Какво представляват литиево-йонните батерии

Литиево-йонните батерии са популярен тип акумулаторна химия. Основно предимство, което тези батерии предлагат е, че те са презареждаеми. Благодарение на тази функция те се намират в повечето потребителски устройства днес, които използват батерия. Те могат да бъдат намерени в телефони, електрически превозни средства и колички за голф, захранвани с батерии.

Как работят литиево-йонните батерии?

Литиево-йонните батерии са съставени от една или няколко литиево-йонни клетки. Те също така съдържат защитна платка за предотвратяване на презареждане. Клетките се наричат батерии, след като са монтирани в корпус със защитна платка.

Литиево-йонните батерии същите ли са литиевите?

Не. Литиева батерия и литиево-йонна батерия са много различни. Основната разлика е, че последните са презареждаеми. Друга основна разлика е срокът на годност. Една литиева батерия може да издържи до 12 години неизползвана, докато литиево-йонните батерии имат срок на годност до 3 години.

Какви са ключовите компоненти на литиево-йонните батерии

Литиево-йонните клетки имат четири основни компонента. Това са:

Анод

Анодът позволява на електричеството да се движи от батерията към външна верига. Той също така съхранява литиеви йони при зареждане на батерията.

Катод

Катодът е това, което определя капацитета и напрежението на клетката. Той произвежда литиеви йони при разреждане на батерията.

Електролит

Електролитът е материал, който служи като проводник за движение на литиевите йони между катода и анода. Състои се от соли, добавки и различни разтворители.

Разделителят

Последната част от литиево-йонната клетка е сепараторът. Той действа като физическа бариера, за да държи катода и анода един от друг.

Литиево-йонните батерии работят чрез преместване на литиевите йони от катода към анода и обратно чрез електролита. Докато йоните се движат, те активират свободни електрони в анода, създавайки заряд в положителния колектор на ток. Тези електрони протичат през устройството, телефон или количка за голф, към отрицателния колектор и обратно в катода. Свободният поток на електрони вътре в батерията се предотвратява от сепаратора, принуждавайки ги към контактите.

Когато зареждате литиево-йонна батерия, катодът ще освободи литиеви йони и те се придвижват към анода. При разреждане литиевите йони се движат от анода към катода, което генерира поток от ток.

Кога са изобретени литиево-йонните батерии?

Литиево-йонните батерии са замислени за първи път през 70-те години от английския химик Стенли Уитингам. По време на неговите експерименти учените изследват различни химикали за батерия, която може да се зарежда сама. Първият му опит включва титанов дисулфид и литий като електроди. Батериите обаче биха дали късо съединение и експлодирали.

През 80-те години друг учен, Джон Б. Гуденаф, пое предизвикателството. Скоро след това Акира Йошино, японски химик, започва изследване на технологията. Йошино и Гуденаф доказаха, че металният литий е основната причина за експлозиите.

През 90-те години литиево-йонната технология започна да набира популярност, като бързо се превърна в популярен източник на енергия до края на десетилетието. Това отбеляза първия път, когато технологията беше комерсиализирана от Sony. Този лош показател за безопасност на литиевите батерии подтикна разработването на литиево-йонни батерии.

Докато литиевите батерии могат да поддържат по-висока енергийна плътност, те не са безопасни по време на зареждане и разреждане. От друга страна, литиево-йонните батерии са доста безопасни за зареждане и разреждане, когато потребителите се придържат към основните указания за безопасност.

Коя е най-добрата литиево-йонна химия?

Има многобройни видове химикали на литиево-йонни батерии. Наличните в търговската мрежа са:

Литиев титанат
Литиев никел кобалт алуминиев оксид
Литиев никел Манган Кобалтов оксид
Литиев манганов оксид (LMO)
Литиев кобалтов оксид
Литиево-железен фосфат (LiFePO4)

Има много видове химикали за литиево-йонни батерии. Всеки от тях има своите предимства и недостатъци. Някои обаче са подходящи само за конкретни случаи на употреба. Като такъв, типът, който изберете, ще зависи от вашите нужди от енергия, бюджет, толеранс за безопасност и специфичен случай на употреба.

Въпреки това LiFePO4 батериите са най-достъпната в търговската мрежа опция. Тези батерии съдържат графитен въглероден електрод, който служи като анод, и фосфат като катод. Те имат дълъг цикъл на живот до 10 000 цикъла.

В допълнение, те предлагат голяма термична стабилност и могат безопасно да се справят с кратки удари на търсенето. LiFePO4 батериите са оценени за праг на топлинно изпускане до 510 градуса по Фаренхайт, най-високата от всички налични в търговската мрежа типове литиево-йонни батерии.

Предимства на батериите LiFePO4

В сравнение с оловно-кисели и други базирани на литий батерии, литиево-железно-фосфатните батерии имат огромно предимство. Те се зареждат и разреждат ефективно, издържат по-дълго и могат да издържат дълбокоcleбез да губи капацитет. Тези предимства означават, че батериите предлагат огромни икономии на разходи през целия им живот в сравнение с други видове батерии. По-долу е даден поглед върху специфичните предимства на тези батерии в нискоскоростни превозни средства и промишлено оборудване.

