Što su litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije su popularna vrsta kemijskog sastava baterija. Glavna prednost ovih baterija je što se mogu puniti. Zbog te značajke nalaze se u većini današnjih potrošačkih uređaja koji koriste baterije. Mogu se naći u telefonima, električnim vozilima i golf kolicima na baterije.

Kako rade litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije sastoje se od jedne ili više litij-ionskih ćelija. Također sadrže zaštitnu ploču koja sprječava prekomjerno punjenje. Ćelije se nazivaju baterijama kada se ugrade u kućište sa zaštitnom pločom.

Jesu li litij-ionske baterije iste kao litijeve baterije?

Ne. Litijeva baterija i litij-ionska baterija se uvelike razlikuju. Glavna razlika je u tome što se potonje mogu puniti. Druga velika razlika je vijek trajanja. Litijeva baterija može trajati do 12 godina nekorištena, dok litij-ionske baterije imaju vijek trajanja do 3 godine.

Koje su ključne komponente litij-ionskih baterija

Litij-ionske ćelije imaju četiri glavne komponente. To su:

Anoda

Anoda omogućuje prijenos električne energije iz baterije u vanjski strujni krug. Također pohranjuje litijeve ione prilikom punjenja baterije.

Katoda

Katoda određuje kapacitet i napon ćelije. Ona proizvodi litijeve ione prilikom pražnjenja baterije.

Elektrolit

Elektrolit je materijal koji služi kao kanal za kretanje litijevih iona između katode i anode. Sastoji se od soli, aditiva i raznih otapala.

Separator

Posljednji dio litij-ionske ćelije je separator. Djeluje kao fizička barijera koja drži katodu i anodu odvojene.

Litij-ionske baterije rade tako da prenose litijeve ione s katode na anodu i obrnuto putem elektrolita. Dok se ioni kreću, aktiviraju slobodne elektrone u anodi, stvarajući naboj na pozitivnom kolektoru struje. Ti elektroni teku kroz uređaj, telefon ili golf kolica, do negativnog kolektora i natrag u katodu. Slobodan protok elektrona unutar baterije sprječava separator, prisiljavajući ih prema kontaktima.

Kada punite litij-ionsku bateriju, katoda će otpustiti litijeve ione, koji se kreću prema anodi. Prilikom pražnjenja, litijevi ioni se kreću od anode prema katodi, što generira protok struje.

Kada su izumljene litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije prvi je put osmislio engleski kemičar Stanley Whittingham 70-ih godina. Tijekom svojih eksperimenata, znanstvenici su istraživali različite kemijske sastave za bateriju koja se može sama puniti. Njegov prvi pokus uključivao je titanijev disulfid i litij kao elektrode. Međutim, baterije bi kratko spojile i eksplodirale.

U 80-ima, još jedan znanstvenik, John B. Goodenough, prihvatio se izazova. Ubrzo nakon toga, Akira Yoshino, japanski kemičar, započeo je istraživanje tehnologije. Yoshino i Goodenough dokazali su da je metal litij glavni uzrok eksplozija.

U 90-ima je litij-ionska tehnologija počela dobivati na popularnosti i do kraja desetljeća brzo postala popularan izvor energije. To je bio prvi put da je Sony komercijalizirao tu tehnologiju. Taj loš sigurnosni rekord litijevih baterija potaknuo je razvoj litij-ionskih baterija.

Iako litijeve baterije mogu imati veću gustoću energije, nesigurne su tijekom punjenja i pražnjenja. S druge strane, litij-ionske baterije su prilično sigurne za punjenje i pražnjenje kada se korisnici pridržavaju osnovnih sigurnosnih smjernica.

Koji je najbolji kemijski sastav litij-ionskih baterija?

Postoje brojne vrste litij-ionskih baterija različitih kemijskih sastava. Komercijalno dostupne su:

Litijev titanat
Litij-nikal-kobalt-aluminijev oksid
Litij nikal mangan kobalt oksid
Litijev manganov oksid (LMO)
Litij-kobaltov oksid
Litijev željezov fosfat (LiFePO4)

Postoje brojne vrste kemijskih sastava za litij-ionske baterije. Svaki ima svoje prednosti i nedostatke. Međutim, neki su prikladni samo za određene slučajeve upotrebe. Kao takvi, vrsta koju odaberete ovisit će o vašim potrebama za energijom, proračunu, sigurnosnoj toleranciji i specifičnom slučaju upotrebe.

Međutim, LiFePO4 baterije su komercijalno najdostupnija opcija. Ove baterije sadrže grafitno-ugljičnu elektrodu, koja služi kao anoda, i fosfat kao katoda. Imaju dugi vijek trajanja do 10 000 ciklusa.

Osim toga, nude izvrsnu toplinsku stabilnost i mogu sigurno podnijeti kratkotrajne napone. LiFePO4 baterije imaju prag toplinskog preopterećenja do 250 stupnjeva Celzijusa, što je najviša vrijednost od svih komercijalno dostupnih litij-ionskih baterija.

Prednosti LiFePO4 baterija

U usporedbi s olovno-kiselinskim i drugim litijevim baterijama, litij-željezo-fosfatne baterije imaju ogromnu prednost. Učinkovito se pune i prazne, traju dulje i mogu se duboko napuniti.clebez gubitka kapaciteta. Ove prednosti znače da baterije nude ogromne uštede troškova tijekom svog vijeka trajanja u usporedbi s drugim vrstama baterija. U nastavku slijedi pregled specifičnih prednosti ovih baterija u vozilima s malim brzinama i industrijskoj opremi.

