EN
Quick Links
Ang anod sa loob ng lithium ion battery ay gumagawa ng mga napakaimportante ngunit simpleng gawain habang nagcha-charge at nagpapalabas ng kuryente, kadalasang gawa sa mga bagay tulad ng graphite o silicon sa kasalukuyang panahon. Nanatiling pinipiling materyales ang graphite para sa karamihan ng mga anod dahil ito ay mabuti sa pagtatrabaho mula sa pananaw ng electrochemistry at hindi naman sobrang mahal. Ang nagpapahalaga sa graphite ay ang itsura nitong layered na istraktura na nagpapahintulot sa lithium ions na pumasok at lumabas ng hindi gaanong problema, panatilihin ang maayos na pagpapatakbo ng baterya. Ang silicon ay may kamangha-manghang potensyal na mag-imbak ng mas maraming enerhiya kumpara sa graphite, pero may isang problema. Kapag napapailalim ang silicon sa mga charge cycle, ito ay madaling tumatanggal, at ang pagpapalawak na ito ay maaaring maikliin ang haba ng buhay ng baterya bago ito masira. Ang mga siyentipiko ay tumitingin sa problema na ito sa loob ng ilang taon na ngayon. Ang ilang mga pag-aaral kamakailan ay nagpakita na ang paglalagay ng mga patong na silicon oxide sa mga anod ng graphite ay nakatutulong upang mapahaba ang tagal ng pagitan ng mga singil, na nangangahulugan ng mas mahusay na pagganap sa kabuuang sistema ng baterya sa paglipas ng panahon.
Ang uri ng kathodang materyales na ginamit ay gumaganap ng pangunahing papel sa pagtukoy kung gaano karaming enerhiya ang maaaring itago ng isang baterya na lithium ion at kung gaano kahusay ito nakikitungo sa init. Dalawang karaniwang opsyon sa merkado ngayon ay ang lithium cobalt oxide (LCO) at lithium iron phosphate (LFP). Habang ang LCO ay nagbibigay ng mahusay na mga kakayahan sa pag-iimbak ng enerhiya para sa mga baterya, ito ay may posibilidad na maging problematiko kapag ang mga bagay ay naiinitan, na nagiging dahilan upang maging mas hindi ligtas nang kabuuan. Sa kabilang banda, ang mga materyales na LFP ay mas ligtas at mas mahusay na nakikitungo sa init, bagaman hindi ito nagtataglay ng ganoong kakayahan pagdating sa densidad ng enerhiya. Kung titingnan ang nangyayari ngayon sa sektor ng baterya, maraming mga tagagawa ang lumiliko patungo sa mga halo ng NMC na nag-uugnay ng nickel, manganese, at cobalt. Ang mga materyales na ito ay tila nakakamit ng magandang balanse sa pagitan ng output ng kuryente at mga tampok ng kaligtasan. Ayon sa datos mula sa industriya, tinatayang 30% o higit pa sa lahat ng mga bateryang ginawa sa buong mundo ay kasalukuyang nagsasama ng anumang anyo ng komposisyon ng NMC, na nagpapakita na ang mga kumpanya ay higit na nagpapahalaga sa parehong mga pagpapabuti sa pagganap at maaasahang mga katangian ng thermal management.
Ang mga elektrolito sa loob ng lithium-ion na baterya ay kumikilos nang basic na paraan bilang daungan kung saan naglalakbay ang mga ion pabalik at papunta sa pagitan ng anode at cathode na mga materyales, isang bagay na lubos na kinakailangan para sa mabuting pagganap ng baterya. Halos sa buong kanilang kasaysayan, ang mga bateryang ito ay umaasa sa likidong elektrolito dahil mahusay ang pagkakaugnay ng mga ion. Ngunit lumalago ang pag-aalala tungkol sa mga isyu ng kaligtasan nitong mga nakaraang taon masyadong maraming insidente na kasangkot ang pagtagas ng baterya at kahit na apoy ay nagtulak sa mga mananaliksik na umunlad patungo sa pagbuo ng mga alternatibong solid. Ang mga solidong elektrolito ay nag-aalok ng mas mahusay na kaligtasan dahil hindi madaling maapoy, binabawasan ang mga mapanganib na pagsabog ng bateryang pack na minsan naming naririnig. Ang mga kamakailang gawain na nailathala sa mga lugar tulad ng Electrochimica Acta ay nagpapakita na ang mga siyentipiko ay gumagawa ng progreso patungo sa pagpapabuti ng parehong pagkakaugnay ng ion sa mga solid at sa kanilang kabuuang kaligtasan. Kung magtagumpay ito, maaari itong maging sanhi ng mas ligtas na mga baterya sa lahat ng uri ng mga device mula sa smartphone hanggang sa mga sasakyang de-kuryente sa mga darating na taon.
