Vad är litiumjonbatterier

Litiumjonbatterier är en populär typ av batterikemi. En stor fördel med dessa batterier är att de är laddningsbara. Tack vare denna funktion finns de i de flesta konsumentenheter idag som använder batteri. De kan hittas i telefoner, elbilar och batteridrivna golfbilar.

Hur fungerar litiumjonbatterier?

Litiumjonbatterier består av en eller flera litiumjonceller. De innehåller också ett skyddande kretskort för att förhindra överladdning. Cellerna kallas batterier när de är installerade i ett hölje med ett skyddande kretskort.

Är litiumjonbatterier samma sak som litiumbatterier?

Nej. Ett litiumbatteri och ett litiumjonbatteri är väldigt olika. Den största skillnaden är att de senare är laddningsbara. En annan stor skillnad är hållbarheten. Ett litiumbatteri kan hålla i upp till 12 år oanvänt, medan litiumjonbatterier har en hållbarhet på upp till 3 år.

Vilka är de viktigaste komponenterna i litiumjonbatterier

Litiumjonceller har fyra huvudkomponenter. Dessa är:

Anod

Anoden gör att elektricitet kan flyttas från batteriet till en extern krets. Den lagrar också litiumjoner när batteriet laddas.

Katod

Katoden är det som bestämmer cellens kapacitet och spänning. Den producerar litiumjoner när batteriet urladdas.

Elektrolyt

Elektrolyten är ett material som fungerar som en kanal för litiumjoner att röra sig mellan katoden och anoden. Den består av salter, tillsatser och olika lösningsmedel.

Separatorn

Den sista delen i en litiumjoncell är separatorn. Den fungerar som en fysisk barriär för att hålla katoden och anoden isär.

Litiumjonbatterier fungerar genom att flytta litiumjoner från katoden till anoden och vice versa via elektrolyten. När jonerna rör sig aktiverar de fria elektroner i anoden, vilket skapar en laddning vid den positiva strömkollektorn. Dessa elektroner flödar genom enheten, en telefon eller golfbil, till den negativa kollektorn och tillbaka in i katoden. Det fria flödet av elektroner inuti batteriet förhindras av separatorn, vilket tvingar dem mot kontakterna.

När du laddar ett litiumjonbatteri frigör katoden litiumjoner, och de rör sig mot anoden. Vid urladdning rör sig litiumjonerna från anoden till katoden, vilket genererar ett strömflöde.

När uppfanns litiumjonbatterier?

Litiumjonbatterier uppfanns först på 70-talet av den engelske kemisten Stanley Whittingham. Under sina experiment undersökte forskarna olika kemiska metoder för ett batteri som kunde laddas upp själv. Hans första försök involverade titandisulfid och litium som elektroder. Batterierna kortsluts dock och exploderar.

På 80-talet antog en annan forskare, John B. Goodenough, utmaningen. Strax därefter började Akira Yoshino, en japansk kemist, forska om tekniken. Yoshino och Goodenough bevisade att litiummetall var den främsta orsaken till explosioner.

På 90-talet började litiumjontekniken få fäste och blev snabbt en populär kraftkälla i slutet av decenniet. Det var första gången som tekniken kommersialiserades av Sony. Den dåliga säkerhetsprofilen för litiumjonbatterier föranledde utvecklingen av litiumjonbatterier.

Även om litiumbatterier kan hålla en högre energitäthet är de osäkra under laddning och urladdning. Å andra sidan är litiumjonbatterier ganska säkra att ladda och urladda när användarna följer grundläggande säkerhetsriktlinjer.

Vilken är den bästa litiumjonkemin?

Det finns många olika typer av litiumjonbatterier. De kommersiellt tillgängliga är:

Litiumtitanat
Litiumnickelkobolt aluminiumoxid
Litiumnickel, mangan, koboltoxid
Litiummanganoxid (LMO)
Litiumkoboltoxid
Litiumjärnfosfat (LiFePO4)

Det finns många olika typer av kemiska sammansättningar för litiumjonbatterier. Var och en har sina för- och nackdelar. Vissa är dock bara lämpliga för specifika användningsfall. Därför beror den typ du väljer på dina energibehov, budget, säkerhetstolerans och specifika användningsfall.

LiFePO4-batterier är dock det mest kommersiellt tillgängliga alternativet. Dessa batterier innehåller en grafitelektrod som fungerar som anod och fosfat som katod. De har en lång livslängd på upp till 10 000 cykler.

Dessutom erbjuder de utmärkt termisk stabilitet och kan säkert hantera korta spänningssteg. LiFePO4-batterier är klassade för en termisk rusningstemperatur på upp till 510 grader Fahrenheit, den högsta av alla kommersiellt tillgängliga litiumjonbatterityper.

Fördelar med LiFePO4-batterier

Jämfört med blysyra och andra litiumbaserade batterier har litiumjärnfosfatbatterier en enorm fördel. De laddas och urladdas effektivt, håller längre och kan djupcyklascleutan att förlora kapacitet. Dessa fördelar innebär att batterierna erbjuder enorma kostnadsbesparingar under sin livslängd jämfört med andra batterityper. Nedan följer en titt på de specifika fördelarna med dessa batterier i låghastighetsfordon och industriell utrustning.

