Ce sunt bateriile litiu-ion

Bateriile litiu-ion sunt un tip popular de chimie a bateriilor. Un avantaj major pe care îl oferă aceste baterii este faptul că sunt reîncărcabile. Datorită acestei caracteristici, acestea se găsesc în majoritatea dispozitivelor de larg consum care utilizează o baterie. Pot fi găsite în telefoane, vehicule electrice și cărucioare de golf alimentate cu baterii.

Cum funcționează bateriile litiu-ion?

Bateriile litiu-ion sunt alcătuite dintr-una sau mai multe celule litiu-ion. De asemenea, conțin o placă de circuit de protecție pentru a preveni supraîncărcarea. Celulele se numesc baterii odată ce sunt instalate într-o carcasă cu o placă de circuit de protecție.

Sunt bateriile litiu-ion la fel cu bateriile cu litiu?

Nu. O baterie litiu și o baterie litiu-ion sunt extrem de diferite. Principala diferență este că cele din urmă sunt reîncărcabile. O altă diferență majoră este durata de valabilitate. O baterie litiu poate dura până la 12 ani neutilizată, în timp ce bateriile litiu-ion au o durată de valabilitate de până la 3 ani.

Care sunt componentele cheie ale bateriilor litiu-ion

Celulele litiu-ion au patru componente principale. Acestea sunt:

Anod

Anodul permite electricității să se deplaseze de la baterie la un circuit extern. De asemenea, stochează ioni de litiu atunci când se încarcă bateria.

Catod

Catodul este cel care determină capacitatea și tensiunea celulei. El produce ioni de litiu atunci când bateria este descărcată.

Electrolit

Electrolitul este un material care servește drept conductă pentru ionii de litiu pentru a se deplasa între catod și anod. Este compus din săruri, aditivi și diverși solvenți.

Separatorul

Ultima piesă dintr-o celulă litiu-ion este separatorul. Acesta acționează ca o barieră fizică pentru a separa catod și anod.

Bateriile litiu-ion funcționează prin deplasarea ionilor de litiu de la catod la anod și invers prin intermediul electrolitului. Pe măsură ce ionii se mișcă, aceștia activează electronii liberi din anod, creând o sarcină la colectorul de curent pozitiv. Acești electroni curg prin dispozitiv, un telefon sau o cărucior de golf, către colectorul negativ și înapoi în catod. Fluxul liber de electroni din interiorul bateriei este împiedicat de separator, forțându-i spre contacte.

Când încărcați o baterie litiu-ion, catodul eliberează ioni de litiu, care se deplasează spre anod. La descărcare, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod, ceea ce generează un flux de curent.

Când au fost inventate bateriile litiu-ion?

Bateriile litiu-ion au fost concepute pentru prima dată în anii '70 de chimistul englez Stanley Whittingham. În timpul experimentelor sale, oamenii de știință au investigat diverse substanțe chimice pentru a crea o baterie care se putea reîncărca singură. Primul său experiment a implicat disulfură de titan și litiu ca electrozi. Cu toate acestea, bateriile se scurtcircuitau și explodau.

În anii '80, un alt om de știință, John B. Goodenough, a acceptat provocarea. La scurt timp după aceea, Akira Yoshino, un chimist japonez, a început cercetări în domeniul tehnologiei. Yoshino și Goodenough au dovedit că litiul metalic era principala cauză a exploziilor.

În anii '90, tehnologia litiu-ion a început să câștige teren, devenind rapid o sursă de energie populară până la sfârșitul deceniului. A marcat prima dată când tehnologia a fost comercializată de Sony. Acest istoric slab de siguranță al bateriilor litiu a determinat dezvoltarea bateriilor litiu-ion.

Deși bateriile cu litiu pot conține o densitate energetică mai mare, acestea sunt nesigure în timpul încărcării și descărcării. Pe de altă parte, bateriile litiu-ion sunt destul de sigure pentru încărcare și descărcare atunci când utilizatorii respectă instrucțiunile de siguranță de bază.

