Kas yra ličio jonų baterijos?

Ličio jonų baterijos yra populiarus akumuliatorių chemijos tipas. Pagrindinis šių baterijų privalumas yra tai, kad jas galima įkrauti. Dėl šios savybės jos randamos daugumoje šiuolaikinių vartotojų prietaisų, kuriuose naudojamos baterijos. Jų galima rasti telefonuose, elektrinėse transporto priemonėse ir baterijomis maitinamuose golfo vežimėliuose.

Kaip veikia ličio jonų baterijos?

Ličio jonų akumuliatoriai sudaryti iš vieno ar kelių ličio jonų elementų. Jie taip pat turi apsauginę plokštę, apsaugančią nuo perkrovimo. Elementai vadinami akumuliatoriais, kai jie įstatomi į korpusą su apsaugine plokšte.

Ar ličio jonų baterijos yra tokios pačios kaip ličio baterijos?

Ne. Ličio baterija ir ličio jonų baterija labai skiriasi. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad pastarosios yra įkraunamos. Kitas svarbus skirtumas yra galiojimo laikas. Ličio baterija nenaudojama gali tarnauti iki 12 metų, o ličio jonų baterijų galiojimo laikas yra iki 3 metų.

Kokie yra pagrindiniai ličio jonų akumuliatorių komponentai

Ličio jonų elementus sudaro keturi pagrindiniai komponentai. Tai yra:

Anodas

Anodas leidžia elektrai judėti iš akumuliatoriaus į išorinę grandinę. Jis taip pat kaupia ličio jonus, kai akumuliatorius kraunamas.

Katodas

Katodas lemia elemento talpą ir įtampą. Jis gamina ličio jonus, kai iškraunamas akumuliatorius.

Elektrolitas

Elektrolitas yra medžiaga, kuri tarnauja kaip kanalas ličio jonams judėti tarp katodo ir anodo. Jį sudaro druskos, priedai ir įvairūs tirpikliai.

Separatorius

Paskutinė ličio jonų elemento dalis yra separatorius. Jis veikia kaip fizinis barjeras, atskiriantis katodą ir anodą.

Ličio jonų baterijos veikia perkeldamos ličio jonus iš katodo į anodą ir atvirkščiai per elektrolitą. Judėdami jonai aktyvuoja laisvuosius elektronus anode, sukurdami krūvį teigiamo srovės kolektoriuje. Šie elektronai teka per įrenginį, telefoną ar golfo vežimėlį, į neigiamą kolektorių ir atgal į katodą. Laisvą elektronų srautą baterijos viduje neleidžia separatorius, stumdamas juos link kontaktų.

Įkraunant ličio jonų akumuliatorių, katodas išskiria ličio jonus, kurie juda link anodo. Išsikraunant, ličio jonai juda iš anodo į katodą, taip sukurdami srovės tėkmę.

Kada buvo išrastos ličio jonų baterijos?

Ličio jonų baterijas pirmą kartą aštuntajame dešimtmetyje sugalvojo anglų chemikas Stanley Whittingham. Savo eksperimentų metu mokslininkai tyrė įvairias chemines reakcijas, ieškodami baterijos, kuri galėtų įsikrauti pati. Pirmajame bandyme elektrodais buvo naudojamas titano disulfidas ir litis. Tačiau baterijos sujungdavo trumpai ir sprogdavo.

Devintajame dešimtmetyje iššūkį priėmė kitas mokslininkas Johnas B. Goodenoughas. Netrukus po to japonų chemikas Akira Yoshino pradėjo šios technologijos tyrimus. Yoshino ir Goodenoughas įrodė, kad pagrindinė sprogimų priežastis buvo ličio metalas.

Dešimtajame dešimtmetyje ličio jonų technologija pradėjo įgauti pagreitį ir dešimtmečio pabaigoje greitai tapo populiariu energijos šaltiniu. Tai buvo pirmas kartas, kai „Sony“ komercializavo šią technologiją. Prastas ličio baterijų saugos rodiklis paskatino ličio jonų baterijų kūrimą.

Nors ličio baterijos gali išlaikyti didesnį energijos tankį, jos yra nesaugios įkrovimo ir iškrovimo metu. Kita vertus, ličio jonų baterijas gana saugu įkrauti ir iškrauti, jei naudotojai laikosi pagrindinių saugos nurodymų.

