Що таке літій-іонні акумулятори

Літій-іонні акумулятори – популярний тип хімічного складу акумуляторів. Головною перевагою цих акумуляторів є те, що вони перезаряджаються. Завдяки цій особливості вони використовуються в більшості сучасних споживчих пристроїв, які використовують акумулятори. Їх можна знайти в телефонах, електромобілях та гольф-карах з живленням від акумуляторів.

Як працюють літій-іонні акумулятори?

Літій-іонні акумулятори складаються з одного або кількох літій-іонних елементів. Вони також містять захисну плату для запобігання перезарядженню. Елементи називаються акумуляторами, якщо їх встановити в корпус із захисною платою.

Чи літій-іонні акумулятори такі ж, як літієві акумулятори?

Ні. Літієва батарея та літій-іонна батарея суттєво відрізняються. Основна відмінність полягає в тому, що останні є акумуляторними. Ще одна важлива відмінність — термін придатності. Літієва батарея може прослужити до 12 років без використання, тоді як літій-іонні батареї мають термін придатності до 3 років.

Які ключові компоненти літій-іонних акумуляторів

Літій-іонні елементи мають чотири основні компоненти. Це:

Анод

Анод дозволяє електриці переміщуватися від акумулятора до зовнішнього кола. Він також зберігає іони літію під час заряджання акумулятора.

Катод

Катод визначає ємність та напругу елемента. Він виробляє іони літію під час розрядки акумулятора.

Електроліт

Електроліт – це матеріал, який служить провідником для руху іонів літію між катодом і анодом. Він складається з солей, добавок та різних розчинників.

Роздільник

Останнім елементом літій-іонного акумулятора є сепаратор. Він діє як фізичний бар'єр, що розділяє катод і анод.

Літій-іонні акумулятори працюють, переміщуючи іони літію від катода до анода і навпаки через електроліт. Під час руху іонів вони активують вільні електрони в аноді, створюючи заряд на позитивному колекторі струму. Ці електрони протікають через пристрій, телефон або гольф-кар, до негативного колектора і назад до катода. Вільний потік електронів всередині акумулятора запобігається сепаратором, який змушує їх рухатися до контактів.

Під час заряджання літій-іонного акумулятора катод вивільняє іони літію, які рухаються до анода. Під час розряджання іони літію рухаються від анода до катода, що генерує потік струму.

Коли були винайдені літій-іонні акумулятори?

Літій-іонні акумулятори вперше були задумані в 70-х роках англійським хіміком Стенлі Віттінгемом. Під час своїх експериментів вчені досліджували різні хімічні склади для створення акумулятора, який міг би заряджатися самостійно. У його першому випробуванні як електроди використовувалися дисульфід титану та літій. Однак акумулятори часто замикалися та вибухали.

У 80-х роках інший вчений, Джон Б. Гуденаф, прийняв виклик. Невдовзі після цього японський хімік Акіра Йосіно розпочав дослідження цієї технології. Йосіно та Гуденаф довели, що металевий літій є основною причиною вибухів.

У 90-х роках літій-іонна технологія почала набирати обертів і до кінця десятиліття швидко стала популярним джерелом живлення. Це був перший випадок, коли Sony комерціалізувала цю технологію. Поганий показник безпеки літієвих батарей спонукав до розробки літій-іонних акумуляторів.

Хоча літієві акумулятори можуть мати вищу щільність енергії, вони небезпечні під час заряджання та розряджання. З іншого боку, літій-іонні акумулятори цілком безпечні для заряджання та розряджання, якщо користувачі дотримуються основних правил безпеки.

Який найкращий хімічний склад літій-іонних акумуляторів?

Існує безліч типів літій-іонних акумуляторів за хімічними складовими. Найбільш комерційно доступні:

Титанат літію
Літій-нікель-кобальт-оксид алюмінію
Літій-нікель-марганець-кобальт-оксид
Оксид літію-марганцю (LMO)
Оксид літію та кобальту
Літій-залізофосфат (LiFePO4)

Існує безліч типів хімічних речовин для літій-іонних акумуляторів. Кожен з них має свої переваги та недоліки. Однак деякі з них підходять лише для певних випадків використання. Таким чином, вибір типу залежатиме від ваших потреб в потужності, бюджету, допуску безпеки та конкретного випадку використання.

Однак, LiFePO4 акумулятори є найбільш комерційно доступним варіантом. Ці акумулятори містять графітово-вугільний електрод, який служить анодом, та фосфатний як катод. Вони мають тривалий термін служби до 10 000 циклів розрядки/розрядки.

Крім того, вони пропонують чудову термостабільність і можуть безпечно обробляти короткочасні стрибки напруги. Акумулятори LiFePO4 розраховані на поріг теплового розгону до 510 градусів за Фаренгейтом, що є найвищим показником серед усіх комерційно доступних літій-іонних акумуляторів.

Переваги LiFePO4 акумуляторів

Порівняно зі свинцево-кислотними та іншими літієвими акумуляторами, літій-залізофосфатні акумулятори мають величезну перевагу. Вони ефективно заряджаються та розряджаються, служать довше та можуть глибоко заряджатися.клебез втрати ємності. Ці переваги означають, що акумулятори пропонують значну економію коштів протягом свого терміну служби порівняно з іншими типами акумуляторів. Нижче наведено огляд конкретних переваг цих акумуляторів у низькошвидкісних транспортних засобах та промисловому обладнанні.