Ang mga separator sa loob ng lithium ion na baterya ay gumagampan ng mahalagang papel sa paghinto ng maikling circuit sa pamamagitan ng paglikha ng isang harang sa pagitan ng anode at cathode habang pinapayagan pa rin ang mga ion na dumaan. Sa mga nakaraang taon, maraming inobasyon ang naganap na may layuning gawing mas epektibo at mas ligtas ang mga separator na ito. Ang mga materyales tulad ng ceramic coated na opsyon ay nag-aalok ng mas mahusay na paglaban sa init, na nangangahulugan na hindi madaling mabigo ang mga ito kapag tumaas ang temperatura. Ayon sa mga natuklasan na nailathala sa Journal of Membrane Science, ang mga advanced na separator na ito ay talagang nakapagpapababa ng internal resistance sa loob ng cell ng baterya. Ito ay nagreresulta hindi lamang sa mas ligtas na operasyon kundi nagpapagana rin ng mas mahusay sa kabuuang baterya. Maraming pag-aaral ang sumusuporta nito, na nagpapakita kung gaano kahalaga ang mabuting disenyo ng separator para makamit ang mas matagal na buhay ng ating mga device na gumagamit ng lithium ion teknolohiya.
Ang pag-unawa kung paano gumagana ang mga serye at parallel cell setups ay nagpapagkaiba kung susubukan mong ma-maximize ang output ng mga battery pack. Kapag ang mga cell ay kinalakip nang sunod-sunod (series), ang kabuuang voltage ay tataas habang hindi nababago ang kabuuang kapasidad. Ang ganitong ayos ay mainam sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mas mataas na voltage, isipin ang mga electric cars o ilang solar panel setups. Sa kabilang banda, ang parallel connections naman ay nagpapanatili ng halos parehong voltage level ng isang cell pero pinapataas ang kabuuang kapasidad. Ito ay mainam para sa mga solar storage system na kailangang tumakbo nang mas matagal bago kailanganin ang pag-charge ulit. Ang pagpili ay talagang nakadepende sa partikular na pangangailangan ng aplikasyon.
Isipin ang mga configuration ng serye tulad ng pagdaragdag ng extra lanes sa isang highway upang higit pang mga kotse (o boltahe) ang makagalaw nang sabay-sabay. Ang mga parallel setup naman ay gumagana nang iba, bagaman parang nagpapalawak ng umiiral nang kalsada upang masakop ang mas malalaking trak (na kumakatawan sa nadagdagang kapasidad). Kunin natin halimbawa ang mga kotse—karamihan sa mga tagagawa ng EV ay pumipili ng serye wiring dahil ang mga electric motor ay nangangailangan ng tulong ng boltahe para maumpisahan nang maayos. Ngunit kung titingnan natin ang mga solusyon sa pag-iimbak ng solar power, kadalasang pinipili ng mga kompanya ang parallel arrangements dahil ang mga setup na ito ay nagbibigay sa kanila ng mas malaking espasyo sa imbakan nang kabuuan, na talagang makatutulong kung nais nating ang ating mga renewable energy system ay makapag-imbak ng sapat na enerhiya sa gitna ng mga maulap na araw.
Mahalaga ang pagkuha ng tamang temperatura para mapanatili ang mabuting pagpapatakbo at kaligtasan ng baterya. Kapag nag-charge at nag-discharge ang baterya, ito ay kadalasang nagkakainit nang husto sa loob. Kung hindi ito kontrolado, ang pagkainit na ito ay maaaring makakaapekto nang negatibo sa pagganap ng baterya sa paglipas ng panahon at maaaring magresulta sa mga mapanganib na sitwasyon. Iyon ang dahilan kung bakit idinisenyo ng mga inhinyero ang mga espesyal na sistema upang mapanatiling malamig ang loob ng mga baterya. Mayroong dalawang pangunahing paraan para palamigin ang mga ito. Ang passive cooling ay umaasa sa mga materyales na magaling mag-conduct ng init o sa mga landas ng init na itinayo sa disenyo mismo. Ang active cooling ay gumagamit naman ng mga aktwal na komponente tulad ng mga maliit na baw ng hangin na dumadaan sa mga cell o mga sistema ng sirkulasyon ng likido na aktibong inaalis ang init mula sa mga sensitibong lugar kung saan ito maaaring magdulot ng problema.
