Cén fáth go bhfuil an voltas ainmniúil de chealla ceallraí litiam-ian 3.7V?

Nuair a dhéanaimid cadhnraí a dhí -chomhdhlúthú ó fhóin chliste, ó bhainc chumhachta, nó ó fheithiclí leictreacha, tagaimid i gcónaí ar an marc voltais ainmniúil "3.7V". Is cosúil gurb é an uimhir seo an "cód géiniteach" de chadhnraí litiam-ian, ach tá a bhunús i idirghníomhú céad bliain idir eolaíocht ábhar, prionsabail leictriceimiceacha, agus cleachtais thionsclaíocha. Nochtann an t -alt seo rúndiamhair an voltais 3.7V ó shé thoise i dteanga shimplí.

I. "Dréimire Fuinnimh" an Domhain Adamhach: Cá as a dtagann an voltas?

Eascraíonn voltas cadhnraí litiam go bunúsach as imoibrithe athaoite a tharlaíonn idir na catóid agus na hábhair anóid le linn muirir agus urscaoilte. Tóg an ocsaíd cóbalt litiam is coitianta (liCOO₂) agus anóid graifít mar shampla:

• Le linn muirir: ian litiam (li⁺) "éalú" ó laitíse criostail licoo₂ agus "snámh" tríd an leictrilít chun idirnascadh idir sraitheanna graifíte. Tá an próiseas seo cosúil le réad trom a ardú go dtí airde, a éilíonn ídiú fuinnimh (fuinneamh leictreach a thiontú ina fhuinneamh ceimiceach).
• Le linn urscaoilte: “sleamhnáin ar ais” ó na sraitheanna graifíte go dtí an laitíse criostail liCoo₂. Cosúil le rud trom a thagann ó airde agus fuinneamh a scaoileadh (fuinneamh ceimiceach a thiontú ina fhuinneamh leictreach).

Léiríonn an difríocht fuinnimh seo idir "ardú" agus "ag titim" go fisiciúil mar voltas. Taispeánann ríomhaireachtaí ceimiceacha Quantum go bhfuil poitéinseal eastósctha ian litiam liCoo₂ thart ar 4.1V (i gcomparáid le litiam mhiotalach), agus go bhfuil an poitéinseal idirchaidrimh ian litiam de ghraifít gar do 0. 1V. Tar éis caillteanais fuinnimh a asbhaint le linn muirir agus urscaoilte (éifeachtaí polaraithe), titeann an t -ardán voltais inúsáidte iarbhír laistigh den raon 3. 7-4. 2V.

Ii. "Cóimheas Órga" de chomhcheangail ábhair: Cén fáth a roghnaíonn tú 3.7V?

Tá eolaithe tar éis triail a bhaint as na céadta teaglaim ábhair, ach seasann an córas 3.7V amach toisc go mbuaileann sé cothromaíocht i "Tríonóid dodhéanta" maidir le dlús fuinnimh, sábháilteacht agus costas:

Tá an meascán graifíte licoo₂ + cosúil le "laoch heicseagánach": cé go bhfuil cóbalt costasach, cuireann a struchtúr cobhsaí agus a chomhéifeacht idirleathadh ian measartha litiam an ceallraí i mbaol díghrádú cosúil le Limn₂o₄ ná seans go mbeidh "dóchán" cosúil le NCA. Uasmhéadaíonn an t -ardán voltais 3.7V aschur fuinnimh agus ag an am céanna caillteanais iomarcacha polaraithe a sheachaint.

Iii. “Spleáchas Cosáin” ar Rogha Stairiúil: Socraigh ag Leictreonaic Tomhaltóirí

Go bunúsach, is é an caighdeánú de voltas 3.7V ná múnlú droim ar ais ar dhearadh soláthair cumhachta ag leictreonaic tomhaltóra. Ghlac an iPhone den chéad ghlúin i 2007 le ceallraí ocsaíde cóbalt litiam le voltas ainmniúil de 3.7V, a tháinig chun bheith ina theimpléad le haghaidh dearaí fóin chliste ina dhiaidh sin. Tugann an caighdeánú seo trí bhuntáiste mór:

1, Bainistíocht Muirearú Simplithe: Is féidir caighdeán 5V an chomhéadain USB a laghdú go 4.2V a ghearrann voltas scoite trí thiontaire simplí DC-DC, ag fáil réidh leis an ngá atá le ciorcaid chasta.

2, Dearadh Ciorcaid Cosanta: an 3. 0 v Soláthraíonn voltas scoite amach corrlaigh sábháilteachta leordhóthanacha don chóras bainistíochta ceallraí (BMS), rud a choisceann fás ró-eascraíonn agus copair.

3, Optamú Sraith Ilchealla: Is féidir le dhá cheall 3.7V sa tsraith teacht ar 7.4V, atá oiriúnach do ghléasanna ardvoltais cosúil le ríomhairí glúine gan ciorcaid bhreise treisithe.

Leanann an táimhe seo ar aghaidh inniu. Fiú amháin i réimse na feithicle leictreacha, tá pacáistí ceallraí comhdhéanta de na céadta ceall 3.7V trí thopagrafaíochtaí casta fós ag tabhairt an oidhreachta stairiúil seo ar aghaidh. Is éard atá i bpacáiste ceallraí samhail Tesla ná 7, 104 18650 cealla (gach 3.7V), le voltas iomlán ag baint amach 400V.

