Kaj so litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije so priljubljena vrsta baterijske kemije. Glavna prednost teh baterij je, da so polnilne. Zaradi te lastnosti jih najdemo v večini današnjih potrošniških naprav, ki uporabljajo baterije. Najdemo jih v telefonih, električnih vozilih in golf vozičkih na baterije.

Kako delujejo litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije so sestavljene iz ene ali več litij-ionskih celic. Vsebujejo tudi zaščitno tiskano vezje, ki preprečuje prekomerno polnjenje. Celice se imenujejo baterije, ko so nameščene v ohišju z zaščitnim tiskanim vezjem.

Ali so litij-ionske baterije enake kot litijeve baterije?

Ne. Litijeva baterija in litij-ionska baterija se zelo razlikujeta. Glavna razlika je v tem, da so slednje polnilne. Druga pomembna razlika je življenjska doba. Litijeva baterija lahko zdrži do 12 let neuporabljena, medtem ko imajo litij-ionske baterije življenjsko dobo do 3 let.

Katere so ključne komponente litij-ionskih baterij

Litij-ionske celice imajo štiri glavne komponente. To so:

Anoda

Anoda omogoča prenos električne energije iz baterije v zunanji tokokrog. Med polnjenjem baterije shranjuje tudi litijeve ione.

Katoda

Katoda določa kapaciteto in napetost celice. Pri praznjenju baterije proizvaja litijeve ione.

Elektrolit

Elektrolit je material, ki služi kot kanal za litijeve ione med katodo in anodo. Sestavljen je iz soli, dodatkov in različnih topil.

Ločevalnik

Zadnji del litij-ionske celice je separator. Deluje kot fizična pregrada, ki ločuje katodo in anodo.

Litij-ionske baterije delujejo tako, da litijeve ione premikajo s katode na anodo in obratno prek elektrolita. Ko se ioni premikajo, aktivirajo proste elektrone v anodi in ustvarijo naboj na pozitivnem kolektorju toka. Ti elektroni tečejo skozi napravo, telefon ali golf voziček, do negativnega kolektorja in nazaj v katodo. Prosti pretok elektronov znotraj baterije preprečuje separator, ki jih sili proti kontaktom.

Ko polnite litij-ionsko baterijo, katoda sprosti litijeve ione, ki se premaknejo proti anodi. Pri praznjenju se litijevi ioni premaknejo od anode do katode, kar ustvari tok.

Kdaj so bile izumljene litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije je v 70. letih prejšnjega stoletja prvi zasnoval angleški kemik Stanley Whittingham. Med svojimi poskusi so znanstveniki raziskovali različne kemijske spojine za baterijo, ki bi se lahko polnila sama. V svojem prvem poskusu je kot elektrodi uporabil titanov disulfid in litij. Vendar so baterije pogosto kratek stik in eksplodirale.

V 80. letih prejšnjega stoletja se je izziva lotil še en znanstvenik, John B. Goodenough. Kmalu zatem je japonski kemik Akira Yoshino začel raziskovati to tehnologijo. Yoshino in Goodenough sta dokazala, da je glavni vzrok za eksplozije kovina litij.

V 90. letih prejšnjega stoletja je litij-ionska tehnologija začela pridobivati na veljavi in do konca desetletja hitro postala priljubljen vir energije. To je bil prvi primer, ko je Sony tehnologijo komercializiral. Slaba varnostna evidenca litijevih baterij je spodbudila razvoj litij-ionskih baterij.

Čeprav lahko litijeve baterije vsebujejo večjo energijsko gostoto, so med polnjenjem in praznjenjem nevarne. Po drugi strani pa je polnjenje in praznjenje litij-ionskih baterij precej varno, če uporabniki upoštevajo osnovne varnostne smernice.

Kakšna je najboljša kemija litijevih ionskih baterij?

Obstaja veliko vrst litij-ionskih baterij. Komercialno dostopne so:

Litijev titanat
Litij-nikelj-kobalt-aluminijev oksid
Litij nikelj mangan kobaltov oksid
Litijev manganov oksid (LMO)
Litijev kobaltov oksid
Litijev železov fosfat (LiFePO4)

Za litij-ionske baterije obstaja veliko vrst kemijskih sestavov. Vsak ima svoje prednosti in slabosti. Vendar pa so nekateri primerni le za določene primere uporabe. Zato bo vrsta, ki jo boste izbrali, odvisna od vaših potreb po energiji, proračuna, varnostne tolerance in specifičnega primera uporabe.

Vendar so LiFePO4 baterije najbolj komercialno dostopna možnost. Te baterije vsebujejo grafitno-ogljikovo elektrodo, ki služi kot anoda, in fosfatno kot katodo. Imajo dolgo življenjsko dobo do 10.000 ciklov.

Poleg tega ponujajo odlično toplotno stabilnost in lahko varno prenesejo kratkotrajne sunke obremenitve. LiFePO4 baterije so ocenjene na prag toplotnega uhajanja do 250 stopinj Celzija, kar je najvišja vrednost med vsemi komercialno dostopnimi litij-ionskimi baterijami.

Prednosti LiFePO4 baterij

V primerjavi s svinčeno-kislinskimi in drugimi litijevimi baterijami imajo litijeve železovo-fosfatne baterije veliko prednost. Učinkovito se polnijo in praznijo, trajajo dlje in se lahko globoko napolnijo.clebrez izgube kapacitete. Zaradi teh prednosti baterije v primerjavi z drugimi vrstami baterij ponujajo ogromne prihranke stroškov v času svoje življenjske dobe. Spodaj si oglejte posebne prednosti teh baterij v vozilih z nizko hitrostjo in industrijski opremi.

