Çfarë janë bateritë litium-jon

Bateritë litium-jon janë një lloj i njohur i kimisë së baterive. Një avantazh i madh që ofrojnë këto bateri është se ato janë të rikarikueshme. Për shkak të kësaj veçorie, ato gjenden në shumicën e pajisjeve të konsumit sot që përdorin një bateri. Ato mund të gjenden në telefona, automjete elektrike dhe karroca golfi me bateri.

Si funksionojnë bateritë litium-jon?

Bateritë litium-jon përbëhen nga një ose më shumë qeliza litium-jon. Ato gjithashtu përmbajnë një qark mbrojtës për të parandaluar mbingarkesën. Qelizat quhen bateri pasi të instalohen në një mbulesë me një qark mbrojtës.

A janë bateritë litium-jon të njëjta me bateritë litium?

Jo. Një bateri litiumi dhe një bateri litium-jon janë shumë të ndryshme. Dallimi kryesor është se këto të fundit janë të rikarikueshme. Një tjetër ndryshim i madh është afati i ruajtjes. Një bateri litiumi mund të zgjasë deri në 12 vjet pa përdorur, ndërsa bateritë litium-jon kanë një afat deri në 3 vjet.

Cilat janë përbërësit kryesorë të baterive litium-jon

Qelizat litium-jon kanë katër komponentë kryesorë. Këto janë:

Anodë

Anoda lejon që energjia elektrike të lëvizë nga bateria në një qark të jashtëm. Ajo gjithashtu ruan jone litiumi gjatë karikimit të baterisë.

Katodë

Katoda është ajo që përcakton kapacitetin dhe tensionin e qelizës. Ajo prodhon jone litiumi kur shkarkon baterinë.

Elektrolit

Elektroliti është një material që shërben si kanal për lëvizjen e joneve të litiumit midis katodës dhe anodës. Ai përbëhet nga kripëra, aditivë dhe tretës të ndryshëm.

Ndarësi

Pjesa e fundit në një qelizë litium-jon është ndarësi. Ai vepron si një barrierë fizike për të mbajtur katodën dhe anodën larg njëra-tjetrës.

Bateritë litium-jon funksionojnë duke lëvizur jonet e litiumit nga katoda në anodë dhe anasjelltas nëpërmjet elektrolitit. Ndërsa jonet lëvizin, ato aktivizojnë elektronet e lira në anodë, duke krijuar një ngarkesë në kolektorin e rrymës pozitive. Këto elektrone rrjedhin përmes pajisjes, një telefoni ose karroce golfi, në kolektorin negativ dhe kthehen përsëri në katodë. Rrjedha e lirë e elektroneve brenda baterisë parandalohet nga ndarësi, duke i detyruar ato drejt kontakteve.

Kur ngarkoni një bateri litium-jon, katoda do të lëshojë jone litiumi, të cilat lëvizin drejt anodës. Gjatë shkarkimit, jonet e litiumit lëvizin nga anoda në katodë, gjë që gjeneron një rrjedhë rryme.

Kur u shpikën bateritë litium-jon?

Bateritë litium-jon u konceptuan për herë të parë në vitet '70 nga kimisti anglez Stanley Whittingham. Gjatë eksperimenteve të tij, shkencëtarët hetuan kimikate të ndryshme për një bateri që mund të rikarikohej vetë. Prova e tij e parë përfshinte disulfidin e titanit dhe litiumin si elektroda. Megjithatë, bateritë do të bënin qark të shkurtër dhe do të shpërthenin.

Në vitet '80, një shkencëtar tjetër, John B. Goodenough, e mori përsipër sfidën. Menjëherë pas kësaj, Akira Yoshino, një kimist japonez, filloi kërkimet mbi teknologjinë. Yoshino dhe Goodenough vërtetuan se metali i litiumit ishte shkaku kryesor i shpërthimeve.

Në vitet '90, teknologjia litium-jon filloi të fitonte terren, duke u bërë shpejt një burim energjie popullor deri në fund të dekadës. Kjo shënoi herën e parë që teknologjia u komercializua nga Sony. Ky rekord i dobët i sigurisë së baterive litium nxiti zhvillimin e baterive litium-jon.

Ndërsa bateritë e litiumit mund të mbajnë një dendësi më të lartë energjie, ato janë të pasigurta gjatë karikimit dhe shkarkimit. Nga ana tjetër, bateritë e litiumit-jon janë mjaft të sigurta për t'u karikuar dhe shkarkuar kur përdoruesit i përmbahen udhëzimeve themelore të sigurisë.

