Литий-иондук батареялар деген эмне

Литий-иондук батареялар - бул батарея химиясынын популярдуу түрү. Бул батареялардын негизги артыкчылыгы - аларды кайра заряддоого болот. Ушул өзгөчөлүгүнүн аркасында алар бүгүнкү күндө батареяны колдонгон көпчүлүк керектөөчү түзмөктөрдө кездешет. Аларды телефондордо, электр унааларында жана батарея менен иштеген гольф арабаларынан тапса болот.

Литий-иондук батареялар кантип иштейт?

Литий-иондук батареялар бир же бир нече литий-иондук элементтерден турат. Алар ошондой эле ашыкча заряддоонун алдын алуу үчүн коргоочу схемалык тактаны камтыйт. Элементтер коргоочу схемалык тактасы бар корпуска орнотулгандан кийин батареялар деп аталат.

Литий-иондук батареялар литий батареялары менен бирдейби?

Жок. Литий батареясы менен литий-иондук батарея бири-биринен абдан айырмаланат. Негизги айырмачылык - акыркылары кайра заряддалуучу. Дагы бир чоң айырмачылык - сактоо мөөнөтү. Литий батареясы колдонулбаса 12 жылга чейин иштей алат, ал эми литий-иондук батареялардын сактоо мөөнөтү 3 жылга чейин.

Литий-иондук батареялардын негизги компоненттери кайсылар?

Литий-иондук клеткалар төрт негизги компоненттен турат. Булар:

Анод

Анод электр энергиясынын батареядан тышкы чынжырчага өтүшүнө мүмкүндүк берет. Ошондой эле, батареяны заряддоодо литий иондорун сактайт.

Катод

Катод - бул элементтин кубаттуулугун жана чыңалуусун аныктайт. Ал батареянын заряды түгөнгөндө литий иондорун пайда кылат.

Электролит

Электролит – бул литий иондорунун катод менен аноддун ортосунда жылышы үчүн өткөргүч катары кызмат кылган материал. Ал туздардан, кошулмалардан жана ар кандай эриткичтерден турат.

Бөлгүч

Литий-иондук элементтин акыркы бөлүгү - бул сепаратор. Ал катод менен анодду бөлүп турган физикалык тосмо катары кызмат кылат.

Литий-иондук батареялар литий иондорун катоддон анодго жана тескерисинче электролит аркылуу жылдыруу менен иштейт. Иондор кыймылдаганда, алар аноддогу эркин электрондорду активдештирип, оң ток коллекторунда заряд пайда кылат. Бул электрондор түзмөк, телефон же гольф араба аркылуу терс коллекторго жана кайра катодго агып өтөт. Батареянын ичиндеги электрондордун эркин агымына сепаратор тоскоол болуп, аларды контакттарга карай түртөт.

Литий-иондук батареяны заряддаганда, катод литий иондорун бөлүп чыгарат жана алар анодду көздөй жылышат. Разряддалганда, литий иондору аноддон катодду көздөй жылып, ток агымын пайда кылат.

Литий-иондук батареялар качан ойлоп табылган?

Литий-иондук батареяларды биринчи жолу 70-жылдары англиялык химик Стэнли Уиттингем ойлоп тапкан. Анын эксперименттеринин жүрүшүндө окумуштуулар өзүн-өзү заряддай алган батареянын ар кандай химиялык касиеттерин изилдешкен. Анын биринчи сыноосунда титан дисульфиди жана литий электрод катары колдонулган. Бирок, батареялар кыска туташуудан жарылып, жарылып кетчү.

80-жылдары бул тапшырманы дагы бир окумуштуу Жон Б. Гуденау колго алган. Көп өтпөй жапон химиги Акира Йошино бул технологияны изилдей баштаган. Йошино менен Гуденау жарылуулардын негизги себеби литий металлы экенин далилдешкен.

90-жылдары литий-иондук технология кеңири жайылып, он жылдыктын аягында тез эле популярдуу энергия булагына айланган. Бул технологиянын Sony тарабынан биринчи жолу коммерциялаштырылганын белгиледи. Литий батареяларынын коопсуздук көрсөткүчтөрүнүн начардыгы литий-иондук батареялардын өнүгүшүнө түрткү болду.

Литий батареялары жогорку энергия тыгыздыгын сактай алганы менен, алар заряддоо жана разряддоо учурунда кооптуу. Башка жагынан алганда, литий-иондук батареяларды колдонуучулар негизги коопсуздук көрсөтмөлөрүн сактаганда, аларды заряддоо жана разряддоо коопсуз.

Эң жакшы литий иондук химиясы кайсы?

