Hvað eru litíumjónarafhlöður

Litíumjónarafhlöður eru vinsæl tegund rafhlöðuefna. Mikilvægur kostur þessara rafhlöðu er að þær eru endurhlaðanlegar. Vegna þessa eiginleika eru þær að finna í flestum neytendatækjum í dag sem nota rafhlöður. Þær má finna í símum, rafknúnum ökutækjum og rafhlöðuknúnum golfbílum.

Hvernig virka litíum-jón rafhlöður?

Litíumjónarafhlöður eru gerðar úr einni eða fleiri litíumjónarafhlöðum. Þær innihalda einnig verndandi rafrásarplötu til að koma í veg fyrir ofhleðslu. Rafhlöðurnar kallast rafhlöður þegar þær eru settar í hylki með verndandi rafrásarplötu.

Eru litíum-jón rafhlöður það sama og litíum rafhlöður?

Nei. Litíum-rafhlaða og litíum-jón rafhlöður eru gríðarlega ólíkar. Helsti munurinn er sá að þær síðarnefndu eru endurhlaðanlegar. Annar stór munur er geymsluþolið. Litíum-rafhlaða getur enst í allt að 12 ár án notkunar, en litíum-jón rafhlöður hafa geymsluþol allt að 3 ár.

Hverjir eru lykilþættir litíumjónarafhlöðu

Litíumjónarafhlöður eru með fjóra meginþætti. Þeir eru:

Anóða

Anóðan gerir rafmagni kleift að flytjast frá rafhlöðunni í ytri hringrás. Hún geymir einnig litíumjónir þegar rafhlaðan er hlaðin.

Katóða

Katóðan ákvarðar afkastagetu og spennu rafhlöðunnar. Hún framleiðir litíumjónir þegar rafhlaðan er tæmd.

Raflausn

Rafvökvinn er efni sem þjónar sem leiðsla fyrir litíumjónir til að ferðast á milli katóðu og anóðu. Hann er samsettur úr söltum, aukefnum og ýmsum leysum.

Aðskilnaðurinn

Síðasti hlutinn í litíumjónarafhlöðu er aðskilnaðurinn. Hann virkar sem efnisleg hindrun til að halda katóðu og anóðu aðskildum.

Litíumjónarafhlöður virka þannig að þær færa litíumjónir frá katóðu að anóðu og öfugt í gegnum rafvökvann. Þegar jónirnar hreyfast virkja þær frjálsar rafeindir í anóðunni og mynda hleðslu við jákvæða straumsafnarann. Þessar rafeindir flæða í gegnum tækið, síma eða golfbíl, að neikvæða safnaranum og aftur inn í katóðuna. Aðskilnaðurinn kemur í veg fyrir frjálsa flæði rafeinda inni í rafhlöðunni og þrýstir þeim að tengipunktunum.

Þegar þú hleður litíumjónarafhlöðu losar katóðan litíumjónir og þær færast í átt að anóðunni. Við afhleðslu færast litíumjónir frá anóðunni að katóðunni, sem myndar straum.

Hvenær voru litíum-jón rafhlöður fundnar upp?

Litíumjónarafhlöður voru fyrst hugsaðar upp á áttunda áratugnum af enska efnafræðingnum Stanley Whittingham. Í tilraunum sínum rannsökuðu vísindamennirnir ýmsar efnasamsetningar fyrir rafhlöðu sem gæti endurhlaðið sig sjálfar. Fyrsta tilraun hans fól í sér títan tvísúlfíð og litíum sem rafskaut. Hins vegar mynduðu rafhlöðurnar skammhlaup og sprungu.

Á níunda áratugnum tók annar vísindamaður, John B. Goodenough, við áskoruninni. Skömmu síðar hóf Akira Yoshino, japanskur efnafræðingur, rannsóknir á tækninni. Yoshino og Goodenough sönnuðu að litíummálmur væri aðalorsök sprenginga.

Á tíunda áratugnum fór litíum-jón tækni að ryðja sér til rúms og varð fljótt vinsæl orkugjafi í lok áratugarins. Þetta var í fyrsta skipti sem Sony markaðssetti tæknina. Þessi lélega öryggisárangur litíum-rafhlöðu hvatti til þróunar á litíum-jón rafhlöðum.

