Bateria de Litio - Bisulfuro de Hierro
July 18, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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INTRODUCCIÓN En los últimos años, ha habido un creciente interés en material de electrodo Fe! de iones de litio bater"as, debido a su alta ca#acidad te$rica %&'( m)h *+-, De ba.o costo / no to0icidad1 in embar*o, toda2"a ha/ al*unos obst3culos #ara Fe! de ser a#licado a#li cado como materiales de electrodo #ara 4I5s1 La espectroscopia de plasma inducido por láser , conocida como LIBS, es un tipo de espectroscopia de emisión atómica que atómica que emplea como fuente de excitación excitación láseres láseres de alta energía. Una de las grandes ventajas de la tcnica LIBS es la posi!ilidad de anali"ar cualquier sustancia# independientemente del estado del estado de agregación, agregación, $a sean sólidos,% líquidos& o gases, gases,' incluso en coloides como coloides como aerosoles, aerosoles,( geles $ otros. )e!ido a que todos los elementos de la ta!la la ta!la periódica emiten periódica emiten lu" cuando son excitados convenientemente, la tcnica LIBS puede potencialmente resolver la composición elemental de cualquier muestra, estando limitada dic*a detección a la potencia la potencia disponi!le de los láseres $ a la sensi!ilidad sensi!ilidad $ $ resolución espectral de los espectrómetros espectrómetros $ $ detectores, principalmente. +-BL/0S )L L12-)- Li 3 4eS%
Unolade los *ra2es #roblemas de las en bater"as 6 Fe! es una r3#ida ca"da de ca#acidad durante el ciclismo la salade de4item#eratura1 Con el 7n de resol2er el #roblema, se han reali8ado 2arios en9o:ues #ara la me.ora del rendimiento de ciclo tales como la adici$n Fe , carbono recubrimiento sobre la su#er7cie de Fe! o la modi7caci$n d de e los electrolitos l":uidos mediante la adici$n de , ;+dio0olano 1 ) lo lar*o de la in2esti*aci$n de iones de litio bater"as, la #rinci#al corriente de la in2esti*aci$n de la l a bater"a Fe! se ha centrado en la modi7caci$n )CION DE4 E4ECTRODO ?ero la in2esti*aci$n reciente muestra :ue la corriente de colector también est3 desem#eñando un #a#el e0tremadamente im#ortante en la bater"a de iones de litio recar*able1 ?RO?IED)DE FIIC) @ AUIBIC) DE4 E4ECTRODO u 9"sico / :u"mico #ro#iedades #ueden a9ectar al rendimiento de las bater"as de iones de litio1 l itio1 Di9erentes colectores de corriente #uede resultar en di9erencia si*ni7cati2a en las actuaciones de las bater"as de iones de litio1 Demostraron :ue ciclo de 2ida del electrodo com#uesto de silicio+*ra7to hab"a me.orado de manera si*ni7cati2a si*ni7cati2a mediante el uso de un colector de corriente con una mor9olo*"a de la su#er7cie modi7cada1
In9orm$ de :ue el silicio #oroso 3nodo de carbono en un colector de corriente de 7bra de carbono ten"a ma/or ca#acidad *lobal, la ca#acidad de ciclo, / la tasa de ca#acidad1 obre la base del hecho de :ue los colectores de corriente a9ectar al rendimiento de las bater"as de iones de litio, estudiamos en este traba.o los e9ectos de tres di9erentes ti#os de colectores de corriente en la electro:u"mica rendimiento del electrodo ele ctrodo #ositi2o Fe!, inclu/endo una l3mina de )l, una l3mina de Ni / una l3mina de Cu1 C"clico 2oltametr"a e im#edancia electro:u"mica se midieron #ara com#render el mecanismo de di9erente rendimiento electro:u"mico1 el ectro:u"mico1 ?I4) 4ITIO 6 DIU4FURO IERRO %4I 6 FE!INTRODUCCION El sul9uro de hierro, tanto en el monosul9uro %Fe- / las 9ormas disul9uro %F %Fe!-, e!