Czym są baterie litowo-jonowe

Baterie litowo-jonowe to popularny rodzaj baterii. Ich główną zaletą jest możliwość ładowania. Dzięki temu można je znaleźć w większości współczesnych urządzeń konsumenckich, które wykorzystują baterię. Można je znaleźć w telefonach, pojazdach elektrycznych i wózkach golfowych zasilanych bateryjnie.

Jak działają baterie litowo-jonowe?

Akumulatory litowo-jonowe składają się z jednego lub wielu ogniw litowo-jonowych. Zawierają również ochronną płytkę drukowaną, która zapobiega przeładowaniu. Ogniwa nazywane są bateriami po zainstalowaniu w obudowie z ochronną płytką drukowaną.

Czy baterie litowo-jonowe to to samo co baterie litowe?

Nie. Bateria litowa i bateria litowo-jonowa znacznie się różnią. Główną różnicą jest to, że te drugie są akumulatorowe. Kolejną istotną różnicą jest okres przydatności. Bateria litowa może wytrzymać do 12 lat bez użycia, podczas gdy baterie litowo-jonowe mają okres przydatności do użycia do 3 lat.

Jakie są kluczowe elementy baterii litowo-jonowych?

Ogniwa litowo-jonowe składają się z czterech głównych komponentów. Są to:

Anoda

Anoda umożliwia przepływ prądu z akumulatora do obwodu zewnętrznego. Przechowuje również jony litu podczas ładowania akumulatora.

Katoda

Katoda określa pojemność i napięcie ogniwa. Podczas rozładowywania akumulatora wytwarza jony litu.

Elektrolit

Elektrolit to materiał, który służy jako kanał dla jonów litu przemieszczających się między katodą a anodą. Składa się z soli, dodatków i różnych rozpuszczalników.

Separator

Ostatnim elementem ogniwa litowo-jonowego jest separator. Działa on jak fizyczna bariera oddzielająca katodę od anody.

Baterie litowo-jonowe działają poprzez przepływ jonów litu z katody do anody i odwrotnie, poprzez elektrolit. Poruszając się, jony aktywują wolne elektrony w anodzie, generując ładunek na dodatnim kolektorze prądu. Elektrony te przepływają przez urządzenie, takie jak telefon czy wózek golfowy, do ujemnego kolektora i z powrotem do katody. Swobodny przepływ elektronów wewnątrz baterii jest blokowany przez separator, który wymusza ich przepływ w kierunku styków.

Podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego katoda uwalnia jony litu, które przemieszczają się w kierunku anody. Podczas rozładowywania jony litu przemieszczają się z anody do katody, generując przepływ prądu.

Kiedy wynaleziono baterie litowo-jonowe?

Koncepcja baterii litowo-jonowych narodziła się w latach 70. XX wieku, a jej twórcą był angielski chemik Stanley Whittingham. Podczas swoich eksperymentów naukowcy badali różne związki chemiczne, aby stworzyć baterię, która mogłaby się samoczynnie ładować. W pierwszej próbie wykorzystał disiarczek tytanu i lit jako elektrody. Jednak baterie te ulegały zwarciu i eksplodowały.

W latach 80. wyzwanie podjął inny naukowiec, John B. Goodenough. Wkrótce potem Akira Yoshino, japoński chemik, rozpoczął badania nad tą technologią. Yoshino i Goodenough udowodnili, że lit metaliczny był główną przyczyną eksplozji.

W latach 90. technologia litowo-jonowa zaczęła zyskiwać na popularności, szybko stając się popularnym źródłem zasilania pod koniec dekady. To właśnie wtedy Sony po raz pierwszy wprowadziło tę technologię na rynek. Słabe wyniki w zakresie bezpieczeństwa baterii litowych doprowadziły do rozwoju baterii litowo-jonowych.

Chociaż baterie litowe mogą gromadzić większą gęstość energii, nie są bezpieczne podczas ładowania i rozładowywania. Z drugiej strony, ładowanie i rozładowywanie baterii litowo-jonowych jest dość bezpieczne, o ile użytkownicy przestrzegają podstawowych zasad bezpieczeństwa.