Ang mga kamakailang pagpapabuti sa teknolohiya ay nagdulot ng mas mahusay na pagganap sa mga solusyon sa thermal management, at ito ay nakikita natin sa praktikal na aplikasyon. Isipin na lamang ang mga sasakyang elektriko - ang marami na nga'y may mga sopistikadong sistema ng paglamig na naitatag na sa loob ng kanilang mga battery pack. Ang mga sistemang ito ay nagpapanatili ng maayos na operasyon kahit sa mga pagbabago ng temperatura, na nakatutulong upang mapahaba ang buhay ng mga baterya bago kailanganin ang kapalit. Nakakapigil din ito sa mga mapanganib na sitwasyon na tinatawag na thermal runaways. Ayon sa iba't ibang pag-aaral at pagsusulit sa larangan, talagang makabuluhan ang epekto ng ganitong uri ng teknolohiya sa paglamig para sa mga baterya. Ang mga battery pack ay mananatiling protektado at gagana nang ayon sa inaasahan sa buong kanilang lifecycle nang walang biglang pagkabigo o pagbaba ng kapasidad.
Ang mga sistema ng pamamahala ng baterya o BMS ay talagang mahalaga para sa pagpapanatili ng kaligtasan at maayos na pagpapatakbo ng mga pack ng baterya dahil patuloy nilang sinusubaybayan ang mga bagay tulad ng mga antas ng boltahe at kung gaano kainit ang mga baterya. Kung walang tamang pagmomonitor, maaaring mangyari ang mga problema tulad ng sobrang pag-init o kakaibang spike ng boltahe na hindi nais kung gumagawa ka sa mga pack ng baterya. Karamihan sa mga BMS setup ay mayroong mga inbuilt na punto ng babala para sa mga pagbabasa ng temperatura at boltahe. Kapag lumampas ang mga numerong ito sa itinuturing na normal, ang sistema ay isinasagawa ang mga hakbang sa kaligtasan upang mapigilan ang mga posibleng kabiguan o mapanganib na sitwasyon. Isipin na lamang ang mga bateryang lithium ion - maraming mga tagagawa ang nagseset ng kanilang mga mekanismo ng paglamig upang mag-umpisa kapag umabot ang temperatura sa humigit-kumulang 60 degrees Celsius. Ayon sa isang kamakailang pag-aaral mula sa University of California, ang mabuting pagmomonitor ng BMS ay talagang nagpapahaba ng buhay ng baterya ng humigit-kumulang 30% habang ginagawa itong mas ligtas na gamitin. Ang pagkontrol sa mga pangunahing parameter na ito ay nangangahulugan na ang mga baterya na pinapagana ng solar ay mas matagal ang buhay at mas mahusay ang pagganap sa paglipas ng panahon, na talagang mahalaga para sa mga aplikasyon ng renewable energy.
Ang mga Battery Management Systems (BMS) ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagpapanatili ng maayos na pagtutulungan ng lahat ng maliit na cell sa loob ng mga solar battery packs, pangunahin sa pamamagitan ng mas mahusay na kontrol sa kanilang pagbubuhos at pag-recharge. Kapag pantay-pantay ang ipinamamahagi na enerhiya sa buong pack, talagang nagkakaiba ang mga system na ito sa halaga ng solar power na talagang naiimbak. Ilan sa mga pag-aaral ay nagpapakita na ang magandang pag-setup ng BMS ay maaaring talagang mapataas ang kahusayan ng imbakan nang humigit-kumulang 15 porsiyento. Ang ibig sabihin nito sa tunay na paggamit ay may dalawang aspeto: mas mahusay na kabuuang pagganap ng sistema at mas matagal nang buhay ng baterya. Kung ang isang tao ay nag-i-install ng solar panel sa bahay o nagsisiguro ng mas malalaking pag-install, ang pagkakaroon ng isang matibay na BMS ay talagang nagpapagkaiba. Kung wala ito, ang mga tao ay nagtatapos sa pagpapalit ng baterya nang napakadami sa halip na tamasahin ang mga taon ng pare-parehong pagganap mula sa kanilang solar power setup.
Talagang mahalaga ang komposisyon ng kemikal sa baterya pagdating sa kanilang pagganap, lalo na sa mga sistema ng solar power. Ang karamihan sa mga karaniwang bateryang lithium ion ay mayroong lithium cobalt oxide o lithium manganese oxide sa loob. Ngunit ang mga baterya para sa solar ay kadalasang gumagamit ng isang uri na tinatawag na lithium iron phosphate (LiFePO4) dahil nag-aalok ito ng mas mahusay na kaligtasan at mas matagal na haba ng buhay. Dahil sa pagkakaiba ng komposisyon, ang mga bateryang ito para sa solar ay makakatiis ng mas maraming charge at discharge cycles kumpara sa karaniwang lithium ion. Ayon sa mga pag-aaral, ang LiFePO4 ay may mas matagal na cycle life at mas mainam na paglaban sa init, na parehong mahalaga para sa mga sistema ng solar storage dahil kailangan silang paulit-ulit na i-charge sa araw. Lahat ng ito ay nagbubunga ng mas mahusay na pagganap at mas matagal na serbisyo, kaya hindi nakapagtataka na maraming may-ari ng bahay na naghahanap ng mga opsyon sa solar ay pumupunta sa teknolohiya ng LiFePO4 para sa kanilang mga bahay.
