Mis on liitiumioonakud?

Liitiumioonakud on populaarne akude keemilise koostise tüüp. Nende akude peamine eelis on see, et need on laetavad. Tänu sellele omadusele leidub neid tänapäeval enamikus akutoitel tarbeseadmetes. Neid võib leida telefonidest, elektriautodest ja akutoitel golfikärudest.

Kuidas liitiumioonakud töötavad?

Liitiumioonakud koosnevad ühest või mitmest liitiumioonelemendist. Need sisaldavad ka kaitseplaati ülelaadimise vältimiseks. Elemente nimetatakse akudeks, kui need on paigaldatud kaitseplaadiga korpusesse.

Kas liitiumioonakud on samad, mis liitiumakud?

Ei. Liitiumaku ja liitiumioonaku on väga erinevad. Peamine erinevus seisneb selles, et viimased on laetavad. Teine oluline erinevus on säilivusaeg. Liitiumaku võib kesta kasutamata kuni 12 aastat, liitiumioonakude säilivusaeg aga kuni 3 aastat.

Millised on liitiumioonakude põhikomponendid?

Liitiumioonakudel on neli peamist komponenti. Need on:

Anood

Anood võimaldab elektril liikuda akust välisele vooluringile. Samuti salvestab see liitiumioone aku laadimise ajal.

Katood

Katood määrab aku mahtuvuse ja pinge. See toodab aku tühjendamisel liitiumioone.

Elektrolüüt

Elektrolüüt on materjal, mis toimib liitiumioonide liikumise kanalina katoodi ja anoodi vahel. See koosneb sooladest, lisanditest ja erinevatest lahustitest.

Eraldaja

Liitiumioonaku viimane osa on separaator. See toimib füüsilise barjäärina, hoides katoodi ja anoodi lahus.

Liitiumioonakud toimivad liitiumioonide liigutamise teel elektrolüüdi kaudu katoodilt anoodile ja vastupidi. Liikudes aktiveerivad ioonid anoodis vabu elektrone, tekitades positiivse voolukollektoris laengu. Need elektronid voolavad läbi seadme, telefoni või golfikäru, negatiivse kollektorisse ja tagasi katoodi. Aku sees olevate elektronide vaba liikumist takistab separaator, sundides neid kontaktide poole.

Liitiumioonaku laadimisel vabastab katood liitiumioone ja need liiguvad anoodi suunas. Tühjenemisel liiguvad liitiumioonid anoodilt katoodile, mis tekitab voolu.

Millal leiutati liitiumioonakud?

Liitiumioonakud mõtles esmakordselt välja 70ndatel inglise keemik Stanley Whittingham. Oma katsete käigus uurisid teadlased mitmesuguseid keemilisi reaktsioone, et leida aku, mis suudaks ennast laadida. Tema esimeses katses kasutati elektroodidena titaandisulfiidi ja liitiumi. Akud aga tekitasid lühise ja plahvatasid.

80ndatel võttis väljakutse vastu teine teadlane, John B. Goodenough. Peagi pärast seda alustas Jaapani keemik Akira Yoshino tehnoloogia uurimist. Yoshino ja Goodenough tõestasid, et plahvatuste peamine põhjus oli liitiummetall.

90ndatel hakkas liitiumioonakude tehnoloogia populaarsust koguma ja kümnendi lõpuks sai sellest kiiresti populaarne toiteallikas. See oli esimene kord, kui Sony selle tehnoloogia turule tõi. Liitiumakude halb ohutusprofiil ajendas liitiumioonakude väljatöötamist.

Kuigi liitiumakud suudavad hoida suuremat energiatihedust, on nende laadimine ja tühjendamine ohtlikud. Teisest küljest on liitiumioonakud laadimiseks ja tühjendamiseks üsna ohutud, kui kasutajad järgivad põhilisi ohutusjuhiseid.

Mis on parim liitiumioonakude keemia?

Liitiumioonakude keemilisi koostisosi on arvukalt. Kaubanduslikult saadaval olevad on:

Liitiumtitaanaat
Liitiumnikkelkoobaltalumiiniumoksiid
Liitiumnikkelmangaankoobaltoksiid
Liitiummangaanoksiid (LMO)
Liitiumkoobaltoksiid
Liitiumraudfosfaat (LiFePO4)

Liitiumioonakude jaoks on arvukalt erinevaid keemilisi koostisosi. Igal neist on oma plussid ja miinused. Mõned sobivad aga ainult konkreetseteks kasutusjuhtudeks. Seega sõltub valitud tüüp teie energiavajadusest, eelarvest, ohutustaluvusest ja konkreetsest kasutusjuhtumist.

Siiski on LiFePO4 akud kõige kaubanduslikult kättesaadavam variant. Need akud sisaldavad grafiit-süsinikelektroodi, mis toimib anoodina, ja fosfaatelektroodi katoodina. Neil on pikk tsüklite eluiga, kuni 10 000 tsüklit.

Lisaks pakuvad need suurepärast termilist stabiilsust ja suudavad ohutult toime tulla lühikeste nõudluse järskude tõusudega. LiFePO4 akude termiline läbimurdepiir on kuni 510 kraadi Fahrenheiti järgi, mis on kõrgeim kõigist kaubanduslikult saadaolevatest liitiumioonaku tüüpidest.

LiFePO4 akude eelised

Võrreldes pliiakudega ja teiste liitiumipõhiste akudega on liitium-raudfosfaatakudel tohutu eelis. Need laevad ja tühjenevad tõhusalt, kestavad kauem ja võivad sügavtühjendada.kleilma mahtuvust kaotamata. Need eelised tähendavad, et akud pakuvad oma eluea jooksul võrreldes teist tüüpi akudega tohutut kulude kokkuhoidu. Allpool on vaadelda nende akude konkreetseid eeliseid väikese kiirusega sõidukites ja tööstusseadmetes.

