Литий-ионды батареялар дегеніміз не

Литий-ионды батареялар - батарея химиясының танымал түрі. Бұл батареялардың басты артықшылығы - оларды қайта зарядтауға болады. Осы мүмкіндіктің арқасында олар бүгінгі таңда батареяны пайдаланатын тұтынушылық құрылғылардың көпшілігінде кездеседі. Оларды телефондарда, электр көліктерінде және батареямен жұмыс істейтін гольф арбаларында кездестіруге болады.

Литий-ионды батареялар қалай жұмыс істейді?

Литий-ионды батареялар бір немесе бірнеше литий-ионды элементтерден тұрады. Олар сондай-ақ шамадан тыс зарядтаудың алдын алу үшін қорғаныс схемалық тақтасын қамтиды. Элементтер қорғаныс схемалық тақтасы бар корпусқа орнатылғаннан кейін батареялар деп аталады.

Литий-ионды батареялар литий батареяларымен бірдей ме?

Жоқ. Литий батареясы мен литий-ионды батарея бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленеді. Негізгі айырмашылығы - соңғылары қайта зарядталады. Тағы бір маңызды айырмашылық - сақтау мерзімі. Литий батареясы пайдаланылмаған күйде 12 жылға дейін қызмет ете алады, ал литий-ионды батареялардың сақтау мерзімі 3 жылға дейін.

Литий-ионды батареялардың негізгі компоненттері қандай?

Литий-ионды элементтердің төрт негізгі компоненті бар. Олар:

Анод

Анод электр энергиясының батареядан сыртқы тізбекке өтуіне мүмкіндік береді. Сондай-ақ, батареяны зарядтаған кезде литий иондарын сақтайды.

Катод

Катод - элементтің сыйымдылығы мен кернеуін анықтайтын нәрсе. Батарея заряды таусылған кезде ол литий иондарын шығарады.

Электролит

Электролит - литий иондарының катод пен анод арасында жылжуын қамтамасыз ететін өткізгіш ретінде қызмет ететін материал. Ол тұздардан, қоспалардан және әртүрлі еріткіштерден тұрады.

Бөлгіш

Литий-ионды элементтің соңғы бөлігі - сепаратор. Ол катод пен анодты бір-бірінен ажырататын физикалық тосқауыл ретінде қызмет етеді.

Литий-ионды аккумуляторлар литий иондарын катодтан анодқа және керісінше электролит арқылы жылжыту арқылы жұмыс істейді. Иондар қозғалған кезде олар анодтағы бос электрондарды белсендіреді, оң ток жинағышында заряд пайда болады. Бұл электрондар құрылғы, телефон немесе гольф арбасы арқылы теріс жинағышқа және катодқа қайта ағады. Батарея ішіндегі электрондардың еркін ағынына сепаратор кедергі келтіреді, бұл оларды контактілерге қарай итермелейді.

Литий-ионды батареяны зарядтаған кезде, катод литий иондарын бөліп шығарады және олар анодқа қарай жылжиды. Разрядталған кезде литий иондары анодтан катодқа жылжиды, бұл ток ағынын тудырады.

Литий-ионды аккумуляторлар қашан ойлап табылды?

Литий-ионды батареяларды алғаш рет 70-жылдары ағылшын химигі Стэнли Уиттингем ойлап тапқан. Оның тәжірибелері кезінде ғалымдар өзін-өзі зарядтай алатын батареяның әртүрлі химиялық қасиеттерін зерттеді. Оның алғашқы сынағына титан дисульфиді мен литий электрод ретінде қолданылды. Дегенмен, батареялар қысқа тұйықталып, жарылып кететін.

80-жылдары тағы бір ғалым Джон Б. Гуденау бұл міндетті қолға алды. Көп ұзамай жапон химигі Акира Йошино бұл технологияны зерттей бастады. Йошино мен Гуденау жарылыстардың негізгі себебі литий металы екенін дәлелдеді.

90-жылдары литий-иондық технология танымал бола бастады, онжылдықтың соңына қарай тез арада танымал қуат көзіне айналды. Бұл Sony компаниясының бұл технологияны алғаш рет коммерциялық нарыққа шығаруы болды. Литий батареяларының қауіпсіздік саласындағы нашар көрсеткіштері литий-иондық батареялардың дамуына түрткі болды.

Литий батареялары жоғары энергия тығыздығын сақтай алса да, зарядтау және разрядтау кезінде қауіпсіз емес. Екінші жағынан, литий-ионды батареяларды пайдаланушылар негізгі қауіпсіздік нұсқауларын орындаған кезде зарядтау және разрядтау өте қауіпсіз.

Ең жақсы литий-иондық химия дегеніміз не?

