste litijum-jonsku tehnologiju.
Razumevanje načina na koji funkcionišu redne i paralelne veze ćelija čini veliku razliku kada pokušavate da maksimalno iskoristite baterijske pakete. Kada se ćelije povežu u seriju, one se nadovezuju jedna na drugu, čime se povećava napon bez promene ukupne kapaciteta. Ova konfiguracija je pogodna tamo gde je potreban viši napon – na primer, kod električnih automobila ili određenih sistema sa solarnim panelima. S druge strane, paralelne veze zadržavaju napon na nivou sličnom naponu pojedinačne ćelije, ali povećavaju ukupni kapacitet. Zbog toga su idealne za sisteme za skladištenje energije iz solarne energije, koji treba da rade duže pre nego što bude potrebno ponovno punjenje. Izbor zavisi isključivo od konkretne primene i njenih potreba.
Замислите серијске конфигурације као додавање додатних тракова на аутопуту, тако да више аутомобила (или напон) може да се креће истовремено. Паралелни системи функционишу другачије, иако су некако слични проширењу постојећег пута да би могао да прими већа возила (што представља повећану капацитет). Узмимо аутомобиле као пример – већина произвођача електромобила користи серијско жицавање јер електромоторима треба тај талас напона да би правилно започели рад. Међутим, када погледамо системе за складиштење соларне енергије, компаније чешће преферирају паралелне системе, јер они нуде доста веће складиште, што има смисла ако желимо да наше системе обновљиве енергије заправо могу да складиште довољно енергије током облачних дана.
Правилна температура је веома важна за одржавање добре функције и сигурности батерија. Када батерије пролазе кроз циклусе пуњења и празнjenja, унутар њих често долази до загревања. Ако се то изостави, нагомилавање топлоте може значајно утицати на учинак батерије током времена и чак довести до опасних ситуација. Због тога инжењери пројектују специјалне системе који одржавају хладноћу унутар батеријских пакета. Постоје у основи два приступа за хлађење. Пасивни приступи се ослањају на добре проводне материјале или боље путеве за одвод топлоте који су уграђени у сам дизајн. Активно хлађење иде корак даље, уносећи стварне компоненте као што су мали вентилатори који пушу ваздух преко ћелија или системи циркулације течности који активно уклањају топлоту са осетљивих места где би могла да изазове проблеме.
Nedavni tehnološki napretci su značajno poboljšali rešenja za upravljanje toplotom, a to se u praksi jasno vidi. Uzmite električna vozila kao primer – mnoga od njih sada imaju ugrađene naponske sisteme hlađenja pravougaono u svojim baterijskim paketima. Ovi sistemi omogućavaju glatko funkcionisanje čak i kada se temperature znatno menjaju, što pomaže u produženju trajanja baterija pre nego što budu zamenjene. Takođe, sprečavaju opasne situacije poznate kao termički uzleti. Prema raznim studijama i poljskim testovima, ove vrste tehnologija hlađenja zaista čine razliku u pogledu performansi baterija. Baterijski paketi ostaju zaštićeni i rade kako treba tokom celog svog veka trajanja, bez naglih kvarova ili pada kapaciteta.
Системи за управљање батеријама, познати и као BMS, веома су важни за безбедно и ефикасно функциционисање пакова батерија, јер стално прате ствари попут нивоа напона и температуре батерија. Без правилног праћења, могу настати проблеми као што су прегревање или необични скокови напона, што нико не жели када су у питању пакови батерија. Већина BMS система има уграђене тачке упозорења за температуре и напоне. Када ови бројеви пређу нормалне вредности, систем активира мере безбедности да би спречио могуће кварове или опасне ситуације. Узмимо литијум-јонске батерије као пример – многи произвођачи поставе своје системе хлађења да се укључе чим температура достигне око 60 степени Целзијуса. Недавна студија Универзитета у Калифорнији показала је да квалитетно праћење путем BMS-а заправо продужује век трајања батерија за око 30%, истовремено чинећи их безбеднијима у коришћењу. Контрола тих кључних параметара значи да батерије које користе соларну енергију трају дуже и боље функционишу током времена, што је веома важно за примене обновљиве енергије.
Системи за управљање батеријама (BMS) имају кључну улогу у томе да сви они мали челије у соларним батеријским пакетима правилно функционирају заједно, најчешће путем боље контроле када се празне и пуње. Када се енергија равномерно распоређује кроз пакет, ови системи значајно утичу на количину соларне енергије која се заправо складишти. Неке студије показују да правилно подешавање BMS-а може повећати ефикасност складиштења за око 15 посто. За примену у стварном свету, то значи двоструку корист: боље укупно performanse система и дужи век трајања батерија. Да ли неко поставља соларне панеле код куће или управља већим инсталацијама, постављање квалитетног BMS система чини све разлике. Без њега, људи на крају превише често морају да замењују батерије уместо да уживају у годинама поузданог рада свог соларног система.