LiFePO4 акумулятор у низькошвидкісних транспортних засобах

Низькошвидкісні електромобілі (LEV) – це чотириколісні транспортні засоби вагою менше 3000 фунтів. Вони працюють від електричних акумуляторів, що робить їх популярним вибором для гольф-карів та інших видів рекреаційного використання.

Вибираючи варіант акумулятора для вашого електричного транспортного засобу з можливістю підзарядки, одним із найважливіших міркувань є довговічність. Наприклад, гольф-кари з акумуляторним живленням повинні мати достатню потужність, щоб проїхати 18-лункове поле для гольфу без необхідності підзарядки.

Ще одним важливим моментом є графік технічного обслуговування. Хороший акумулятор не повинен потребувати технічного обслуговування, щоб забезпечити максимальне задоволення від вашого дозвілля.

Акумулятор також повинен бути здатним працювати за різних погодних умов. Наприклад, він має дозволити вам грати в гольф як у літню спеку, так і восени, коли температура падає.

Хороший акумулятор також повинен бути оснащений системою контролю, яка гарантує, що він не перегріється або не охолоне занадто сильно, що призведе до зниження його ємності.

Одним з найкращих брендів, який відповідає всім цим основним, але важливим умовам, є ROYPOW. Їхня лінійка літієвих акумуляторів LiFePO4 розрахована на температури від 4°F до 131°F. Акумулятори оснащені вбудованою системою керування зарядом батареї та надзвичайно прості в установці.

Промислове застосування літій-іонних акумуляторів

Літій-іонні акумулятори є популярним варіантом у промисловому застосуванні. Найпоширенішим хімічним складом є LiFePO4 акумулятори. Деякі з найпоширеніших пристроїв для використання цих акумуляторів:

Вузькопрохідні вилкові навантажувачі
Вилочні навантажувачі з противагою
3-колісні вилкові навантажувачі
Штабелери рацій
Кінцеві та центральні вершники

Існує багато причин, чому літій-іонні акумулятори набувають все більшої популярності в промислових умовах. Основні з них:

Висока ємність та довговічність

Літій-іонні акумулятори мають більшу щільність енергії та довговічність порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами. Вони можуть важити втричі менше, але забезпечувати таку ж вихідну потужність.

Їхній життєвий цикл є ще однією важливою перевагою. Для промислового підприємства метою є мінімізація короткострокових поточних витрат. Літій-іонні акумулятори можуть служити втричі довше, що призводить до значної економії коштів у довгостроковій перспективі.

Вони також можуть працювати з більшою глибиною розряду до 80% без будь-якого впливу на їхню ємність. Це має ще одну перевагу в економії часу. Операції не потрібно зупиняти на півдорозі для заміни акумуляторів, що може призвести до економії тисяч людино-годин протягом досить тривалого періоду.

Високошвидкісна зарядка

Для промислових свинцево-кислотних акумуляторів звичайний час заряджання становить близько восьми годин. Це дорівнює цілій 8-годинній зміні, коли акумулятор недоступний для використання. Отже, менеджер повинен враховувати цей час простою та купувати додаткові акумулятори.

З LiFePO4 акумуляторами це не є проблемою. Гарним прикладом єПромислові літієві батареї ROYPOW LifePO4, які заряджаються в чотири рази швидше, ніж свинцево-кислотні акумулятори. Ще однією перевагою є здатність залишатися ефективним під час розряду. Свинцево-кислотні акумулятори часто мають затримку в продуктивності під час розряду.

Лінійка промислових акумуляторів ROYPOW також не має проблем із пам’яттю завдяки ефективній системі керування акумуляторами. Свинцево-кислотні акумулятори часто страждають від цієї проблеми, що може призвести до неможливості досягти повної ємності.

З часом це викликає сульфатацію, яка може скоротити їхній і без того короткий термін служби вдвічі. Проблема часто виникає, коли свинцево-кислотні акумулятори зберігаються без повного заряду. Літієві акумулятори можна заряджати через короткі проміжки часу та зберігати при будь-якій ємності вище нуля без жодних проблем.

Безпека та поводження

LiFePO4 акумулятори мають величезну перевагу в промислових умовах. По-перше, вони мають чудову термостабільність. Ці акумулятори можуть працювати за температури до 59°C без будь-яких пошкоджень. Свинцево-кислотні акумулятори втрачають до 80% свого терміну служби за аналогічної температури.

Ще однією проблемою є вага акумуляторів. За аналогічної ємності свинцево-кислотні акумулятори важать значно більше. Тому вони часто потребують спеціального обладнання та тривалішого часу встановлення, що може призвести до менших витрат людино-годин на роботу.

Ще одне питання — безпека працівників. Загалом, LiFePO4 акумулятори безпечніші за свинцево-кислотні. Згідно з рекомендаціями OSHA, свинцево-кислотні акумулятори повинні зберігатися у спеціальному приміщенні з обладнанням, призначеним для видалення небезпечних випарів. Це створює додаткові витрати та ускладнює промислову експлуатацію.

Висновок

Літій-іонні акумулятори мають явну перевагу в промислових умовах та для низькошвидкісних електромобілів. Вони служать довше, отже, економлять гроші користувачів. Ці акумулятори також не потребують обслуговування, що особливо важливо в промислових умовах, де економія коштів є надзвичайно важливою.