Šta su litijum-jonske baterije

Litijum-jonske baterije su popularna vrsta hemijske baterije. Glavna prednost ovih baterija je mogućnost punjenja. Zbog ove karakteristike, oni se nalaze u većini potrošačkih uređaja danas koji koriste bateriju. Mogu se naći u telefonima, električnim vozilima i kolicima za golf na baterije.

Kako rade litijum-jonske baterije?

Litijum-jonske baterije se sastoje od jedne ili više litijum-jonskih ćelija. Takođe sadrže zaštitnu ploču za sprečavanje prekomernog punjenja. Ćelije se nazivaju baterijama kada se jednom ugrade u kućište sa zaštitnom pločom.

Da li su litijum-jonske baterije iste kao i litijumske baterije?

Ne. Litijumska baterija i litijum-jonska baterija se znatno razlikuju. Glavna razlika je u tome što se potonji mogu puniti. Druga velika razlika je rok trajanja. Litijumska baterija može trajati do 12 godina nekorišćena, dok litijum-jonske baterije imaju rok trajanja do 3 godine.

Koje su ključne komponente litijum-jonskih baterija

Litijum-jonske ćelije imaju četiri glavne komponente. ovo su:

Anoda

Anoda omogućava da se električna energija kreće iz baterije u vanjski krug. Također pohranjuje litijum jone prilikom punjenja baterije.

Katoda

Katoda je ono što određuje kapacitet i napon ćelije. Prilikom pražnjenja baterije proizvodi litijum jone.

Elektrolit

Elektrolit je materijal koji služi kao provod za litijum jone da se kreću između katode i anode. Sastoji se od soli, aditiva i raznih rastvarača.

The Separator

Posljednji dio u litijum-jonskoj ćeliji je separator. Djeluje kao fizička barijera koja drži katodu i anodu odvojeno.

Litijum-jonske baterije rade tako što pomeraju litijum ione sa katode na anodu i obrnuto preko elektrolita. Kako se joni kreću, oni aktiviraju slobodne elektrone u anodi, stvarajući naboj na pozitivnom kolektoru struje. Ovi elektroni teku kroz uređaj, telefon ili kolica za golf, do negativnog kolektora i nazad u katodu. Slobodan protok elektrona unutar baterije sprečava separator, tjerajući ih prema kontaktima.

Kada punite litijum-jonsku bateriju, katoda će osloboditi litijum ione, a oni se kreću prema anodi. Prilikom pražnjenja, litijum joni se kreću od anode do katode, što stvara protok struje.

Kada su izumljene litijum-jonske baterije?

Litijum-jonske baterije prvi je osmislio 70-ih godina prošlog veka engleski hemičar Stanley Whittingham. Tokom njegovih eksperimenata, naučnici su istraživali različite hemije za bateriju koja bi se mogla sama puniti. Njegovo prvo ispitivanje uključivalo je titanijum disulfid i litijum kao elektrode. Međutim, baterije bi se kratko spojile i eksplodirale.

U 80-im godinama, drugi naučnik, John B. Goodenough, prihvatio se izazova. Ubrzo nakon toga, Akira Yoshino, japanski hemičar, započeo je istraživanje tehnologije. Yoshino i Goodenough su dokazali da je metalni litijum glavni uzrok eksplozija.

U 90-im godinama, litijum-jonska tehnologija je počela da dobija na snazi, brzo je postala popularan izvor energije do kraja decenije. To je bio prvi put da je Sony komercijalizirao tehnologiju. Ta loša sigurnosna evidencija litijumskih baterija potaknula je razvoj litijum-jonskih baterija.

Dok litijumske baterije mogu imati veću gustoću energije, one su nesigurne tokom punjenja i pražnjenja. S druge strane, litijum-jonske baterije su prilično sigurne za punjenje i pražnjenje kada se korisnici pridržavaju osnovnih sigurnosnih smjernica.

Koja je najbolja hemija litijum jona?