Хемијски састав батерија је веома важан када је у питању њихова ефикасност, посебно у системима соларног електрицитета. Већина уобичајених литијум-јонских батерија садржи материјале као што су литијум-кобалт оксид или литијум-манган оксид. Међутим, батерије намењене искључиво за соларне системе често користе нешто што се назива литијум-гвожђе-фосфат (LiFePO4), јер овај материјал нуди боље карактеристике сигурности и дужи век трајања. Разлика у хемијском саставу омогућава овим соларним батеријама да издрже много више циклуса пуњења и празнjenja у поређењу са конвенционалним литијум-јонским батеријама. Студије показују да LiFePO4 осигурава дужи циклус трајања и бољу отпорност на топлоту, што је изузетно важно за системе складиштења соларне енергије, јер се они редовно користе током дана. Све ово укупно доводи до бољих перформанси и дужег векa трајања, па није изненађујуће што многи власници кућа који разматрају соларна решења изаберу LiFePO4 технологију за своје системе.
Када се састављају пакети батерија за кућне соларне системе, постоји доста ствари које су важне ако желимо да они добро функционишу током дужег временског периода. Најбитније ствари које људи узимају у обзир укључују број циклуса пуњења и испражњења које батерија може да издржи пре него што се истроши, колико брзо се пуни и каква врста излазне електричне енергије обезбеђује током тих циклуса. Сви ови аспекти утичу на ефикасност и трајност соларних батерија у пракси. Квалитетни дизајни морају да се прилагоде променљивим потребама кућанства у погледу енергије, без губитка ефикасности. Узмимо на пример Tesla-ин Powerwall — овај производ је стекао популарност код власника кућа који траже поуздане решења за складиштење енергије. Он складишти вишак сунчеве светлости која се генерише током дана и ослобађа је назад у кућу у тренутцима када цене електричне енергије порасту или када је приступ мрежи ограничен. Анализа стварних примена као што је ова истиче зашто одређене одлуке у дизајну чине велику разлику у продужењу трајања батерија и побољшању укупних перформанси система за кућне соларне инсталације.
Свет батерија пролази кроз значајне промене захваљујући новим развојима у силицијумским анодама. Оне нуде много боље капацитете складиштења у поређењу са традиционалним графитним анодама. Силицијум има потенцијал да задржи око десет пута више литијум јона него графит, што значи да батерије могу имати већу ефикасност укупно. Произвођачи потрошачких уређаја и компаније које производе електромобиле већ су прихватиле технологију силицијумских анода, јер њихови производи трајају дуже између пуњења и боље се понашају. Студија објављена у часопису Journal of Power Sources показала је да ови напредци заправо повећавају капацитет за отприлике 40 процената, тако да оне добро функционишу за уређаје који захтевају много енергије. Осим што напајају наше телефоне и аутомобиле, ова технологија такође помаже у развоју соларних батеријских система. Све више домаћинстава почиње да усваја оваква решења за складиштење сунчеве енергије, пошто постају доступнија и омогућавају прикупљање сунчеве светлости током дана за каснију употребу ноћу или у непогодним временским условима.
Elektroliti u čvrstom stanju predstavljaju veliki proboj u poređenju sa starijim tečnim elektrolitima, donoseći bolja svojstva sigurnosti i ukupno poboljšanje performansi savremenim baterijama. Glavna prednost? Nema više curenja! Osim toga, oni ne podležu opasnim incidentima termalnog izlaza iz kontrole koji su česti kod mnogih postojećih konstrukcija baterija. Ova promena pristupa znači da proizvođači više nisu toliko zavisni od zapaljivih tečnosti, što dovodi do znatno stabilnijih baterijskih paketa. Istraživanja iz Journal of Materials Chemistry A pokazuju da ove baterije u čvrstom stanju traju duže i bolje podnose toplotu, što je posebno važno za telefone, laptopove i naročito električna vozila. Ono što ih dodatno izdvaja jeste sposobnost da izdrže ekstremne uslove bez raspadanja. Počinjemo da ih viđamo i u kućnim sistemima za skladištenje solarne energije, gde je pouzdanost ključna kada se za dnevne energetske potrebe oslanjate na naprednu litijum-jonsku tehnologiju.