-, se ha considerado #ara su uso en bater"as de litio l itio s$lido de c3todo1 $lo la ba $lo bate ter" r"a a di disu sul9 l9ur uro o se ha come comerc rcial iali8a i8ado do de debid bido o a su 2en 2enta ta.a .a de rendimiento debido a su alto contenido de a8u9re / su#erior 2olta.e1 =ENT)) DE4 E4ECTRODO El electrodo monosul9uro tiene la 2enta.a de corrosi$n reducida, 2ida m3s lar*a, / una sola meseta de tensi$n en com#araci$n con el electrodo de disul9uro, :ue descar*a en dos eta#as1 Estas bater"as tienen un 2olta.e nominal de , = / #or lo tanto se #ueden utili8ar como sustitutos #ara las bater"as acuosas :ue tienen una tensi$n similar1 De ti#o bot$n de bater"as 4i 6 Fe! eran 9abricado como un reem#la8o #ara #ilas de $0ido de 8inc 6 #lata #ero :ue /a no come comerciali8ado1 rciali8ado1 Ello El*eram losramen s te ten" n"an an in un una aor,,ma ma/o /or im im#e #eda ncia ia ba / .osun una a ca ca#a #aci dad dae un #o #ottme. en enccor ia li*e li ente te in9e 9eri rior #e #ero ror 9ue 9uero ron ndanc m3s ba.os en co cost sto ocida / dte ten" n"a me.or rendimiento a ba.a tem#eratura / ca#acidad de almacenamiento1 5ater"as de 4i 6 Fe! ahora se 9abric 9abrican an en una con7*uraci$n cil"ndrica1 Estass ba Esta bate ter" r"as as tene tenerr un me me.o .orr rend rendim imien iento to de alto alto drena drena.e .e / de ba ba.a .a tem#eratura :ue la de 8inc 6 alcalino+man*aneso bater"as de di$0ido de carbono1 El rendimiento de estos dos sistemas de descar*a de corriente constante en di2ersas tasas de descar*a, en el tamaño )), se com#ara en la 7*ura1 1GH1
FIGURA 14.76 14.76 tasa d de e descarga frente a la ca capacidad pacidad de Li / FeS2 FeS2 y Zn / alcalin / !n"2 ## AA ## $ pilas de ta%a& en 21' (. )(rtes*a de +,eready -attery (. Inc. 0U!I(A +L +L+(3R"" 4a bater"a 4i 6 Fe! utili8a litio #ara el 3nodo, disul9uro de hierro #ara el c3to c3 todo do,, / el li liti tio o /o /odu duro ro en un una a me me8c 8cla la de diso disol2 l2en ente te or*3 or*3nic nico o co como mo electrolito1 4as reacciones celdas son
Es#eci Es#e cies es in inte term rmedi edias as se 9orm 9orman an du dura rant nte e la des desca car* r*a, a, #e #ero ro no se ha han n caracteri8ado com#letamente1 Ellos de#enden de muchas 2ariables, inclu/endo 2elocidad de descar*a / la tem#eratura1 E2idencia de las es#ecies intermedias se #uede 2er en la cur2a de descar*a escalonado #ara 4i 6 Fe! Fe! bater"as en un desa*Je de lu8, como se ilustra en la Fi*1 1GG1 4a reacci$n *lobal de la céldas cél das #ara el electrodo es mono sul9uro
!4i KFe L Fe K4i! FI>UR) 1GG #or escaleras cur2a de descar*a de las bater"as de tamaño )) 4i 6 Fe! sobre la 9u*a de lu8 en ! ( C1 (((+ 9ondo con !+, +s 6 semana #ulso1 %Cortes"a de E2eread/ 5atter/ Co1, Inc1-
(nstrcci5n (nstrcci5 n de la ater*a 4as bater"as de 4i 6 Fe! se #ueden 9abricar en una 2ariedad de diseños, in incl clu/ u/en endo do el bo bot$ t$n n / am ambo boss bo bobi bina nass / en es es#i #ira rall el elec ectr trod odos os cé célu lula lass ci cil" l"nd ndri rica cas1 s1 Una Una co cons nstr truc ucci ci$n $n de la bo bobi bina na es la m3 m3ss ad adec ecua uada da #a #ara ra a#licaciones de lu8 de drena.e1 e necesita la construcci$n en es#iral+electrodo #ara el m3s #esado de drena.e a#licaciones, / es este diseño :ue ha sido comer comerciali8ado1 ciali8ado1 4a construcci$n de la bater"a cil"ndrica enrollada en es#iral se muestra en la Fi*1 1 1G&1 G&1 Est Estas as bat bater"a er"ass sue suelen len ten tener er 2ar 2arios ios dis dis#os #ositi2 iti2os os de se* se*urid uridad ad incor#orados en su diseño #ara #ro#orcionar una #rotecci$n contra tales condiciones abusi2as como cortocircuitos, car*a, descar*a 9or8osa, / otra cale9acci$n1 Dos dis# Dos dis#os osit iti2o i2oss de se se*u *uri rida dad d se mu mues estr tran an en la 7* 7*ur ura+u a+un n ori7 ori7ci cio o de 2entilaci$n de ali2io de #resi$n / un rea.ustable interru#tor térmico, llamado un dis#ositi2o #ositi2o coe7ciente térmico %?TC-1 •
+21 5+ositive +21 5+ositive 2emperature 2emperature 1oefficient6 7 coeficiente de temperatura positivo 5tam!in llamado posistor 6. 6.