LiFePO4 baterija u vozilima male brzine

Električna vozila male brzine (LEV) su vozila na četiri kotača koja teže manje od 1360 kg. Pokreću ih električne baterije, što ih čini popularnim izborom za golf kolica i druge rekreacijske namjene.

Prilikom odabira opcije baterije za vaše LEV, jedno od najvažnijih razmatranja je dugotrajnost. Na primjer, golf kolica na baterije trebala bi imati dovoljno snage za vožnju po golf terenu s 18 rupa bez potrebe za punjenjem.

Još jedna važna stvar koju treba uzeti u obzir je raspored održavanja. Dobra baterija ne bi trebala zahtijevati održavanje kako bi se osiguralo maksimalno uživanje u vašoj slobodnoj aktivnosti.

Baterija bi također trebala moći raditi u različitim vremenskim uvjetima. Na primjer, trebala bi vam omogućiti igranje golfa i po ljetnim vrućinama i u jesen kada temperature padnu.

Dobra baterija trebala bi imati i kontrolni sustav koji osigurava da se ne pregrije ili previše ohladi, što bi smanjilo njezin kapacitet.

Jedan od najboljih brendova koji ispunjava sve ove osnovne, ali važne uvjete je ROYPOW. Njihova linija LiFePO4 litijevih baterija predviđena je za temperature od 4°F do 131°F. Baterije dolaze s ugrađenim sustavom za upravljanje baterijama i izuzetno ih je jednostavno instalirati.

Industrijska primjena litij-ionskih baterija

Litij-ionske baterije su popularna opcija u industrijskim primjenama. Najčešći kemijski sastav su LiFePO4 baterije. Neka od najčešćih uređaja za korištenje ovih baterija su:

Viljuškari za uske prolaze
Viličari s protutežom
Viličari s 3 kotača
Voki slagači
Krajnji i središnji vozači

Postoji mnogo razloga zašto litij-ionske baterije postaju sve popularnije u industrijskim okruženjima. Glavni su:

Visoki kapacitet i dugovječnost

Litij-ionske baterije imaju veću gustoću energije i dugotrajnost u usporedbi s olovno-kiselinskim baterijama. Mogu težiti trećinu težine, a isporučiti istu izlaznu snagu.

Njihov životni ciklus je još jedna velika prednost. Za industrijski pogon cilj je svesti kratkoročne ponavljajuće troškove na minimum. S litij-ionskim baterijama, baterije viličara mogu trajati tri puta dulje, što dugoročno dovodi do ogromnih ušteda troškova.

Također mogu raditi na većoj dubini pražnjenja do 80% bez ikakvog utjecaja na njihov kapacitet. To ima još jednu prednost u uštedi vremena. Operacije se ne moraju zaustavljati na pola puta radi zamjene baterija, što može dovesti do uštede tisuća radnih sati tijekom dovoljno dugog razdoblja.

Brzo punjenje

Kod industrijskih olovno-kiselinskih baterija, normalno vrijeme punjenja je oko osam sati. To je jednako cijeloj smjeni od 8 sati u kojoj baterija nije dostupna za korištenje. Posljedično, menadžer mora uzeti u obzir ovo vrijeme zastoja i kupiti dodatne baterije.

S LiFePO4 baterijama to nije izazov. Dobar primjer jeROYPOW industrijske LifePO4 litijeve baterije, koje se pune četiri puta brže od olovnih baterija. Druga prednost je sposobnost održavanja učinkovitosti tijekom pražnjenja. Olovne baterije često imaju kašnjenje u performansama dok se prazne.

Linija industrijskih baterija ROYPOW također nema problema s memorijom, zahvaljujući učinkovitom sustavu upravljanja baterijama. Olovne baterije često pate od ovog problema, što može dovesti do nemogućnosti postizanja punog kapaciteta.

S vremenom uzrokuje sulfaciju, koja može prepoloviti njihov ionako kratki vijek trajanja. Problem se često javlja kada se olovne baterije skladište bez potpunog punjenja. Litijeve baterije mogu se puniti u kratkim intervalima i skladištiti s bilo kojim kapacitetom iznad nule bez ikakvih problema.

Sigurnost i rukovanje

LiFePO4 baterije imaju ogromnu prednost u industrijskim okruženjima. Prvo, imaju izvrsnu toplinsku stabilnost. Ove baterije mogu raditi na temperaturama do 59°C bez ikakvih oštećenja. Olovne baterije bi izgubile do 80% svog životnog ciklusa na sličnoj temperaturi.

Drugi problem je težina baterija. Za sličan kapacitet baterije, olovne baterije teže znatno više. Kao takve, često zahtijevaju specifičnu opremu i dulje vrijeme instalacije, što može dovesti do manje radnih sati utrošenih na posao.

Drugi problem je sigurnost radnika. Općenito, LiFePO4 baterije su sigurnije od olovno-kiselinskih baterija. Prema smjernicama OSHA-e, olovno-kiselinske baterije moraju se skladištiti u posebnoj prostoriji s opremom dizajniranom za uklanjanje opasnih isparenja. To uvodi dodatne troškove i složenost u industrijski rad.

Zaključak

Litij-ionske baterije imaju jasnu prednost u industrijskim okruženjima i za električna vozila s malom brzinom. Dulje traju, što korisnicima štedi novac. Ove baterije također ne zahtijevaju održavanje, što je posebno važno u industrijskom okruženju gdje je ušteda troškova najvažnija.