Литий-иондук батареялардын химиялык түрлөрү көп. Коммерциялык жактан жеткиликтүү болгондор:

Литий титанаты
Литий никель кобальт алюминий кычкылы
Литий никель марганец кобальт кычкылы
Литий марганец кычкылы (LMO)
Литий кобальт кычкылы
Литий темир фосфаты (LiFePO4)

Литий-иондук батареялар үчүн көптөгөн химиялык заттар бар. Ар биринин өзүнүн артыкчылыктары жана кемчиликтери бар. Бирок, айрымдары белгилүү бир колдонуу учурлары үчүн гана ылайыктуу. Ошондуктан, сиз тандай турган түрү сиздин кубаттуулукка болгон муктаждыгыңызга, бюджетиңизге, коопсуздукка чыдамдуулугуңузга жана колдонуунун конкреттүү учуруна жараша болот.

Бирок, LiFePO4 батареялары коммерциялык жактан эң жеткиликтүү вариант болуп саналат. Бул батареялардын курамында анод катары кызмат кылган графит көмүртек электроду жана катод катары фосфат бар. Алардын иштөө мөөнөтү 10 000 циклге чейин жетет.

Мындан тышкары, алар эң сонун термикалык туруктуулукту камсыз кылат жана суроо-талаптын кыска мөөнөттүү кескин көтөрүлүшүнө коопсуз туруштук бере алат. LiFePO4 батареялары 510 градус Фаренгейтке чейинки термикалык агымга туруштук бере алат, бул коммерциялык жактан жеткиликтүү литий-иондук батареялардын эң жогорку көрсөткүчү.

LiFePO4 батареяларынын артыкчылыктары

Коргошун кислотасы жана башка литий негизиндеги батареяларга салыштырмалуу литий темир фосфат батареялары чоң артыкчылыкка ээ. Алар натыйжалуу заряддалат жана разряддалат, узакка иштейт жана терең цикл жасай алаткесиптешкубаттуулугун жоготпостон. Бул артыкчылыктар батареялардын башка батарея түрлөрүнө салыштырмалуу иштөө мөөнөтүндө чоң чыгымдарды үнөмдөөнү камсыз кылаарын билдирет. Төмөндө бул батареялардын аз ылдамдыктагы кубаттуу унаалардагы жана өнөр жай жабдууларындагы өзгөчө артыкчылыктары келтирилген.

LiFePO4 батареясы аз ылдамдыктагы унааларда

Төмөн ылдамдыктагы электр унаалары (ТЭУ) – бул салмагы 3000 фунттан аз болгон төрт дөңгөлөктүү унаалар. Алар электр батареялары менен иштейт, бул аларды гольф арабаларында жана башка эс алуу максаттарында колдонуу үчүн популярдуу тандоого айлантат.

LEV үчүн батарея вариантын тандоодо эң маанилүү факторлордун бири - узак мөөнөттүү иштөө мөөнөтү. Мисалы, батарея менен иштеген гольф арабалары 18 тешиктүү гольф аянтчасында кайра заряддабай айдоо үчүн жетиштүү кубаттуулукка ээ болушу керек.

Дагы бир маанилүү жагдай - бул техникалык тейлөө графиги. Жакшы батарея сиздин жайбаракат ишиңизден максималдуу ырахат алуу үчүн эч кандай техникалык тейлөөнү талап кылбашы керек.

Батарея ар кандай аба ырайынын шарттарында иштей алышы керек. Мисалы, ал сизге жайкы ысыкта да, күзүндө да температура төмөндөгөндө гольф ойноого мүмкүндүк бериши керек.

Жакшы батареянын ашыкча ысып кетпешин же өтө муздап кетпешин, бул анын кубаттуулугун төмөндөтпөсүн камсыз кылган башкаруу системасы да болушу керек.

Ушул негизги, бирок маанилүү шарттардын баарына жооп берген эң мыкты бренддердин бири - ROYPOW. Алардын LiFePO4 литий батареяларынын линиясы 4°Fден 131°Fге чейинки температурага туруштук бере алат. Батареялар орнотулган батареяны башкаруу системасы менен келет жана аларды орнотуу абдан оңой.

Литий-иондук батареялардын өнөр жайлык колдонулушу

Литий-иондук батареялар өнөр жайлык колдонмолордо кеңири таралган вариант болуп саналат. Колдонулган химиялык курамы боюнча эң кеңири таралганы - LiFePO4 батареялары. Бул батареяларды колдонуу үчүн эң кеңири таралган жабдуулардын айрымдары:

Тар өтмөктүү жүк көтөргүчтөр
Тең салмактуу жүк көтөргүчтөр
Үч дөңгөлөктүү жүк көтөргүчтөр
Рациялар
Акыркы жана борбордук чабандестер

Литий-иондук батареялардын өнөр жай чөйрөсүндө популярдуулугунун өсүшүнүн көптөгөн себептери бар. Алардын негизгилери:

Жогорку кубаттуулук жана узак мөөнөттүүлүк

Литий-иондук батареялар коргошун-кислоталуу батареяларга салыштырмалуу чоңураак энергия тыгыздыгына жана узак мөөнөткө ээ. Алар салмактын үчтөн бир бөлүгүн түзө алышат жана ошол эле кубаттуулукту камсыздай алышат.

