Co jsou lithium-iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbeným typem baterií. Hlavní výhodou těchto baterií je, že jsou dobíjecí. Díky této vlastnosti se dnes nacházejí ve většině spotřebních zařízení, která používají baterie. Lze je nalézt v telefonech, elektromobilech a golfových vozících na baterie.

Jak fungují lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie se skládají z jednoho nebo více lithium-iontových článků. Obsahují také ochrannou desku plošných spojů, která zabraňuje přebíjení. Články se nazývají bateriemi, jakmile jsou nainstalovány v pouzdře s ochrannou deskou plošných spojů.

Jsou lithium-iontové baterie stejné jako lithiové baterie?

Ne. Lithiová baterie a lithium-iontová baterie se od sebe výrazně liší. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že ty druhé jsou dobíjecí. Dalším zásadním rozdílem je životnost. Lithiová baterie může vydržet až 12 let bez použití, zatímco lithium-iontové baterie mají životnost až 3 roky.

Jaké jsou klíčové komponenty lithium-iontových baterií

Lithium-iontové články mají čtyři hlavní komponenty. Jsou to:

Anoda

Anoda umožňuje přenos elektřiny z baterie do externího obvodu. Při nabíjení baterie také ukládá lithiové ionty.

Katoda

Katoda určuje kapacitu a napětí článku. Při vybíjení baterie produkuje lithiové ionty.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, který slouží jako kanál pro pohyb lithiových iontů mezi katodou a anodou. Skládá se ze solí, přísad a různých rozpouštědel.

Oddělovač

Poslední součástí lithium-iontového článku je separátor. Funguje jako fyzická bariéra, která odděluje katodu od anody.

Lithium-iontové baterie fungují tak, že lithiové ionty přenášejí elektrolytem z katody na anodu a naopak. Jak se ionty pohybují, aktivují volné elektrony v anodě a vytvářejí náboj na kladném kolektoru proudu. Tyto elektrony proudí zařízením, telefonem nebo golfovým vozíkem, k zápornému kolektoru a zpět do katody. Volnému toku elektronů uvnitř baterie brání separátor, který je tlačí ke kontaktům.

Při nabíjení lithium-iontové baterie se z katody uvolňují lithiové ionty, které se pohybují směrem k anodě. Při vybíjení se lithiové ionty pohybují od anody ke katodě, což generuje tok proudu.

Kdy byly vynalezeny lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie poprvé vymyslel v 70. letech anglický chemik Stanley Whittingham. Během svých experimentů vědci zkoumali různé chemické postupy pro výrobu baterie, která by se dokázala sama dobíjet. Jeho první pokus zahrnoval disulfid titaničitý a lithium jako elektrody. Baterie však zkratovaly a explodovaly.

V 80. letech se této výzvy chopil další vědec, John B. Goodenough. Brzy poté zahájil výzkum této technologie japonský chemik Akira Jošino. Jošino a Goodenough dokázali, že hlavní příčinou výbuchů je kovové lithium.

V 90. letech se začala prosazovat lithium-iontová technologie a do konce dekády se rychle stala populárním zdrojem energie. Bylo to poprvé, co společnost Sony tuto technologii komercializovala. Tato špatná bezpečnostní bilance lithiových baterií podnítila vývoj lithium-iontových baterií.

I když lithiové baterie mohou mít vyšší energetickou hustotu, jsou během nabíjení a vybíjení nebezpečné. Na druhou stranu, lithium-iontové baterie jsou při dodržování základních bezpečnostních pokynů poměrně bezpečné pro nabíjení a vybíjení.

Jaká je nejlepší chemie lithium-iontových baterií?

Existuje mnoho typů lithium-iontových baterií s různými chemickými vlastnostmi. Komerčně dostupné jsou:

Titaničitanu lithného
Lithium-nikl-kobalt-oxid hlinitý
Lithium Nikl Mangan Kobalt Oxid
Oxid lithium-manganatý (LMO)
Oxid lithium-kobaltu
Lithium-železitý fosfát (LiFePO4)

Existuje mnoho typů chemických složení lithium-iontových baterií. Každé z nich má své výhody a nevýhody. Některé jsou však vhodné pouze pro specifické případy použití. Výběr typu bude tedy záviset na vašich energetických potřebách, rozpočtu, bezpečnostní toleranci a konkrétním případu použití.

LiFePO4 baterie jsou však komerčně nejdostupnější variantou. Tyto baterie obsahují grafitovou uhlíkovou elektrodu, která slouží jako anoda, a fosfátovou jako katodou. Mají dlouhou životnost až 10 000 cyklů.

Navíc nabízejí skvělou tepelnou stabilitu a bezpečně zvládají krátkodobé přepětí. Baterie LiFePO4 jsou dimenzovány na prahovou teplotu úniku až 250 stupňů Celsia, což je nejvyšší hodnota ze všech komerčně dostupných typů lithium-iontových baterií.

Výhody LiFePO4 baterií

Ve srovnání s olověnými a jinými lithiovými bateriemi mají lithium-železité fosfátové baterie obrovskou výhodu. Efektivně se nabíjejí a vybíjejí, vydrží déle a dokáží se hluboko nabíjet.klíčbez ztráty kapacity. Díky těmto výhodám nabízejí tyto baterie v porovnání s jinými typy baterií obrovské úspory nákladů po celou dobu své životnosti. Níže uvádíme konkrétní výhody těchto baterií v nízkorychlostních vozidlech a průmyslových zařízeních.

