Mik azok a lítium-ion akkumulátorok?

A lítium-ion akkumulátorok népszerű akkumulátorkémiai típusok. Ezen akkumulátorok egyik fő előnye, hogy újratölthetők. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a mai fogyasztói eszközök többségében megtalálhatók, amelyek akkumulátort használnak. Megtalálhatók telefonokban, elektromos járművekben és akkumulátoros golfkocsikban.

Hogyan működnek a lítium-ion akkumulátorok?

A lítium-ion akkumulátorok egy vagy több lítium-ion cellából állnak. Ezenkívül egy védő áramköri lapot is tartalmaznak a túltöltés megakadályozására. A cellákat akkumulátoroknak nevezzük, ha egy védő áramköri lapot tartalmazó házba vannak beépítve.

Ugyanazok a lítium-ion akkumulátorok, mint a lítium akkumulátorok?

Nem. A lítium akkumulátor és a lítium-ion akkumulátor óriási különbséget jelent. A fő különbség az, hogy az utóbbiak újratölthetők. Egy másik jelentős különbség az eltarthatóság. A lítium akkumulátor akár 12 évig is kitarthat használatlanul, míg a lítium-ion akkumulátorok eltarthatósága akár 3 év is lehet.

Melyek a lítium-ion akkumulátorok főbb összetevői?

A lítium-ion cellák négy fő alkotóelemből állnak. Ezek a következők:

Anód

Az anód lehetővé teszi az elektromosság áramlását az akkumulátorból egy külső áramkörbe. Emellett lítiumionokat is tárol az akkumulátor töltése során.

Katód

A katód határozza meg a cella kapacitását és feszültségét. Lítiumionokat termel az akkumulátor kisütése során.

Elektrolit

Az elektrolit egy olyan anyag, amely vezetékként szolgál a lítiumionok számára a katód és az anód közötti mozgáshoz. Sókból, adalékanyagokból és különféle oldószerekből áll.

Az elválasztó

A lítium-ion cella utolsó eleme a szeparátor. Fizikai gátként működik, hogy a katódot és az anódot elválasztja.

A lítium-ion akkumulátorok úgy működnek, hogy a lítiumionokat az elektroliton keresztül a katódról az anódra és vissza mozgatják. Ahogy az ionok mozognak, aktiválják a szabad elektronokat az anódban, töltést hozva létre a pozitív áramgyűjtőn. Ezek az elektronok átáramlanak az eszközön, egy telefonon vagy golfkocsin, a negatív kollektorba, majd vissza a katódba. Az elektronok szabad áramlását az akkumulátoron belül az elválasztó megakadályozza, és az érintkezők felé kényszeríti őket.

Lítium-ion akkumulátor töltésekor a katód lítiumionokat szabadít fel, amelyek az anód felé mozognak. Kisüléskor a lítiumionok az anódról a katódra mozognak, ami áramot generál.

Mikor találták fel a lítium-ion akkumulátorokat?

A lítium-ion akkumulátorok ötletét először a 70-es években találta ki az angol vegyész, Stanley Whittingham. Kísérletei során a tudósok különféle kémiai reakciókat vizsgáltak egy öntöltő akkumulátor megtalálására. Első kísérletében titán-diszulfidot és lítiumot használtak elektródaként. Az akkumulátorok azonban rövidzárlatot okoztak és felrobbantak.

A 80-as években egy másik tudós, John B. Goodenough is felkarolta a kihívást. Nem sokkal ezután Akira Yoshino, egy japán vegyész, kutatásokat kezdett a technológiával kapcsolatban. Yoshino és Goodenough bebizonyították, hogy a lítiumfém a robbanások fő oka.

A 90-es években a lítium-ion technológia egyre népszerűbbé vált, és az évtized végére gyorsan népszerű áramforrássá vált. Ez volt az első alkalom, hogy a Sony kereskedelmi forgalomba hozta a technológiát. A lítium akkumulátorok gyenge biztonsági mutatói ösztönözték a lítium-ion akkumulátorok fejlesztését.

Bár a lítium akkumulátorok nagyobb energiasűrűséget képesek tárolni, töltés és kisütés során nem biztonságosak. Másrészt a lítium-ion akkumulátorok töltése és kisütése meglehetősen biztonságos, ha a felhasználók betartják az alapvető biztonsági irányelveket.

