Шта су литијум-јонске батерије

Литијум-јонске батерије су популаран тип хемије батерија. Главна предност коју ове батерије нуде је то што се могу пунити. Због ове карактеристике, налазе се у већини данашњих потрошачких уређаја који користе батерије. Могу се наћи у телефонима, електричним возилима и голф колицима на батерије.

Како раде литијум-јонске батерије?

Литијум-јонске батерије се састоје од једне или више литијум-јонских ћелија. Такође садрже заштитну плочу која спречава прекомерно пуњење. Ћелије се називају батерије када се инсталирају у кућиште са заштитном плочом.

Да ли су литијум-јонске батерије исте као литијумске батерије?

Не. Литијумска батерија и литијум-јонска батерија се значајно разликују. Главна разлика је у томе што се ове друге могу пунити. Још једна велика разлика је век трајања. Литијумска батерија може трајати до 12 година неупотребљена, док литијум-јонске батерије имају век трајања до 3 године.

Које су кључне компоненте литијум-јонских батерија

Литијум-јонске ћелије имају четири главне компоненте. То су:

Анода

Анода омогућава пренос електрицитета из батерије у спољашње коло. Такође складишти литијумске јоне приликом пуњења батерије.

Катода

Катода је оно што одређује капацитет и напон ћелије. Она производи литијумске јоне приликом пражњења батерије.

Електролит

Електролит је материјал који служи као канал за кретање литијумових јона између катоде и аноде. Састоји се од соли, адитива и разних растварача.

Сепаратор

Последњи део литијум-јонске ћелије је сепаратор. Он делује као физичка баријера која држи катоду и аноду раздвојене.

Литијум-јонске батерије раде тако што померају литијумове јоне са катоде на аноду и обрнуто преко електролита. Како се јони крећу, они активирају слободне електроне у аноди, стварајући наелектрисање на позитивном колектору струје. Ови електрони теку кроз уређај, телефон или колица за голф, до негативног колектора и назад у катоду. Слободан проток електрона унутар батерије спречава сепаратор, присиљавајући их ка контактима.

Када пуните литијум-јонску батерију, катода ће ослобађати литијумове јоне, који се крећу ка аноди. Приликом пражњења, литијумови јони се крећу од аноде ка катоди, што генерише проток струје.

Када су измишљене литијум-јонске батерије?

Литијум-јонске батерије је први осмислио енглески хемичар Стенли Витингем седамдесетих година. Током својих експеримената, научници су истраживали различите хемијске реакције како би направили батерију која би се могла сама пунити. Његово прво испитивање је укључивало титанијум дисулфид и литијум као електроде. Међутим, батерије би изазивале кратак спој и експлодирале.

Осамдесетих година, други научник, Џон Б. Гуденаф, прихватио је изазов. Убрзо након тога, Акира Јошино, јапански хемичар, почео је истраживање ове технологије. Јошино и Гуденаф су доказали да је метал литијум главни узрок експлозија.

Деведесетих година прошлог века, литијум-јонска технологија је почела да добија на замаху, брзо постајући популаран извор напајања до краја деценије. То је био први пут да је компанија Сони комерцијализовала ову технологију. Тај лош безбедносни резултат литијумских батерија подстакао је развој литијум-јонских батерија.

Иако литијумске батерије могу да садрже већу густину енергије, оне су небезбедне током пуњења и пражњења. С друге стране, литијум-јонске батерије су прилично безбедне за пуњење и пражњење када се корисници придржавају основних безбедносних смерница.

Која је најбоља хемија литијум-јонских батерија?

Постоје бројне врсте литијум-јонских батерија различитих хемијских састава. Комерцијално доступне су:

Литијум титанат
Литијум никл кобалт алуминијум оксид
Литијум никл манган кобалт оксид
Литијум-манганов оксид (LMO)
Литијум кобалт оксид
Литијум-гвожђе фосфат (LiFePO4)

Постоје бројне врсте хемијских састава за литијум-јонске батерије. Свака од њих има своје предности и мане. Међутим, неке су погодне само за одређене случајеве употребе. Стога, тип који одаберете зависиће од ваших потреба за напајањем, буџета, безбедносне толеранције и специфичног случаја употребе.

Међутим, LiFePO4 батерије су комерцијално најдоступнија опција. Ове батерије садрже графитну угљеничну електроду, која служи као анода, и фосфатну као катоду. Имају дуг век трајања до 10.000 циклуса.

Поред тога, нуде одличну термичку стабилност и могу безбедно да поднесу кратке скокове напона. LiFePO4 батерије су оцењене за термички праг одбијања до 250 степени Целзијуса, што је највиши праг од свих комерцијално доступних литијум-јонских батерија.

Предности LiFePO4 батерија

У поређењу са оловно-киселинским и другим литијумским батеријама, литијум-гвожђе-фосфатне батерије имају огромну предност. Ефикасно се пуне и празне, дуже трају и могу дубоко да се пуне.клебез губитка капацитета. Ове предности значе да батерије нуде огромне уштеде трошкова током свог животног века у поређењу са другим типовима батерија. У наставку је приказ специфичних предности ових батерија у возилима са малом брзином и индустријској опреми.