Care este cea mai bună chimie a ionilor de litiu?

Există numeroase tipuri de baterii litiu-ion cu compoziții chimice. Cele disponibile comercial sunt:

Titanat de litiu
Oxid de litiu, nichel, cobalt și aluminiu
Oxid de litiu, nichel, mangan și cobalt
Oxid de litiu și mangan (LMO)
Oxid de litiu și cobalt
Fosfat de litiu-fier (LiFePO4)

Există numeroase tipuri de compoziții chimice pentru bateriile litiu-ion. Fiecare are avantajele și dezavantajele sale. Cu toate acestea, unele sunt potrivite doar pentru cazuri specifice de utilizare. Prin urmare, tipul pe care îl alegeți va depinde de nevoile dvs. de energie, buget, toleranță de siguranță și cazul specific de utilizare.

Totuși, bateriile LiFePO4 sunt opțiunea cea mai disponibilă comercial. Aceste baterii conțin un electrod de carbon-grafit, care servește drept anod, și fosfat drept catod. Au o durată lungă de viață, de până la 10.000 de cicluri.

În plus, acestea oferă o stabilitate termică excelentă și pot gestiona în siguranță supratensiunile scurte de solicitare. Bateriile LiFePO4 sunt evaluate pentru un prag de fugă termică de până la 265 grade Celsius, cel mai ridicat dintre toate tipurile de baterii litiu-ion disponibile comercial.

Avantajele bateriilor LiFePO4

Comparativ cu bateriile cu plumb și alte baterii pe bază de litiu, bateriile cu litiu-fier fosfat au un avantaj uriaș. Se încarcă și se descarcă eficient, durează mai mult și pot fi reîncărcate profund.clefără a pierde din capacitate. Aceste avantaje înseamnă că bateriile oferă economii uriașe de costuri pe durata lor de viață în comparație cu alte tipuri de baterii. Mai jos sunt prezentate avantajele specifice ale acestor baterii în vehiculele cu viteză redusă și echipamentele industriale.

Baterie LiFePO4 în vehicule cu viteză mică

Vehiculele electrice de viteză redusă (LEV) sunt vehicule cu patru roți care cântăresc mai puțin de 1360 kg. Acestea sunt alimentate de baterii electrice, ceea ce le face o alegere populară pentru cărucioarele de golf și alte utilizări recreative.

Atunci când alegeți opțiunea de baterie pentru LEV-ul dvs., una dintre cele mai importante considerații este longevitatea. De exemplu, cărucioarele de golf alimentate cu baterii ar trebui să aibă suficientă putere pentru a se deplasa pe un teren de golf cu 18 găuri fără a fi nevoie să fie reîncărcate.

O altă considerație importantă este programul de întreținere. O baterie bună nu ar trebui să necesite întreținere pentru a vă asigura că vă puteți bucura la maximum de activitățile de relaxare.

Bateria ar trebui să poată funcționa și în diverse condiții meteorologice. De exemplu, ar trebui să vă permită să jucați golf atât pe căldura verii, cât și toamna, când temperaturile scad.

O baterie bună ar trebui să vină și cu un sistem de control care să asigure că nu se supraîncălzește sau nu se răcește prea mult, degradându-i capacitatea.

Una dintre cele mai bune mărci care îndeplinește toate aceste condiții de bază, dar importante, este ROYPOW. Gama lor de baterii litiu LiFePO4 este evaluată pentru temperaturi de la 2°C la 50°C. Bateriile vin cu un sistem de gestionare a bateriei încorporat și sunt extrem de ușor de instalat.