El 2enteo de ali2io de se*uridad es diseñada #ara liberar la #resi$n interna e0ce e0 cesi si2a 2a #a #ara ra e2 e2it itar ar la ru ru#t #tur ura a 2io 2iolen lenta ta si la ba bate ter"a r"a es est3 t3 ca calen lenta tado do o abusado eléctricamente1
FIGURA 14.7 Secci5n trans,ersal y la parte sperir de %nta8e de Li / FeS2 -ate -ater*as r*as de ta%a ta%a& & AA. )(rt )(rtes*a es*a de +,e +,eready ready -a -attery ttery (. Inc.
2entilaci$n de #resi$n rea.ustable tres 2"as cambiar contacto de resorte colector de c3todo #estaña 3nodo El #ro#$sito #rinci#al de la ?TC es #ara #rote*er contra cortos circuitos e0ternos, aun:ue también o9rece #rotecci$n en ciertas otras condiciones de abuso eléctrica1 4o hace mediante la limitaci$n del Mu.o de corriente cuando la tem#eratura de la celda alcan8a la tem#eratura de acti2aci$n diseñado de la ?T ? TC1 Cuando Cuan do el ?T ?TC C ac acti ti2a 2a,, su resi resist sten enci cia a au aumen menta ta brus brusca camen mente te,, co con n un una a reducci$n corres#ondiente en el Mu.o de corriente /, en consecuencia, la *ene *e nera raci ci$n $n de ca calor lor in inte tern rno1 o1 Cu Cuan ando do la bate bater" r"a a %/ el ?T ?TCC- se en en9r 9r"a "a,, la resistencia ?TC ?TC cae, #ermitiendo :ue la bater"a se descar*ue de nue2o1 El ?TC ?TC conti continuar nuar o#era o#erando ndo de esta manera dur durante ante much muchos os ciclos si una condici$n abusi2a continúa o se re#ite1 El ?TC no reinicio inde7nidamente, #ero cuando de.a de hacerlo, ser3 en la condici$n de alta resistencia1 4as caracter"sticas de los ?TC %o cual:uier otro dis#ositi2o de limitaci$n de corrrien co riente te en la ba batter er"a "a-- #ue ued de co colo loca carr al*u al*una nass limi limita taccion iones en el rendimiento1 Estos se discuten en m3s detalle en la ec1 1(1;1
Actaci5n 9lta8e. 4a tensi$n nominal del sistema de 4i 6 Fe! se da como 1 = / el circuito abierto tensi$n de las células no rehabilitados es de a#ro0imadamente ,& =1 =1 4a tensi$n de car*a cae dentro milise*undos, como se muestra en la Fi*1 1G'1 escarga. 5a 5ate ter" r"as as de 4i 6 Fe e! ! su suel elen en te tene nerr un una a te tens nsi$ i$n n de se ser2 r2ic icio io su#erior / una descar*a m3s #lana #er7l de di$0ido de man*aneso de 8inc 6 #ilas alcalinas acuosas 1+= 1+=11 Esto es ilustrado en la Fi*1 1&(, :ue com#ar com#ara a el rendimiento de estos dos sistemas de bater"as relati2amente la lu8 / las tasas de descar*a de corriente constante #esados1 Estas caracter"sticas de la 4i 6 Fe! resultado de la bater"a en una ma/or ener*"a / #otencia, es#ecia es# ecialmen lmente te en los des desa*J a*Jes es m3s #es #esado adoss 9uer 9ueron on los di9 di9er erenc encias ias de 2olta.e de o#eraci$n son ma/ores1 Cur2as t"#icas de descar*a del ))+tamaño de la bater"a 4i 6 Fe! ba.o consta con stante nte resis resisten tencia cia,, cor corrien riente te con consta stante nte,, / los mod modos os de des descar car*a *a de #otencia constante se muestran en las Fi*s1 ,& a ,&;1