LiFePO4 батерија у возилима са малом брзином

Електрична возила мале брзине (LEV) су четвороточкаша тежине мање од 1365 килограма. Покрећу их електричне батерије, што их чини популарним избором за голф колица и друге рекреативне сврхе.

Приликом избора батерије за ваше ЛЕВ возило, једно од најважнијих разматрања је дуготрајност. На пример, голф колица на батерије требало би да имају довољно снаге за вожњу по голф терену са 18 рупа без потребе за пуњењем.

Још једна важна ствар коју треба узети у обзир је распоред одржавања. Добра батерија не би требало да захтева одржавање како би се осигурало максимално уживање у вашим активностима у рекреацији.

Батерија би такође требало да буде у стању да ради у различитим временским условима. На пример, требало би да вам омогући играње голфа и током летњих врућина и у јесен када температуре падну.

Добра батерија треба да има и систем контроле који осигурава да се не прегрева или превише хлади, што би смањило њен капацитет.

Један од најбољих брендова који испуњава све ове основне, али важне услове је ROYPOW. Њихова линија LiFePO4 литијумских батерија је предвиђена за температуре од 4°F до 131°F. Батерије долазе са уграђеним системом за управљање батеријама и изузетно се лако инсталирају.

Индустријске примене литијум-јонских батерија

Литијум-јонске батерије су популарна опција у индустријским применама. Најчешћа хемијска комбинација је LiFePO4 батерија. Нека од најчешћих врста опреме за коришћење ових батерија је:

Виљушкари за уске пролазе
Виљушкари са противтежним утегом
Виљушкари са 3 точка
Воки слагачи
Крајњи и централни јахачи

Постоји много разлога зашто литијум-јонске батерије постају све популарније у индустријским условима. Главни су:

Висок капацитет и дуговечност

Литијум-јонске батерије имају већу густину енергије и дуговечност у поређењу са оловно-киселинским батеријама. Могу бити теже трећину мање, а испоручити исти излаз.

Њихов животни циклус је још једна велика предност. За индустријски погон, циљ је да се краткорочни текући трошкови сведу на минимум. Са литијум-јонским батеријама, батерије за виљушкар могу трајати три пута дуже, што доводи до огромних уштеда трошкова на дужи рок.

Такође могу да раде на већој дубини пражњења, до 80%, без икаквог утицаја на њихов капацитет. То има још једну предност у уштеди времена. Операције не морају да се заустављају на пола пута да би се замениле батерије, што може довести до уштеде хиљада радних сати током довољно дугог периода.

Брзо пуњење

Код индустријских оловно-киселинских батерија, нормално време пуњења је око осам сати. То је еквивалентно целој смени од 8 сати у којој батерија није доступна за употребу. Сходно томе, менаџер мора да узме у обзир ово време застоја и да купи додатне батерије.

Са LiFePO4 батеријама, то није изазов. Добар пример јеROYPOW индустријске LifePO4 литијумске батерије, које се пуне четири пута брже од оловних батерија. Још једна предност је могућност да остану ефикасне током пражњења. Оловне батерије често пате од кашњења у перформансама док се пражне.

ROYPOW линија индустријских батерија такође нема проблема са меморијом, захваљујући ефикасном систему управљања батеријама. Оловне батерије често пате од овог проблема, што може довести до немогућности достизања пуног капацитета.

Временом, то изазива сулфатацију, што може преполовити њихов већ кратак век трајања. Проблем се често јавља када се оловне батерије складиште без потпуног пуњења. Литијумске батерије се могу пунити у кратким интервалима и складиштити на било ком капацитету изнад нуле без икаквих проблема.

Безбедност и руковање

LiFePO4 батерије имају огромну предност у индустријским условима. Прво, имају одличну термичку стабилност. Ове батерије могу да раде на температурама до 53°C без икаквих оштећења. Оловне батерије би изгубиле до 80% свог животног циклуса на сличној температури.

Још један проблем је тежина батерија. За сличан капацитет батерије, оловне батерије теже знатно више. Као такве, често им је потребна специфична опрема и дуже време инсталације, што може довести до мањег броја радних сати утрошених на посао.

Још једно питање је безбедност радника. Генерално, LiFePO4 батерије су безбедније од оловно-киселинских батерија. Према смерницама OSHA, оловно-киселинске батерије морају се складиштити у посебној просторији са опремом дизајнираном за елиминацију опасних испарења. То уводи додатне трошкове и сложеност у индустријски рад.

Закључак

Литијум-јонске батерије имају јасну предност у индустријским условима и за електрична возила са малом брзином. Трају дуже, што последично штеди новац корисницима. Ове батерије такође не захтевају одржавање, што је посебно важно у индустријском окружењу где је уштеда трошкова најважнија.