Li-ion batareyalari turlari va ularda kechadigan elektrokimyoviy jarayonlar

6. Litiy titanat. Nihoyat, litiy titanat, shuningdek, li-titanat deb ham ataladi, bu doimiy ravishda ko'payib borayotgan ilovalarga ruxsat beruvchi batareya sinfidir. Li-titanat batareyasining asosiy afzalligi shundaki, uning ilg'or nanotexnologiyasi tufayli uning zaryadlash vaqti juda kichik, deb yozadi Battery Space. Hozirgi vaqtda elektromobillar va velosipedlar ishlab chiqaruvchilari li-titanatli batareyalardan foydalanadilar va bunday turdagi akkumulyatorlarni jamoat transportida elektr avtobuslarda ishlatish imkoniyati mavjud. Biroq, bu batareyalar boshqa litiy-ionli batareyalarga qaraganda o'ziga xos kuchlanishga ega yoki energiya zichligi pastroqdir, bu esa avtotransport vositalarini samarali ishlatish bilan bog'liq muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. Shunga qaramay, litiy titanatli batareyalarning zaryad zichligi boshqa litiy-ionli bo'lmagan batareyalarga qaraganda ancha yuqori. Bu batareyalar uchun ilovalar harbiy va aerokosmik maqsadlarni o'z ichiga olishi mumkin va ular shamol va quyosh energiyasini saqlash va aqlli tarmoqlarni yaratish uchun ham qo’llaniladi. Bundan tashqari, bu batareyalar quvvat tizimlari uchun muhim tizimli zaxiralarda ham ishlatilishi mumkin.
Litiy-ionli batareyalarning har xil turlari mavjud va turli maqsadlarda ishlatiladi. Bu shuni anglatadiki, ba'zi bir litiy-ion batareyalar boshqalarga qaraganda ma'lum sharoitlarga yaxshiroq mos keladi. Eng muhimi, vazifaga eng mos keladigan batareyani tanlashdir. Shuni ham ta'kidlash kerakki, litiy-ionli batareyalar sanoati doimo o'zgarib turadi. Butun dunyodagi kompaniyalar va olimlar litiy-ionli batareyalar bilan ishlash yoki ularni almashtirish uchun yangi batareyalar yaratmoqdalar.
Bugungi kunda ommalashayotgan va olimlarning qiziqishiga sabab bo’layotgan Li-ionli batareyalarning yangi turlari ya’ni litiy-polimer batareyalaridir. Polimer elektrolitlarga asoslangan Li-ionli batareyalar suyuq elektrolitli batareyalarga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega. Masalan, ular yuqori energiya zichligiga ega, yengil, plastmassa sanoatida ishlatiladigan arzon materialli, ishlab chiqarish oson va potentsial xavfsizroq. Ularning geometrik moslashuvchanlik qobiliyati turli xil mahsulotlar talab qiladigan shakllarda yasashga imkon beradi. Bu afzalliklar batareyani aerokosmik qurulmalarda qo’’lash uchun kerak. Taxminan 40 yil oldin polimer elektrolitlar kashf etilgan bo'lsada, o'tkazuvchanligi yetarlicha yuqori bo'lgan elektrolitlar yo'qligi sababli faqatgina amaldagi an’anaviy akkumulyatorlar ishlab chiqarildi.
Li-ion polymer batareyalari suyuq elektrolit o’rniga polymer elektrolitdan foydalaniladigan qayta zaryadlanuvchi batareyadir.
Li-ion batareyalarining ishlash prinsipi
Litiy-ion batareyasi qayta zaryadlanuvchi batareya bo'lib, unda musbat va manfiy kontaktlar mavjud bular texnikada katod va anod deb nomlanadi. Litiy ionlari anod va katod o'rtasida harakatlanib, elektron qurilmalar uchun foydali bo'lgan elektr oqimini yaratadi. Chiqarish siklida anoddagi litiy (grafit moddasi ichida) ionlanadi va elektrolitga chiqariladi. Litiy ionlari kovakli plastik separator orqali harakatlanadi va katoddagi atom o'lchamdagi teshiklarga (litiy metall oksidi) kiritiladi. Shu bilan birga, elektronlar anoddan chiqariladi. Bu tashqi elektr zanjiriga o'tadi va elektr tokiga aylanadi (4-rasmga qarang). Zaryad olayotganda litiy ionlari katoddan anodga ajratuvchi orqali o‘tadi. Bu qaytariladigan kimyoviy reaktsiya bo'lgani uchun batareyani qayta zaryadlash mumkin (Yoshino, 2008).

1-jadvalda litiy-ionli batareyaning boshqa ma'lum batareya turlari bilan solishtirilgan hamda ularning afzalliklari keltirilgan. Jadvaldan ko’rinadiki litiy-ionli batareyalar boshqa turdagi batareyalardan bir qator afzalliklarga ega.
1-jadval. Har xil turdagi batareyalar va ularning xususiyatlari.

Batareka turlari	Ishlash kuchlanishi (V)	Energiya zichligi (Wkg^−1)	Izohlar
Qo’rg’oshin kislotali	1.9	30	Avtomabil batarekalarining past energiya zichligi
Ishqorli	1.5	50-90	Qayta zaryadlanmaydi, Kam quvvatli qurilmalar uchun yuqori quvvat
Ni-kadmiy	1.2	50	Kam energiya zichligi,
Ni-metal gidrid	1.2	60
Li-ion	4	150	Yengilligi, yuqori kuchlanish, sig’imi kata, zaryadni ko’p vaqt ushlab turishi, qimmat

Batareyalardan olinadigan katta energiya asosan aktiv zaryad tashuvchilar turiga va ularning miqdoriga bog’liq. Biroq, amalda batareyaning nazariy energiyasining faqat bir qismiga erishiladi. Bu elektrolitlar, ajratgichlar, zaryad yig'uvchilar va boshqa reaktiv bo'lmagan komponentlarga bog'liq. Elektr transport texnikalariga va kattaroq statsionar saqlash tizimlariga o'tishi uchun litiy-ionli akkumulyator texnologiyasini yaxshilash kerak. Tijoratlashtirish uchun xarajatlarni kamaytirish kerak va xavfsizlik ham tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda. Yana asosiy omillardan qayta zaryadlanishi, energiya va quvvat zichligining oshishi, shuningdek zaryad tashuvchilarni temperaturaga ta’sirini yaxshilash [Tarascon, J. M. and Armand, M. Nature 414(6861), 359–367 (2001). Linden, D. and Reddy, T. B. Handbook of Batteries. McGraw Hill, 3 edition,(1995)].