Þó að litíumrafhlöður geti haft meiri orkuþéttleika eru þær óöruggar við hleðslu og afhleðslu. Hins vegar eru litíumjónarafhlöður frekar öruggar í hleðslu og afhleðslu þegar notendur fylgja grunnöryggisleiðbeiningum.

Hver er besta litíumjónaefnafræðin?

Það eru til fjölmargar gerðir af litíum-jón rafhlöðum. Þær sem fást í verslunum eru:

Litíumtítanat
Litíum nikkel kóbalt áloxíð
Litíum nikkel mangan kóbalt oxíð
Litíummanganoxíð (LMO)
Litíum kóbaltoxíð
Litíum járnfosfat (LiFePO4)

Það eru til fjölmargar gerðir af efnasamsetningum fyrir litíum-jón rafhlöður. Hver þeirra hefur sína kosti og galla. Hins vegar henta sumar þeirra aðeins fyrir tilteknar notkunartilvik. Þess vegna fer gerðin sem þú velur eftir orkuþörf þinni, fjárhagsáætlun, öryggisþoli og tilteknu notkunartilviki.

Hins vegar eru LiFePO4 rafhlöður algengasta kosturinn. Þessar rafhlöður innihalda grafít-kolefnisrafskaut, sem virkar sem anóða, og fosfat sem katóðu. Þær hafa langan líftíma, allt að 10.000 lotur.

Að auki bjóða þær upp á mikla hitastöðugleika og geta tekist á við stuttar sveiflur í eftirspurn á öruggan hátt. LiFePO4 rafhlöður eru metnar fyrir hitaupphlaup allt að 510 gráðum Fahrenheit, sem er hæsta hitastig allra litíum-jón rafhlöðutegunda sem eru fáanlegar á markaði.

Kostir LiFePO4 rafhlöðu

Í samanburði við blýsýrurafhlöður og aðrar litíum-byggðar rafhlöður hafa litíum-járnfosfat rafhlöður gríðarlegan kost. Þær hlaðast og tæmast á skilvirkan hátt, endast lengur og geta djúpt hlaðið...cleán þess að tapa afkastagetu. Þessir kostir þýða að rafhlöðurnar bjóða upp á mikinn kostnaðarsparnað yfir líftíma þeirra samanborið við aðrar gerðir rafhlöðu. Hér að neðan er fjallað um sérstaka kosti þessara rafhlöðu í lághraða ökutækjum og iðnaðarbúnaði.

LiFePO4 rafhlaða í lághraða ökutækjum

Rafknúin ökutæki með lágum hraða (LEV) eru fjórhjóladrifin ökutæki sem vega minna en 1360 kg. Þau eru knúin rafhlöðum, sem gerir þau að vinsælum valkosti fyrir golfbíla og aðra afþreyingarnotkun.

Þegar þú velur rafhlöðu fyrir LEV-bílinn þinn er eitt það mikilvægasta að hafa í huga endingu hans. Til dæmis ættu rafhlöðuknúnir golfbílar að hafa næga orku til að keyra um 18 holu golfvöll án þess að þurfa að hlaða þá.

Annað mikilvægt atriði er viðhaldsáætlunin. Góð rafgeymi ætti ekki að þurfa viðhald til að tryggja hámarks ánægju af afþreyingu þinni.

Rafhlaðan ætti einnig að geta starfað við mismunandi veðurskilyrði. Til dæmis ætti hún að gera þér kleift að spila golf bæði í sumarhitanum og á haustin þegar hitastigið lækkar.

Góð rafhlaða ætti einnig að vera með stjórnkerfi sem tryggir að hún ofhitni ekki eða kólni of mikið og minnki afkastagetu hennar.

Eitt besta vörumerkið sem uppfyllir öll þessi grunn en mikilvægu skilyrði er ROYPOW. Lína þeirra af LiFePO4 litíum rafhlöðum er metin fyrir hitastig frá 4°F til 131°F. Rafhlöðurnar eru með innbyggðu rafhlöðustjórnunarkerfi og eru afar auðveldar í uppsetningu.