3e%peratra de fncina% fncina%ient ient1 5ater"as de 4i 6 Fe! también son adecuados adecua dos #ara su uso en un am#lio tem#erat tem#eratura ura *ama, #or lo *enera *eneral l ( a H( C1 Como #uede 2erse en la Fi* Fi*11 1&, la 2ida útil se me.ora en tem#eratura tem#eraturass ele2adas, /a :ue es a tem#eratura ambiente1 En al*unas a#licaciones #uede haber m3s l"mites a la tem#eratura m30ima de descar*a debido a la limitaci$n de corriente, :ue son #arte del diseño celular o dis#ositi2o de la bater"a1 4a 2ida útil se reduce a medida :ue la tem#eratura de descar*a se reduce #or deba.o de la tem#eratura ambiente, aun:ue el rendimiento de la bater"a 4i 6 Fe! se 2e a9ectada mucho menos #or la ba.a tem#eratura :ue son sistemas acuosos1
+f +fec ect ts s de l ls s disp disps sit iti, i,s s li li%i %ita tad dre res s de c crr rrie ient nte. e. )l*unos dis#os dis #ositi iti2os 2os lim limita itador dores es de cor corrien riente, te, tal tales es com como o 9us 9usibl ibles es / ?T ?TC, C, est est3n 3n diseñados #ara res#onder a las altas tem#eraturas1 Tanto la tem#eratura ambi am bien ente te / ca cale lent ntam amie ient nto o de cé célu lula lass inte interrna #u #ued ede e a9 a9ec ecta tarr a es esto toss dis# dis#os osit iti2o i2os, s, #o #orr lo :u :ue e cu cual: al:ui uier er de los los si*u si*uie ient ntes es 9ac 9acto tore ress #u #ued eden en desem#eñar un #a#el • • • • • •
4a tem#eratura del aire circundante ?ro#iedades de aislamiento térmico del en2ase de la bater"a El calor *enerado #or los com#onentes del e:ui#o durante el uso E9ectos de calentamiento acumuladas de bater"as bater"a s multicelulares T Tasas asas de descar*a / durac duraciones iones Frecuencia / duraci$n de los #er"odos de descanso
?uede ?ued e se serr ne nece cesa sari rio o cons consul ulta tarr al 9a 9abr bric ican ante te o rea eali li8a 8arr #rue #rueba bass #a #ara ra determinar limitaciones en a#licaciones es#ec"7cas1
FIGURA 14.7: tensi5n en carga de las c;llas de Li / FeS2 ta%a& AA. )(rtes*a de +,eready -attery (. Inc.
FIGURA A 14.80 14.80 Rend Rendimien imiento to de de Li / Fe FeS2 S2 !n / alca alcalino lino / "n#2 "n#2 $$ AA $$ % pilas pilas de FIGUR tama&o tam a&o en '0 (' ('0 0 mA des desca car)a r)a contin con tinua ua a 21* 21*+ + ,+ort ,+ ortes es-a -a de ere eread ad atter +o. Inc.
FIGURA 14.1 resistencia cnstante descarga cntina de Li / FeS2 ## AA ## $ pilas de ta%a& a ls 21 ( )(rtes*a de +,eready -attery (. Inc.
FIGURA 14.2 )a y ) (nstante descarga cntina actal de Li / FeS2 ## AA ## $ pilas de ta%a& en 21< ()(rtes*a de +,eready -attery (.
FIGURA 14.= 14.= >tencia cnstante descarga cntina de Li / FeS2 FeS2 ## AA ## $ pilas de ta%a& en 21 ('. )(rtes*a de +,eready -attery (. Inc.
FIGURA 14.4 Rendi%ient de Li / FeS2 ## AA ## $ pilas de ta%a& en n 1. 1.?? ??? ? %A de desc scar arga ga c cn nti tin na a a dife difere rent ntes es te%p te%per erat atr ras as.. )(rtes*a de +,eready -attery (.
