Pin Lithium Ion là gì?

Pin lithium-ion là một loại pin hóa học phổ biến. Ưu điểm lớn nhất của loại pin này là khả năng sạc lại. Nhờ đặc điểm này, chúng được tìm thấy trong hầu hết các thiết bị tiêu dùng hiện nay sử dụng pin. Chúng có thể được tìm thấy trong điện thoại, xe điện và xe golf chạy bằng pin.

Pin Lithium-Ion hoạt động như thế nào?

Pin lithium-ion được tạo thành từ một hoặc nhiều cell pin lithium-ion. Chúng cũng chứa một bảng mạch bảo vệ để ngăn ngừa sạc quá mức. Các cell pin được gọi là pin khi được lắp trong vỏ có bảng mạch bảo vệ.

Pin Lithium-Ion có giống với pin Lithium không?

Không. Pin lithium và pin lithium-ion rất khác nhau. Điểm khác biệt chính là pin lithium-ion có thể sạc lại. Một điểm khác biệt lớn nữa là thời hạn sử dụng. Pin lithium có thể sử dụng đến 12 năm nếu không sử dụng, trong khi pin lithium-ion chỉ có thời hạn sử dụng tối đa 3 năm.

Các thành phần chính của pin Lithium Ion là gì?

Pin lithium-ion có bốn thành phần chính. Đó là:

Anode

Cực dương cho phép dòng điện di chuyển từ pin ra mạch điện ngoài. Nó cũng lưu trữ các ion lithium khi sạc pin.

Catốt

Cực âm quyết định dung lượng và điện áp của pin. Nó tạo ra các ion lithium khi xả pin.

Chất điện giải

Chất điện phân là vật liệu đóng vai trò là đường dẫn cho các ion lithium di chuyển giữa cực âm và cực dương. Nó bao gồm các loại muối, phụ gia và nhiều loại dung môi khác nhau.

Bộ tách

Bộ phận cuối cùng trong pin lithium-ion là lớp ngăn cách. Nó hoạt động như một rào cản vật lý để giữ cho cực âm và cực dương tách biệt.

Pin lithium-ion hoạt động bằng cách di chuyển các ion lithium từ cực âm đến cực dương và ngược lại thông qua chất điện phân. Khi các ion di chuyển, chúng kích hoạt các electron tự do trong cực dương, tạo ra điện tích tại cực thu dòng điện dương. Các electron này chạy qua thiết bị, chẳng hạn như điện thoại hoặc xe golf, đến cực thu âm và trở lại cực âm. Dòng electron tự do bên trong pin bị ngăn chặn bởi bộ tách, đẩy chúng về phía các tiếp điểm.

Khi sạc pin lithium-ion, cực âm sẽ giải phóng các ion lithium và chúng di chuyển về phía cực dương. Khi xả, các ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm, tạo ra dòng điện.

Pin Lithium-Ion được phát minh khi nào?

Pin lithium-ion được hình thành lần đầu tiên vào những năm 70 bởi nhà hóa học người Anh Stanley Whittingham. Trong các thí nghiệm của mình, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều thành phần hóa học khác nhau để tìm ra một loại pin có thể tự sạc. Thử nghiệm đầu tiên của ông sử dụng titan disulfide và lithium làm điện cực. Tuy nhiên, pin thường bị đoản mạch và phát nổ.

Vào những năm 80, một nhà khoa học khác, John B. Goodenough, đã tiếp nhận thử thách này. Ngay sau đó, Akira Yoshino, một nhà hóa học người Nhật, đã bắt đầu nghiên cứu công nghệ này. Yoshino và Goodenough đã chứng minh rằng kim loại lithium là nguyên nhân chính gây ra các vụ nổ.

Vào những năm 90, công nghệ lithium-ion bắt đầu được chú ý và nhanh chóng trở thành nguồn năng lượng phổ biến vào cuối thập kỷ. Đây cũng là lần đầu tiên công nghệ này được Sony thương mại hóa. Hồ sơ an toàn kém cỏi của pin lithium đã thúc đẩy sự phát triển của pin lithium-ion.

