Какво представляват литиево-йонните батерии

Литиево-йонните батерии са популярен вид батерийна химия. Основно предимство, което тези батерии предлагат, е, че са презареждаеми. Поради тази функция, те се срещат в повечето потребителски устройства днес, които използват батерия. Те могат да бъдат намерени в телефони, електрически превозни средства и голф колички, захранвани с батерии.

Как работят литиево-йонните батерии?

Литиево-йонните батерии са съставени от една или няколко литиево-йонни клетки. Те също така съдържат защитна платка, която предотвратява презареждане. Клетките се наричат батерии, след като са инсталирани в корпус със защитна платка.

Литиево-йонните батерии същите ли са като литиевите батерии?

Не. Литиево-йонната батерия и литиево-йонната батерия са коренно различни. Основната разлика е, че последните са презареждаеми. Друга основна разлика е срокът на годност. Литиевата батерия може да издържи до 12 години неизползвана, докато литиево-йонните батерии имат срок на годност до 3 години.

Кои са основните компоненти на литиево-йонните батерии

Литиево-йонните клетки имат четири основни компонента. Те са:

Анод

Анодът позволява на електричеството да се прехвърля от батерията към външна верига. Той също така съхранява литиеви йони при зареждане на батерията.

Катод

Катодът е това, което определя капацитета и напрежението на клетката. Той произвежда литиеви йони при разреждане на батерията.

Електролит

Електролитът е материал, който служи като канал за движение на литиеви йони между катода и анода. Състои се от соли, добавки и различни разтворители.

Разделителят

Последната част в литиево-йонната клетка е сепараторът. Той действа като физическа бариера, която държи катода и анода разделени.

Литиево-йонните батерии работят чрез преместване на литиеви йони от катода към анода и обратно чрез електролита. Докато йоните се движат, те активират свободни електрони в анода, създавайки заряд в положителния токов колектор. Тези електрони преминават през устройството, телефон или голф количка, към отрицателния колектор и обратно в катода. Свободният поток на електрони вътре в батерията се предотвратява от сепаратора, който ги принуждава да се насочат към контактите.

Когато зареждате литиево-йонна батерия, катодът ще освободи литиеви йони и те ще се придвижат към анода. При разреждане литиевите йони се придвижват от анода към катода, което генерира поток от ток.

Кога са изобретени литиево-йонните батерии?

Литиево-йонните батерии са замислени за първи път през 70-те години на миналия век от английския химик Стенли Уитингъм. По време на експериментите си учените изследвали различни химични съставки за батерия, която може да се самозарежда. Първият му опит включвал титанов дисулфид и литий като електроди. Батериите обаче можели да получат късо съединение и да експлодират.

През 80-те години друг учен, Джон Б. Гуденаф, приема предизвикателството. Скоро след това Акира Йошино, японски химик, започва изследвания на технологията. Йошино и Гуденаф доказват, че металът литий е основната причина за експлозии.

През 90-те години литиево-йонната технология започна да набира скорост и бързо се превърна в популярен източник на енергия до края на десетилетието. Това бележи първия път, когато технологията беше комерсиализирана от Sony. Лошите показатели за безопасност на литиевите батерии подтикнаха разработването на литиево-йонни батерии.

Въпреки че литиевите батерии могат да поддържат по-висока енергийна плътност, те са опасни по време на зареждане и разреждане. От друга страна, литиево-йонните батерии са доста безопасни за зареждане и разреждане, когато потребителите спазват основните насоки за безопасност.

Коя е най-добрата литиево-йонна химия?

Съществуват множество видове литиево-йонни батерии. Най-често срещаните в търговската мрежа са:

Литиев титанат
Литиево-никелов кобалтов алуминиев оксид
Литий-никел-манганов-кобалтов-оксид
Литиево-манганов оксид (LMO)
Литиево-кобалтов оксид
Литиево-железен фосфат (LiFePO4)

Съществуват множество видове химични състави за литиево-йонни батерии. Всеки от тях има своите предимства и недостатъци. Някои обаче са подходящи само за специфични случаи на употреба. Поради това, избраният от вас тип ще зависи от вашите нужди от енергия, бюджет, допустима отклонение за безопасност и конкретен случай на употреба.

Въпреки това, LiFePO4 батериите са най-достъпният вариант в търговската мрежа. Тези батерии съдържат графитен въглероден електрод, който служи като анод, и фосфат като катод. Те имат дълъг живот на циклите до 10 000 цикъла.

Освен това, те предлагат отлична термична стабилност и могат безопасно да се справят с кратки пикове на натоварване. LiFePO4 батериите са проектирани за праг на термично претоварване до 510 градуса по Фаренхайт, най-високият от всички налични в търговската мрежа литиево-йонни батерии.

Предимства на LiFePO4 батериите

В сравнение с оловно-киселинните и други литиево-базирани батерии, литиево-железно-фосфатните батерии имат огромно предимство. Те се зареждат и разреждат ефективно, издържат по-дълго и могат да се зареждат дълбоко.клебез загуба на капацитет. Тези предимства означават, че батериите предлагат огромни икономии на разходи през целия си живот в сравнение с други видове батерии. По-долу е даден преглед на специфичните предимства на тези батерии в нискоскоростни превозни средства и промишлено оборудване.