I%pedancia. Im Im#ed #edan anci cia a de )C es un una a ca carac racte ter"s r"sti tica ca el eléc éctr tric ica a :u :ue e se util utili8 i8a a co con n 9recuencia 9recu encia como un indicador de rendimiento rendimiento #ara las bater" bater"as as acuosas1 4a correlaci$n s$lo es #obre en el me.or de 4i 6 Fe! bater"as1 a/ una #el"cula #rotectora :ue se 9orma en la su#er7cie del 3nodo de litio1 Esta #el"cula es un 9actor im#ortante en la e0celente 2ida útil de la célula de 4i 6 Fe!1 Como la célula edades, esta #el"cula de #rotecci$n aumenta con la edad1 ) medida :ue aumenta la #el"cula, la im#edancia hace lo bien1 in embar* emb ar*o, o, est esta a #el #el"cu "cula la es 93c 93cilm ilment ente e int interr errum# um#ido ido cua cuando ndo la bat bater"a er"a se #one en car*a car*a,, #or lo :ue la im#edancia ina#r ina#ro#iada o#iada como un indicador de re rend ndim imien iento to de la ba bate ter"a r"a 4i 6 Fe! se es es#e #era raba ba,, so sobr bre e todo todo de des# s#ués ués almacenamiento1
3e%peratra de al%acena8e. El almacenamiento a altas tem#eraturas reducir3 la 2ida útil de 4i 6 Fe! bater"as, /a :ue con otros sistemas1 in embar*o, debido a los ni2eles mu/ ba.os de las im#ure8as en los materiales utili8ados / el alto *rado de e7cacia de sellado re:uerida en las bater"as de litio, ser2icio de mantenimiento de las bater"as de 4i 6 Fe! des#ué des# uéss de un al alma mace cena nami mien ento to de al alta ta te tem# m#er erat atur ura a es me me.o .orr de lo es#erado con sistemas acuosos1 El t"#ico ran*o de tem#eratura de almacenamiento de las bater"as de 4i 6 Fe! es De ( a H(P C, aun: aun:ue ue e0c e0curs ursion iones es rela relati2a ti2amen mente te cortas cortas #or encima de H(PC #uede ser #osible1 En esos casos la tem#eratura a la :ue la re.illa de 2entilaci$n de ali2io de #resi$n o#erar3, / el e9ecto de la tem#eratura en los casos de células / bater"as / materiales de aislamiento debe ser entendido1 Ti#os celdas / )#licaciones )#licaciones T Tabla abla 1!;
se enumeran las caracter"sticas de la cil"ndrica 4i 6 Fe!
bater"ass de tam bater"a tamaño año )) :ue se enc encuen uentra tra act actual ualmen mente te com comerc ercialm ialment ente e dis#onible1 Esta bater"a tiene una me.or alta de drena.e / el rendimiento a ba.a tem#eratura :ue las celdas con2encionales d de e 8inc / est3 destinado a ser utili8ado en a#licaciones :ue tener un re:uisito consumo de corriente alta, tales como c3maras, com#utadoras / telé9onos celulares1 Un e.em#lo de la 2enta.a de la celda de litio, en com#araci$n con el Qn 6 alcalina 6 BnO! bater"a es se muestra en la Fi*1 1&, :ue tra8a el número de destellos obtenidos con una réMe0 Mash autom3tico c3mara 9oto*r37ca1 4a bater"a de litio su#era a la #ila alcalina mediante la entre*a de m3s Mashes con un tiem#o de reciclado m3s r3#ida1 =er Fi*1 i*1 H,! H,! #a #ara ra lo loss da dato toss co com# m#ar arat ati2 i2os os ad adic icio iona nale less so sobr bre e el us uso o de 2ariosti#os de bater"a en uso de destello1
5ater"as ti#o bot$n 4i 6 Fe! /a no se 9abrican1 5ater"ass utili 5ater"a utili8an 8ando do el 4i 6 Fe sis sistem tema a no han sid sido o 9abric 9abricado adoss #ara uso comercial1 FI>UR) 1& Com#araci$n del número de Mashes en la c3mara autom3tica #ara las bater"as de tamaño )) 4i 6 Fe! 8inc alcalino /1 Un destello cada ;( s con la c3mara en modo manual1 %Cortes"a de E2eread/ 5atter/ Co1, Inc1-
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