LiFePO4 baterie v nízkorychlostních vozidlech

Nízkorychlostní elektromobily (LEV) jsou čtyřkolová vozidla, která váží méně než 1360 kg. Jsou poháněna elektrickými bateriemi, což z nich dělá oblíbenou volbu pro golfové vozíky a další rekreační využití.

Při výběru bateriového pohonu pro vaše levé elektrické vozidlo je jedním z nejdůležitějších faktorů dlouhou životnost. Například golfové vozíky na baterie by měly mít dostatek energie k ujetí 18jamkového golfového hřiště bez nutnosti dobíjení.

Dalším důležitým faktorem je plán údržby. Dobrá baterie by neměla vyžadovat žádnou údržbu, aby si člověk mohl maximálně užívat volnočasových aktivit.

Baterie by měla být také schopna fungovat v různých povětrnostních podmínkách. Například by vám měla umožnit hrát golf jak v letních vedrech, tak i na podzim, kdy teploty klesají.

Dobrá baterie by měla být také vybavena řídicím systémem, který zajistí, aby se příliš nepřehřívala nebo nechladila, což by snižovalo její kapacitu.

Jednou z nejlepších značek, která splňuje všechny tyto základní, ale důležité podmínky, je ROYPOW. Jejich řada lithiových baterií LiFePO4 je dimenzována na teploty od 4 °F do 131 °F. Baterie jsou dodávány s vestavěným systémem správy baterií a jejich instalace je extrémně snadná.

Průmyslové aplikace pro lithium-iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbenou volbou v průmyslových aplikacích. Nejběžnějším používaným chemickým zložením jsou LiFePO4 baterie. Mezi nejběžnější zařízení, která tyto baterie používají, patří:

Vysokozdvižné vozíky do úzkých uliček
Vysokozdvižné vozíky s protizávažím
tříkolové vysokozdvižné vozíky
Vysílačky
Koncové a středové jezdce

Existuje mnoho důvodů, proč lithium-iontové baterie získávají na popularitě v průmyslovém prostředí. Mezi hlavní patří:

Vysoká kapacita a dlouhá životnost

Lithium-iontové baterie mají ve srovnání s olověnými bateriemi větší energetickou hustotu a delší životnost. Mohou vážit třetinovou hmotnost a poskytovat stejný výkon.

Jejich životní cyklus je další velkou výhodou. Pro průmyslový provoz je cílem udržet krátkodobé opakující se náklady na minimu. S lithium-iontovými bateriemi mohou baterie vysokozdvižných vozíků vydržet třikrát déle, což vede k obrovským úsporám nákladů v dlouhodobém horizontu.

Mohou také pracovat s větší hloubkou vybití až o 80 % bez jakéhokoli vlivu na jejich kapacitu. To má další výhodu v úspoře času. Provoz se nemusí zastavovat uprostřed, aby se vyměnily baterie, což může vést k úspoře tisíců pracovních hodin během dostatečně dlouhého období.

Vysokorychlostní nabíjení

U průmyslových olověných baterií je běžná doba nabíjení přibližně osm hodin. To odpovídá celé 8hodinové směně, kdy není baterie k dispozici pro použití. Vedoucí pracovník musí proto s touto dobou prostojů počítat a zakoupit další baterie.

S LiFePO4 bateriemi to není problém. Dobrým příkladem jePrůmyslové lithiové baterie ROYPOW LifePO4, které se nabíjejí čtyřikrát rychleji než olověné akumulátory. Další výhodou je schopnost zůstat efektivní i během vybíjení. Olověné akumulátory při vybíjení často trpí zpožděním výkonu.

Řada průmyslových baterií ROYPOW také nemá problémy s pamětí díky efektivnímu systému správy baterií. Olověné baterie tímto problémem často trpí, což může vést k tomu, že nedosáhnou plné kapacity.

Časem způsobuje sulfataci, která může zkrátit jejich již tak krátkou životnost na polovinu. Problém často nastává, když jsou olověné baterie skladovány bez plného nabití. Lithiové baterie lze bez problémů nabíjet v krátkých intervalech a skladovat s jakoukoli kapacitou nad nulou.

Bezpečnost a manipulace

LiFePO4 baterie mají v průmyslovém prostředí obrovskou výhodu. Zaprvé, mají skvělou tepelnou stabilitu. Tyto baterie mohou pracovat při teplotách až 50 °C bez poškození. Olověné baterie by při podobné teplotě ztratily až 80 % své životnosti.

Dalším problémem je hmotnost baterií. Olověné baterie s podobnou kapacitou váží výrazně více. Proto často vyžadují specifické vybavení a delší dobu instalace, což může vést k menšímu počtu hodin strávených prací.

Dalším problémem je bezpečnost pracovníků. Obecně jsou LiFePO4 baterie bezpečnější než olověné baterie. Podle směrnic OSHA musí být olověné baterie skladovány ve speciální místnosti se zařízením určeným k odstraňování nebezpečných výparů. To do průmyslového provozu vnáší dodatečné náklady a složitost.

Závěr

Lithium-iontové baterie mají jasnou výhodu v průmyslovém prostředí a pro nízkorychlostní elektrická vozidla. Vydrží déle, a tím šetří uživatelům peníze. Tyto baterie také nevyžadují žádnou údržbu, což je obzvláště důležité v průmyslovém prostředí, kde je úspora nákladů prvořadá.