nghiên cứu tổng quan về Pin Liion

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC oOo TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA ĐỀ TÀI PIN LI ION GV LÊ TRỌNG THÀNH SV NGUYỄN VĂN TUẤN MSSV 21000083 LỚP DHHO17THVHVL Thanh Hóa , ngày 29 thán.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC oOo TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA ĐỀ TÀI : PIN LI-ION GV: LÊ TRỌNG THÀNH SV: NGUYỄN VĂN TUẤN MSSV: 21000083 LỚP: DHHO17THVHVL Thanh Hóa , ngày 29 tháng 09 năm 2022 MỤC LỤC Giới thiệu tổng quan .3 Cấu tạo Pin Li-ion 3 Nguyên lý hoạt động pin Li-ion 4÷6 Ưu nhược điểm pin Li-ion 6÷7 Ứng dụng Giá thành TÀI LIỆU THAM KHẢO TỔNG QUAN Pin Lithium ion loại pin thứ cấp Các pin Li-ion bao gồm pin sử dụng hợp chất Lithium vật liệu làm điện cực âm dương Trong chu trình, ion Li+ trao đổi điện cực âm dương Vật liệu làm điện cực dương oxit kim loại điển hình với cấu trúc dạng lớp, Vật liệu làm điện cực âm Glaphite Cacbon, vật liệu có cấu trúc dạng lớp, phủ cực góp điện Trong trình nạp/phóng điện, ion Li+ điền vào tách từ khe hở lớp nguyên tử phía vật liệu hoạt động Pin Li-ion thương mại hố phát triển cơng ty Cổ phần R & D từ đầu năm 90 năm 2005 có 1,1 tỷ pin đưa thị trường với giá trị tỉ USD Hiện cơng trình nghiên cứu Pin Li-ion tiếp tục tiến hành sở kết thu chế tạo điện cực chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ phương pháp chế tạo tối ưu áp dụng sản xuất công nghiệp CẤU TẠO CỦA PIN LI - ION Cấu tạo pin Lithium-ion bao gồm: cực dương, cực âm, phân tách, chất điện phân hai thu dịng điện Hình : Cấu tạo pin lithium-ion - Điện cực dương (Cathode) Vật liệu dùng làm điện cực dương LiCoO2 LiMnO4 Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium Khi có dịng điện chạy qua, ngun tử Lithium nhanh chóng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+ - Điện cực âm (Anode) Cực âm cấu tạo từ Than chì (graphene) vật liệu Cacbon khác có chức lưu giữ ion Lithium L+ tinh thể - Bộ phân tách : Bộ phân tách hay gọi màng ngăn cách điện làm nhựa PE PP Bộ phận nằm cực dương cực âm, có nhiều lỗ nhỏ, có chức ngăn cách cực dương cực âm Tuy nhiên, ion Li+ qua - Chất điện phân : Chất điện phân chất lỏng lấp đầy hai cực màng ngăn Dung dịch điện phân có chứa LiPF6 dung mơi hữu Dung dịch có chức vật dẫn ion Li+ từ Chất điện phân môi trường truyền ion lithium điện cực trình sạc xả pin Nguyên tắc dung dịch điện ly cho pin li-on có độ dẫn ion tốt Cụ thể độ dẫn ion liti mức 1-2 S/cm nhiệt độ phòng Tăng 30-40% nhiệt độ lên 40oC giảm nhẹ nhiệt độ xuống 0oC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN LI - ION Cực âm, cực dương đóng vai trị ngun liệu phản ứng điện hóa pin Li-on dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion liti di chuyển điện cực âm dương, dòng điện chạy mạch pin di chuyển Bên pin lithium-ion diễn phản ứng oxy hóa – khử Sự khử diễn cực âm Tại đó, oxit cacbon kết hợp với ion liti để tạo thành oxit liti-coban (LiCoO2 ) Phản ứng là: CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2 Q trình oxy hóa diễn cực dương Ở đó, hợp chất xen kẽ graphit LiC6 tạo thành graphit (C6) ion liti phản ứng : LiC → C6 + Li+ + e – Đây toàn phản ứng (từ trái sang phải = phóng điện, từ phải sang trái = sạc) : LiC6 + CoO2 ⇄ C6 + LiCoO2 Quá trình thể quy trình sạc, xả Cụ thể sau: Hình Nguyên lý hoạt động pin Lithium ion thể qua quy trình sạc xả - Quy trình xả: Ion-liti mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương dương cực có phản ứng với ion liti Mỗi ion Li dịch chuyển từ cực âm sang cực dương pin mạch ngồi, lại tiếp tục có electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm Điều tạo cân điện tích cực Hình Quy trình phóng điện (xả) Các ion chảy ngược lại qua chất điện phân từ điện cực âm sang điện cực dương Các electron từ điện cực âm sang điện cực dương qua mạch bên ngoài, cung cấp lượng cho thiết bị dùng Khi tất ion di chuyển trở lại, pin xả hết cần sạc lại - Quy trình sạc: Quá trình sạc diễn ngược lại trình xả Dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dương