LiFePO4 батерия в превозни средства с ниска скорост

Нискоскоростните електрически превозни средства (LEV) са четириколесни превозни средства, които тежат по-малко от 3000 паунда. Те се захранват от електрически батерии, което ги прави популярен избор за колички за голф и други развлекателни цели.

Когато избирате опцията за батерия за вашия LEV, едно от най-важните съображения е дълготрайността. Например количките за голф, захранвани с батерии, трябва да имат достатъчно мощност, за да обикалят голф игрище с 18 дупки, без да се налага да презареждат.

Друго важно съображение е графикът за поддръжка. Добрата батерия не трябва да изисква поддръжка, за да осигури максимално удоволствие от свободното ви занимание.

Батерията също трябва да може да работи при различни метеорологични условия. Например, трябва да ви позволява да играете голф както през летните жеги, така и през есента, когато температурите падат.

Една добра батерия трябва също така да се предлага със система за управление, която гарантира, че няма да прегрее или изстине твърде много, влошавайки нейния капацитет.

Една от най-добрите марки, която отговаря на всички тези основни, но важни условия, е ROYPOW. Тяхната линия от LiFePO4 литиеви батерии е предназначена за температури от 4°F до 131°F. Батериите се доставят с вградена система за управление на батерията и са изключително лесни за инсталиране.

Индустриални приложения за литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии са популярна опция в индустриалните приложения. Най-често използваната химия е LiFePO4 батериите. Някои от най-разпространените устройства за използване на тези батерии са:

Мотокари с тесен коридор
Мотокари с противотежест
3-колесни мотокари
Уоки стекери
Крайни и централни ездачи

Има много причини защо литиево-йонните батерии стават все по-популярни в промишлени условия. Основните са:

Голям капацитет и дълготрайност

Литиево-йонните батерии имат по-голяма енергийна плътност и дълготрайност в сравнение с оловно-киселинните батерии. Те могат да тежат една трета от теглото и да осигурят същата производителност.

Техният жизнен цикъл е друго голямо предимство. За промишлена операция целта е да се сведат до минимум краткосрочните повтарящи се разходи. С литиево-йонни батерии батериите на мотокари могат да издържат три пъти по-дълго, което води до огромни спестявания на разходи в дългосрочен план.

Те могат да работят и при по-голяма дълбочина на разреждане до 80% без никакво влияние върху капацитета им. Това има още едно предимство в спестяването на време. Не е необходимо операциите да спират по средата, за да сменят батериите, което може да доведе до спестяване на хиляди човекочасове за достатъчно дълъг период.

Високоскоростно зареждане

При индустриалните оловно-киселинни батерии нормалното време за зареждане е около осем часа. Това се равнява на цяла 8-часова смяна, при която батерията не е достъпна за използване. Следователно мениджърът трябва да отчете този престой и да закупи допълнителни батерии.

С LiFePO4 батерии това не е предизвикателство. Добър пример еROYPOW индустриални литиеви батерии LifePO4, които се зареждат четири пъти по-бързо от оловно-кисели батерии. Друго предимство е способността да остане ефективен по време на разреждане. Оловно-киселинните батерии често страдат от изоставане в производителността, докато се разреждат.

Линията индустриални батерии ROYPOW също няма проблеми с паметта, благодарение на ефективната система за управление на батерията. Оловно-киселинните батерии често страдат от този проблем, което може да доведе до невъзможност за достигане на пълен капацитет.

С течение на времето това причинява сулфатация, която може да намали и без това краткия им живот наполовина. Проблемът често възниква, когато оловно-кисели батерии се съхраняват без пълно зареждане. Литиевите батерии могат да се зареждат на кратки интервали и да се съхраняват при всякакъв капацитет над нулата без никакви проблеми.

Безопасност и работа

LiFePO4 батериите имат огромно предимство в промишлени условия. Първо, те имат голяма термична стабилност. Тези батерии могат да работят при температури до 131°F, без да се повредят. Оловно-киселинните батерии биха загубили до 80% от жизнения си цикъл при подобна температура.

Друг проблем е теглото на батериите. За подобен капацитет на батерията, оловно-киселинните батерии тежат значително повече. Като такива, те често се нуждаят от специфично оборудване и по-дълго време за монтаж, което може да доведе до по-малко човекочасове, прекарани в работата.

Друг проблем е безопасността на работниците. Като цяло LiFePO4 батериите са по-безопасни от оловно-киселинните батерии. Съгласно указанията на OSHA, оловно-киселинните батерии трябва да се съхраняват в специално помещение с оборудване, предназначено да елиминира опасните изпарения. Това въвежда допълнителни разходи и сложност в една промишлена операция.

Заключение

Литиево-йонните батерии имат очевидно предимство в промишлени условия и за нискоскоростни електрически превозни средства. Те издържат по-дълго, като по този начин спестяват пари на потребителите. Тези батерии също не изискват поддръжка, което е особено важно в индустриална среда, където спестяването на разходи е от първостепенно значение.