Mi a legjobb lítium-ion kémia?

Számos lítium-ion akkumulátor kémiai összetétele létezik. A kereskedelmi forgalomban kaphatók a következők:

Lítium-titanát
Lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid
Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid
Lítium-mangán-oxid (LMO)
Lítium-kobalt-oxid
Lítium-vas-foszfát (LiFePO4)

A lítium-ion akkumulátoroknak számos kémiai típusa létezik. Mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Némelyik azonban csak bizonyos felhasználási esetekre alkalmas. Így a választott típus az energiaigénytől, a költségvetéstől, a biztonsági tűréshatártól és az adott felhasználási esettől függ.

A LiFePO4 akkumulátorok azonban a kereskedelmi forgalomban legkeresettebb opciók. Ezek az akkumulátorok grafit-szén elektródát tartalmaznak, amely anódként szolgál, és foszfát elektródát katódként. Hosszú, akár 10 000 ciklusos élettartammal rendelkeznek.

Ezenkívül kiváló hőstabilitást kínálnak, és biztonságosan kezelik a rövid idejű igénybevétel-ingadozásokat. A LiFePO4 akkumulátorok akár 510 Fahrenheit-fokig terjedő hőmegfutási küszöbértékre is vannak méretezve, ami a legmagasabb a kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion akkumulátortípusok közül.

A LiFePO4 akkumulátorok előnyei

Az ólom-savas és más lítium alapú akkumulátorokkal összehasonlítva a lítium-vas-foszfát akkumulátoroknak hatalmas előnyük van. Hatékonyan töltődnek és merítenek le, hosszabb ideig tartanak, és mélyhűtődhetnek.klekapacitásvesztés nélkül. Ezek az előnyök azt jelentik, hogy az akkumulátorok hatalmas költségmegtakarítást kínálnak élettartamuk során más akkumulátortípusokhoz képest. Az alábbiakban áttekintjük ezen akkumulátorok konkrét előnyeit az alacsony sebességű járművekben és ipari berendezésekben.

LiFePO4 akkumulátor alacsony sebességű járművekben

Az alacsony sebességű elektromos járművek (LEV-k) négykerekű járművek, amelyek súlya kevesebb, mint 1360 kg. Elektromos akkumulátorokkal működnek, ami népszerű választássá teszi őket golfkocsikhoz és más szabadidős használatra.

Amikor akkumulátoros opciót választasz a LEV-hez, az egyik legfontosabb szempont a hosszú élettartam. Például az akkumulátoros golfkocsiknak elegendő energiával kell rendelkezniük ahhoz, hogy egy 18 lyukú golfpályán újratöltés nélkül közlekedhessenek.

Egy másik fontos szempont a karbantartási ütemterv. Egy jó akkumulátornak nem kell karbantartást igényelnie ahhoz, hogy maximálisan élvezhesse a szabadidős tevékenységeit.

Az akkumulátornak képesnek kell lennie a változó időjárási körülmények közötti működésre is. Például lehetővé kell tennie a golfozást mind a nyári melegben, mind az őszi hőmérséklet csökkenésekor.

Egy jó akkumulátornak olyan vezérlőrendszerrel is kell rendelkeznie, amely biztosítja, hogy az akkumulátor ne melegedjen túl és ne hűljön le túlságosan, ami rontaná a kapacitását.

Az egyik legjobb márka, amely megfelel ezeknek az alapvető, de fontos feltételeknek, a ROYPOW. LiFePO4 lítium akkumulátoraik 4°F és 131°F közötti hőmérsékletre vannak méretezve. Az akkumulátorok beépített akkumulátorkezelő rendszerrel rendelkeznek, és rendkívül könnyen telepíthetők.

