Լիթիում պոլիմերային մարտկոց

**Լիթիում պոլիմերային մարտկոց** կամ ավելի ճիշտ՝  լիթիում իոնային պոլիմերային մարտկոց (կրճատ՝ **LiPo**, **LIP**, **Li-poly**, **lithium-poly** և այլն),  լիթիում իոն տեխնոլոգիայի վերալիցքավորվող մարտկոց է, որը պոլիմերային էլեկտրոլիտ հեղուկի փոխարեն օգտագործում է էլեկտրոլիտ։ Կիսապինդ (գել) պոլիմերները ապահովում են այս էլեկտրոլիտի բարձր հաղորդականությունը: Այս մարտկոցներն ապահովում են ավելի բարձր էներգիա, քան լիթիումի մարտկոցների այլ տեսակներ: Դրանք օգտագործվում են այնպիսի վայրերում, որտեղ քաշը կարևոր է, ինչպիսիք են ռադիոկառավարվող ինքնաթիռները և որոշ էլեկտրական մեքենաներ:

## Պատմություն
Լիթիումի պոլիմերային մարտկոցները ստեղծվել են նույն հիմքով ինչ  լիթիում իոնային և  լիթիում մետաղական մարտկոցները, որոնք 1980-ականներին ենթարկվել են լայնածավալ հետազոտությունների՝ հասնելով զգալի բարձունքների՝ 1991 թվականին Sony- ի առաջին անգամ հանեց վաճառքի գլանաձև  լիթիում իոն բաղադրիչով մարտկոցները: Դրանից հետո ստեղծվեցին այլ ձևեր, ներառյալ հարթ տեսակի մարտկոցները:

## Դիզայնի ծագումը և տերմինաբանությունը
Լիթիումի պոլիմերային մարտկոցները առաջացել են լիթիումիոնային և լիթիում մետաղական մարտկոցներից: Հիմնական տարբերությունն այն է, որ հեղուկ  լիթիում աղի էլեկտրոլիտ օգտագործելու փոխարեն (օրինակ՝ լիթիումի հեքսաֆտորոֆոսֆատ, LiPF 6 ), որը պահվում է օրգանական լուծիչում, մարտկոցն օգտագործում է պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտ (SPE), ինչպիսին է  պոլիակրիլոնիտրիլ (PAN), պոլի (մեթիլ մետակրիլատ) (PMMA) կամ պոլի (վինիլիդեն ֆտորիդ) (PVdF):

1970-ական թվականներին սկզբնական պոլիմերային մարտկոցը օգտագործում էր պինդ չոր պոլիմերային էլեկտրոլիտ, որը նման էր պլաստիկի նմանվող թաղանթի:

Պինդ էլեկտրոլիտը սովորաբար կարելի է դասակարգել երեք տեսակի՝ չոր SPE, գելավորված SPE և ցանցանման նյութ SPE: Առաջին մարտկոցների արտադրություներում օգտագործվել է չոր SPE-ն  տեսակը, մոտավորապես 1978 թվականին Միշել Արմանի կողմից, և 1985 թվականին Ֆրանսիայի ANVAR-ի, Elf Aquitaine-ի և Կանադայի Hydro-Québec-ի կողմից: 1990 թվականից ի վեր մի քանի կազմակերպություններ, ինչպիսիք են Mead and Valence-ը ԱՄՆ-ում և GS Yuasa-ն Ճապոնիայում, մշակել են մարտկոցներ՝ օգտագործելով գելավորված SPE-ներ մարտկոց արտադրելու համար: 1996 թվականին ԱՄՆ-ում Bellcore-ը հայտարարեց վերալիցքավորվող լիթիումի պոլիմերային մարտկոցի ստեղծելու մասին, որն օգտագործում էր ցանցանման նյոթը SPE:

Տիպիկ մարտկոցն ունի չորս հիմնական բաղադրիչ՝ դրական էլեկտրոդ, բացասական էլեկտրոդ, բաժանարար և էլեկտրոլիտ: Պոլիէթիլենից (PE) կամ պոլիպրոպիլենից (PP) ցանցանման թաղանթ, այսպիսով, նույնիսկ երբ մարտկոցն ունի հեղուկ էլեկտրոլիտ, այն կպարունակի «պոլիմերային» բաղադրիչ: Բացի դրանից, դրական էլեկտրոդը կարող է հետագայում բաժանվել երեք մասի՝  լիթիում անցումային-մետաղ-օքսիդ (օրինակ՝ LiCoO 2 կամ LiMn 2 O 4 ), հաղորդիչ և պոլի (վինիլիդեն ֆտորիդ) պոլիմերային կապակցիչ (PVdF): Բացասական էլեկտրոդի նյութը կարող է ունենալ միայն ածխածնով, որը փոխարինում է  լիթիում մետաղ-օքսիդին:  լիթիում իոնային պոլիմերային մարտկոցները և  լիթիում իոնային մարտկոցների միջև հիմնական տարբերությունը էլեկտրոլիտի ֆիզիկական փուլն է, որ LiPo մարտկոցները օգտագործում են չոր պինդ, գելման էլեկտրոլիտներ, մինչդեռ Li-ion մարտկոցները օգտագործում են հեղուկ էլեկտրոլիտներ:

## Աշխատանքի սկզբունքը
լիթիում իոնային այլ մարտկոցների նման, LiPos-ն աշխատում է դրական էլեկտրոդի նյութից և բացասական էլեկտրոդի նյութից լիթիումի իոնների ինտերկալացիայի վրա, իսկ հեղուկ էլեկտրոլիտը ապահովում է հաղորդիչ դաշտը: Որպեսզի էլեկտրոդները միմյանց ուղղակիորեն չդիպչեն, իրենց միջև տեղադրված է միկրոցանց՝ տարանջատիչը, որը թույլ է տալիս մի կողմից մյուս կողմը տեղափոխվեն միայն իոններին, այլ ոչ էլեկտրոդի մասնիկները :

## Լարման և լիցքավորման վիճակը
Մեկ LiPo մարտկոցի լարումը կախված է դրա քիմիական բաղադրությունից և տատանվում է մոտ 4,2 V -ից (լիովին լիցքավորված) մինչև 2,7–3,0 V (ամբողջովին լիցքաթափված):  լիթիում մետաղ-օքսիդների վրա հիմնված մարտկոցների համար (օրինակ՝ LiCoO 2 ) միջին  լարումը 3,6 կամ 3,7 վոլտ է: Սա համեմատվում է 3.6–3.8 V -ի հետ (լիցքավորված) մինչև 1.8–2.0 V (լիցքաթափված)  լիթիում երկաթ-ֆոսֆատ (LiFePO 4 ) վրա հիմնվածների համար:

Արտադրանքի տվյալների թերթիկներում պետք է նշվեն լարման ճշգրիտ չափերը  հասկանալով, որ մարտկոցները պետք է պաշտպանված լինեն էլեկտրոնային սխեմայով, որը թույլ չի տա նրանց գերլիցքավորվել կամ գերլիցքաթափվել օգտագործման ժամանակ:

LiPo մարտկոցների փաթեթները, որտեղ մարտկոցները միացված են հաջորդաբար և զուգահեռ, ունեն առանձին վարդակներ յուրաքանչյուր մարտկոցի համար: Մասնագիտացված լիցքավորիչները կարող է վերահսկել լիցքը մեկ մարտկոցի համար, որպեսզի բոլոր մարտկոցները բերվեն նույն լիցքավորման վիճակին (SOC):

## Լիթիումի պոլիմերային բջիջների վրա ճնշում գործադրելը
Կոշտ մետաղական պատյանով, LiPo մարտկոցները ունեն ճկուն, փայլաթիթեղի տիպի պատյան ի տարբերություն  լիթիում իոնային գլանաձև մարտկոցների, : Չափավոր ճնշումը շերտերի կույտի վրա, որոնք կազմում են բջիջը, հանգեցնում է հզորության պահպանման ավելացմանը, քանի որ բաղադրիչների միջև շփումը առավելագույնի է հասցվում և կանխվում է շերտազատումը և դեֆորմացիան, ինչը կապված է բջջի դիմադրության բարձրացման և դեգրադացիայի հետ:

## Դիմումներ
մինի|Վեցանկյուն լիթիում պոլիմերային մարտկոց ստորջրյա մեքենաների համար
LiPo մարտկոցները արտադրողներին տալիս են հստակ առավելություններ: Նրանք հեշտությամբ կարող են արտադրել գրեթե ցանկացած ցանկալի ձևի մարտկոցներ: Օրինակ, կարող են բավարարվել տարածք խնայել և քաշի պահանջները ապահովեն շարժական սարքերի և նոութբուք համակարգիչների համար: Նրանք նաև ունեն ամսական մոտ 5% ինքնաբացարկի ցածր մակարդակ:

### Անօդաչու թռչող սարքեր, ռադիոկառավարվող սարքավորումներ և ինքնաթիռներ
մինի|Երեք բջջային LiPo մարտկոց RC մոդելների համար
LiPo մարտկոցներն այժմ գրեթե ամենուր են, նրանք օգտագործվում են առևտրային և սիրողական անօդաչու թռչող սարքերի ( անօդաչու թռչող սարքեր ), ռադիոկառավարվող ինքնաթիռների, ռադիոկառավարվող մեքենաների և լայնածավալ մոդելների  սնուցման համար, որտեղ ավելի ցածր քաշի և մեծ հզորությունը կարող է մեծ դեր խաղալ։ Փորձարկման հաշվետվությունները նախազգուշացնում են հրդեհի վտանգի մասին, երբ մարտկոցները չեն օգտագործվում հրահանգների համաձայն:

LiPo մարտկոցի երկարատև պահպանման համար R/C մոդելում օգտագործվող լարումը պետք է լինի 3,6~3,9V միջակայքում մեկ մարտկոցի համար, հակառակ դեպքում դա կարող է վնասել մարտկոցը:

LiPo փաթեթները լայնորեն օգտագործվում են նաև airsoft- ում, որտեղ բարձր հոսանքները և ավելի լավ էներգիայի խտությունը պարտադիր պայման է, քանի դեռ ավանդական NiMH մարտկոցները, ունեն շատ նկատելի անրդյունավետություն:

### Անձնական էլեկտրոնիկա
LiPo մարտկոցները համատարած օգտագործվում են շարժական սարքերում, շատ բարակ նոութբուք համակարգիչներում, շարժական մեդիա նվագարկիչներում, վիդեո խաղերի անլար կարգավորիչներում, համակարգչի համար նախատեսված անլար սարքերում, էլեկտրոնային ծխախոտներում և այլ սարքերում:

### Էլեկտրական մեքենաներ
Hyundai Motor Company-ն օգտագործում է այս տեսակի մարտկոցներ իր որոշ էլեկտրական մարտկոցներով մեքենաների  և հիբրիդային մեքենաներում իսկ Kia Motors-ն իր էլեկտրական մարտկոցներով մեքենաի Kia Soul- ում: Bolloré Bluecar-ը,  նույնպես օգտագործում է այս տեսակի մարտկոց:

### Անխափան սնուցման համակարգեր
Անխափան սնուցման (UPS) համակարգերում  լիթիում իոնային մարտկոցները գնալով ավելի տարածված են դառնում: Նրանք ունեն  առավելություններ կայունության և անվտանգության բարելավումների հետ մեկտեղ տեխնոլոգիայի նկատմամբ վստահություն ավանդական VRLA մարտկոցի համեմատ, : Նրանց ուժի չափի և քաշի հարաբերակցությունը դիտվում է բազմաթիվ ոլորտներում, որոնք պահանջում են էներգիայի կրիտիկական պահեստավորում: Ավելի երկար ցիկլի կյանքը, օգտագործելի էներգիան (լիցքաթափման խորությունը) և ջերմային արտահոսքը նույնպես դիտվում են որպես VRLA մարտկոցների նկատմամբ Li-po մարտկոցների օգտագործման առավելություն:

### Ընթացաշարժիչի մեկնարկ
Ավտոմեքենայի շարժիչի մեկնարկի համար օգտագործվող մարտկոցը սովորաբար 12 V կամ 24 V է, շարժիչի գործի գցելու  համար օգտագործվում է երեք կամ վեց LiPo մարտկոցներ (3S1P/6S1P): Կապար-թթվային 12 Վ մարտկոցները օգտագործվում են ավտոմեքենաներում։ Նրանք կազմված են վեց գալվանական էլեմենտներից, որոնցից յուրաքանչյուրի լարումը 2 Վ է։ Ամեն էլեմենտի կատոդը պատրաստվում է կապարի երկօքսիդից (PbO2), իսկ անոդը կապարից։ Երկու էլետրոդները գտնվում են ծծմբական թթվի մեջ։

## Անվտանգություն
[մինի| Apple [IPhone 3GS|iPhone 3GS- ի  լիթիում իոնային մարտկոցը, որն ընդլայնվել է կարճ միացման ձախողման պատճառով]]
Բոլոր Li-ion մարտկոցները լիցքավորման բարձր մակարդակով (SOC) կամ գերլիցքավորումից ընդլայնվում են էլեկտրոլիտի աննշան գոլորշիացման պատճառով: Սա կարող է հանգեցնել շերտազատման և մարտկոցի ներքին շերտերի հետ վատ շփման, որն իր հերթին նվազեցնում է հուսալիությունը և ընդհանուր ցիկլի կյանքը: Սա շատ նկատելի է LiPos-ի մոտ, կոշտ պատյանի բացակայության պատճառով կարող են տեսանելիորեն փչվել՝  ընդլայնվել: Լիթիումի պոլիմերային մարտկոցների և  լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցների անվտանգության բնութագրերը տարբերվում են :

## Պոլիմերային էլեկտրոլիտներ
Պոլիմերային էլեկտրոլիտները կարելի է բաժանել երկու մեծ կատեգորիաների՝ չոր պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտներ (SPE) և գել պոլիմերային էլեկտրոլիտներ (GPE): Օրգանական էլեկտրոլիտների համեմատ հեղուկ և պինդ  պոլիմերային էլեկտրոլիտներն ունեն հետևյալ առավելությունները, լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացների ընթացքում էլեկտրոդների ծավալի տատանումների նկատմամբ դիմադրության բարձրացումը, անվտանգության բարելավված հատկանիշները, գերազանց ճկունությունը և մշակելիությունը:

Պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտը սկզբում սահմանվել է որպես լիթիումի աղերով ուռած պոլիմերային մատրիցա, որն այժմ կոչվում է չոր պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտ։ Լիթիումի աղերը լուծվում են պոլիմերային մատրիցում՝ ապահովելով իոնային հաղորդունակություն։ Սենյակային ջերմաստիճանում ֆիզիկական փուլի պատճառով տեղի է ունենում իոնների վատ փոխանցում, ինչը հանգեցնում է  վատ հաղորդունակության: Սենյակային ջերմաստիճանում իոնային հաղորդունակությունը բարելավելու համար ավելացվում է գելային էլեկտրոլիտ, որի արդյունքում առաջանում են GPE-ներ: GPE-ները ներառում են օրգանական հեղուկ էլեկտրոլիտ պոլիմերային մատրիցայում: Հեղուկ էլեկտրոլիտը ծածկված է փոքր քանակությամբ պոլիմերային ցանցով:  Հեղուկ էլեկտրոլիտների և պոլիմերային գելերի մոտ հաղորդման մեխանիզմները նման են:
մինի|GPE-ների վրա հիմնված լիթիումի պոլիմերային մարտկոցի սխեման

## Լիթիումի մարտկոցի պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտով
Պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտներով մարտկոցները լիովին չեն բացահայտվել և առայսօր կատարվում են հետազոտություններ: Այս տեսակի մարտկոցների նախատիպը կարելի է համարել ավանդական  լիթիում իոնային մարտկոցի (հեղուկ էլեկտրոլիտով) և ամբողջովին պլաստիկ, պինդ վիճակում գտնվող  լիթիում իոնային մարտկոցի միջև:

Պոլիվինիլիդեն ֆտորիդը (PVdF) կամ պոլի(ակրիլոնիտրիլը) (PAN), որը գել է սովորական աղերով և լուծիչներով, ինչպիսիք են LiPF 6-ը EC / DMC / DEC- ում:

Նիշին նշում է, որ Sony-ն սկսել է հետազոտություններ  լիթիում իոնային մարտկոցների վրա գելավորված պոլիմերային էլեկտրոլիտներով (GPE) 1988 թվականից մինչև 1991 թվականին հեղուկ էլեկտրոլիտի  լիթիում իոն մարտկոցի վաճառքի դուրս գալը։ Այն ժամանակ պոլիմերային մարտկոցները խոստումնալից էին, և թվում էր թե պոլիմերային էլեկտրոլիտները կդառնան անփոխարինելի: Ի վերջո, այս տեսակի մարտկոցները շուկա դուրս եկան 1998 թվականին։ Այնուամենայնիվ, Scrosati-ն պնդում է, որ գելավորված թաղանթները չեն կարող դասակարգվել որպես «իսկական» պոլիմերային էլեկտրոլիտներ, այլ որպես հիբրիդային համակարգեր, որտեղ հեղուկ փուլերը պարունակվում են պոլիմերային մատրիցում: Չնայած այս պոլիմերային էլեկտրոլիտները կարող են չոր լինել դիպչելիս սակայն կարող են ներառել 30% -ից 50% հեղուկ լուծույթ:

Գրականության մեջ օգտագործվում են նաև հետևյալ տերմինները  հիբրիդային պոլիմերային էլեկտրոլիտ (HPE), որտեղ «հիբրիդը» նշանակում է պոլիմերային մատրիցայի, հեղուկ լուծիչի և աղի համակցությունը: Նման համակարգ էր, որը Bellcore-ն օգտագործեց 1996 թվականին  լիթիում պոլիմերային մարտկոցը մշակելու համար, որը կոչվում էր «պլաստիկ»  լիթիում իոնային մարտկոց (PLiON) և այնուհետև դուրս եկավ վաճառքի 1999 թվականին

Պինդ պոլիմերային էլեկտրոլիտը (SPE) պոլիմերային աղի լուծույթ է: Օրինակ, լիթիումի բիս(ֆտորսուլֆոնիլ)իմիդի (LiFSI) և բարձր մոլեկուլային քաշի պոլի(էթիլենային օքսիդ) (PEO) միացություն, բարձր մոլեկուլային քաշի պոլի(տրիմեթիլեն կարբոնատ) (PTMC), պոլիպրոպիլեն օքսիդ (PPO) *և այլն* :

PEO-ն լիթիումի աղերի պինդ լուծիչ է հիմնականում շնորհիվ իր ճկուն էթիլենային օքսիդի հատվածների և թթվածնի այլ ատոմների, որոնք հեշտությամբ լուծում են Li + կատիոնները: PEO-ն նաև կոմերցիոն հասանելի է շատ մատչելի գնով:

Այս առաջարկվող էլեկտրոլիտների արդյունավետությունը սովորաբար չափվում է մետաղական լիթիումի էլեկտրոդի նկատմամբ: Այնուամենայնիվ, այն նաև փորձարկվել է սովորական  լիթիում իոն կաթոդ նյութի հետ, ինչպիսին է  լիթիում երկաթ-ֆոսֆատը (LiFePO 4 ):

Պոլիմերային էլեկտրոլիտային մարտկոցի նախագծման ժամանակ օգտագործվել են անօրգանական իոնային հեղուկներ, ինչպիսիք են մեթիլիմիդազոլիումի տետրաֆտորոբորատը ([BMIM]BF 4 ) որպես պլաստիկացնող միկրոծակոտկեն պոլիմերային մատրիցում, ինչպիսին է պոլի(վինիլիդեն ֆտորիդ-կո-հեքսաֆտորոպ) /պոլի(մեթիլմետակրիլատ) (PVDF-HFP/PMMA):

## Ծանոթագրություններ

Կատեգորիա:Էլեկտրաքիմիա
Կատեգորիա:Իոններ
Կատեգորիա:Լիթիում
Կատեգորիա:Պոլիմերներ
Կատեգորիա:Քիմիական ռեակցիաներ