Kokia yra geriausia ličio jonų chemija?

Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių cheminių savybių tipų. Komercinės yra šios:

Ličio titanatas
Ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas
Ličio nikelio mangano kobalto oksidas
Ličio mangano oksidas (LMO)
Ličio kobalto oksidas
Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)

Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių cheminių sudėčių tipų. Kiekvienas iš jų turi savo privalumų ir trūkumų. Tačiau kai kurie tinka tik konkretiems naudojimo atvejams. Todėl pasirinktas tipas priklausys nuo jūsų energijos poreikių, biudžeto, saugos tolerancijos ir konkretaus naudojimo atvejo.

Tačiau LiFePO4 baterijos yra labiausiai komerciškai prieinamas pasirinkimas. Šios baterijos turi grafito anglies elektrodą, kuris atlieka anodo funkciją, ir fosfatą kaip katodą. Jos turi ilgą ciklų tarnavimo laiką – iki 10 000 ciklų.

Be to, jos pasižymi puikiu terminiu stabilumu ir gali saugiai atlaikyti trumpus paklausos šuolius. LiFePO4 akumuliatorių šiluminio išsijungimo slenkstis yra iki 510 laipsnių pagal Farenheitą – tai aukščiausias rodiklis iš visų komerciškai prieinamų ličio jonų akumuliatorių tipų.

LiFePO4 baterijų privalumai

Palyginti su švino rūgšties ir kitomis ličio pagrindu pagamintomis baterijomis, ličio geležies fosfato baterijos turi didžiulį pranašumą. Jos efektyviai įkraunamos ir iškraunamos, tarnauja ilgiau ir gali giliai įkrauti.kleneprarandant talpos. Šie privalumai reiškia, kad akumuliatoriai, palyginti su kitų tipų akumuliatoriais, per visą jų eksploatavimo laiką leidžia sutaupyti daug lėšų. Toliau apžvelgiami konkretūs šių akumuliatorių pranašumai mažo greičio transporto priemonėse ir pramoninėje įrangoje.

LiFePO4 akumuliatorius mažo greičio transporto priemonėse

Mažo greičio elektrinės transporto priemonės (LEV) yra keturratės transporto priemonės, sveriančios mažiau nei 3000 svarų. Jos varomos elektros baterijomis, todėl yra populiarus pasirinkimas golfo vežimėliams ir kitoms pramogoms.

Renkantis akumuliatorinį variantą savo LEV, vienas iš svarbiausių aspektų yra ilgaamžiškumas. Pavyzdžiui, akumuliatoriniai golfo vežimėliai turėtų turėti pakankamai galios, kad galėtų važiuoti 18 duobučių golfo aikštynu be įkrovimo.

Kitas svarbus aspektas yra techninės priežiūros grafikas. Geras akumuliatorius neturėtų reikalauti jokios priežiūros, kad galėtumėte maksimaliai mėgautis laisvalaikio veikla.

Baterija taip pat turėtų veikti įvairiomis oro sąlygomis. Pavyzdžiui, ji turėtų leisti žaisti golfą tiek vasaros karštyje, tiek rudenį, kai nukrenta temperatūra.

Geras akumuliatorius taip pat turėtų turėti valdymo sistemą, kuri užtikrina, kad jis neperkaistų ir neatvėstų per daug, nes tai nesumažintų jo talpos.

Vienas geriausių prekių ženklų, atitinkančių visas šias pagrindines, bet svarbias sąlygas, yra „ROYPOW“. Jų LiFePO4 ličio baterijų linija skirta naudoti nuo 4 °F iki 131 °F temperatūroje. Baterijose yra įmontuota baterijų valdymo sistema ir jas itin lengva įdiegti.

Ličio jonų baterijų pramoninis pritaikymas

Ličio jonų akumuliatoriai yra populiarus pasirinkimas pramonėje. Dažniausiai naudojama cheminė medžiaga yra LiFePO4 akumuliatoriai. Kai kurie iš labiausiai paplitusių įrenginių, kuriuose naudojamos šios baterijos, yra šie:

Siaurų praėjimų šakiniai krautuvai
Atsvarai su šakiniais krautuvais
Triračiai krautuvai
Pėsčiųjų krautuvų
Galiniai ir centriniai raiteliai

Yra daug priežasčių, kodėl ličio jonų baterijos populiarėja pramonės aplinkoje. Pagrindinės iš jų yra šios:

Didelė talpa ir ilgaamžiškumas

Ličio jonų akumuliatoriai pasižymi didesniu energijos tankiu ir ilgaamžiškumu, palyginti su švino rūgšties akumuliatoriais. Jie gali sverti trečdaliu mažiau, bet užtikrinti tokią pačią galią.