LiFePO4-batteri i låghastighetsfordon

Låghastighetselektriska fordon (LEV) är fyrhjuliga fordon som väger mindre än 1360 kg. De drivs av elbatterier, vilket gör dem till ett populärt val för golfbilar och andra fritidsändamål.

När du väljer batteri till din lågprisbil är en av de viktigaste faktorerna livslängden. Till exempel bör batteridrivna golfbilar ha tillräckligt med kraft för att köra runt en 18-håls golfbana utan att behöva laddas.

En annan viktig faktor att beakta är underhållsschemat. Ett bra batteri bör inte kräva något underhåll för att garantera maximal njutning av din fritid.

Batteriet bör också kunna fungera i varierande väderförhållanden. Det bör till exempel göra det möjligt att spela golf både i sommarvärmen och på hösten när temperaturen sjunker.

Ett bra batteri bör också ha ett styrsystem som säkerställer att det inte överhettas eller kyls ner för mycket, vilket försämrar dess kapacitet.

Ett av de bästa märkena som uppfyller alla dessa grundläggande men viktiga villkor är ROYPOW. Deras serie av LiFePO4-litiumbatterier är klassade för temperaturer från 4°F till 131°F. Batterierna har ett inbyggt batterihanteringssystem och är extremt enkla att installera.

Industriella tillämpningar för litiumjonbatterier

Litiumjonbatterier är ett populärt alternativ i industriella tillämpningar. Den vanligaste kemiska konstruktionen som används är LiFePO4-batterier. Några av de vanligaste utrustningarna för att använda dessa batterier är:

Gaffeltruckar för smala gångar
Motviktstruckar
3-hjuliga gaffeltruckar
Walkie-staplare
Änd- och mittryttare

Det finns många anledningar till varför litiumjonbatterier blir alltmer populära i industriella miljöer. De viktigaste är:

Hög kapacitet och livslängd

Litiumjonbatterier har en större energitäthet och livslängd jämfört med blybatterier. De kan väga en tredjedel så mycket och leverera samma effekt.

Deras livscykel är en annan stor fördel. För en industriell verksamhet är målet att hålla de kortsiktiga återkommande kostnaderna till ett minimum. Med litiumjonbatterier kan gaffeltruckbatterier hålla tre gånger så länge, vilket leder till stora kostnadsbesparingar på lång sikt.

De kan också arbeta med ett större urladdningsdjup på upp till 80 % utan att deras kapacitet påverkas. Det har ytterligare en fördel i form av tidsbesparingar. Driften behöver inte avbrytas halvvägs för att byta batterier, vilket kan leda till tusentals sparade arbetstimmar under en tillräckligt lång period.

Höghastighetsladdning

Med industriella blybatterier är den normala laddningstiden cirka åtta timmar. Det motsvarar ett helt åttatimmarsskift där batteriet inte är tillgängligt för användning. Följaktligen måste en chef ta hänsyn till denna driftstopp och köpa extra batterier.

Med LiFePO4-batterier är det inte en utmaning. Ett bra exempel ärROYPOW industriella LifePO4 litiumbatterier, som laddas fyra gånger snabbare än blybatterier. En annan fördel är möjligheten att förbli effektiva under urladdning. Blybatterier drabbas ofta av en prestandafördröjning när de urladdas.

ROYPOW-serien av industribatterier har inte heller några minnesproblem tack vare ett effektivt batterihanteringssystem. Blybatterier lider ofta av detta problem, vilket kan leda till att de inte når full kapacitet.

Med tiden orsakar det sulfatering, vilket kan halvera deras redan korta livslängd. Problemet uppstår ofta när blybatterier förvaras utan full laddning. Litiumbatterier kan laddas med korta intervaller och förvaras med valfri kapacitet över noll utan problem.

Säkerhet och hantering

LiFePO4-batterier har en enorm fördel i industriella miljöer. För det första har de utmärkt termisk stabilitet. Dessa batterier kan arbeta i temperaturer upp till 50 °C utan att skadas. Blybatterier skulle förlora upp till 80 % av sin livscykel vid en liknande temperatur.

En annan fråga är batteriernas vikt. För en liknande batterikapacitet väger blybatterier betydligt mer. Därför kräver de ofta specifik utrustning och längre installationstid, vilket kan leda till färre arbetstimmar.

En annan fråga är arbetstagarnas säkerhet. Generellt sett är LiFePO4-batterier säkrare än blybatterier. Enligt OSHA:s riktlinjer måste blybatterier förvaras i ett särskilt rum med utrustning utformad för att eliminera farliga ångor. Det medför en extra kostnad och komplexitet i en industriell verksamhet.

Slutsats

Litiumjonbatterier har en tydlig fördel i industriella miljöer och för låghastighets elfordon. De håller längre, vilket sparar användarna pengar. Dessa batterier kräver också inget underhåll, vilket är särskilt viktigt i industriella miljöer där kostnadsbesparingar är av största vikt.