Алардын жашоо цикли дагы бир чоң артыкчылык болуп саналат. Өнөр жайлык эксплуатация үчүн максат - кыска мөөнөттүү кайталануучу чыгымдарды минималдуу деңгээлде кармоо. Литий-иондук батареялар менен жүк көтөргүчтөрдүн батареялары үч эсе узакка иштей алат, бул узак мөөнөттүү келечекте чоң чыгымдарды үнөмдөөгө алып келет.

Алар ошондой эле кубаттуулугуна эч кандай таасир этпестен, 80% га чейин чоңураак разряд тереңдигинде иштей алышат. Бул убакытты үнөмдөөдө дагы бир артыкчылыкка ээ. Батареяларды алмаштыруу үчүн операцияларды орто жолдо токтотуунун кажети жок, бул жетиштүү убакыттын ичинде миңдеген адам-саатты үнөмдөөгө алып келиши мүмкүн.

Жогорку ылдамдыктагы кубаттоо

Өнөр жайлык коргошун-кислоталуу аккумуляторлордо кадимки кубаттоо убактысы сегиз саатка жакын. Бул аккумулятор колдонууга мүмкүн болбогон 8 сааттык нөөмөткө барабар. Демек, менеджер бул токтоп калуу убактысын эске алып, кошумча аккумуляторлорду сатып алышы керек.

LiFePO4 батареялары менен бул кыйынчылык жаратпайт. Жакшы мисал - булROYPOW өнөр жайлык LifePO4 литий батарейкалары, коргошун-кислоталуу батареяларга караганда төрт эсе тезирээк заряддалат. Дагы бир артыкчылыгы - разряд учурунда натыйжалуулукту сактоо мүмкүнчүлүгү. Коргошун-кислоталуу батареялар көп учурда разряд учурунда иштөө жагынан артта калышат.

ROYPOW өнөр жай батареяларынын линиясында да натыйжалуу батареяны башкаруу системасынын аркасында эс тутум көйгөйлөрү жок. Коргошун-кислоталуу батареялар көп учурда бул көйгөйдөн жапа чегишет, бул толук кубаттуулукка жете албай калууга алып келиши мүмкүн.

Убакыттын өтүшү менен ал сульфацияны пайда кылат, бул алардын ансыз да кыска иштөө мөөнөтүн эки эсе кыскартат. Көйгөй көбүнчө коргошун-кислоталуу батареялар толук заряддалбай сакталганда пайда болот. Литий батареяларын кыска аралыкта заряддап, нөлдөн жогору каалаган кубаттуулукта эч кандай көйгөйсүз сактоого болот.

Коопсуздук жана тейлөө

LiFePO4 батареялары өнөр жай шарттарында чоң артыкчылыкка ээ. Биринчиден, алар эң сонун термикалык туруктуулукка ээ. Бул батареялар 131°F чейинки температурада эч кандай зыянга учурабай иштей алат. Коргошун-кислоталуу батареялар ушул сыяктуу температурада өздөрүнүн жашоо циклинин 80% га чейин жоготот.

Дагы бир маселе - батареялардын салмагы. Ушундай эле кубаттуулуктагы коргошун-кислоталуу батареялардын салмагы бир топ чоң. Ошондуктан, алар көп учурда атайын жабдууларды жана орнотуу убактысын узартууну талап кылат, бул жумушка азыраак адам-саат сарптоого алып келиши мүмкүн.

Дагы бир маселе - жумушчулардын коопсуздугу. Жалпысынан алганда, LiFePO4 батареялары коргошун-кислоталуу батареяларга караганда коопсузураак. OSHA көрсөтмөлөрүнө ылайык, коргошун-кислоталуу батареялар кооптуу түтүндөрдү жок кылуу үчүн иштелип чыккан жабдуулар менен жабдылган атайын бөлмөдө сакталышы керек. Бул өнөр жай ишине кошумча чыгымдарды жана татаалдыкты алып келет.

Жыйынтык

Литий-иондук батареялар өнөр жай шарттарында жана аз ылдамдыктагы электр унаалары үчүн айкын артыкчылыкка ээ. Алар узакка кызмат кылат, натыйжада колдонуучулардын акчасын үнөмдөйт. Бул батареялар ошондой эле техникалык тейлөөнү талап кылбайт, бул өзгөчө чыгымдарды үнөмдөө маанилүү болгон өнөр жай шарттарында маанилүү.