Mặc dù pin lithium có thể chứa mật độ năng lượng cao hơn, nhưng chúng lại không an toàn khi sạc và xả. Mặt khác, pin lithium-ion khá an toàn khi sạc và xả nếu người dùng tuân thủ các hướng dẫn an toàn cơ bản.

Hóa chất ion Lithium nào tốt nhất?

Có rất nhiều loại hóa chất pin lithium-ion. Các loại có sẵn trên thị trường bao gồm:

Liti Titanat
Lithium Niken Coban Nhôm Oxit
Liti Niken Mangan Coban Oxit
Liti Mangan Oxit (LMO)
Lithium Cobalt Oxit
Lithium Sắt Phosphate (LiFePO4)

Có rất nhiều loại hóa chất cho pin lithium-ion. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm riêng. Tuy nhiên, một số chỉ phù hợp với những trường hợp sử dụng cụ thể. Do đó, việc lựa chọn loại pin nào sẽ phụ thuộc vào nhu cầu năng lượng, ngân sách, khả năng chịu đựng an toàn và mục đích sử dụng cụ thể của bạn.

Tuy nhiên, pin LiFePO4 là lựa chọn thương mại phổ biến nhất. Loại pin này chứa điện cực than chì carbon, đóng vai trò là cực dương, và phosphate đóng vai trò là cực âm. Chúng có tuổi thọ dài, lên đến 10.000 chu kỳ.

Ngoài ra, chúng còn có độ ổn định nhiệt tuyệt vời và có thể xử lý an toàn các đợt tăng đột biến ngắn hạn. Pin LiFePO4 được đánh giá có ngưỡng chịu nhiệt lên đến 510 độ F (260 độ C), mức cao nhất trong số các loại pin lithium-ion hiện có trên thị trường.

Ưu điểm của pin LiFePO4

So với pin axit chì và các loại pin lithium khác, pin lithium sắt phosphate có một lợi thế rất lớn. Chúng sạc và xả hiệu quả, tuổi thọ cao hơn và có thể sạc sâu.rõ ràngmà không bị mất dung lượng. Những ưu điểm này đồng nghĩa với việc pin mang lại khả năng tiết kiệm chi phí đáng kể trong suốt vòng đời so với các loại pin khác. Dưới đây là những ưu điểm cụ thể của loại pin này trong xe công suất thấp và thiết bị công nghiệp.

Pin LiFePO4 trong xe tốc độ thấp

Xe điện tốc độ thấp (LEV) là loại xe bốn bánh có trọng lượng dưới 3000 pound (khoảng 1360 kg). Chúng được cung cấp năng lượng bởi pin điện, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến cho xe điện sân golf và các mục đích giải trí khác.

Khi chọn pin cho xe LEV, một trong những yếu tố quan trọng nhất cần cân nhắc là tuổi thọ. Ví dụ, xe golf chạy bằng pin phải có đủ năng lượng để chạy quanh sân golf 18 lỗ mà không cần sạc lại.

Một điều quan trọng khác cần cân nhắc là lịch bảo trì. Một cục pin tốt sẽ không cần bảo trì để đảm bảo bạn tận hưởng tối đa các hoạt động giải trí.

Pin cũng phải có khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau. Ví dụ, nó cho phép bạn chơi golf cả trong cái nóng mùa hè lẫn mùa thu khi nhiệt độ xuống thấp.

Một loại pin tốt cũng phải đi kèm với hệ thống kiểm soát đảm bảo pin không quá nóng hoặc quá lạnh, làm giảm dung lượng pin.

Một trong những thương hiệu tốt nhất đáp ứng tất cả các điều kiện cơ bản nhưng quan trọng này là ROYPOW. Dòng pin lithium LiFePO4 của họ được đánh giá hoạt động ở nhiệt độ từ 4°F đến 131°F. Pin được tích hợp hệ thống quản lý pin và cực kỳ dễ lắp đặt.

