مقدمه
در زمینه ذخیره سازی انرژی که به سرعت در حال تکامل است، باتری های لیتیوم-پلیمری به عنوان یک منبع مهم انرژی ظاهر شده اند، که به طور گسترده در بخش های مختلف مانند الکترونیک مصرفی، وسایل نقلیه الکتریکی،و هوافضادر میان انواع مختلف باتری های لیتیوم-پلیمری، باتری های خالص کوبالت و باتری های سه گانه دو مورد رایج هستند.درک تفاوت در طول عمر آنها برای تولید کنندگان ضروری است، مصرف کنندگان و محققان با هدف بهینه سازی انتخاب و استفاده از باتری.
ترکیب باتری
باتری های کبالت خالص
باتری های کوبالت خالص، که به طور علمی به عنوان باتری های لیتیوم کوبالت اکسید (LiCoO2) شناخته می شوند، دارای کاتود ساخته شده به طور کامل از اکسید کوبالت هستند.کاتود در باتری های LiCoO2 دارای ساختار لایه دار استدر طول تخلیه، یون های لیتیوم از آنود کربن گرافیت به کاتود مهاجرت می کنند و این فرآیند در طول شارژ معکوس می شود.این طراحی ساده اما موثر باعث شده است که باتری های LiCoO2 در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل اولیه محبوب باشند.
باتری های ترنری
از سوی دیگر، باتری های ترنری از یک ماده کاتد کامپوزیت استفاده می کنند. شایع ترین انواع آنها نیکل - کوبالت - منگنز (NMC) و نیکل - کوبالت - آلومینیوم (NCA) هستند.کوبالت، و منگنز (یا آلومینیوم) در کاتود می تواند با توجه به الزامات خاص تنظیم شود. به عنوان مثال در سیستم 333، نیکل، کوبالت و منگنز در 1 هستند:1نسبت:1، در حالی که در سیستم 811، نیکل 80٪، کوبالت 10٪ و منگنز 10٪ را تشکیل می دهد.
تحلیل طول عمر
عمر چرخه باتری های کبالت خالص
به طور معمول، عمر چرخه باتری های کوبالت خالص نسبتا کوتاه است. در بسیاری از موارد، آنها فقط می توانند حدود 500 تا 1000 چرخه را به دست آورند.این چرخه زندگی محدود عمدتا به دلیل مشکل رابط جامد - الکترولیت (SEI) استبا گذشت زمان، فیلم SEI به تدریج ضخیم می شود و پوشش لیتیوم در طول شارژ سریع یا کم دمایی رخ می دهد که منجر به تخریب ظرفیت می شود.باتری های LiCoO2 دارای مقاومت ضعیف در برابر شارژ بیش از حد و ثبات حرارتی پایین هستند، که طول عمر آنها را بیشتر کوتاه می کند.
عمر چرخه باتری های ترنری
باتری های ترنری به طور کلی در مقایسه با باتری های کوبالت خالص عمر چرخه ای طولانی تری دارند. بسته به ترکیب خاص و فرآیند تولید،برخی از باتری های سه گانه می توانند 1500 تا 2000 چرخه یا حتی بیشتر داشته باشند.استفاده از نیکل در مواد کاتد انرژی خاص را افزایش می دهد و ترکیب عناصر متعدد به بهبود ثبات ساختاری کاتد کمک می کند.در باتری های NMC، ساختار اسپینل منگنز مقاومت داخلی را کاهش می دهد، در حالی که نیکل انرژی خاص بالایی را فراهم می کند و یک اثر مکمل ایجاد می کند که عملکرد چرخه را افزایش می دهد.
عواملی که طول عمر را تحت تاثیر قرار می دهند
شرایط شارژ و تخلیه
هر دو باتری کوبالت خالص و باتری سه گانه به طور قابل توجهی تحت تأثیر شرایط شارژ و تخلیه قرار می گیرند. شارژ و تخلیه جریان بالا می تواند تخریب اجزای باتری را تسریع کند.برای باتری های کبالت خالص، شارژ جریان بالا به دلیل ثبات حرارتی ضعیف آنها به ویژه خطرناک است.هنوز هم می تواند از دست دادن ظرفیت را در صورت شارژ یا تخلیه با نرخ بسیار بالا تجربه کند.
درجه حرارت
دمای کار نیز نقش مهمی دارد. دمای شدید، چه بالا باشد یا پایین، می تواند تاثیر منفی بر عمر باتری داشته باشد.دمای بالا می تواند باعث شود واکنش های شیمیایی در باتری تسریع شوداز طرفی دمای پایین می تواند حرکت یون های لیتیوم را کند کند.تاثیر بر عملکرد باتری و در نهایت کوتاه کردن طول عمر آن.
کاربردها و پیامدهای آن
کاربردهای باتری های کبالت خالص
با وجود کوتاه مدت عمر آنها، باتری های کوبالت خالص هنوز در کاربردهای خاصی استفاده می شوند که چگالی انرژی بالا و اندازه کوچک اولویت دارند، مانند دستگاه های یکبار مصرف.از آنجا که انتظار نمی رود که این دستگاه ها عمر طولانی داشته باشند، عمر چرخه نسبتا کوتاه باتری های کبالت خالص قابل قبول است.
کاربردهای باتری های ترنری
باتری های ترنری به طور گسترده ای در وسایل نقلیه الکتریکی، ابزار های الکتریکی و لوازم الکترونیکی مصرفی پیشرفته استفاده می شوند.طول عمر چرخه آنها باعث می شود آنها مناسب برای برنامه های کاربردی که در آن نیاز به تامین انرژی طولانی مدت و قابل اعتمادبه عنوان مثال، در وسایل نقلیه الکتریکی، عمر چرخه طولانی باتری های سه گانه به کاهش نیاز به تعویض مکرر باتری کمک می کند و هزینه کل مالکیت را کاهش می دهد.
نتیجه گیری
در نتیجه، باتری های پلیمر سه گانه به طور کلی طول عمر بیشتری نسبت به باتری های کوبالت خالص دارند. توانایی آنها در تحمل چرخه های شارژ - تخلیه بیشتر،در ترکیب با ایمنی و عملکرد نسبتا خوب آنهابا این حال، باتری های کوبالت خالص هنوز هم به دلیل تراکم انرژی بالایی که دارند، کاربردهای خاص خود را دارند.با پیشرفت تکنولوژی، تحقیقات بیشتری برای بهبود عمر و عملکرد هر دو نوع باتری مورد نیاز است، که راه حل های ذخیره سازی انرژی کارآمد و پایدار را امکان پذیر می کند.