LiFePO4 батерия в превозни средства с ниска скорост

Нискоскоростните електрически превозни средства (LEV) са четириколесни превозни средства, които тежат по-малко от 3000 паунда (1363 кг). Те се захранват от електрически батерии, което ги прави популярен избор за голф колички и други развлекателни цели.

Когато избирате вариант с батерия за вашето LEV, едно от най-важните съображения е дълготрайността. Например, голф количките с батерии трябва да имат достатъчно мощност, за да се движат по 18-дупково голф игрище, без да е необходимо презареждане.

Друго важно съображение е графикът за поддръжка. Една добра батерия не трябва да изисква поддръжка, за да се осигури максимално удоволствие от свободното ви занимание.

Батерията също така трябва да може да работи при различни метеорологични условия. Например, тя би трябвало да ви позволява да играете голф както в летните жеги, така и през есента, когато температурите паднат.

Една добра батерия трябва да е снабдена и със система за управление, която гарантира, че тя не прегрява или охлажда прекалено много, което би намалило капацитета ѝ.

Една от най-добрите марки, която отговаря на всички тези основни, но важни условия, е ROYPOW. Тяхната линия литиеви батерии LiFePO4 е предназначена за температури от 4°F до 131°F. Батериите са с вградена система за управление на батерията и са изключително лесни за инсталиране.

Индустриални приложения за литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии са популярен вариант в промишлените приложения. Най-често използваната химия са LiFePO4 батериите. Някои от най-често срещаните устройства, които използват тези батерии, са:

Мотокари за тесни коридори
Мотокари с противотежест
3-колесни мотокари
Уоки стакери
Крайни и централни ездачи

Има много причини, поради които литиево-йонните батерии набират популярност в индустриалните условия. Основните от тях са:

Висок капацитет и дълготрайност

Литиево-йонните батерии имат по-голяма енергийна плътност и дълготрайност в сравнение с оловно-киселинните батерии. Те могат да тежат една трета от теглото си и да осигуряват същата мощност.

Техният жизнен цикъл е друго основно предимство. За индустриални предприятия целта е да се сведат до минимум краткосрочните повтарящи се разходи. С литиево-йонните батерии, батериите за мотокари могат да издържат три пъти по-дълго, което води до огромни икономии на разходи в дългосрочен план.

Те могат да работят и при по-голяма дълбочина на разреждане до 80%, без това да се отрази на капацитета им. Това има още едно предимство в спестяването на време. Не е необходимо операциите да се спират по средата, за да се сменят батериите, което може да доведе до хиляди спестени човекочаса за достатъчно дълъг период.

Високоскоростно зареждане

При индустриалните оловно-киселинни батерии, нормалното време за зареждане е около осем часа. Това се равнява на цяла 8-часова смяна, през която батерията не е налична за употреба. Следователно, мениджърът трябва да вземе предвид това време на престой и да закупи допълнителни батерии.

С LiFePO4 батерии това не е предизвикателство. Добър пример еROYPOW индустриални LifePO4 литиеви батерии, които се зареждат четири пъти по-бързо от оловно-киселинните батерии. Друго предимство е способността им да останат ефективни по време на разреждане. Оловно-киселинните батерии често страдат от забавяне в производителността си, докато се разреждат.

Линията индустриални батерии ROYPOW също няма проблеми с паметта, благодарение на ефективна система за управление на батериите. Оловно-киселинните батерии често страдат от този проблем, което може да доведе до невъзможност за достигане на пълен капацитет.

С времето това причинява сулфатиране, което може да съкрати наполовина и без това краткия им живот. Проблемът често възниква, когато оловно-киселинните батерии се съхраняват без пълен заряд. Литиевите батерии могат да се зареждат на кратки интервали и да се съхраняват с всякакъв капацитет над нулата без никакви проблеми.

Безопасност и работа

LiFePO4 батериите имат огромно предимство в индустриални условия. Първо, те имат отлична термична стабилност. Тези батерии могат да работят при температури до 50°C без да претърпят никакви повреди. Оловно-киселинните батерии биха загубили до 80% от жизнения си цикъл при подобна температура.

Друг проблем е теглото на батериите. За подобен капацитет на батериите, оловно-киселинните батерии тежат значително повече. Поради това те често се нуждаят от специфично оборудване и по-дълго време за монтаж, което може да доведе до по-малко човекочасове, прекарани в работата.

Друг проблем е безопасността на работниците. Като цяло, LiFePO4 батериите са по-безопасни от оловно-киселинните батерии. Според указанията на OSHA, оловно-киселинните батерии трябва да се съхраняват в специално помещение с оборудване, предназначено за елиминиране на опасни изпарения. Това води до допълнителни разходи и сложност в промишлената дейност.

Заключение

Литиево-йонните батерии имат ясно предимство в индустриални условия и за нискоскоростни електрически превозни средства. Те издържат по-дълго, което спестява пари на потребителите. Тези батерии също така не изискват поддръжка, което е особено важно в индустриална среда, където спестяването на разходи е от първостепенно значение.