Què són les bateries d'ions de liti?

Les bateries de liti-ió són un tipus popular de química de bateria. Un avantatge important que ofereixen aquestes bateries és que són recarregables. A causa d'aquesta característica, es troben a la majoria de dispositius de consum actuals que utilitzen una bateria. Es poden trobar en telèfons, vehicles elèctrics i carrets de golf que funcionen amb bateria.

Com funcionen les bateries de liti-ió?

Les bateries de liti-ió estan formades per una o diverses cel·les de liti-ió. També contenen una placa de circuit protectora per evitar la sobrecàrrega. Les cel·les s'anomenen bateries un cop instal·lades en una carcassa amb una placa de circuit protectora.

Són les bateries de liti-ió el mateix que les bateries de liti?

No. Una bateria de liti i una bateria de ions de liti són molt diferents. La principal diferència és que les últimes són recarregables. Una altra diferència important és la vida útil. Una bateria de liti pot durar fins a 12 anys sense utilitzar-se, mentre que les bateries de ions de liti tenen una vida útil de fins a 3 anys.

Quins són els components clau de les bateries d'ions de liti

Les piles d'ions de liti tenen quatre components principals. Aquests són:

Ànode

L'ànode permet que l'electricitat es mogui de la bateria a un circuit extern. També emmagatzema ions de liti quan es carrega la bateria.

Càtode

El càtode és el que determina la capacitat i el voltatge de la pila. Produeix ions de liti quan es descarrega la bateria.

electròlit

L'electròlit és un material que serveix com a conducte perquè els ions de liti es moguin entre el càtode i l'ànode. Està compost de sals, additius i diversos dissolvents.

El Separador

La peça final d'una cel·la de liti-ió és el separador. Actua com a barrera física per mantenir separats el càtode i l'ànode.

Les bateries de liti-ió funcionen movent ions de liti del càtode a l'ànode i viceversa a través de l'electròlit. A mesura que els ions es mouen, activen electrons lliures a l'ànode, creant una càrrega al col·lector de corrent positiu. Aquests electrons flueixen a través del dispositiu, un telèfon o un carret de golf, fins al col·lector negatiu i tornen al càtode. El separador impedeix el flux lliure d'electrons dins de la bateria, forçant-los cap als contactes.

Quan carregues una bateria de liti-ió, el càtode allibera ions de liti, que es mouen cap a l'ànode. Quan es descarrega, els ions de liti es mouen de l'ànode al càtode, cosa que genera un flux de corrent.

Quan es van inventar les bateries de liti-ió?

Les bateries de liti-ió van ser concebudes per primera vegada als anys 70 pel químic anglès Stanley Whittingham. Durant els seus experiments, els científics van investigar diverses químiques per aconseguir una bateria que es pogués recarregar sola. La seva primera prova va incloure disulfur de titani i liti com a elèctrodes. Tanmateix, les bateries es curtcircuitaven i explotaven.

Als anys 80, un altre científic, John B. Goodenough, va acceptar el repte. Poc després, Akira Yoshino, un químic japonès, va començar a investigar la tecnologia. Yoshino i Goodenough van demostrar que el liti metàl·lic era la principal causa de les explosions.

Als anys 90, la tecnologia de liti-ió va començar a guanyar força, convertint-se ràpidament en una font d'energia popular a finals de la dècada. Va ser la primera vegada que Sony va comercialitzar la tecnologia. Aquest mal historial de seguretat de les bateries de liti va impulsar el desenvolupament de bateries de liti-ió.

Tot i que les bateries de liti poden contenir una densitat d'energia més alta, no són segures durant la càrrega i la descàrrega. D'altra banda, les bateries d'ions de liti són força segures de carregar i descarregar quan els usuaris segueixen les pautes de seguretat bàsiques.

Quina és la millor química d'ions de liti?

Hi ha nombrosos tipus de bateries de liti-ió. Les disponibles comercialment són:

Titanat de liti
Òxid d'alumini, níquel i cobalt de liti
Òxid de liti, níquel, manganès i cobalt
Òxid de liti i manganès (LMO)
Òxid de liti i cobalt
Fosfat de ferro i liti (LiFePO4)

Hi ha nombrosos tipus de composicions químiques per a les bateries de liti-ió. Cadascuna té els seus avantatges i inconvenients. Tanmateix, algunes només són adequades per a casos d'ús específics. Per tant, el tipus que trieu dependrà de les vostres necessitats d'energia, pressupost, tolerància de seguretat i cas d'ús específic.

No obstant això, les bateries de LiFePO4 són l'opció més disponible comercialment. Aquestes bateries contenen un elèctrode de carboni-grafit, que serveix d'ànode, i fosfat com a càtode. Tenen una llarga vida útil de fins a 10.000 cicles.

A més, ofereixen una gran estabilitat tèrmica i poden gestionar amb seguretat sobretensions curtes. Les bateries LiFePO4 tenen un llindar de fugida tèrmica de fins a 510 graus Fahrenheit, el més alt de qualsevol tipus de bateria de ions de liti disponible comercialment.

Avantatges de les bateries LiFePO4

En comparació amb les bateries de plom-àcid i altres bateries de liti, les bateries de fosfat de liti-ferro tenen un gran avantatge. Es carreguen i descarreguen de manera eficient, duren més i poden fer cicles profunds.clausense perdre capacitat. Aquests avantatges fan que les bateries ofereixin un gran estalvi de costos durant la seva vida útil en comparació amb altres tipus de bateries. A continuació, es mostren els avantatges específics d'aquestes bateries en vehicles de baixa velocitat i equips industrials.