LiFePO4 baterija v vozilih z nizko hitrostjo

Električna vozila z nizko hitrostjo (LEV) so štirikolesna vozila, ki tehtajo manj kot 1360 kg. Poganjajo jih električne baterije, zaradi česar so priljubljena izbira za golf vozičke in druge rekreativne namene.

Pri izbiri baterijskega načina za vaše električno vozilo z omejenim pogonom je eden najpomembnejših dejavnikov dolga življenjsko doba. Na primer, golf vozički na baterije bi morali imeti dovolj moči za vožnjo po 18-luknjičnem igrišču za golf brez polnjenja.

Drug pomemben dejavnik je urnik vzdrževanja. Dobra baterija ne bi smela zahtevati vzdrževanja, da bi zagotovila maksimalno uživanje v vaši prostočasni dejavnosti.

Baterija bi morala biti sposobna delovati tudi v različnih vremenskih razmerah. Na primer, omogočati bi vam morala igranje golfa tako v poletni vročini kot jeseni, ko temperature padejo.

Dobra baterija mora imeti tudi nadzorni sistem, ki zagotavlja, da se ne pregreje ali preveč ohladi, kar bi zmanjšalo njeno zmogljivost.

Ena najboljših blagovnih znamk, ki izpolnjuje vse te osnovne, a pomembne pogoje, je ROYPOW. Njihova linija litijevih baterij LiFePO4 je zasnovana za temperature od 4 °F do 131 °F. Baterije imajo vgrajen sistem za upravljanje baterij in jih je izjemno enostavno namestiti.

Industrijska uporaba litij-ionskih baterij

Litij-ionske baterije so priljubljena možnost v industrijskih aplikacijah. Najpogostejša uporabljena kemikalija so LiFePO4 baterije. Nekatera najpogostejša oprema za uporabo teh baterij je:

Viličarji za ozke hodnike
Viličarji s protiutežjo
3-kolesni viličarji
Walkie zlagalniki
Končni in sredinski kolesarji

Obstaja veliko razlogov, zakaj litij-ionske baterije postajajo vse bolj priljubljene v industrijskih okoljih. Glavni so:

Visoka zmogljivost in dolgoživost

Litij-ionske baterije imajo v primerjavi s svinčevimi baterijami večjo energijsko gostoto in dolgo življenjsko dobo. Tehtajo lahko tretjino teže in zagotavljajo enako izhodno moč.

Njihov življenjski cikel je še ena velika prednost. Za industrijsko obratovanje je cilj čim bolj zmanjšati kratkoročne ponavljajoče se stroške. Z litij-ionskimi baterijami lahko baterije viličarjev zdržijo trikrat dlje, kar dolgoročno vodi do ogromnih prihrankov stroškov.

Prav tako lahko delujejo pri večji globini praznjenja do 80 % brez vpliva na njihovo kapaciteto. To ima še eno prednost pri prihranku časa. Delovanja ni treba ustaviti na pol poti za zamenjavo baterij, kar lahko v dovolj dolgem obdobju prihrani na tisoče delovnih ur.

Hitro polnjenje

Pri industrijskih svinčeno-kislinskih akumulatorjih je običajni čas polnjenja približno osem ur. To ustreza celotni 8-urni izmeni, v kateri akumulator ni na voljo za uporabo. Posledično mora vodja upoštevati ta čas izpada in kupiti dodatne akumulatorje.

Z LiFePO4 baterijami to ni izziv. Dober primer jeROYPOW industrijske litijeve baterije LifePO4, ki se polnijo štirikrat hitreje kot svinčeno-kislinski akumulatorji. Druga prednost je sposobnost ohranjanja učinkovitosti med praznjenjem. Svinčeno-kislinski akumulatorji med praznjenjem pogosto zaostajajo v delovanju.

Linija industrijskih baterij ROYPOW prav tako nima težav s pomnilnikom, zahvaljujoč učinkovitemu sistemu upravljanja baterij. Svinčeno-kislinske baterije pogosto trpijo zaradi te težave, kar lahko privede do nezmožnosti doseganja polne zmogljivosti.

Sčasoma povzroči sulfacijo, ki lahko njihovo že tako kratko življenjsko dobo skrajša za polovico. Težava se pogosto pojavi, ko se svinčeno-kislinske baterije shranjujejo brez popolnega polnjenja. Litijeve baterije je mogoče polniti v kratkih intervalih in shranjevati s katero koli kapaciteto nad ničlo brez težav.

Varnost in ravnanje

LiFePO4 baterije imajo veliko prednost v industrijskih okoljih. Prvič, imajo odlično toplotno stabilnost. Te baterije lahko delujejo pri temperaturah do 50 °C brez poškodb. Svinčeno-kislinske baterije bi pri podobni temperaturi izgubile do 80 % svoje življenjske dobe.

Druga težava je teža baterij. Za podobno kapaciteto baterije tehtajo svinčeno-kislinske baterije bistveno več. Zato pogosto potrebujejo posebno opremo in daljši čas namestitve, kar lahko privede do manjšega števila delovnih ur, porabljenih za delo.

Drugo vprašanje je varnost delavcev. Na splošno so LiFePO4 baterije varnejše od svinčevih baterij. V skladu s smernicami OSHA je treba svinčeve baterije shranjevati v posebnem prostoru z opremo, zasnovano za odstranjevanje nevarnih hlapov. To v industrijsko delovanje uvaja dodatne stroške in zapletenost.

Zaključek

Litij-ionske baterije imajo očitno prednost v industrijskih okoljih in za električna vozila z nizko hitrostjo. Trajajo dlje, kar uporabnikom prihrani denar. Te baterije tudi ne potrebujejo vzdrževanja, kar je še posebej pomembno v industrijskih okoljih, kjer je prihranek stroškov najpomembnejši.