Литий-ионды батареялардың химиялық түрлерінің көптеген түрлері бар. Коммерциялық қолжетімділері:

Литий титанаты
Литий никель кобальт алюминий оксиді
Литий никель марганец кобальт оксиді
Литий марганец оксиді (LMO)
Литий кобальт оксиді
Литий темір фосфаты (LiFePO4)

Литий-ионды батареяларға арналған химиялық заттардың көптеген түрлері бар. Әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Дегенмен, кейбіреулері тек нақты пайдалану жағдайларына жарамды. Осылайша, сіз таңдайтын түрі сіздің қуат қажеттіліктеріңізге, бюджетіңізге, қауіпсіздікке төзімділігіңізге және нақты пайдалану жағдайыңызға байланысты болады.

Дегенмен, LiFePO4 батареялары коммерциялық тұрғыдан ең қолжетімді нұсқа болып табылады. Бұл батареялардың құрамында анод қызметін атқаратын графит көміртекті электрод және катод қызметін атқаратын фосфат бар. Олардың ұзақ қызмет ету мерзімі 10 000 циклге дейін жетеді.

Сонымен қатар, олар керемет термиялық тұрақтылықты қамтамасыз етеді және қысқа мерзімді сұраныстың күрт өсуіне қауіпсіз төтеп бере алады. LiFePO4 батареялары 510 градус Фаренгейтке дейінгі термиялық ағып кету шегіне есептеледі, бұл кез келген коммерциялық қолжетімді литий-ионды батарея түрлерінің ішіндегі ең жоғары көрсеткіш.

LiFePO4 батареяларының артықшылықтары

Қорғасын қышқылы және басқа литий негізіндегі батареялармен салыстырғанда, литий темір фосфаты батареяларының үлкен артықшылығы бар. Олар тиімді зарядталады және разрядталады, ұзақ қызмет етеді және терең цикл жасай алады.класысыйымдылығын жоғалтпай. Бұл артықшылықтар батареялардың басқа батарея түрлерімен салыстырғанда қызмет ету мерзімі ішінде үлкен үнемдеуді қамтамасыз ететінін білдіреді. Төменде бұл батареялардың төмен жылдамдықты қуатты көліктер мен өнеркәсіптік жабдықтардағы нақты артықшылықтарына шолу жасалған.

Төмен жылдамдықты көліктердегі LiFePO4 батареясы

Төмен жылдамдықты электр көліктері (ТЭК) – салмағы 3000 фунттан аз төрт доңғалақты көліктер. Олар электр батареяларымен жұмыс істейді, бұл оларды гольф арбалары мен басқа да демалыс мақсаттары үшін танымал таңдау етеді.

LEV үшін батарея нұсқасын таңдаған кезде, ең маңызды факторлардың бірі - ұзақ қызмет ету мерзімі. Мысалы, батареямен жұмыс істейтін гольф арбалары 18 шұңқырлы гольф алаңында қайта зарядтамай жүруге жеткілікті қуатқа ие болуы керек.

Тағы бір маңызды мәселе - техникалық қызмет көрсету кестесі. Жақсы аккумулятор сіздің бос уақытыңыздан барынша ләззат алу үшін техникалық қызмет көрсетуді қажет етпеуі керек.

Батарея әртүрлі ауа райы жағдайларында жұмыс істей алуы керек. Мысалы, ол сізге жазғы аптапта да, күзде де температура төмендеген кезде гольф ойнауға мүмкіндік беруі керек.

Жақсы аккумулятор сонымен қатар оның қызып кетпеуін немесе тым қатты салқындамауын, бұл оның сыйымдылығын төмендетпеуін қамтамасыз ететін басқару жүйесімен жабдықталуы керек.

Осы негізгі, бірақ маңызды шарттардың барлығына сай келетін ең жақсы брендтердің бірі - ROYPOW. Олардың LiFePO4 литий батареялары желісі 4°F-тан 131°F-қа дейінгі температураға арналған. Батареялар кіріктірілген батареяны басқару жүйесімен жабдықталған және оларды орнату өте оңай.

Литий-ионды батареялардың өнеркәсіптік қолданылуы

Литий-ионды батареялар өнеркәсіптік қолданбаларда танымал нұсқа болып табылады. Ең көп қолданылатын химиялық құрам - LiFePO4 батареялары. Бұл батареяларды пайдалану үшін ең көп таралған жабдықтардың кейбірі:

Тар дәлізді жүк көтергіштер
Теңгерімді жүк көтергіштер
Үш доңғалақты жүк көтергіштер
Рациялар
Соңғы және орталық шабандоздар

Литий-ионды батареялардың өнеркәсіптік ортада танымал болуының көптеген себептері бар. Негізгі себептері:

Жоғары сыйымдылық және ұзақ қызмет ету мерзімі

Литий-ионды батареялардың қорғасын-қышқылды батареялармен салыстырғанда энергия тығыздығы мен ұзақ қызмет ету мерзімі жоғары. Олар салмақтың үштен бір бөлігіне дейін жетеді және бірдей қуат береді.

