Bu nasıl mümkün olaiblir? Güneş altındaki her Li pil üreticisi, hızlı şarj edilebilir piller oluşturmak istiyor, bu nedenle bu, sıcak bir araştırma konusu.
Yüksek drenaj hızı hücreleri için standart bir tanım yoktur, ancak temel tasarım kılavuzları standart kobalt-oksit bazlı hücrelerin 2-C veya belki 3-C oranı, sürekli akımı destekleyebileceğini belirtir. Kobalt-oksit desteğine dayanan yüksek drenajlı hücreler, bu akımları kabaca iki katına çıkarır, ancak sadece saniyeler için. Yeni yüksek drenajlı hücreler 20 ° C'yi sürekli olarak destekler.
Yüksek deşarj oranına sahip bir hücrenin çok kısa bir süre boyunca yüksek akım deşarjlarını destekleyebileceği göz önüne alındığında, teorik olarak, bir pil şarj cihazı bu hücreyi eşit derecede kısa bir sürede tamamen şarj edebilir. Ancak bu olasılıktan yararlanmak için, geleneksel pil şarj cihazı tasarımı değiştirilmelidir. Kolaylık olması açısından, bu değişiklikler tek hücreli bir pil takımını destekleyen tek yuvalı şarj cihazı örneği ile açıklanabilir.
Hücre Özellikleri
Yüzeyde, hızlı şarj olan Li-ion hücreler basit görünür. Şarj döngüsünün sabit akım fazı sırasında iletilen akımı basitçe artırabilecek gibi görünüyor. Bununla birlikte, tabloda gösterildiği gibi, akım 1 C'den daha yüksek oranlara yükseltildiğinde toplam şarj süresi önemli ölçüde azalmaz.
2-C oranı ile 3-C oranı arasındaki şarj süresi farkı, hücre satıcısından bağımsız olarak yaklaşık bir dakikadır. Esasen, hücreler sadece üst voltaj kesimine daha hızlı ulaşacaktır, ancak sabit voltaj şarj modundaki süre çok daha uzun olacaktır. Açıkçası, bu aşırı voltaj nedeniyle aküye zarar verme potansiyelini arttırır. Geleneksel Li-ion hücrelerin direnci, daha hızlı yükler sırasında daha fazla ısınmalarına neden olur, böylece hücreler parçalanmaya başlar. Hızlı şarj, pil ömrünü önemli ölçüde azaltır.
Yüksek deşarj ve yüksek şarj oranlarını barındırabilen bir hücre tasarlamak, iyonların ve elektronların taşınması için yol uzunluğunu ve direncini azaltma çabasıdır. Şekil 1, tipik bir Li-iyon silindirik hücrenin bir enine kesitini göstermektedir. Değişiklikler pilin aktif malzemeleri ile başlar. Geleneksel Li-ion hücreler, bir lityum-kobalt-oksit (LiCo02) katot bileşiğine dayanır. Bu malzemede, katot içine ve dışına yayılan Li-iyonlar, kristal yapıdaki sadece 2-D yollarından sokulabilir.
Yol uzunluğu, pilin aktif malzemesinin fiziksel morfolojisini değiştirerek veya malzemenin kimyasal yapısını değiştirerek veya her ikisini yaparak kısaltılabilir. Sorunu fiziksel olarak ele almaya yönelik bir yaklaşım, malzemelerin parçacık büyüklüğünü nano ölçekte küçültmektir. Manganez spinel (LiMn2O4) gibi yeni kimyalar, iyon ekleme için 3 boyutlu yollar sunar.
Bu değişikliklere ek olarak, ince malzemeler kullanılarak, mevcut toplayıcıların miktarını artırarak ve elektrolit konsantrasyonunu artırarak ve çözücülerle viskozitesini azaltarak hücrelerin direnci azaltılmalıdır. Bu değişikliklerin birçoğu, çok ince olabilen Li-polimer hücrelerinin, yüksek oranların tasarımında kullanılmak üzere kendilerini ödünç aldıklarını göstermektedir.
Li-ion hücre üreticileri, yüksek oranlı uygulamalara özgü tasarımlar uygulamak için formülasyonlarını deniyorlar. Birkaç üretici çözüm üretti. E-One Moli Energy, akülü el aletleri için manganez-spinel katot malzemesine dayanan yüksek deşarj oranlı bir hücre tanıttı.