Jų gyvavimo ciklas yra dar vienas svarbus privalumas. Pramoninės veiklos tikslas – kuo labiau sumažinti trumpalaikes pasikartojančias išlaidas. Naudojant ličio jonų akumuliatorius, šakinių krautuvų akumuliatoriai gali tarnauti tris kartus ilgiau, todėl ilgainiui sutaupoma daug lėšų.

Jie taip pat gali veikti esant didesniam iškrovimo gyliui iki 80 %, nedarant jokio poveikio jų talpai. Tai suteikia dar vieną privalumą – taupo laiką. Operacijoms nereikia sustoti pusiaukelėje, kad pakeistumėte baterijas, o tai per pakankamai ilgą laikotarpį gali sutaupyti tūkstančius darbo valandų.

Didelės spartos įkrovimas

Pramoninių švino rūgšties akumuliatorių įprastas įkrovimo laikas yra apie aštuonias valandas. Tai atitinka visą 8 valandų pamainą, per kurią akumuliatorius negali būti naudojamas. Todėl vadovas turi atsižvelgti į šį prastovos laiką ir įsigyti papildomų akumuliatorių.

Su LiFePO4 akumuliatoriais tai nėra iššūkis. Geras pavyzdys yraROYPOW pramoninės LifePO4 ličio baterijos, kurios įkraunamos keturis kartus greičiau nei švino rūgšties akumuliatoriai. Kitas privalumas yra gebėjimas išlikti efektyviems išsikrovimo metu. Švino rūgšties akumuliatorių veikimas išsikraunant dažnai sulėtėja.

Dėl efektyvios akumuliatorių valdymo sistemos „ROYPOW“ pramoninių akumuliatorių linija taip pat neturi atminties problemų. Švino rūgšties akumuliatoriai dažnai kenčia nuo šios problemos, dėl kurios gali nepavykti pasiekti visos talpos.

Laikui bėgant, tai sukelia sulfaciją, kuri gali perpus sutrumpinti ir taip trumpą jų tarnavimo laiką. Problema dažnai kyla, kai švino rūgšties akumuliatoriai laikomi nepilnai įkrauti. Ličio akumuliatorius galima įkrauti trumpais intervalais ir laikyti bet kokia talpa, viršijančia nulį, be jokių problemų.

Saugumas ir tvarkymas

LiFePO4 akumuliatoriai turi didžiulį pranašumą pramoninėje aplinkoje. Pirma, jie pasižymi dideliu terminiu stabilumu. Šie akumuliatoriai gali veikti iki 50 °C temperatūroje nepatirdami jokios žalos. Švino rūgšties akumuliatoriai panašioje temperatūroje prarastų iki 80 % savo gyvavimo ciklo.

Kita problema yra akumuliatorių svoris. Esant panašiai akumuliatoriaus talpai, švino rūgšties akumuliatoriai sveria gerokai daugiau. Todėl jiems dažnai reikia specialios įrangos ir ilgesnio įrengimo laiko, o tai gali sumažinti darbui skiriamų darbo valandų skaičių.

Kita problema – darbuotojų saugumas. Apskritai LiFePO4 akumuliatoriai yra saugesni nei švino rūgšties akumuliatoriai. Pagal OSHA gaires, švino rūgšties akumuliatoriai turi būti laikomi specialioje patalpoje su įranga, skirta pavojingiems garams šalinti. Tai padidina pramonės operacijų išlaidas ir sudėtingumą.

Išvada

Ličio jonų akumuliatoriai turi aiškų pranašumą pramonės aplinkoje ir lėtaeigėse elektrinėse transporto priemonėse. Jie tarnauja ilgiau, todėl vartotojams sutaupoma pinigų. Šie akumuliatoriai taip pat nereikalauja jokios priežiūros, o tai ypač svarbu pramonės aplinkoje, kur svarbiausia yra taupyti pinigus.