リチウムイオン電池はどれくらい効率的ですか？

リチウムイオン電池は充電式電池です。リチウムイオン電池はいたるところにあり、特にラップトップ、スマートフォンなどの民生用アプリケーションや電気自動車にも見られます。バッテリーの優れた特性、つまり自己放電が少なく、エネルギー密度が高く、メモリー効果がないことに感謝します。これらすべての特性により、リチウム電池は、市場で入手可能な他の電池の化学的性質よりも優れた選択肢となっています。

時間の経過とともに、アプリケーションに数時間または数日も電力を供給するリチウムイオン電池は、充電を維持する能力を徐々に失い始めます。それで、なぜこれが起こるのか疑問に思ったことはありますか？リチウムイオン電池が非効率になる理由はいくつか考えられます。

この投稿では、リチウムイオン電池を本当に弱めるものを理解するのに役立ちます。知る前に、まずリチウムイオン電池の効率について学びましょう。

リチウムイオン電池の効率はどれくらいですか？

1960年代に最初に導入されたリチウムイオン電池は、ベルラップがリチウム電池（リチウム金属）の代替品を提供するために実用的なグラファイトアノードを導入したときに誕生しました。最初の商用リチウムイオン電池はソニーによって製造されました。その後、強化された材料開発と技術により、エネルギー密度とサイクル寿命のそれぞれが著しく大幅に強化されました。

リチウムイオン電池の効率に関しては、ほぼ100％であり、これは市場で入手可能な他の電池技術に比べて最大の利点です。

リチウムイオン電池は、定格電池の電力の90％に達するまでの時間と呼ばれる高速放電および充電時定数（約200ms）と、3500サイクル内で78％の高い往復効率を特長としています。リチウムイオン電池が、特に電動自転車、携帯電話、ラップトップ、電気カードなどのポータブルおよびモバイルアプリケーションの分野で最も重要なストレージテクノロジーになったことは周知の事実です。

リチウムイオン電池を本当に弱めるものは何ですか？

リチウムイオン電池を分解するものが何か疑問に思っているなら、いくつかの要因があります。それでは、それらについて詳しく話しましょう。

カソードのアクティブ部分（リチウムイオンのソース）は、パフォーマンスと安定性のために、特定の原子構造で設計されています。イオンが除去され、アノードに移動し、その後カソードに挿入されると、理想的には、イオンが除去された場所に戻って、適切な安定した結晶構造を維持する必要があります。ただし、問題は、放電と充電のたびに結晶構造が変化する可能性があることです。そのため、イオンが同じ場所に戻らない場合があります。材料のこれらの変化と修正により、カソードは、さまざまな電気化学的特性とともに完全に新しい結晶構造に変化します。

そのため、そもそも望ましい性能と安定性を可能にする特定の原子配列が変更されました。

腐食の問題

劣化は、バッテリーの他の部分でも発生する可能性があります。各電極には、金属片（通常はアノード用の銅、カソード用のアルミニウム）である集電体が装備されており、電子を収集して外部回路に送ります。

バインダーが機能しなくなると、コーティングによって集電体が剥がれる可能性があります。また、金属が腐食すると、意図したとおりに電子を送ることができなくなります。電極と電解液の相互作用により、バッテリー内で腐食が発生します。ある研究によると、グラファイトアノードは非常に「還元」しており、電解質に電子を容易に放出し、カソードは高度に「酸化」しており、電解質から電子を容易に受け入れることができます。その結果、アルミニウム製の集電体が腐食したり、カソード粒子にコーティングが形成されたりする可能性があります。

まともなものが多すぎる

グラファイトは、アノードを作るために一般的に使用される材料です。有機電解質中では熱力学的に不安定です。これは、バッテリーが初めて充電モードになると、グラファイトが電解質と反応し、その結果、固体電解質介在物またはSEIとして知られる多孔質層が形成されることを意味します。

SEOは残念ながら不安定な防御者です。間違いなく、それは最適温度または室温でグラファイトを保護するというまともな仕事をします。ただし、高温の場合、またはリチウムイオン電池の充電量がゼロになると、SEIが電解液に部分的に溶解する可能性があります。

固定リチウムイオン電池のエネルギー効率評価

エネルギー効率は、蓄電池システムに関しては注目に値するパフォーマンス指標です。固定リチウムイオン電池システムの包括的な電熱モデルが開発され、そのエネルギー効率の評価が実行されます。

このモデルは、変換損失と補助消費電力を測定するための全体的なアプローチを提供します。また、パワーエレクトロニクス、熱管理、バッテリーラック、および制御および監視部品のサブモデルが開発され、包括的なモデルに統合されています。模倣は、「低電圧」グリッドに接続されているリン酸鉄リチウム電池を利用したプロトタイプの192kWhシステムに依存してパラメータ化されています。

主要な損失メカニズムが決定され、徹底的に調査およびモデル化されます。さらに、多数のシステム動作モードを特徴とする一般的なプロファイルを推定して、定置型バッテリシステムの特性を決定します。通常、「パワーエレクトロニクス」の損失は、低電力オペレーティングシステムでのバッテリ損失を上回ります。変換往復効率は、70〜80パーセントの範囲で測定されます。全体的なシステム効率は、太陽光発電バッテリーアプリケーションでは8〜13％ポイント低くなります。

リチウムイオン電池の効率は以上です。バッテリーの寿命は、お手入れ方法によって大きく異なることを覚えておいてください。