Что такое литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы — популярный тип химических элементов питания. Одним из главных преимуществ этих аккумуляторов является возможность перезарядки. Благодаря этой особенности они используются в большинстве современных потребительских устройств, работающих от аккумуляторов. Их можно встретить в телефонах, электромобилях и гольф-карах.

Как работают литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из одного или нескольких литий-ионных элементов. Они также содержат защитную плату для предотвращения перезаряда. Элементы называются аккумуляторами после установки в корпус с защитной платой.

Литий-ионные аккумуляторы — это то же самое, что и литиевые аккумуляторы?

Нет. Литиевый аккумулятор и литий-ионный аккумулятор существенно отличаются. Главное отличие заключается в том, что последний можно перезаряжать. Ещё одно важное отличие — срок годности. Литиевый аккумулятор может прослужить до 12 лет без использования, в то время как литий-ионные аккумуляторы имеют срок годности до 3 лет.

Каковы основные компоненты литий-ионных аккумуляторов?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из четырёх основных компонентов:

Анод

Анод обеспечивает передачу электроэнергии от аккумулятора во внешнюю цепь. Он также накапливает ионы лития при зарядке аккумулятора.

Катод

Катод определяет ёмкость и напряжение элемента. Он производит ионы лития при разряде батареи.

Электролит

Электролит — это материал, служащий проводником для перемещения ионов лития между катодом и анодом. Он состоит из солей, добавок и различных растворителей.

Разделитель

Последний элемент литий-ионного аккумулятора — сепаратор. Он служит физическим барьером, разделяющим катод и анод.

Литий-ионные аккумуляторы работают за счёт перемещения ионов лития от катода к аноду и обратно через электролит. По мере перемещения ионы активируют свободные электроны на аноде, создавая заряд на положительном токосъемнике. Эти электроны проходят через устройство (телефон или гольф-кар) к отрицательному токосъемнику и возвращаются в катод. Свободному движению электронов внутри аккумулятора препятствует сепаратор, направляющий их к контактам.

При зарядке литий-ионного аккумулятора катод высвобождает ионы лития, которые движутся к аноду. При разрядке ионы лития перемещаются от анода к катоду, создавая электрический ток.

Когда были изобретены литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы были впервые изобретены в 70-х годах английским химиком Стэнли Уиттингемом. В ходе своих экспериментов учёные исследовали различные химические составы для создания аккумулятора, способного перезаряжаться самостоятельно. В первом эксперименте в качестве электродов использовались дисульфид титана и литий. Однако аккумуляторы замыкались и взрывались.

В 80-х годах другой учёный, Джон Б. Гуденаф, принял вызов. Вскоре после этого японский химик Акира Ёсино начал исследования этой технологии. Ёсино и Гуденаф доказали, что основной причиной взрывов является металлический литий.

В 90-х годах литий-ионная технология начала набирать популярность, быстро став популярным источником питания к концу десятилетия. Это был первый случай коммерциализации технологии компанией Sony. Низкие показатели безопасности литиевых аккумуляторов послужили толчком к разработке литий-ионных аккумуляторов.

Хотя литиевые аккумуляторы могут хранить более высокую плотность энергии, они небезопасны во время зарядки и разрядки. С другой стороны, литий-ионные аккумуляторы вполне безопасны при зарядке и разрядке, если пользователь соблюдает основные правила безопасности.

Какая химия литий-ионных аккумуляторов лучшая?

Существует множество типов литий-ионных аккумуляторов. В продаже имеются следующие:

Титанат лития
Оксид лития, никеля, кобальта и алюминия
Оксид лития, никеля, марганца и кобальта
Оксид лития и марганца (LMO)
Оксид лития-кобальта
Фосфат лития-железа (LiFePO4)

Существует множество типов литий-ионных аккумуляторов. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Однако некоторые из них подходят только для определённых случаев использования. Поэтому выбор типа будет зависеть от ваших потребностей в энергии, бюджета, требований безопасности и конкретных условий использования.

Однако наиболее доступным вариантом являются аккумуляторы LiFePO4. Они содержат графито-углеродный электрод, служащий анодом, и фосфатный электрод в качестве катода. Они обладают длительным сроком службы — до 10 000 циклов.

Кроме того, они обладают отличной термостабильностью и способны безопасно выдерживать кратковременные скачки напряжения. Аккумуляторы LiFePO4 рассчитаны на тепловой разгон до 510 градусов по Фаренгейту — это самый высокий показатель среди всех литий-ионных аккумуляторов, представленных на рынке.

Преимущества аккумуляторов LiFePO4

По сравнению со свинцово-кислотными и другими литиевыми аккумуляторами, литий-железо-фосфатные аккумуляторы обладают огромным преимуществом. Они эффективно заряжаются и разряжаются, служат дольше и могут работать в режиме глубокого заряда.cleбез потери ёмкости. Эти преимущества означают, что эти аккумуляторы обеспечивают значительную экономию средств в течение всего срока службы по сравнению с другими типами аккумуляторов. Ниже рассматриваются конкретные преимущества этих аккумуляторов в тихоходных транспортных средствах и промышленном оборудовании.