Lítium-ion akkumulátorok ipari alkalmazásai

A lítium-ion akkumulátorok népszerű választásnak számítanak az ipari alkalmazásokban. A leggyakrabban használt kémiai anyag a LiFePO4 akkumulátor. Az ilyen akkumulátorokat leggyakrabban használó berendezések közé tartoznak a következők:

Keskeny folyosós targoncák
Ellensúlyozott targoncák
3 kerekű targoncák
Gyalogos emelők
Vég- és középső lovasok

Sok oka van annak, hogy a lítium-ion akkumulátorok egyre népszerűbbek az ipari környezetben. A főbbek a következők:

Nagy kapacitás és hosszú élettartam

A lítium-ion akkumulátorok nagyobb energiasűrűséggel és hosszabb élettartammal rendelkeznek az ólomakkumulátorokhoz képest. Súlyuk akár harmadannyi is lehet, mégis ugyanazt a teljesítményt nyújtják.

Életciklusuk egy másik jelentős előny. Ipari üzemek esetében a cél a rövid távú ismétlődő költségek minimalizálása. A lítium-ion akkumulátorokkal a targonca akkumulátorai akár háromszor olyan sokáig is kitarthatnak, ami hosszú távon hatalmas költségmegtakarítást eredményez.

Akár 80%-os kisütési mélységgel is működhetnek anélkül, hogy ez befolyásolná a kapacitásukat. Ez további előnyt jelent az időmegtakarítás terén. A műveleteknek nem kell félúton megállniuk az akkumulátorok cseréje miatt, ami több ezer munkaóra megtakarításához vezethet egy kellően hosszú időszak alatt.

Nagy sebességű töltés

Az ipari ólomakkumulátorok esetében a normál töltési idő körülbelül nyolc óra. Ez egy teljes 8 órás műszaknak felel meg, amelyben az akkumulátor nem használható. Következésképpen a vezetőnek figyelembe kell vennie ezt az állásidőt, és pótakkumulátorokat kell vásárolnia.

A LiFePO4 akkumulátorokkal ez nem jelent kihívást. Jó példa erre aROYPOW ipari LifePO4 lítium akkumulátorok, amelyek négyszer gyorsabban töltődnek, mint az ólomakkumulátorok. További előny, hogy kisütés közben is hatékonyak maradnak. Az ólomakkumulátorok gyakran teljesítménybeli késedelmet szenvednek a kisütés során.

A ROYPOW ipari akkumulátorcsaládnak nincsenek memóriaproblémái a hatékony akkumulátorkezelő rendszernek köszönhetően. Az ólomakkumulátorok gyakran szenvednek ettől a problémától, ami a teljes kapacitás elérésének elmaradásához vezethet.

Idővel szulfatációt okoz, ami a már amúgy is rövid élettartamukat a felére csökkentheti. A probléma gyakran akkor jelentkezik, ha az ólomakkumulátorokat teljes feltöltés nélkül tárolják. A lítium akkumulátorok rövid időközönként tölthetők, és nulla feletti kapacitáson problémamentesen tárolhatók.

Biztonság és kezelés

A LiFePO4 akkumulátorok hatalmas előnnyel rendelkeznek ipari környezetben. Először is, kiváló hőstabilitással rendelkeznek. Ezek az akkumulátorok akár 50°C hőmérsékleten is működhetnek károsodás nélkül. Az ólomakkumulátorok hasonló hőmérsékleten akár 80%-ot is elveszíthetnének élettartamukból.

Egy másik probléma az akkumulátorok súlya. Hasonló akkumulátorkapacitás mellett az ólomakkumulátorok lényegesen többet nyomnak. Emiatt gyakran speciális felszerelést és hosszabb telepítési időt igényelnek, ami kevesebb munkaórát jelenthet a munkára fordítva.

Egy másik probléma a munkavállalók biztonsága. Általánosságban elmondható, hogy a LiFePO4 akkumulátorok biztonságosabbak, mint az ólomakkumulátorok. Az OSHA irányelvei szerint az ólomakkumulátorokat speciális helyiségben kell tárolni, amely a veszélyes gőzök eltávolítására szolgáló berendezésekkel van felszerelve. Ez többletköltségeket és bonyolultságot jelent az ipari műveletek során.

Következtetés

A lítium-ion akkumulátorok egyértelmű előnyökkel rendelkeznek ipari környezetben és alacsony sebességű elektromos járművekben. Hosszabb élettartamúak, így pénzt takarítanak meg a felhasználóknak. Ezek az akkumulátorok karbantartásmentesek is, ami különösen fontos ipari környezetben, ahol a költségmegtakarítás a legfontosabb.