Cila është kimia më e mirë e joneve të litiumit?

Ekzistojnë lloje të shumta të përbërjeve kimike të baterive litium-jon. Ato që janë në dispozicion në treg janë:

Titanat litiumi
Litium Nikel Kobalt Oksid Alumini
Litium Nikel Mangan Oksid Kobalti
Oksid litiumi mangani (LMO)
Oksid kobalti litiumi
Fosfat hekuri litiumi (LiFePO4)

Ekzistojnë lloje të shumta kimikatesh për bateritë litium-jon. Secila prej tyre ka anët e saj pozitive dhe negative. Megjithatë, disa janë të përshtatshme vetëm për raste specifike përdorimi. Si të tilla, lloji që zgjidhni do të varet nga nevojat tuaja për energji, buxheti, toleranca ndaj sigurisë dhe rasti specifik i përdorimit.

Megjithatë, bateritë LiFePO4 janë opsioni më i disponueshëm komercialisht. Këto bateri përmbajnë një elektrodë karboni grafiti, e cila shërben si anodë, dhe fosfat si katodë. Ato kanë një jetëgjatësi të gjatë cikli deri në 10,000 cikle.

Për më tepër, ato ofrojnë stabilitet të shkëlqyer termik dhe mund të përballojnë në mënyrë të sigurt rritjet e shkurtra të kërkesës. Bateritë LiFePO4 janë vlerësuar për një prag të arratisjes termike deri në 510 gradë Fahrenheit, më i larti nga çdo lloj baterie litium-jon që është në dispozicion në treg.

Avantazhet e baterive LiFePO4

Krahasuar me bateritë e plumbit dhe acidit dhe bateritë e tjera me bazë litiumi, bateritë e litiumit dhe hekurit fosfat kanë një avantazh të madh. Ato karikohen dhe shkarkohen në mënyrë efikase, zgjasin më shumë dhe mund të ciklit të thellë.clepa humbur kapacitet. Këto avantazhe nënkuptojnë që bateritë ofrojnë kursime të mëdha kostoje gjatë jetëgjatësisë së tyre krahasuar me llojet e tjera të baterive. Më poshtë është një vështrim në avantazhet specifike të këtyre baterive në automjetet me shpejtësi të ulët dhe pajisjet industriale.

Bateria LiFePO4 në automjete me shpejtësi të ulët

Automjetet elektrike me shpejtësi të ulët (LEV) janë automjete me katër rrota që peshojnë më pak se 3000 paund. Ato funksionojnë me bateri elektrike, gjë që i bën ato një zgjedhje të njohur për karrocat e golfit dhe përdorime të tjera rekreative.

Kur zgjidhni opsionin e baterisë për LEV-në tuaj, një nga konsideratat më të rëndësishme është jetëgjatësia. Për shembull, karrocat e golfit me bateri duhet të kenë fuqi të mjaftueshme për të lëvizur në një fushë golfi me 18 vrima pa pasur nevojë të karikohen.

Një tjetër konsideratë e rëndësishme është orari i mirëmbajtjes. Një bateri e mirë nuk duhet të kërkojë mirëmbajtje për të siguruar kënaqësinë maksimale të aktivitetit tuaj të qetë.

Bateria duhet të jetë gjithashtu në gjendje të funksionojë në kushte të ndryshme moti. Për shembull, duhet t'ju lejojë të luani golf si në vapën e verës ashtu edhe në vjeshtë kur temperaturat bien.

Një bateri e mirë duhet të vijë gjithashtu me një sistem kontrolli që siguron që ajo të mos nxehet ose të ftohet shumë, duke degraduar kapacitetin e saj.

Një nga markat më të mira që i plotëson të gjitha këto kushte themelore, por të rëndësishme, është ROYPOW. Linja e tyre e baterive litium LiFePO4 është e vlerësuar për temperatura nga 4°F deri në 131°F. Bateritë vijnë me një sistem të integruar të menaxhimit të baterive dhe janë jashtëzakonisht të lehta për t'u instaluar.