Iðnaðarnotkun fyrir litíumjónarafhlöður

Litíumjónarafhlöður eru vinsælar í iðnaði. Algengasta efnasamsetningin sem notuð er eru LiFePO4 rafhlöður. Algengustu tækin sem nota þessar rafhlöður eru:

Lyftarar fyrir þrönga gangi
Lyftarar með mótvægi
Þriggja hjóla gaffallyftarar
Walkie-staflarar
Enda- og miðjuknapar

Það eru margar ástæður fyrir því að litíumjónarafhlöður eru að aukast í vinsældum í iðnaði. Helstu ástæðurnar eru:

Mikil afkastageta og langlífi

Lithium-jón rafhlöður hafa meiri orkuþéttleika og endingartíma samanborið við blýsýru rafhlöður. Þær geta vegið þriðjung af þyngdinni og skilað sömu afköstum.

Líftími þeirra er annar mikilvægur kostur. Fyrir iðnaðarfyrirtæki er markmiðið að halda skammtíma endurteknum kostnaði í lágmarki. Með litíum-jón rafhlöðum geta lyftarafhlöður enst þrisvar sinnum lengur, sem leiðir til mikils sparnaðar til lengri tíma litið.

Þeir geta einnig starfað við allt að 80% afhleðsludýpi án þess að það hafi áhrif á afkastagetu þeirra. Það hefur einnig í för með sér tímasparnað. Ekki þarf að stöðva reksturinn á miðri leið til að skipta um rafhlöður, sem getur sparað þúsundir mannavinnustunda yfir nógu langt tímabil.

Hraðhleðsla

Með iðnaðarblýsýrurafhlöðum er venjulegur hleðslutími um átta klukkustundir. Það jafngildir heilli átta klukkustunda vakt þar sem rafhlaðan er ekki tiltæk til notkunar. Þar af leiðandi verður stjórnandi að taka tillit til þessa niðurtíma og kaupa auka rafhlöður.

Með LiFePO4 rafhlöðum er það ekki áskorun. Gott dæmi erROYPOW iðnaðar LifePO4 litíum rafhlöður, sem hlaðast fjórum sinnum hraðar en blýsýrurafhlöður. Annar kostur er hæfni þeirra til að halda skilvirkni sinni við afhleðslu. Blýsýrurafhlöður verða oft fyrir seinkun í afköstum þegar þær afhlaðast.

ROYPOW línan af iðnaðarrafhlöðum hefur heldur engin minnisvandamál, þökk sé skilvirku rafhlöðustjórnunarkerfi. Blýsýrurafhlöður þjást oft af þessu vandamáli, sem getur leitt til þess að þær ná ekki fullri afkastagetu.

Með tímanum veldur það súlfötun, sem getur stytt þegar stuttan líftíma þeirra um helming. Vandamálið kemur oft upp þegar blýsýrurafhlöður eru geymdar án fullrar hleðslu. Hægt er að hlaða litíumrafhlöður með stuttum millibilum og geyma þær með hvaða afkastagetu sem er yfir núlli án vandræða.

Öryggi og meðhöndlun

LiFePO4 rafhlöður hafa gríðarlegan kost í iðnaðarumhverfi. Í fyrsta lagi hafa þær mikla hitastöðugleika. Þessar rafhlöður geta starfað við allt að 50°C hitastig án þess að skemmast. Blýsýrurafhlöður myndu missa allt að 80% af líftíma sínum við svipað hitastig.

Annað atriði er þyngd rafgeymanna. Fyrir svipaða rafhlöðugetu vega blýsýrurafhlöður mun meira. Þess vegna þarf oft sérstakan búnað og lengri uppsetningartíma, sem getur leitt til færri vinnustunda í verkið.

Annað mál er öryggi starfsmanna. Almennt séð eru LiFePO4 rafhlöður öruggari en blýsýrurafhlöður. Samkvæmt leiðbeiningum OSHA verður að geyma blýsýrurafhlöður í sérstöku herbergi með búnaði sem er hannaður til að útrýma hættulegum gufum. Það veldur auknum kostnaði og flækjustigi í iðnaðarrekstri.

Niðurstaða

Lithium-jón rafhlöður hafa greinilegan kost í iðnaðarumhverfi og fyrir hægfara rafknúin ökutæki. Þær endast lengur og spara notendum þar af leiðandi peninga. Þessar rafhlöður eru einnig viðhaldslausar, sem er sérstaklega mikilvægt í iðnaðarumhverfi þar sem kostnaðarsparnaður er í fyrirrúmi.