LiFePO4 aku madala kiirusega sõidukites

Madala kiirusega elektrisõidukid (LEV-d) on neljarattalised sõidukid, mis kaaluvad alla 3000 naela. Neid toidavad elektriakud, mis teeb neist populaarse valiku golfikärude ja muude vaba aja veetmise otstarbel kasutatavate sõidukite jaoks.

Kohandatud elektrisõiduki akutoitel valikul on üks olulisemaid kaalutlusi pikaealisus. Näiteks akutoitel golfikärudel peaks olema piisavalt võimsust, et sõita 18-augulisel golfiväljakul ilma laadimata.

Teine oluline kaalutlus on hooldusgraafik. Hea aku ei tohiks hooldust vajada, et tagada teie vaba aja tegevuste maksimaalne nauding.

Aku peaks suutma töötada ka erinevates ilmastikutingimustes. Näiteks peaks see võimaldama golfi mängida nii suvise kuumuse kui ka sügisel, kui temperatuur langeb.

Hea aku peaks olema varustatud ka juhtimissüsteemiga, mis tagab, et see ei kuumene üle ega jahtu liiga palju, mis omakorda halvendab aku mahtuvust.

Üks parimaid kaubamärke, mis vastab kõigile neile põhilistele, kuid olulistele tingimustele, on ROYPOW. Nende LiFePO4 liitiumakude tootesari on ette nähtud temperatuuridele 4°F kuni 131°F. Akudel on sisseehitatud akuhaldussüsteem ja neid on äärmiselt lihtne paigaldada.

Liitiumioonakude tööstuslikud rakendused

Liitiumioonakud on tööstuslikes rakendustes populaarne valik. Kõige sagedamini kasutatav keemiline element on LiFePO4 akud. Mõned kõige levinumad seadmed nende akude kasutamiseks on:

Kitsa vahekäiguga kahveltõstukid
Vastukaaluga kahveltõstukid
3-rattalised kahveltõstukid
Käiskäivaga virnastajad
Otsa- ja keskratturid

Liitiumioonakude populaarsuse kasvule tööstuskeskkonnas on palju põhjuseid. Peamised neist on:

Suur mahutavus ja pikaealisus

Liitiumioonakudel on pliiakudega võrreldes suurem energiatihedus ja pikaealisus. Need võivad kaaluda kolmandiku võrra vähem, kuid pakkuda sama võimsust.

Nende elutsükkel on veel üks suur eelis. Tööstusettevõtte eesmärk on hoida lühiajalised korduvad kulud minimaalsed. Liitiumioonakudega võivad kahveltõstukite akud kesta kolm korda kauem, mis toob pikas perspektiivis kaasa tohutu kulude kokkuhoiu.

Samuti suudavad nad töötada kuni 80% suuruse tühjenemissügavusega, ilma et see mõjutaks nende mahtuvust. Sellel on veel üks eelis aja kokkuhoiu näol. Töö ei pea akude vahetamiseks pooleli jätma, mis võib piisavalt pika aja jooksul kaasa tuua tuhandete töötundide kokkuhoiu.

Kiire laadimine

Tööstuslike pliiakude puhul on tavaline laadimisaeg umbes kaheksa tundi. See võrdub terve kaheksatunnise vahetusega, mil aku pole kasutamiseks saadaval. Seetõttu peab juht selle seisakuajaga arvestama ja ostma lisaakusid.

LiFePO4 akude puhul pole see probleem. Hea näide onROYPOW tööstuslikud LifePO4 liitiumakud, mis laevad neli korda kiiremini kui pliiakud. Teine eelis on võime säilitada efektiivsus ka tühjenemise ajal. Pliiakud kannatavad sageli jõudluse viivituse all tühjenemisel.

ROYPOW tööstuslike akude tootesarjal pole tänu tõhusale akuhaldussüsteemile ka mäluprobleeme. Pliiakud kannatavad selle probleemi all sageli, mis võib viia täieliku mahtuvuse saavutamata jätmiseni.

Aja jooksul põhjustab see sulfatsiooni, mis võib nende niigi lühikese eluea poole võrra lühendada. Probleem tekib sageli siis, kui pliiakusid hoitakse täislaetult. Liitiumakusid saab laadida lühikeste intervallidega ja hoida mis tahes mahutavusega üle nulli ilma probleemideta.

Ohutus ja käsitsemine

LiFePO4 akudel on tööstuskeskkonnas tohutu eelis. Esiteks on neil suurepärane termiline stabiilsus. Need akud võivad töötada kuni 50 °C temperatuuril ilma kahjustusteta. Pliiakud kaotaksid sarnasel temperatuuril kuni 80% oma elutsüklist.

Teine probleem on akude kaal. Sarnase aku mahutavuse juures kaaluvad pliiakud oluliselt rohkem. Seetõttu vajavad nad sageli spetsiifilist varustust ja pikemat paigaldusaega, mis võib vähendada tööle kuluvat töötundi.

Teine probleem on töötajate ohutus. Üldiselt on LiFePO4 akud ohutumad kui pliiakud. OSHA suuniste kohaselt tuleb pliiakusid hoida spetsiaalses ruumis, kus on seadmed ohtlike aurude kõrvaldamiseks. See toob tööstuslikku tegevusse lisakulusid ja keerukust.

Kokkuvõte

Liitiumioonakudel on selge eelis tööstuskeskkonnas ja väikese kiirusega elektriautode puhul. Need kestavad kauem, säästes seega kasutajate raha. Need akud on ka hooldusvabad, mis on eriti oluline tööstuskeskkonnas, kus kulude kokkuhoid on esmatähtis.