Aplicații industriale pentru baterii litiu-ion

Bateriile litiu-ion sunt o opțiune populară în aplicațiile industriale. Cea mai comună substanță chimică utilizată este cea a bateriilor LiFePO4. Printre cele mai comune echipamente care utilizează aceste baterii se numără:

Stivuitoare cu culoare înguste
Stivuitoare contrabalansate
Stivuitoare cu 3 roți
Stivuitoare cu picior
Călăreți de capăt și centrali

Există numeroase motive pentru care bateriile litiu-ion devin din ce în ce mai populare în mediul industrial. Principalele sunt:

Capacitate mare și longevitate

Bateriile litiu-ion au o densitate energetică și o longevitate mai mari în comparație cu bateriile plumb-acid. Acestea pot cântări cu o treime din greutate și pot oferi aceeași putere.

Ciclul lor de viață este un alt avantaj major. Pentru o operațiune industrială, obiectivul este de a menține costurile recurente pe termen scurt la minimum. Cu bateriile litiu-ion, bateriile pentru stivuitoare pot dura de trei ori mai mult, ceea ce duce la economii uriașe de costuri pe termen lung.

De asemenea, acestea pot funcționa la o adâncime de descărcare mai mare, de până la 80%, fără niciun impact asupra capacității lor. Acest lucru prezintă un alt avantaj în ceea ce privește economisirea timpului. Operațiunile nu trebuie să se oprească la jumătatea drumului pentru a schimba bateriile, ceea ce poate duce la economisirea a mii de ore de muncă pe o perioadă suficient de lungă.

Încărcare de mare viteză

În cazul bateriilor industriale cu plumb-acid, timpul normal de încărcare este de aproximativ opt ore. Aceasta echivalează cu o tură întreagă de 8 ore în care bateria nu este disponibilă pentru utilizare. Prin urmare, un manager trebuie să țină cont de această perioadă de nefuncționare și să achiziționeze baterii suplimentare.

Cu bateriile LiFePO4, aceasta nu este o provocare. Un bun exemplu esteBaterii litiu industriale ROYPOW LifePO4, care se încarcă de patru ori mai repede decât bateriile cu plumb. Un alt avantaj este capacitatea de a rămâne eficiente în timpul descărcării. Bateriile cu plumb suferă adesea o întârziere în performanță pe măsură ce se descarcă.

Gama de baterii industriale ROYPOW nu are probleme de memorie, datorită unui sistem eficient de gestionare a bateriei. Bateriile cu plumb suferă adesea de această problemă, ceea ce poate duce la imposibilitatea atingerii capacității maxime.

În timp, aceasta provoacă sulfatare, ceea ce poate reduce la jumătate durata lor de viață deja scurtă. Problema apare adesea atunci când bateriile cu plumb sunt depozitate fără o încărcare completă. Bateriile cu litiu pot fi încărcate la intervale scurte și depozitate la orice capacitate peste zero fără nicio problemă.

Siguranță și manipulare

Bateriile LiFePO4 au un avantaj uriaș în mediile industriale. În primul rând, au o stabilitate termică excelentă. Aceste baterii pot funcționa la temperaturi de până la 59°C fără a suferi daune. Bateriile cu plumb și-ar pierde până la 80% din durata de viață la o temperatură similară.

O altă problemă este greutatea bateriilor. Pentru o capacitate similară a bateriei, bateriile cu plumb-acid cântăresc semnificativ mai mult. Prin urmare, acestea necesită adesea echipamente specifice și un timp de instalare mai lung, ceea ce poate duce la mai puține ore de muncă petrecute la lucrare.

O altă problemă este siguranța lucrătorilor. În general, bateriile LiFePO4 sunt mai sigure decât bateriile cu plumb. Conform directivelor OSHA, bateriile cu plumb trebuie depozitate într-o cameră specială, cu echipamente concepute pentru a elimina vaporii periculoși. Acest lucru introduce un cost suplimentar și o complexitate suplimentară într-o operațiune industrială.

Concluzie

Bateriile litiu-ion au un avantaj clar în mediile industriale și pentru vehiculele electrice cu viteză redusă. Acestea durează mai mult, economisind astfel bani utilizatorilor. Aceste baterii nu necesită, de asemenea, întreținere, ceea ce este deosebit de important într-un mediu industrial unde economisirea costurilor este primordială.