Čo sú lítium-iónové batérie

Lítium-iónové batérie sú obľúbeným typom batériovej chémie. Hlavnou výhodou týchto batérií je, že sú nabíjateľné. Vďaka tejto vlastnosti sa dnes nachádzajú vo väčšine spotrebných zariadení, ktoré používajú batérie. Možno ich nájsť v telefónoch, elektromobiloch a golfových vozíkoch na batérie.

Ako fungujú lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie sa skladajú z jedného alebo viacerých lítium-iónových článkov. Obsahujú tiež ochrannú dosku plošných spojov, ktorá zabraňuje prebíjaniu. Články sa nazývajú batérie, keď sú nainštalované v puzdre s ochrannou doskou plošných spojov.

Sú lítium-iónové batérie rovnaké ako lítiové batérie?

Nie. Lítiová batéria a lítium-iónová batéria sa výrazne líšia. Hlavný rozdiel je v tom, že tie druhé sú nabíjateľné. Ďalším významným rozdielom je životnosť. Lítiová batéria môže vydržať až 12 rokov bez použitia, zatiaľ čo lítium-iónové batérie majú životnosť až 3 roky.

Aké sú kľúčové komponenty lítium-iónových batérií

Lítium-iónové články majú štyri hlavné komponenty. Sú to:

Anóda

Anóda umožňuje prenos elektriny z batérie do externého obvodu. Pri nabíjaní batérie tiež ukladá lítiové ióny.

Katóda

Katóda určuje kapacitu a napätie článku. Pri vybíjaní batérie produkuje lítiové ióny.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, ktorý slúži ako kanál pre pohyb lítiových iónov medzi katódou a anódou. Skladá sa zo solí, prísad a rôznych rozpúšťadiel.

Oddeľovač

Posledným prvkom v lítium-iónovom článku je separátor. Funguje ako fyzická bariéra, ktorá oddeľuje katódu od anódy.

Lítium-iónové batérie fungujú tak, že presúvajú lítiové ióny z katódy na anódu a naopak cez elektrolyt. Pri pohybe iónov aktivujú voľné elektróny v anóde a vytvárajú náboj na kladnom kolektore prúdu. Tieto elektróny prúdia cez zariadenie, telefón alebo golfový vozík, k zápornému kolektoru a späť do katódy. Voľnému toku elektrónov vo vnútri batérie bráni separátor, ktorý ich tlačí ku kontaktom.

Pri nabíjaní lítium-iónovej batérie katóda uvoľňuje lítiové ióny a tie sa pohybujú smerom k anóde. Pri vybíjaní sa lítiové ióny pohybujú z anódy na katódu, čo generuje tok prúdu.

Kedy boli vynájdené lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie prvýkrát vymyslel v 70. rokoch anglický chemik Stanley Whittingham. Počas svojich experimentov vedci skúmali rôzne chemické zloženia batérie, ktorá by sa dokázala sama dobíjať. Jeho prvý pokus zahŕňal disulfid titaničitý a lítium ako elektródy. Batérie však skratovali a explodovali.

V 80. rokoch sa tejto výzvy chopil ďalší vedec, John B. Goodenough. Krátko nato začal japonský chemik Akira Yoshino s výskumom tejto technológie. Yoshino a Goodenough dokázali, že hlavnou príčinou výbuchov je kovové lítium.

V 90. rokoch začala lítium-iónová technológia získavať na popularite a do konca desaťročia sa rýchlo stala populárnym zdrojom energie. Bolo to prvýkrát, čo spoločnosť Sony túto technológiu komerčne uviedla na trh. Táto zlá bezpečnostná bilancia lítium-iónových batérií podnietila vývoj lítium-iónových batérií.

Hoci lítiové batérie môžu mať vyššiu energetickú hustotu, sú počas nabíjania a vybíjania nebezpečné. Na druhej strane, lítium-iónové batérie sa dajú celkom bezpečne nabíjať a vybíjať, ak používatelia dodržiavajú základné bezpečnostné pokyny.