Аккумулятор LiFePO4 в тихоходных транспортных средствах

Низкоскоростные электромобили (LEV) — это четырёхколёсные транспортные средства весом менее 3000 фунтов (1360 кг). Они питаются от электрических аккумуляторов, что делает их популярным выбором для гольф-каров и других видов активного отдыха.

При выборе аккумулятора для вашего электромобиля одним из важнейших факторов является его долговечность. Например, аккумуляторные гольф-кары должны обладать достаточной мощностью, чтобы проехать по полю для гольфа на 18 лунок без подзарядки.

Другим важным фактором является график технического обслуживания. Хороший аккумулятор не требует никакого обслуживания, чтобы вы могли наслаждаться своим любимым занятием.

Аккумулятор также должен быть способен работать в различных погодных условиях. Например, он должен позволять играть в гольф как в летнюю жару, так и осенью, когда температура понижается.

Хорошая батарея также должна быть оснащена системой управления, которая следит за тем, чтобы она не перегревалась и не охлаждалась слишком сильно, снижая тем самым ее емкость.

Одним из лучших брендов, отвечающих всем этим базовым, но важным требованиям, является ROYPOW. Их линейка литиевых аккумуляторов LiFePO4 рассчитана на работу при температурах от 0 до 50 °C. Аккумуляторы оснащены встроенной системой управления и чрезвычайно просты в установке.

Промышленное применение литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в промышленности. Наиболее распространённый химический состав — LiFePO4. Вот некоторые из наиболее распространённых вариантов оборудования, в котором используются эти аккумуляторы:

Узкопроходные вилочные погрузчики
Противовесные вилочные погрузчики
Трехколесные вилочные погрузчики
Укладчики раций
Конечные и центральные райдеры

Существует множество причин, по которым литий-ионные аккумуляторы становятся всё более популярными в промышленности. Основные из них:

Высокая емкость и долговечность

Литий-ионные аккумуляторы обладают большей плотностью энергии и долговечностью по сравнению со свинцово-кислотными. Они могут весить на треть меньше и обеспечивать ту же мощность.

Их жизненный цикл — ещё одно важное преимущество. Для промышленного предприятия цель — свести к минимуму краткосрочные периодические расходы. Литий-ионные аккумуляторы позволяют использовать аккумуляторы для вилочных погрузчиков в три раза дольше, что обеспечивает значительную экономию средств в долгосрочной перспективе.

Они также могут работать при большей глубине разряда — до 80% — без ущерба для своей ёмкости. Это ещё одно преимущество — экономия времени. Нет необходимости останавливать производство для замены аккумуляторов, что может сэкономить тысячи человеко-часов за достаточно длительный период времени.

Высокоскоростная зарядка

Для промышленных свинцово-кислотных аккумуляторов обычное время зарядки составляет около восьми часов. Это соответствует целой восьмичасовой смене, в течение которой аккумулятор не используется. Следовательно, руководитель должен учитывать это время простоя и закупать дополнительные аккумуляторы.

С аккумуляторами LiFePO4 это не проблема. Хороший пример —Промышленные литиевые батареи ROYPOW LifePO4, которые заряжаются в четыре раза быстрее свинцово-кислотных аккумуляторов. Ещё одно преимущество — способность сохранять эффективность при разряде. Свинцово-кислотные аккумуляторы часто теряют производительность при разряде.

Линейка промышленных аккумуляторов ROYPOW также не имеет проблем с памятью благодаря эффективной системе управления. Свинцово-кислотные аккумуляторы часто страдают от этой проблемы, что может привести к невозможности достичь полной ёмкости.

Со временем это приводит к сульфатации, которая может сократить и без того короткий срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов вдвое. Эта проблема часто возникает, когда свинцово-кислотные аккумуляторы хранятся не полностью заряженными. Литиевые аккумуляторы можно заряжать короткими интервалами и хранить при любой положительной ёмкости без каких-либо проблем.

Безопасность и обращение

Аккумуляторы LiFePO4 обладают огромным преимуществом в промышленных условиях. Во-первых, они обладают высокой термостойкостью. Эти аккумуляторы могут работать при температуре до 50°C без каких-либо повреждений. Свинцово-кислотные аккумуляторы при аналогичной температуре теряют до 80% своего ресурса.

Ещё одна проблема — вес аккумуляторов. При аналогичной ёмкости свинцово-кислотные аккумуляторы весят значительно больше. Поэтому для их установки часто требуется специальное оборудование и больше времени, что может привести к сокращению трудозатрат на выполнение работ.

Ещё одна проблема — безопасность труда. В целом, аккумуляторы LiFePO4 безопаснее свинцово-кислотных. Согласно рекомендациям OSHA, свинцово-кислотные аккумуляторы должны храниться в специальном помещении, оборудованном оборудованием для удаления опасных паров. Это приводит к дополнительным расходам и усложнению производственного процесса.

Заключение

Литий-ионные аккумуляторы имеют явное преимущество в промышленных условиях и для низкоскоростных электромобилей. Они служат дольше, экономя деньги пользователей. Кроме того, эти аккумуляторы не требуют обслуживания, что особенно важно в промышленных условиях, где экономия имеет первостепенное значение.