Ứng dụng công nghiệp cho pin lithium-ion

Pin lithium-ion là một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp. Loại hóa chất được sử dụng phổ biến nhất là pin LiFePO4. Một số thiết bị phổ biến nhất sử dụng loại pin này là:

Xe nâng lối đi hẹp
Xe nâng đối trọng
Xe nâng 3 bánh
Xe nâng walkie
Người lái cuối và giữa

Có nhiều lý do khiến pin lithium-ion ngày càng phổ biến trong các ngành công nghiệp. Những lý do chính là:

Công suất cao và tuổi thọ cao

Pin lithium-ion có mật độ năng lượng và tuổi thọ cao hơn so với pin axit chì. Chúng có thể nhẹ bằng một phần ba trọng lượng và cung cấp cùng công suất.

Vòng đời của chúng là một lợi thế lớn khác. Đối với hoạt động công nghiệp, mục tiêu là giảm thiểu chi phí định kỳ ngắn hạn. Với pin lithium-ion, pin xe nâng có thể kéo dài tuổi thọ gấp ba lần, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể về lâu dài.

Chúng cũng có thể hoạt động ở độ sâu xả lớn hơn, lên đến 80% mà không ảnh hưởng đến công suất. Điều này còn mang lại một lợi thế khác là tiết kiệm thời gian. Hoạt động không cần phải dừng lại giữa chừng để thay pin, giúp tiết kiệm hàng nghìn giờ lao động trong một khoảng thời gian đủ dài.

Sạc tốc độ cao

Với ắc quy axit chì công nghiệp, thời gian sạc thông thường là khoảng tám giờ. Điều này tương đương với toàn bộ ca làm việc 8 giờ mà ắc quy không thể sử dụng. Do đó, người quản lý phải tính đến thời gian ngừng hoạt động này và mua thêm ắc quy.

Với pin LiFePO4, điều đó không phải là một thách thức. Một ví dụ điển hình làPin lithium LifePO4 công nghiệp ROYPOW, sạc nhanh gấp bốn lần so với ắc quy axit chì. Một lợi ích khác là khả năng duy trì hiệu suất trong quá trình xả. Ắc quy axit chì thường bị chậm hiệu suất khi xả.

Dòng pin công nghiệp ROYPOW cũng không gặp vấn đề về bộ nhớ nhờ hệ thống quản lý pin hiệu quả. Pin axit chì thường gặp vấn đề này, có thể dẫn đến việc không đạt được công suất tối đa.

Theo thời gian, nó sẽ gây ra hiện tượng sunfat hóa, có thể làm giảm một nửa tuổi thọ vốn đã ngắn của pin. Vấn đề này thường xảy ra khi pin axit chì được lưu trữ mà không được sạc đầy. Pin lithium có thể được sạc theo chu kỳ ngắn và được lưu trữ ở bất kỳ dung lượng nào trên 0 mà không gặp bất kỳ vấn đề gì.

An toàn và Xử lý

Pin LiFePO4 có một lợi thế rất lớn trong môi trường công nghiệp. Thứ nhất, chúng có độ ổn định nhiệt tuyệt vời. Những loại pin này có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 131°F (59°C) mà không bị hư hỏng. Pin axit chì sẽ mất tới 80% tuổi thọ ở nhiệt độ tương tự.

Một vấn đề khác là trọng lượng của pin. Với cùng dung lượng pin, pin axit chì nặng hơn đáng kể. Do đó, chúng thường cần thiết bị chuyên dụng và thời gian lắp đặt lâu hơn, dẫn đến giảm giờ làm việc.

Một vấn đề khác là an toàn lao động. Nhìn chung, pin LiFePO4 an toàn hơn pin axit chì. Theo hướng dẫn của OSHA, pin axit chì phải được lưu trữ trong một phòng đặc biệt với thiết bị được thiết kế để loại bỏ khói độc hại. Điều này làm tăng thêm chi phí và phức tạp cho hoạt động công nghiệp.

Phần kết luận

Pin lithium-ion có lợi thế rõ ràng trong môi trường công nghiệp và xe điện tốc độ thấp. Chúng có tuổi thọ cao hơn, do đó tiết kiệm chi phí cho người dùng. Loại pin này cũng không cần bảo trì, điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường công nghiệp, nơi tiết kiệm chi phí là tối quan trọng.