Hvad er litium-ion-batterier

Litium-ion-batterier er en populær type batterikemi. En stor fordel ved disse batterier er, at de er genopladelige. På grund af denne funktion findes de i de fleste forbrugerenheder i dag, der bruger et batteri. De kan findes i telefoner, elbiler og batteridrevne golfvogne.

Hvordan fungerer litium-ion-batterier?

Litium-ion-batterier er opbygget af en eller flere litium-ion-celler. De indeholder også et beskyttende printkort for at forhindre overopladning. Når cellerne er installeret i et hus med et beskyttende printkort, kaldes de batterier.

Er litium-ion-batterier det samme som lithium-batterier?

Nej. Et litiumbatteri og et litium-ion-batteri er vidt forskellige. Den største forskel er, at sidstnævnte er genopladelige. En anden væsentlig forskel er holdbarheden. Et litiumbatteri kan holde i op til 12 år ubrugt, mens litium-ion-batterier har en holdbarhed på op til 3 år.

Hvad er de vigtigste komponenter i litium-ion-batterier

Lithium-ion-celler har fire hovedkomponenter. Disse er:

Anode

Anoden tillader elektricitet at bevæge sig fra batteriet til et eksternt kredsløb. Den lagrer også lithiumioner, når batteriet oplades.

Katode

Katoden bestemmer cellens kapacitet og spænding. Den producerer litiumioner, når batteriet aflades.

Elektrolyt

Elektrolytten er et materiale, der fungerer som en kanal for lithiumioner, så de kan bevæge sig mellem katoden og anoden. Den er sammensat af salte, additiver og forskellige opløsningsmidler.

Separatoren

Den sidste del af et litium-ion-batteri er separatoren. Den fungerer som en fysisk barriere, der holder katoden og anoden adskilt.

Litium-ion-batterier fungerer ved at flytte litiumioner fra katoden til anoden og omvendt via elektrolytten. Når ionerne bevæger sig, aktiverer de frie elektroner i anoden, hvilket skaber en ladning ved den positive strømkollektor. Disse elektroner strømmer gennem enheden, en telefon eller golfvogn, til den negative kollektor og tilbage i katoden. Den frie strøm af elektroner inde i batteriet forhindres af separatoren, der tvinger dem mod kontakterne.

Når du oplader et lithium-ion-batteri, frigiver katoden lithium-ioner, som bevæger sig mod anoden. Ved afladning bevæger lithium-ioner sig fra anoden til katoden, hvilket genererer en strøm.

Hvornår blev lithium-ion-batterier opfundet?

Litium-ion-batterier blev først udtænkt i 70'erne af den engelske kemiker Stanley Whittingham. Under sine eksperimenter undersøgte forskerne forskellige kemiske metoder til et batteri, der kunne genoplade sig selv. Hans første forsøg involverede titandisulfid og lithium som elektroder. Batterierne ville dog kortslutte og eksplodere.

I 80'erne tog en anden videnskabsmand, John B. Goodenough, udfordringen op. Kort efter begyndte Akira Yoshino, en japansk kemiker, at forske i teknologien. Yoshino og Goodenough beviste, at lithiummetal var hovedårsagen til eksplosioner.

I 90'erne begyndte lithium-ion-teknologi at vinde frem og blev hurtigt en populær strømkilde ved udgangen af årtiet. Det var første gang, at teknologien blev kommercialiseret af Sony. Den dårlige sikkerhedsprofil for lithium-ion-batterier førte til udviklingen af lithium-ion-batterier.

Selvom lithiumbatterier kan holde en højere energitæthed, er de usikre under opladning og afladning. På den anden side er lithium-ion-batterier ret sikre at oplade og aflade, når brugerne overholder grundlæggende sikkerhedsretningslinjer.

Hvad er den bedste litiumionkemi?

Der findes adskillige typer litium-ion-batterier. De kommercielt tilgængelige er:

Lithiumtitanat
Lithium nikkel kobolt aluminiumoxid
Lithiumnikkel, mangan, koboltoxid
Lithiummanganoxid (LMO)
Lithiumkoboltoxid
Lithiumjernfosfat (LiFePO4)

Der findes adskillige typer kemiske sammensætninger til lithium-ion-batterier. Hver især har sine fordele og ulemper. Nogle er dog kun egnede til specifikke anvendelsesscenarier. Derfor afhænger den type, du vælger, af dine strømbehov, budget, sikkerhedstolerance og specifikke anvendelsesscenarier.

LiFePO4-batterier er dog den mest kommercielt tilgængelige mulighed. Disse batterier indeholder en grafit-kulelektrode, der fungerer som anode, og fosfat som katode. De har en lang levetid på op til 10.000 cyklusser.

Derudover tilbyder de stor termisk stabilitet og kan sikkert håndtere korte stigninger i efterspørgslen. LiFePO4-batterier er klassificeret til en termisk løbsk tærskel på op til 510 grader Fahrenheit, den højeste af alle kommercielt tilgængelige lithium-ion-batterityper.

Fordele ved LiFePO4-batterier

Sammenlignet med blysyre og andre lithiumbaserede batterier har lithium-jernfosfatbatterier en kæmpe fordel. De oplader og aflader effektivt, holder længere og kan dybcyklecleuden at miste kapacitet. Disse fordele betyder, at batterierne tilbyder enorme omkostningsbesparelser i løbet af deres levetid sammenlignet med andre batterityper. Nedenfor er et overblik over de specifikke fordele ved disse batterier i lavhastighedskøretøjer og industrielt udstyr.