pin (trở thành cực âm), ion Li tách khỏi cực dương di chuyển trở điện cực âm pin (ở quy trình đóng vai trị cực dương) Hình Quy trình nạp điện (sạc) Các ion liti di chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm qua chất điện phân Các electron từ điện cực dương sang điện cực âm, theo đường dài xung quanh mạch bên Các electron ion gặp điện cực âm giữ liti Khi khơng dòng chảy ion nữa, pin sạc đầy sẵn sàng sử dụng Trong chu kỳ phóng điện, nguyên tử liti cực dương bị ion hóa tách khỏi điện tử chúng Các ion liti di chuyển từ cực dương qua chất điện phân chúng đến cực âm Tại chúng tái kết hợp với điện tử trung hòa điện ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PIN LI-ON Ưu điểm Nhược điểm -Kín, khơng cần bảo trì -Giá trung bình ban đầu -Chu kỳ sống dài -Giảm khả nhiệt độ cao -Dải nhiệt độ hoạt động rộng -Cần phải bảo vệ hệ thống mạch điện -Thời gian hoạt động dài -Dung lượng bị giảm nóng lên bị tải -Tốc độ tự phóng chậm -Khả nạp nhanh -Khả phóng điện có tốc độ cơng suất cao -Bị thủng bị toả nhiệt bị ép -Thiết kế dạng trụ điển hình cho mật độ lượng thấp NiCd NiMH -Hiệu lượng, điện lượng cao -Năng lượng riêng mật độ lượng cao -Khơng có hiệu ứng nhớ ỨNG DỤNG pin Lithium-ion ứng dụng nhiều sản xuất xe điện, Pin Lithium-ion xe điện nghiên cứu phát triển nghiêm ngặt, có khả chịu đựng môi trường khắc nghiệt tốt Và thử nghiệm nhiều điều kiện làm việc khác trước cung cấp thị trường Pin Lithium-ion xe điện đạt tiêu chuẩn kháng nước kháng bụi IP67 => Giúp cho xe hoạt động trời mưa, môi trường nước ngăn chặn bụi xâm nhập vào pin dễ gây hỏng hóc cho xe Pin có khả chịu nhiệt trung bình từ -30 độ đến 55 độ Đối với lượng xe điện từ pin, q trình xe hoạt động hồn tồn khơng diễn q trình đốt cháy, nhờ loại bỏ tối đa nguy gây cháy nổ, đảm bảo an tồn tính pin Li-ion tiếp tục cải tiến làm cho pin ứng dụng ngày rộng rãi phạm vi ứng dụng khác Nhằm đáp ứng yêu cầu thị trường, thiết kế ngày cải tiến phát triển, bao gồm pin hình ống trụ lượn xoắn ốc, pin có mặt cắt dạng lăng trụ, thiết kế phẳng từ cỡ nhỏ (0,1 Ah) tới lớn (160Ah) Hiện pin Li-ion ứng dụng rộng rãi đồ điện tử pin điện thoại, máy tính sách tay, mạng điện tử quân đội, radio, máy dị mìn dự đốn pin Li-ion cịn ứng dụng khinh khí cầu, tàu không gian, vệ tinh 10 GIÁ THÀNH Hiện cơng trình nghiên cứu Pin Li-ion tiếp tục tiến hành sở kết thu chế tạo điện cực chất lượng tốt hơn, giá thành rẻ phương pháp chế tạo tối ưu áp dụng sản xuất công nghiệp Pin Li-ion ứng dụng đa dạng nhiều lĩnh vực thương mại hóa từ đầu năm 90 nên giá thành pin tối ưu hóa nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng cạnh tranh với loại nượng khác thị trường Theo khảo sát từ BloombergNEF (tổ chức nghiên cứu, tư vấn toàn cầu lĩnh vực lượng sạch) giá trung bình pin lithium-ion : giảm xuống 137 USD/kWh Con số giảm 13% so với năm 2019 Các số cho thấy công nghệ pin đạt tiến đáng kinh ngạc chi phí cho chúng giảm 88% kể từ năm 2010 Hình Giá trung bình pin Li-ion từ năm 2010 ÷ 2020 (BloombergNEF) BloombergNEF dự đốn, giá pin giảm xuống 58 USD/kWh năm 2030 tiếp tục xuống đến 44 USD/kWh vào năm 2035 TÀI LIỆU THAM KHẢO tư liệu giảng giáo viên hướng dẫn môn thầy LÊ TRỌNG THÀNH Nguyễn Thế Khơi, Nguyễn Hữu Mình Vật lí Chất rắn (1992) NXB GD Hà Nội Venkatasetty, H.V: Lithium battery technology(1984) Wiley, New York Pistoia, G: Lithium batteies (1994) Elsevier, New York David Linden, Thomas B.Reddy (2002) Handbook of batteries McGraw-Hill, New York https://alena-energy.com/gia-pin-lithium-ion-da-giam-toi-88-trong-1-thap-ky-qua/ ... Giá thành TÀI LIỆU THAM KHẢO TỔNG QUAN Pin Lithium ion loại pin thứ cấp Các pin Li-ion bao gồm pin sử dụng hợp chất Lithium vật liệu làm điện cực âm dương Trong...MỤC LỤC Giới thiệu tổng quan .3 Cấu tạo Pin Li-ion 3 Nguyên lý hoạt động pin Li-ion 4÷6 Ưu nhược điểm pin Li-ion 6÷7 Ứng dụng ... vật liệu hoạt động Pin Li-ion thương mại hố phát triển cơng ty Cổ phần R & D từ đầu năm 90 năm 2005 có 1,1 tỷ pin đưa thị trường với giá trị tỉ USD Hiện cơng trình nghiên cứu Pin Li-ion tiếp tục