Bateria LiFePO4 en vehicles de baixa velocitat

Els vehicles elèctrics de baixa velocitat (LEV) són vehicles de quatre rodes que pesen menys de 3000 lliures. Funcionen amb bateries elèctriques, cosa que els converteix en una opció popular per a carrets de golf i altres usos recreatius.

A l'hora d'escollir l'opció de bateria per al vostre LEV, una de les consideracions més importants és la longevitat. Per exemple, els carrets de golf amb bateria haurien de tenir prou potència per circular per un camp de golf de 18 forats sense haver de recarregar-los.

Una altra consideració important és el programa de manteniment. Una bona bateria no hauria de requerir cap manteniment per garantir el màxim gaudi de la vostra activitat d'oci.

La bateria també hauria de poder funcionar en diverses condicions meteorològiques. Per exemple, hauria de permetre jugar a golf tant a l'estiu com a la tardor, quan baixen les temperatures.

Una bona bateria també hauria de venir amb un sistema de control que garanteixi que no es sobreescalfi ni es refredi massa, cosa que degradaria la seva capacitat.

Una de les millors marques que compleix totes aquestes condicions bàsiques però importants és ROYPOW. La seva línia de bateries de liti LiFePO4 està classificada per a temperatures de 2,5 °C a 50 °C. Les bateries inclouen un sistema de gestió de bateries integrat i són extremadament fàcils d'instal·lar.

Aplicacions industrials per a bateries d'ions de liti

Les bateries de liti-ió són una opció popular en aplicacions industrials. La química més comuna utilitzada són les bateries LiFePO4. Alguns dels equips més comuns per utilitzar aquestes bateries són:

Carretons elevadors de passadís estret
Carretons elevadors contrapesats
Carretons elevadors de 3 rodes
Apiladors de camins
Genets finals i centrals

Hi ha moltes raons per les quals les bateries de ions de liti estan creixent en popularitat en entorns industrials. Les principals són:

Alta capacitat i longevitat

Les bateries de liti-ió tenen una densitat d'energia i una longevitat més grans en comparació amb les bateries de plom-àcid. Poden pesar un terç del pes i oferir la mateixa potència.

El seu cicle de vida és un altre avantatge important. Per a una operació industrial, l'objectiu és mantenir els costos recurrents a curt termini al mínim. Amb les bateries de ions de liti, les bateries de carretons elevadors poden durar tres vegades més, cosa que comporta un gran estalvi de costos a llarg termini.

També poden funcionar a una profunditat de descàrrega més gran, de fins al 80%, sense cap impacte en la seva capacitat. Això té un altre avantatge en l'estalvi de temps. Les operacions no cal aturar-se a mig camí per canviar les bateries, cosa que pot comportar l'estalvi de milers d'hores de treball durant un període prou llarg.

Càrrega d'alta velocitat

Amb les bateries industrials de plom-àcid, el temps de càrrega normal és d'unes vuit hores. Això equival a un torn sencer de 8 hores en què la bateria no està disponible per al seu ús. En conseqüència, un gerent ha de tenir en compte aquest temps d'inactivitat i comprar bateries addicionals.

Amb les bateries LiFePO4, això no és un repte. Un bon exemple és elBateries de liti industrials ROYPOW LifePO4, que es carreguen quatre vegades més ràpid que les bateries de plom-àcid. Un altre avantatge és la capacitat de mantenir l'eficiència durant la descàrrega. Les bateries de plom-àcid sovint pateixen un retard en el rendiment a mesura que es descarreguen.

La línia de bateries industrials ROYPOW tampoc té problemes de memòria, gràcies a un sistema eficient de gestió de bateries. Les bateries de plom-àcid sovint pateixen aquest problema, que pot provocar que no s'assoleixi la capacitat completa.

Amb el temps, provoca sulfatació, que pot reduir a la meitat la seva ja curta vida útil. El problema sovint es produeix quan les bateries de plom-àcid s'emmagatzemen sense una càrrega completa. Les bateries de liti es poden carregar a intervals curts i emmagatzemar a qualsevol capacitat per sobre de zero sense cap problema.

Seguretat i manipulació

Les bateries LiFePO4 tenen un gran avantatge en entorns industrials. En primer lloc, tenen una gran estabilitat tèrmica. Aquestes bateries poden funcionar a temperatures de fins a 59 °C sense patir cap dany. Les bateries de plom-àcid perdrien fins a un 80% del seu cicle de vida a una temperatura similar.

Un altre problema és el pes de les bateries. Per a una capacitat de bateria similar, les bateries de plom-àcid pesen significativament més. Per tant, sovint necessiten equips específics i un temps d'instal·lació més llarg, cosa que pot comportar menys hores de treball dedicades a la feina.

Un altre problema és la seguretat dels treballadors. En general, les bateries de LiFePO4 són més segures que les bateries de plom-àcid. Segons les directrius de l'OSHA, les bateries de plom-àcid s'han d'emmagatzemar en una sala especial amb equips dissenyats per eliminar els fums perillosos. Això introdueix un cost i una complexitat addicionals en una operació industrial.

Conclusió

Les bateries de liti-ió tenen un clar avantatge en entorns industrials i per a vehicles elèctrics de baixa velocitat. Duren més, cosa que permet estalviar diners als usuaris. Aquestes bateries també no requereixen manteniment, cosa que és especialment important en un entorn industrial on l'estalvi de costos és primordial.