Iv. “Dinimiciúla Dinimic” na n-ardán voltais: Léargais ó Chuair Muirear-Dearc

Léiríonn tomhais iarbhír na gcuair mhuirear-mhuirir ceallraí litiam-ian nach luach tairiseach é 3.7V ach feidhm de chuid an Stáit (SOC). Ag glacadh le gnáthchóras NCM523\/graifít mar shampla:

• Le linn muirir: Ardaíonn an voltas go tapa ó 3.
• Le linn urscaoilte: Laghdaíonn an voltas go mall ó 4.2V go 3.7V (thart ar 70% SOC), agus cuar titim voltais géar ina dhiaidh sin.

Mar phointe infhillte an chuar dí-mhuirir, comhfhreagraíonn 3.7V don phointe criticiúil de ráta idirleata ian litiam. Ag an bpointe seo, níl na suíomhanna gníomhacha sna hábhair leictreoidí sáithithe go hiomlán ná ró-ídithe litiam, ag feidhmiú i stát is fearr. Cosúil leis an "luas" le linn rith, bíonn tuirse ann mar thoradh ar ró -thapa, bíonn neamhéifeachtacht ró -mhall, agus is é 3.7V an "láthair milis" go beacht le haghaidh éifeachtúlacht tiontaithe fuinnimh.

V. "cúinsí réadúla" de chleachtais thionsclaíocha: Cluiche an chostais agus an phróisis

Bíonn tionchar mór ag próisis mhonaraíochta agus costais ar voltas 3.7V a fhoirmiú freisin:

Oiriúnú deighilteora agus leictrilít: Tá riachtanais mheasartha ag an gcóras 3.7V maidir le póirseacht deighilteora agus seoltacht ianach leictrilít, ag seachaint dianscaoileadh leictrilít mar gheall ar voltas iomarcach nó dlús fuinnimh laghdaithe mar gheall ar voltas neamhleor.

Próiseas sciath leictreoid: Tá dáileadh méid na gcáithníní de ocsaíd cóbalt litiam agus tiús na mbratuithe graifíte optamaithe le himeacht ama, ag cruthú cluiche is fearr leis an gcóras 3.7V. D'fhéadfadh go mbeadh gá le línte táirgthe a athdhearadh go forneartach a mhéadú go forneartach.

Aibíocht an tslabhra soláthair: Tar éis dhá scór bliain d'fhorbairt, tá an slabhra soláthair don chóras 3.7V an -aibí, ag cruthú lúb iomlán dúnta ó eastóscadh amhábhar go hathchúrsáil ceallraí. Cuirfidh aon athrú ar ardán voltais coigeartuithe suntasacha ar shlabhra tionsclaíoch.

Vi. Treochtaí sa todhchaí: an "oidhreacht agus an dul chun cinn" de 3.7V

In ainneoin go raibh sé i gceannas ar an margadh le breis agus fiche bliain, tá paraidím voltais nua mar thoradh ar éabhlóid theicneolaíoch:

Ábhair chatóide ardvoltais: Trí ábhar nicile a mhéadú (m.sh., NCM811) nó trí ábhair atá bunaithe ar litiam-bunaithe ar litiam a ghlacadh, is féidir an voltas scoite muirir a ardú go dtí os cionn 4.5V, a d'fhéadfadh voltais chill a bhaint amach os cionn 4. 0 v.

Anóidí ilchodacha carbóin sileacain: Is féidir le cáithníní nana-silicon a ionchorprú i ngraifít an t-ardán urscaoilte a ísliú go dtí thíos 0.

Teicneolaíocht leictrilítí soladstaide: Is féidir le leictrilítí solad-stáit suilfíd nó ocsaíd a úsáid trí theorainneacha fuinneoige leictriceimiceacha leictrilítí orgánacha traidisiúnta, ag cur ar chumas córais ardvoltais 5V-aicme.

Déanfaidh na claochluithe teicneolaíochta seo caighdeáin voltais ceallraí litiam-ian a ath-shainmhíniú, ach mar chloch mhíle a dhúnann an t-am atá thart agus an todhchaí, leanfaidh 3.7V ar aghaidh ag imirt ról tábhachtach sa todhchaí intuartha. Cosúil leis an idirthréimhse ó fheithiclí innill dócháin inmheánaigh go feithiclí leictreacha, feidhmeoidh an córas 3.7V mar "inneall idirthréimhseach" den réabhlóid fuinnimh nua.

Conclúid: An fhealsúnacht theicneolaíoch taobh thiar de 3.7V

Ó shaol micreascópach na ceimice candamach go dtí feidhmchláir mhacrascópacha feithiclí leictreacha, cuimsíonn an voltas cille 3.7V tuiscint dhomhain na daonnachta ar chomhshó fuinnimh. Ní hamháin go dtrasnaíonn an eolaíocht ábhar, an teoiric leictriceimiceach, agus an cleachtas innealtóireachta ach freisin sampla fíorthábhachtach de spleáchas ar chonair éabhlóid theicneolaíoch. Nuair a bhainimid taitneamh as an áisiúlacht a bhaineann le saol gan sreang le gléasanna soghluaiste ar láimh, níor cheart dúinn dearmad a dhéanamh ar na hiarrachtaí maithe atá ag innealtóirí gan áireamh ag an nanascale agus an eagna domhain atá leabaithe i roghnú ardán voltais. De réir mar a théann an réabhlóid fuinnimh nua chun cinn, d'fhéadfadh 3.7V a bheith ina fonóta stairiúil sa deireadh, ach leanfaidh na paraidímí teicneolaíochta agus an loighic nuálaíoch a bhunaigh sé ag treorú treo na teicneolaíochta stórála fuinnimh amach anseo.