Jaka jest najlepsza chemia jonów litu?

Istnieje wiele rodzajów chemii akumulatorów litowo-jonowych. Dostępne w sprzedaży są następujące:

Tytanian litu
Tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-glinowy
Tlenek litu, niklu, manganu i kobaltu
Tlenek litu i manganu (LMO)
Tlenek litu i kobaltu
Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4)

Istnieje wiele rodzajów chemikaliów do akumulatorów litowo-jonowych. Każdy z nich ma swoje zalety i wady. Niektóre nadają się jednak tylko do konkretnych zastosowań. W związku z tym wybór typu będzie zależał od zapotrzebowania na energię, budżetu, tolerancji bezpieczeństwa i konkretnego zastosowania.

Jednak akumulatory LiFePO4 są najszerzej dostępne na rynku. Akumulatory te zawierają grafitową elektrodę węglową, która pełni funkcję anody, oraz fosforan jako katodę. Charakteryzują się długą żywotnością, sięgającą nawet 10 000 cykli.

Ponadto oferują one doskonałą stabilność termiczną i bezpiecznie radzą sobie z krótkotrwałymi skokami napięcia. Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się progiem niekontrolowanego wzrostu temperatury do 265°C (510°F), co stanowi najwyższą wartość spośród wszystkich dostępnych na rynku akumulatorów litowo-jonowych.

Zalety akumulatorów LiFePO4

W porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi i innymi akumulatorami litowymi, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają ogromną przewagę. Ładują się i rozładowują efektywnie, działają dłużej i mogą być głęboko rozładowywane.kleBez utraty pojemności. Te zalety oznaczają, że akumulatory te oferują ogromne oszczędności kosztów w całym okresie eksploatacji w porównaniu z innymi typami akumulatorów. Poniżej przedstawiono szczegółowe zalety tych akumulatorów w pojazdach silnikowych o niskiej prędkości i sprzęcie przemysłowym.

Akumulator LiFePO4 w pojazdach wolnobieżnych

Pojazdy elektryczne o niskiej prędkości (LEV) to czterokołowe pojazdy o masie poniżej 1360 kg. Są zasilane akumulatorami elektrycznymi, co czyni je popularnym wyborem do wózków golfowych i innych zastosowań rekreacyjnych.

Wybierając akumulator do swojego LEV, jednym z najważniejszych kryteriów jest jego żywotność. Na przykład, wózki golfowe zasilane akumulatorem powinny mieć wystarczającą moc, aby przejechać 18-dołkowe pole golfowe bez konieczności ładowania.

Kolejną ważną kwestią jest harmonogram konserwacji. Dobry akumulator nie powinien wymagać konserwacji, aby zapewnić Ci maksymalną przyjemność z rekreacyjnej aktywności.

Akumulator powinien również umożliwiać działanie w zróżnicowanych warunkach pogodowych. Na przykład, powinien umożliwiać grę w golfa zarówno w letnie upały, jak i jesienią, gdy temperatury spadają.

Dobry akumulator powinien być również wyposażony w system kontroli, który zapobiega jego przegrzaniu lub nadmiernemu wychładzaniu, co mogłoby obniżyć jego pojemność.

Jedną z najlepszych marek spełniających wszystkie te podstawowe, ale ważne warunki jest ROYPOW. Ich linia akumulatorów litowo-jonowych LiFePO4 jest przeznaczona do pracy w temperaturach od 4°C do 54°C. Akumulatory posiadają wbudowany system zarządzania baterią i są niezwykle łatwe w montażu.

Zastosowania przemysłowe baterii litowo-jonowych

Akumulatory litowo-jonowe są popularnym rozwiązaniem w zastosowaniach przemysłowych. Najczęściej stosowanym materiałem chemicznym są akumulatory LiFePO4. Do najpopularniejszych urządzeń wykorzystujących te akumulatory należą:

Wózki widłowe do wąskich korytarzy
Wózki widłowe z przeciwwagą
Wózki widłowe 3-kołowe
Wózki podnośnikowe
Jeźdźcy końcowi i środkowi

Istnieje wiele powodów, dla których baterie litowo-jonowe zyskują na popularności w zastosowaniach przemysłowych. Najważniejsze z nich to:

Wysoka pojemność i trwałość

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się większą gęstością energii i dłuższą żywotnością w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Mogą ważyć jedną trzecią mniej, zapewniając taką samą moc wyjściową.

