ポータブルリチウム電池

お近くのさまざまなポータブルデバイスを見てください。可能性は、それらが携帯用リチウム電池で駆動されていることです。スマートフォンでもタブレットでも、これらのデバイスはすべてリチウム電池を使用しています。したがって、そのような電池は世界中で一般的な名前になっていると言っても過言ではありません。

リチウム電池は密度が高いことから、コンパクトなサイズでの製造に成功しています。さらに、充電できるため、特に他の従来のタイプのバッテリーと比較して、非常に長持ちします。鉛蓄電池は依然として特定の産業をリードしている可能性がありますが、それでも携帯型リチウムイオン電池はすべての家庭で重要な地位を獲得しています。

ポータブルリチウム電池の種類と仕様

利用可能なリチウムイオン電池には他にもさまざまな種類があることに注意する必要があります。ただし、以下の5つは、商業的に確立およびテストされたものです。現在研究中の他のオプションがあります。各バッテリータイプは、エネルギー密度、安全性、放電率、信頼性、および電力密度に基づいて互いに異なります。

市販されている5つのバッテリーには次のものがあります。

1.コバルト酸リチウム電池

コバルト酸リチウム電池は、カメラ、携帯電話、ラップトップなどの携帯用電子機器に使用されています。それらの放電率は非常に低いため、バッテリーの寿命を延ばすのに理想的です。さらに、他のすべてのタイプのリチウム電池の中で、リチウムコバルト酸化物電池は最も高いエネルギー密度を特徴としています。範囲は110〜190 Wh / kgです。バッテリーにはコバルトが含まれているため、見つけるのが難しく、高価であるため、これらのポータブルバッテリーは他のオプションよりも高価になる傾向があります。

2.チタン酸リチウム電池

チタン酸リチウム電池の重要な特徴の1つは、非常に低い温度で効率的に動作できることです。気温は摂氏-40度まで下がることがあり、バッテリーは引き続き機能します。これとは別に、これらのバッテリーは充電と放電の両方の割合が高い傾向があります。それらは他のオプションよりも比較的低いエネルギー密度を持っています。それは30-110Wh / kgの範囲です。それが持っている固有の電圧も低いです。バッテリーの標準電圧は3.7Vですが、このバッテリーの電圧は2.4Vです。

3.リン酸鉄リチウム電池

一部のリチウム電池は過熱する傾向がありますが、リン酸鉄リチウム電池はこのリスクをもたらさないタイプの1つです。それらは、医療機器やツールに電力を供給するためによく使用されます。それらは他のバッテリーよりもかなり長寿命で、平均エネルギー密度は95-149 Wh / kgです。

4.リチウム-ニッケルマンガンコバルト酸化物電池

リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物バッテリーはすぐには熱くならないため、安全なオプションです。電動自転車、工具、電車の動力に使用されます。それらのエネルギー密度も低く、95〜130 Wh / kgの範囲です。繰り返しになりますが、コバルトが高価であるため、これらのバッテリーも安価ではありません。

5.リチウムマンガン酸化物電池

安全で手頃な価格の携帯型リチウム電池を提供する場合、頭に浮かぶのはリチウム-二酸化マンガン電池です。これらのバッテリーは非常に柔軟性があり、ハイブリッド車と携帯電話の両方に同様に電力を供給するために使用できます。それらは、高い放電率と110-120 Wh / kgの低いエネルギー密度を持っています。

ポータブルリチウム電池の作り方

リチウム電池の製造に使用される主要な材料は3つあります。これには、カソード、アノード、電解質が含まれます。電解質は電子の絶縁体として機能します。カソードとアノードが帯電状態にあるとき、前者は高濃度のリチウムを特徴とし、後者はそれを使い果たします。放電中、リチウムは濃縮されたアノードを離れ、電解質を通って移動し、カソードに付着します。ここで、それらの電子が収集され、デバイスに電力を供給するために使用されます。

リチウム電池を作るには、3つの材料を含むセルを作る必要があります。電圧が電解液を通過すると、反応が自動的に発生し、それによって関連するデバイスに電力が供給されます。

このプロセスは完全に証明されているように見え、継続的なループを示唆している可能性がありますが、すべてに1つの弱点があります。イオンがアノードからカソードに移動するときはいつでも、電極との反応が起こり、それによってイオンは所与の材料に埋め込まれたままになります。これにより、このプロセス全体の推進力である遊離イオンの供給が枯渇します。これが、バッテリーが消耗し続け、最終的には故障する理由です。また、過充電によりイオンが崩壊し、プロセスがさらに停滞する可能性があります。そのため、リチウム電池を製造する際には、過充電を防ぐことが不可欠です。

バッテリーの携帯性とパフォーマンスの関係

リチウムイオン電池は、最も軽量で携帯性に優れた電池の1つです。それでも、同時に、それらは非常に高いエネルギー密度を特徴としています。パフォーマンスと移植性の関係を理解するには、まずパフォーマンスのメトリックを強調することが不可欠です。この言葉にはさまざまな要素が含まれ、モビリティとの関係は使用する定義によって異なります。

バッテリーの性能をエネルギー密度と放電率に基づいて測定している場合、この性能の定義を考慮すると、携帯性と性能は互いに直接関係していると言っても過言ではありません。

ただし、パフォーマンスに関しては、他のさまざまな要素を考慮する必要があることを忘れてはなりません。これには、バッテリーの耐久性が含まれます。上記のように、リチウム電池は動作中に反応を起こし、機能が低下する傾向があります。また、故障する前に何度も充電することしかできません。パフォーマンスを耐久性の観点から測定している場合、関係は逆になります。

結論

世界のあらゆる種類のバッテリーには欠点があります。リチウム電池もこのルールの例外ではありませんが、さまざまな種類、密度、放電率から選択できるため、メーカーはデバイスのニーズに合わせてカスタム電池を作成することができます。これにより、リチウム電池は今日非常に人気があります。それらの機能に関する継続的な研究は、それらをさらに改善するためにバインドされています。今のところ、リチウムイオン電池は高品質と高性能を得るためのあなたのベストショットです。