Aká je najlepšia chémia lítium-iónových batérií?

Existuje množstvo typov lítium-iónových batérií s rôznymi chemickými zloženiami. Komerčne dostupné sú:

Titaničitan lítny
Lítium-nikel-kobalt-hlinitý oxid
Lítium nikel mangán kobalt oxid
Oxid lítium-mangánu (LMO)
Oxid lítium-kobaltu
Lítium-železitý fosfát (LiFePO4)

Existuje množstvo typov chemických zložení lítium-iónových batérií. Každý z nich má svoje výhody a nevýhody. Niektoré sú však vhodné len pre špecifické prípady použitia. Výber typu bude teda závisieť od vašich energetických potrieb, rozpočtu, bezpečnostnej tolerancie a konkrétneho prípadu použitia.

Batérie LiFePO4 sú však komerčne najdostupnejšou možnosťou. Tieto batérie obsahujú grafitovú uhlíkovú elektródu, ktorá slúži ako anóda, a fosfátovú ako katódu. Majú dlhú životnosť až 10 000 cyklov.

Okrem toho ponúkajú vynikajúcu tepelnú stabilitu a bezpečne zvládajú krátkodobé prepätia. Batérie LiFePO4 sú dimenzované na tepelný prah až do 510 stupňov Fahrenheita, čo je najvyššia hodnota zo všetkých komerčne dostupných typov lítium-iónových batérií.

Výhody LiFePO4 batérií

V porovnaní s olovenými a inými lítiovými batériami majú lítium-železité fosfátové batérie obrovskú výhodu. Efektívne sa nabíjajú a vybíjajú, vydržia dlhšie a dokážu hlboko vybiť...kľúčbez straty kapacity. Vďaka týmto výhodám ponúkajú batérie v porovnaní s inými typmi batérií obrovské úspory nákladov počas svojej životnosti. Nižšie uvádzame konkrétne výhody týchto batérií v nízkorýchlostných vozidlách a priemyselných zariadeniach.

LiFePO4 batéria v nízkorýchlostných vozidlách

Nízkorýchlostné elektrické vozidlá (LEV) sú štvorkolesové vozidlá s hmotnosťou menej ako 1360 kg. Sú poháňané elektrickými batériami, vďaka čomu sú obľúbenou voľbou pre golfové vozíky a iné rekreačné využitie.

Pri výbere batérie pre vaše elektrické vozidlo s nízkym napätím je jedným z najdôležitejších faktorov dlhá životnosť. Napríklad golfové vozíky na batérie by mali mať dostatok energie na jazdu po 18-jamkovom golfovom ihrisku bez nutnosti nabíjania.

Ďalším dôležitým faktorom je plán údržby. Dobrá batéria by nemala vyžadovať žiadnu údržbu, aby ste si mohli maximálne užívať svoju voľnočasovú aktivitu.

Batéria by mala byť schopná fungovať aj v rôznych poveternostných podmienkach. Napríklad by vám mala umožniť hrať golf v letných horúčavách aj na jeseň, keď teploty klesnú.

Dobrá batéria by mala byť vybavená aj riadiacim systémom, ktorý zabezpečí, že sa príliš neprehreje alebo neochladí, čím sa zníži jej kapacita.

Jednou z najlepších značiek, ktorá spĺňa všetky tieto základné, ale dôležité podmienky, je ROYPOW. Ich rad lítiových batérií LiFePO4 je určený pre teploty od 4 °F do 131 °F. Batérie sú vybavené zabudovaným systémom správy batérií a ich inštalácia je mimoriadne jednoduchá.

