Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

З розвитком електроенергетичних систем, зростанням потужностей відновлюваних джерел стає все більш гострою проблема накопичення та зберігання енергії.

Одним із засобів збереження електроенергії є використання хімічних джерел струму — акумуляторів. Найбільше поширення отримали акумулятори двох типів — свинцево–кислотні (стартерні батареї на транспортних засобах, резервні та аварійні джерела енергії) і літій–іонні (сучасна побутова техніка, електромобілі, промислова електроенергетика).

1. Літій–іонні акумулятори

Перший літій–іонний акумулятор був випущений фірмою Sony в 1991 році.

У перших літій–іонних акумуляторах в якості матеріалу анода використовувався літій, який при частому заряді-розряді приводив до зростання губкообразных структур з цього металу — дендритів. Це могло призвести до замикання електродів, що викликало вибухи і пожежі. Проблему вдалося вирішити шляхом застосування замість чистого літію — графіту багатого літієм [1]. Графіт стримує зростання дендритів в результаті інтенсивного осідання літію, однак це призводить до значного зниження ємності батареї. При розряді батареї, іони літію витягуються з вуглецевого матеріалу негативного електрода і накопичуються у вигляді оксиду літію на позитивному електроді. При заряді процеси йдуть в зворотному напрямку. Отже, у всій системі відсутній металевий (нуль–валентний) літій, а процеси заряду і розряду зводяться до переносу іонів літію з одного електрода на інший. Тому такі акумулятори називаються «літій–іонними».

Рисунок 1 — Принцип роботи Li–ion акумулятора

Літій–іонні акумулятори мають захист від внутрішніх коротких замикань, в деяких випадках також є захист від зовнішніх коротких замикань.

Перевагами літій–іонних акумуляторів є: висока енергетична щільність, низький саморозряд, простота обслуговування. Також до переваг можна віднести відсутність ефекту пам'яті, що виявляється в оборотному зниженні ємності через відхилення рекомендованого режиму заряду–розряду батареї[2].

З метою підвищення ємності літієвих акумуляторів почалися розробки літій–повітряних акумуляторів.

2. Літій–повітряні акумулятори

У нових акумуляторах було вирішено відмовитися від позитивного електрода як такого. Токоутворюючей реакцією є пряма взаємодія літію з киснем повітря, використання якого в якості катода може призвести до щільності енергії в 5–10 разів вищий, ніж отримують в даний час [3]. У літій–повітряних акумуляторах не використовується кобальтат літію, що дозволяє значно їх полегшити в порівнянні з існуючими батареями. Основними недоліками літій–повітряних батарей є швидкий знос і низький коефіцієнт віддачі енергії.

Рисунок 2 — Принцип роботи літій–повітрянного акумулятора

Цю проблему обіцяє вирішити розробка літій–кисневих акумуляторів. В них використовуються наночастинки, що містять літій і кисень. При цьому, на відміну від літій–повітряних акумуляторів, кисень при зміні станів зберігається всередині частинки і не повертається в газову фазу. Це дозволяє скоротити втрату енергії і збільшити термін служби батареї. Також такі акумулятори захищені від надмірної зарядки і не псуються при контакті з вологою і вуглекислим газом, на відміну від літій–повітряних акумуляторів. Але поки що це тільки лабораторний прототип (розробки і дослідження ведуться в Кембриджському університеті) [4].

Висновки

Наприкінці можна зробити наступні висновки.

Одними з найпоширеніших в даний час є літій–іонні акумулятори, однак, вони мають ряд недоліків, наприклад, такі як чутливість до температури навколишнього середовища, чутливість до перезарядів і перерозрядів, а також чутливість до напруги зарядки. Літій–повітряні акумулятори дозволяють збільшити ємность, однак після певної кількості циклів вони швидко зношуються, а також у процесі роботи виділяють занадто багато енергії і тепла даремно. Ведеться розробка нових літій–кисневих акумуляторів, у яких, на відміну від літій–повітряних, кисень зберігається всередині наночастинки і не повертається в газову фазу, що дозволяє скоротити втрату енергії і збільшити термін служби батарей.

Перелік посилань

  1. Эволюция аккумуляторов: «Когда же мы забудем про розетки». [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://mediate-club.ru/publ/...
  2. Литий–ионные и литий–полимерные аккумуляторы iXBT (2001 г.)
  3. Вольтер С. Н., «Литий–воздушные аккумуляторы», 2013. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.electra.com.ua...
  4. Science 30 Oct 2015: Tao Liu, Michal Leskes, Wanjing Yu, Amy J. Moore, Lina Zhou, Paul M. Bayley, Gunwoo Kim, Clare P. Grey: «Cycling Li–O2 batteries via LiOH formation and decomposition»
  5. Бояршинов Д. С., «Графеновый аккумулятор», 2017 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://akbinfo.ru...
  6. Взрыв в мире аккмуляторов: «Графеновые батареи». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://expertpost.ru...
  7. «Аккумуляторы которых нет». Новейшие разработки. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://mediatek-club.ru...
  8. Васильев В. В. «Литий–ионные и литий–полимерные аккумуляторы»
  9. Хрусталев Д. А. «Аккумуляторы» Изумруд, 2003 г.— 224 с.
  10. Дьякова А. Ф. Энергетика сегодня и завтра. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 344 с.