Zbatime Industriale për Bateritë Litium-Jon

Bateritë litium-jon janë një opsion i popullarizuar në aplikimet industriale. Kimia më e zakonshme e përdorur është bateritë LiFePO4. Disa nga pajisjet më të zakonshme për të përdorur këto bateri janë:

Pirunë ngritës me korridor të ngushtë
Pirun ngritës me kundërbalancim
Pirun ngritës me 3 rrota
Radio rafte
Kalorësit në fund dhe në qendër

Ka shumë arsye pse bateritë litium-jon po bëhen gjithnjë e më popullore në mjediset industriale. Kryesoret janë:

Kapacitet i lartë dhe jetëgjatësi

Bateritë litium-jon kanë një dendësi energjie dhe jetëgjatësi më të madhe krahasuar me bateritë plumb-acid. Ato mund të peshojnë një të tretën e peshës dhe të japin të njëjtën fuqi.

Cikli i tyre jetësor është një tjetër avantazh i madh. Për një operacion industrial, qëllimi është që kostot e përsëritura afatshkurtra të mbahen në minimum. Me bateritë litium-jon, bateritë e pirunëve ngritës mund të zgjasin tre herë më shumë, duke çuar në kursime të mëdha kostosh në planin afatgjatë.

Ato gjithashtu mund të funksionojnë në një thellësi më të madhe shkarkimi deri në 80% pa asnjë ndikim në kapacitetin e tyre. Kjo ka një avantazh tjetër në kursimin e kohës. Operacionet nuk kanë nevojë të ndalen në mes të rrugës për të ndërruar bateritë, gjë që mund të çojë në mijëra orë pune të kursyera gjatë një periudhe mjaft të gjatë.

Ngarkim me shpejtësi të lartë

Me bateritë industriale të plumbit-acidit, koha normale e karikimit është rreth tetë orë. Kjo është e barabartë me një turn të tërë 8-orësh ku bateria nuk është e disponueshme për përdorim. Si pasojë, një menaxher duhet të marrë parasysh këtë kohë ndërprerjeje dhe të blejë bateri shtesë.

Me bateritë LiFePO4, kjo nuk është një sfidë. Një shembull i mirë ështëBateri litiumi industriale ROYPOW LifePO4, të cilat karikohen katër herë më shpejt se bateritë me acid plumbi. Një përfitim tjetër është aftësia për të mbetur efikase gjatë shkarkimit. Bateritë me acid plumbi shpesh vuajnë nga një vonesë në performancë ndërsa shkarkohen.

Linja e baterive industriale ROYPOW gjithashtu nuk ka probleme me memorien, falë një sistemi efikas të menaxhimit të baterive. Bateritë me acid plumbi shpesh vuajnë nga ky problem, i cili mund të çojë në mosarritjen e kapacitetit të plotë.

Me kalimin e kohës, kjo shkakton sulfatim, i cili mund ta shkurtojë jetëgjatësinë e tyre, edhe ashtu të shkurtër, në gjysmë. Problemi shpesh ndodh kur bateritë e plumbit dhe acidit ruhen pa një karikim të plotë. Bateritë e litiumit mund të karikohen në intervale të shkurtra dhe të ruhen në çdo kapacitet mbi zero pa asnjë problem.

Siguria dhe Trajtimi

Bateritë LiFePO4 kanë një avantazh të madh në mjediset industriale. Së pari, ato kanë stabilitet të shkëlqyer termik. Këto bateri mund të funksionojnë në temperatura deri në 131°F pa pësuar ndonjë dëmtim. Bateritë e acidit plumb do të humbisnin deri në 80% të ciklit të tyre jetësor në një temperaturë të ngjashme.

Një problem tjetër është pesha e baterive. Për një kapacitet të ngjashëm baterie, bateritë e acidit plumb peshojnë dukshëm më shumë. Si të tilla, ato shpesh kërkojnë pajisje specifike dhe kohë më të gjatë instalimi, gjë që mund të çojë në më pak orë pune të shpenzuara në punë.

Një çështje tjetër është siguria e punëtorëve. Në përgjithësi, bateritë LiFePO4 janë më të sigurta se bateritë me acid plumbi. Sipas udhëzimeve të OSHA-s, bateritë me acid plumbi duhet të ruhen në një dhomë të veçantë me pajisje të projektuara për të eliminuar tymrat e rrezikshëm. Kjo sjell një kosto dhe kompleksitet shtesë në një operacion industrial.

Përfundim

Bateritë litium-jon kanë një avantazh të qartë në mjediset industriale dhe për automjetet elektrike me shpejtësi të ulët. Ato zgjasin më shumë, duke i kursyer kështu përdoruesve para. Këto bateri gjithashtu nuk kërkojnë mirëmbajtje fare, gjë që është veçanërisht e rëndësishme në një mjedis industrial ku kursimi i kostove është parësor.