Ich cykl życia to kolejna istotna zaleta. W przypadku działalności przemysłowej celem jest minimalizacja kosztów krótkoterminowych. Dzięki akumulatorom litowo-jonowym akumulatory do wózków widłowych mogą działać trzy razy dłużej, co w dłuższej perspektywie przekłada się na ogromne oszczędności.

Mogą również pracować przy większej głębokości rozładowania, nawet do 80%, bez wpływu na ich pojemność. To kolejna zaleta w postaci oszczędności czasu. Nie ma potrzeby przerywania pracy w połowie, aby wymienić akumulatory, co może przełożyć się na tysiące roboczogodzin zaoszczędzonych w wystarczająco długim okresie.

Szybkie ładowanie

W przypadku przemysłowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych standardowy czas ładowania wynosi około ośmiu godzin. Odpowiada to całej 8-godzinnej zmianie, podczas której akumulator nie jest dostępny do użytku. W związku z tym kierownik musi uwzględnić ten przestój i zakupić dodatkowe akumulatory.

W przypadku akumulatorów LiFePO4 nie stanowi to problemu. Dobrym przykładem jestAkumulatory litowe ROYPOW Industrial LifePO4, które ładują się cztery razy szybciej niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Kolejną zaletą jest możliwość zachowania wydajności podczas rozładowywania. Akumulatory kwasowo-ołowiowe często charakteryzują się spadkiem wydajności podczas rozładowywania.

Akumulatory przemysłowe z linii ROYPOW są również odporne na problemy z pamięcią, dzięki wydajnemu systemowi zarządzania baterią. Akumulatory kwasowo-ołowiowe często borykają się z tym problemem, który może prowadzić do nieosiągnięcia pełnej pojemności.

Z czasem powoduje to zasiarczenie, które może skrócić ich i tak już krótką żywotność o połowę. Problem ten często występuje, gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe są przechowywane bez pełnego naładowania. Akumulatory litowe można ładować w krótkich odstępach czasu i przechowywać przy dowolnej pojemności powyżej zera bez żadnych problemów.

Bezpieczeństwo i obsługa

Akumulatory LiFePO4 mają ogromną zaletę w zastosowaniach przemysłowych. Po pierwsze, charakteryzują się doskonałą stabilnością termiczną. Mogą pracować w temperaturach do 59°C (131°F) bez żadnych uszkodzeń. Akumulatory kwasowo-ołowiowe straciłyby do 80% swojego cyklu życia w podobnej temperaturze.

Kolejnym problemem jest masa akumulatorów. Przy podobnej pojemności, akumulatory kwasowo-ołowiowe ważą znacznie więcej. W związku z tym często wymagają specjalistycznego sprzętu i dłuższego czasu instalacji, co może prowadzić do mniejszej liczby roboczogodzin.

Kolejnym problemem jest bezpieczeństwo pracowników. Akumulatory LiFePO4 są generalnie bezpieczniejsze niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Zgodnie z wytycznymi OSHA, akumulatory kwasowo-ołowiowe muszą być przechowywane w specjalnym pomieszczeniu wyposażonym w urządzenia eliminujące niebezpieczne opary. Wiąże się to z dodatkowymi kosztami i komplikacjami w działalności przemysłowej.

Wniosek

Akumulatory litowo-jonowe mają wyraźną przewagę w zastosowaniach przemysłowych i pojazdach elektrycznych poruszających się z niską prędkością. Są trwalsze, co przekłada się na oszczędności dla użytkowników. Akumulatory te są również bezobsługowe, co jest szczególnie ważne w zastosowaniach przemysłowych, gdzie oszczędność kosztów ma kluczowe znaczenie.