Priemyselné aplikácie pre lítium-iónové batérie

Lítium-iónové batérie sú obľúbenou voľbou v priemyselných aplikáciách. Najbežnejšou používanou chemickým zložením sú batérie LiFePO4. Medzi najbežnejšie zariadenia, ktoré tieto batérie používajú, patria:

Vysokozdvižné vozíky do úzkych uličiek
Vysokozdvižné vozíky s protizávažím
3-kolesové vysokozdvižné vozíky
Vysielačky
Koncové a stredové jazdce

Existuje mnoho dôvodov, prečo lítium-iónové batérie získavajú na popularite v priemyselnom prostredí. Hlavné sú:

Vysoká kapacita a dlhá životnosť

Lítium-iónové batérie majú v porovnaní s olovenými batériami väčšiu energetickú hustotu a dlhšiu životnosť. Môžu vážiť tretinu hmotnosti a poskytovať rovnaký výkon.

Ich životný cyklus je ďalšou významnou výhodou. Pre priemyselné prevádzky je cieľom udržať krátkodobé opakujúce sa náklady na minime. S lítium-iónovými batériami môžu batérie vysokozdvižných vozíkov vydržať trikrát dlhšie, čo vedie k obrovským úsporám nákladov z dlhodobého hľadiska.

Môžu tiež pracovať s väčšou hĺbkou vybitia až do 80 % bez akéhokoľvek vplyvu na ich kapacitu. To má ďalšiu výhodu v úspore času. Prevádzka sa nemusí zastaviť uprostred procesu kvôli výmene batérií, čo môže viesť k úspore tisícov pracovných hodín počas dostatočne dlhého obdobia.

Vysokorýchlostné nabíjanie

Pri priemyselných olovených batériách je bežný čas nabíjania približne osem hodín. To zodpovedá celej 8-hodinovej zmene, počas ktorej batéria nie je k dispozícii na použitie. V dôsledku toho musí manažér počítať s týmto prestojom a zakúpiť si ďalšie batérie.

S LiFePO4 batériami to nie je problém. Dobrým príkladom jePriemyselné lítiové batérie ROYPOW LifePO4, ktoré sa nabíjajú štyrikrát rýchlejšie ako olovené batérie. Ďalšou výhodou je schopnosť zostať efektívne počas vybíjania. Olovené batérie často trpia oneskorením výkonu pri vybíjaní.

Rad priemyselných batérií ROYPOW nemá problémy s pamäťou vďaka efektívnemu systému správy batérií. Olovené batérie týmto problémom často trpia, čo môže viesť k nedosiahnutiu plnej kapacity.

Postupom času spôsobuje sulfatáciu, ktorá môže skrátiť ich už aj tak krátku životnosť na polovicu. Problém často nastáva, keď sa olovené batérie skladujú bez úplného nabitia. Lítiové batérie sa dajú nabíjať v krátkych intervaloch a skladovať s akoukoľvek kapacitou nad nulou bez akýchkoľvek problémov.

Bezpečnosť a manipulácia

LiFePO4 batérie majú obrovskú výhodu v priemyselnom prostredí. Po prvé, majú vynikajúcu tepelnú stabilitu. Tieto batérie môžu pracovať pri teplotách až do 50 °C bez poškodenia. Olovené batérie by pri podobnej teplote stratili až 80 % svojej životnosti.

Ďalším problémom je hmotnosť batérií. Pri podobnej kapacite batérie vážia olovené batérie výrazne viac. Preto často vyžadujú špecifické vybavenie a dlhší čas inštalácie, čo môže viesť k menšiemu počtu pracovných hodín strávených prácou.

Ďalším problémom je bezpečnosť pracovníkov. Vo všeobecnosti sú LiFePO4 batérie bezpečnejšie ako olovené batérie. Podľa smerníc OSHA musia byť olovené batérie skladované v špeciálnej miestnosti so zariadením určeným na elimináciu nebezpečných výparov. To prináša do priemyselnej prevádzky dodatočné náklady a zložitosť.

Záver

Lítium-iónové batérie majú jasnú výhodu v priemyselnom prostredí a pre nízkorýchlostné elektrické vozidlá. Vydržia dlhšie, čím šetria používateľom peniaze. Tieto batérie si tiež nevyžadujú žiadnu údržbu, čo je obzvlášť dôležité v priemyselnom prostredí, kde je úspora nákladov prvoradá.