Sa pagbuo ng mga baterya para sa mga residential solar system, may mga bagay na dapat bigyan ng pansin para matiyak na magiging epektibo ito sa mahabang panahon. Kabilang dito ang bilang ng beses na maaaring i-charge at i-discharge ang baterya bago ito lumubha, ang bilis ng charging nito, at ang uri ng power output na ibinibigay nito sa bawat cycle. Nakakaapekto ang lahat ng aspetong ito sa kahusayan at tibay ng solar battery sa praktikal na paggamit. Mahalaga na ang mga disenyo ay makakatugon sa palitan ng pangangailangan sa enerhiya ng isang tahanan nang hindi nawawala ang kanilang kahusayan. Halimbawa, ang Tesla Powerwall ay isang produkto na naging popular sa mga may-ari ng bahay na naghahanap ng maaasahang solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya. Ito ay nagtatago ng dagdag na liwanag ng araw na nabuo sa araw at inilalabas ito sa bahay kung kailan tumaas ang presyo ng kuryente o kung kailan limitado ang access sa grid. Ang pagsusuri sa mga tunay na aplikasyon tulad nito ay nakakatulong upang maipakita kung bakit ang ilang mga desisyon sa disenyo ay nagdudulot ng malaking pagkakaiba sa pagpapahaba ng buhay ng baterya at pagpapabuti ng kabuuang kahusayan ng sistema para sa residential solar installation.
Ang mundo ng baterya ay nakakakita ng ilang malalaking pagbabago dahil sa mga bagong pag-unlad sa mga anodong silicone. Ang mga ito ay nag-aalok ng mas mahusay na mga kakayahan sa imbakan kumpara sa mga luma nang madaling anodong grapayt. Ang silicone ay may potensyal na mag-imbak ng humigit-kumulang sampung beses kung ano ang nagawa ng grapayt pagdating sa mga ion ng lityo, na nangangahulugan na ang mga baterya ay maaaring magkaroon ng mas malakas na kapangyarihan nang kabuuan. Ang mga gumagawa ng mga gadget at mga kumpanya ng EV ay nagsisimulang gumamit na ng teknolohiya ng anodong silicone dahil ang kanilang mga produkto ay mas matagal ang buhay sa pagitan ng mga singil at mas mahusay din ang pagganap. Isang pag-aaral na inilathala sa Journal of Power Sources ay nakatuklas na ang mga pagpapabuti ay talagang nagdaragdag ng kapasidad ng humigit-kumulang 40 porsiyento, kaya't ang mga ito ay gumagana nang maayos para sa mga aparato na nangangailangan ng maraming kuryente. Hindi lamang para sa pagpapatakbo ng aming mga telepono at kotse, ang teknolohiyang ito ay tumutulong din sa pag-unlad ng mga sistema ng baterya sa solar. Ang mas maraming tahanan ay nagsisimula nang sumusunod sa mga solusyon sa imbakan ng solar habang naging abot-kaya ang mga ito para sa pagkuha ng liwanag ng araw sa araw para sa paggamit sa gabi o sa mga araw na may masamang panahon.
Ang mga solidong elektrolito ay nagsasaad ng isang mahalagang pag-unlad kumpara sa mga lumang likidong elektrolito, na nagdudulot ng mas mahusay na mga tampok sa kaligtasan at pangkalahatang pagpapabuti ng pagganap sa mga baterya ngayon. Ano ang pangunahing bentahe? Wala nang mga pagtagas! Bukod pa rito, hindi sila nakararanas ng mga mapanganib na insidente ng thermal runaway na karaniwang nararanasan ng maraming kasalukuyang disenyo ng baterya. Ang pagbabagong ito sa pamamaraan ay nangangahulugan na hindi na gaanong umaasa ang mga tagagawa sa mga nakakapinsalang likido, na nagreresulta sa mas matatag na mga baterya. Ayon sa pananaliksik mula sa Journal of Materials Chemistry A, ang mga solidong elektrolito ay mas matagal ang buhay at mas mahusay na nakakapaglaban sa init, isang bagay na lubhang mahalaga para sa mga telepono, laptop, at lalo na sa mga sasakyang de-kuryente. Ang higit na nagpapahusay sa kanila ay ang kanilang kakayahan na mabuhay sa ilalim ng matitinding kondisyon nang hindi bumabagsak. Simula nating makita sila sa mga sistema ng imbakan ng solar sa bahay, kung saan mahalaga ang pagkakatiwala kapag umaasa sa pinakabagong teknolohiyang lithium ion para sa pang-araw-araw na pangangailangan sa kuryente.