Олардың өмірлік циклі тағы бір маңызды артықшылығы болып табылады. Өнеркәсіптік пайдалану үшін мақсат - қысқа мерзімді қайталанатын шығындарды минималды деңгейде ұстау. Литий-ионды батареялармен жүк көтергіш батареялары үш есе ұзақ қызмет ете алады, бұл ұзақ мерзімді перспективада шығындарды айтарлықтай үнемдеуге әкеледі.

Олар сондай-ақ қуатына ешқандай әсер етпестен 80%-ға дейінгі үлкен разряд тереңдігінде жұмыс істей алады. Бұл уақытты үнемдеуде тағы бір артықшылыққа ие. Батареяларды ауыстыру үшін операцияларды орта жолда тоқтатудың қажеті жоқ, бұл жеткілікті ұзақ уақыт ішінде мыңдаған адам-сағатты үнемдеуге әкелуі мүмкін.

Жоғары жылдамдықты зарядтау

Өнеркәсіптік қорғасын-қышқылды аккумуляторларда қалыпты зарядтау уақыты шамамен сегіз сағатты құрайды. Бұл аккумулятор пайдалануға жарамсыз болған кездегі 8 сағаттық ауысымға тең. Демек, менеджер бұл тоқтап қалу уақытын ескеріп, қосымша аккумуляторлар сатып алуы керек.

LiFePO4 батареяларымен бұл қиындық тудырмайды. Жақсы мысал -ROYPOW өнеркәсіптік LifePO4 литий батареяларықорғасын-қышқылды батареяларға қарағанда төрт есе жылдам зарядталады. Тағы бір артықшылығы - разряд кезінде тиімділікті сақтау мүмкіндігі. Қорғасын-қышқылды батареялар разрядталған кезде жиі жұмысында кідіріске ұшырайды.

ROYPOW өнеркәсіптік аккумуляторлар желісінде де тиімді аккумуляторды басқару жүйесінің арқасында жад мәселелері жоқ. Қорғасын-қышқылды аккумуляторлар көбінесе осы мәселеден зардап шегеді, бұл толық қуатқа жетпеуге әкелуі мүмкін.

Уақыт өте келе, ол сульфацияны тудырады, бұл олардың қысқа қызмет ету мерзімін екі есе қысқартуы мүмкін. Бұл мәселе көбінесе қорғасын-қышқылды батареялар толық зарядталмай сақталған кезде туындайды. Литий батареяларын қысқа аралықпен зарядтауға және нөлден жоғары кез келген сыйымдылықта ешқандай қиындықсыз сақтауға болады.

Қауіпсіздік және өңдеу

LiFePO4 батареяларының өнеркәсіптік ортада үлкен артықшылығы бар. Біріншіден, олар керемет термиялық тұрақтылыққа ие. Бұл батареялар 131°F дейінгі температурада ешқандай зақымданусыз жұмыс істей алады. Қорғасын-қышқылды батареялар ұқсас температурада өмірлік циклінің 80%-ға дейін жоғалады.

Тағы бір мәселе - батареялардың салмағы. Батарея сыйымдылығының ұқсастығы үшін қорғасын-қышқылды батареялардың салмағы айтарлықтай үлкен. Сондықтан олар көбінесе арнайы жабдықты және орнатудың ұзағырақ уақытын қажет етеді, бұл жұмысқа жұмсалатын адам-сағаттың азаюына әкелуі мүмкін.

Тағы бір мәселе - жұмысшылардың қауіпсіздігі. Жалпы, LiFePO4 батареялары қорғасын-қышқылды батареяларға қарағанда қауіпсіз. OSHA нұсқауларына сәйкес, қорғасын-қышқылды батареялар қауіпті түтіндерді жоюға арналған жабдықтары бар арнайы бөлмеде сақталуы керек. Бұл өнеркәсіптік жұмысқа қосымша шығындар мен күрделілік әкеледі.

Қорытынды

Литий-ионды батареялар өнеркәсіптік ортада және төмен жылдамдықты электр көліктері үшін айқын артықшылыққа ие. Олар ұзақ қызмет етеді, бұл пайдаланушылардың ақшасын үнемдейді. Бұл батареялар сонымен қатар техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді, бұл әсіресе шығындарды үнемдеу маңызды болып табылатын өнеркәсіптік ортада маңызды.