LiFePO4-batteri i lavhastighedskøretøjer

Lavhastighedselektriske køretøjer (LEV'er) er firehjulede køretøjer, der vejer mindre end 1360 kg. De drives af elektriske batterier, hvilket gør dem til et populært valg til golfvogne og andre rekreative formål.

Når du vælger batteri til din LEV, er en af de vigtigste overvejelser levetiden. For eksempel bør batteridrevne golfvogne have nok kraft til at køre rundt på en 18-hullers golfbane uden at skulle genoplade.

En anden vigtig overvejelse er vedligeholdelsesplanen. Et godt batteri bør ikke kræve vedligeholdelse for at sikre maksimal nydelse af din afslappende aktivitet.

Batteriet skal også kunne fungere under varierende vejrforhold. For eksempel skal det give dig mulighed for at spille golf både i sommervarmen og om efteråret, når temperaturen falder.

Et godt batteri bør også have et kontrolsystem, der sikrer, at det ikke overopheder eller afkøles for meget, hvilket forringer dets kapacitet.

Et af de bedste mærker, der opfylder alle disse grundlæggende, men vigtige betingelser, er ROYPOW. Deres serie af LiFePO4 litiumbatterier er klassificeret til temperaturer fra 4°F til 131°F. Batterierne leveres med et indbygget batteristyringssystem og er ekstremt nemme at installere.

Industrielle anvendelser af litium-ion-batterier

Litium-ion-batterier er en populær mulighed i industrielle applikationer. Den mest almindelige kemiske forbindelse er LiFePO4-batterier. Nogle af de mest almindelige apparater, der bruger disse batterier, er:

Gaffeltrucks til smalle gange
Modvægtede gaffeltrucks
3-hjulede gaffeltrucks
Walkie-stablere
Ende- og midterryttere

Der er mange grunde til, at lithium-ion-batterier bliver mere og mere populære i industrielle miljøer. De vigtigste er:

Høj kapacitet og lang levetid

Litium-ion-batterier har en større energitæthed og levetid sammenlignet med blybatterier. De kan veje en tredjedel af vægten og levere den samme effekt.

Deres levetid er en anden stor fordel. For en industriel drift er målet at holde kortsigtede tilbagevendende omkostninger på et minimum. Med lithium-ion-batterier kan gaffeltruckbatterier holde tre gange så længe, hvilket fører til enorme omkostningsbesparelser i det lange løb.

De kan også operere ved en større afladningsdybde på op til 80 % uden at det påvirker deres kapacitet. Det har en anden fordel i form af tidsbesparelser. Driften behøver ikke at stoppe midtvejs for at udskifte batterier, hvilket kan spare tusindvis af mandetimer over en tilstrækkelig lang periode.

Højhastighedsopladning

Med industrielle blybatterier er den normale opladningstid omkring otte timer. Det svarer til en hel 8-timers vagt, hvor batteriet ikke er tilgængeligt til brug. Derfor skal en leder tage højde for denne nedetid og købe ekstra batterier.

Med LiFePO4-batterier er det ikke en udfordring. Et godt eksempel erROYPOW industrielle LifePO4 litiumbatterier, som oplader fire gange hurtigere end blybatterier. En anden fordel er evnen til at forblive effektive under afladning. Blybatterier oplever ofte en forsinkelse i ydeevnen, når de aflades.

ROYPOW-serien af industrielle batterier har heller ingen hukommelsesproblemer takket være et effektivt batteristyringssystem. Blybatterier lider ofte af dette problem, hvilket kan føre til, at de ikke når deres fulde kapacitet.

Med tiden forårsager det sulfatering, hvilket kan halvere deres allerede korte levetid. Problemet opstår ofte, når blybatterier opbevares uden fuld opladning. Lithiumbatterier kan oplades med korte intervaller og opbevares ved enhver kapacitet over nul uden problemer.

Sikkerhed og håndtering

LiFePO4-batterier har en enorm fordel i industrielle miljøer. For det første har de stor termisk stabilitet. Disse batterier kan fungere i temperaturer på op til 50 °C uden at lide skade. Blybatterier ville miste op til 80 % af deres levetid ved en lignende temperatur.

Et andet problem er batteriernes vægt. For en lignende batterikapacitet vejer blybatterier betydeligt mere. Som sådan kræver de ofte specifikt udstyr og længere installationstid, hvilket kan føre til færre arbejdstimer brugt på arbejdet.

Et andet problem er medarbejdernes sikkerhed. Generelt er LiFePO4-batterier sikrere end blybatterier. Ifølge OSHA-retningslinjer skal blybatterier opbevares i et særligt rum med udstyr designet til at fjerne farlige dampe. Det introducerer en ekstra omkostning og kompleksitet i en industriel drift.

Konklusion

Litium-ion-batterier har en klar fordel i industrielle miljøer og til lavhastigheds-elbiler. De holder længere, hvilket sparer brugerne penge. Disse batterier kræver også ingen vedligeholdelse, hvilket er især vigtigt i industrielle miljøer, hvor omkostningsbesparelser er altafgørende.