Postoje brojne vrste hemijskih litijum-jonskih baterija. Komercijalno dostupne su:

Litijum titanat
Litijum nikl kobalt aluminijum oksid
Litijum nikl mangan kobalt oksid
Litijum mangan oksid (LMO)
Litijum kobalt oksid
Litijum gvožđe fosfat (LiFePO4)

Postoje brojne vrste hemikalija za litijum-jonske baterije. Svaki od njih ima svoje dobre i loše strane. Međutim, neki su prikladni samo za specifične slučajeve upotrebe. Kao takav, tip koji odaberete ovisit će o vašim potrebama za energijom, budžetu, sigurnosnoj toleranciji i specifičnom slučaju upotrebe.

Međutim, LiFePO4 baterije su komercijalno najdostupnija opcija. Ove baterije sadrže grafitnu ugljičnu elektrodu, koja služi kao anoda, i fosfat kao katoda. Imaju dug životni vijek do 10.000 ciklusa.

Osim toga, nude veliku termičku stabilnost i mogu bezbedno da podnesu kratke prenapone u potražnji. LiFePO4 baterije su ocijenjene za temperaturni prag do 510 stepeni Farenhajta, najviši od svih komercijalno dostupnih litijum-jonskih baterija.

Prednosti LiFePO4 baterija

U poređenju sa olovnom kiselinom i drugim baterijama na bazi litijuma, litijum-gvožđe-fosfatne baterije imaju ogromnu prednost. Efikasno se pune i prazne, duže traju i mogu duboko da se prazneclebez gubitka kapaciteta. Ove prednosti znače da baterije nude ogromne uštede tokom svog životnog veka u poređenju sa drugim tipovima baterija. Ispod je pogled na specifične prednosti ovih baterija u motornim vozilima male brzine i industrijskoj opremi.

LiFePO4 baterija u vozilima s malim brzinama

Električna vozila male brzine (LEV) su vozila na četiri točka koja teže manje od 3000 funti. Napajaju ih električne baterije, što ih čini popularnim izborom za kolica za golf i druge rekreativne svrhe.

Prilikom odabira opcije baterije za vaš LEV, jedno od najvažnijih razmatranja je dugovječnost. Na primjer, kolica za golf na baterije bi trebala imati dovoljno snage za vožnju po golf terenu sa 18 rupa bez potrebe za punjenjem.

Još jedno važno pitanje je raspored održavanja. Dobra baterija ne bi trebala zahtijevati održavanje kako bi osigurala maksimalno uživanje u vašoj ležernoj aktivnosti.

Baterija bi takođe trebala biti u stanju da radi u različitim vremenskim uslovima. Na primjer, trebao bi vam omogućiti da igrate golf i na ljetnim vrućinama i u jesen kada temperature padnu.

Dobra baterija bi također trebala imati kontrolni sistem koji osigurava da se ne pregrijava ili hladi previše, smanjujući njen kapacitet.

Jedan od najboljih brendova koji ispunjava sve ove osnovne, ali važne uslove je ROYPOW. Njihova linija LiFePO4 litijumskih baterija predviđena je za temperature od 4°F do 131°F. Baterije dolaze sa ugrađenim sistemom upravljanja baterijama i izuzetno su jednostavne za instalaciju.

Industrijske primjene za litijum-jonske baterije

Litijum-jonske baterije su popularna opcija u industrijskim aplikacijama. Najčešća hemija koja se koristi su LiFePO4 baterije. Neke od najčešćih uređaja za korištenje ovih baterija su:

Viljuškari za uski prolaz
Kontrautežni viljuškari
Viličari sa 3 točka
Walkie stackers
Krajnji i središnji vozači

Mnogo je razloga zašto litijum-jonske baterije postaju sve popularnije u industrijskim okruženjima. Glavni su:

Visok kapacitet i dugovečnost

Litijum-jonske baterije imaju veću gustoću energije i dugovečnost u odnosu na olovno-kiselinske baterije. Mogu težiti trećinu težine i isporučiti isti učinak.

Njihov životni ciklus je još jedna velika prednost. Za industrijsku operaciju, cilj je da se kratkoročni periodični troškovi svedu na minimum. Sa litijum-jonskim baterijama, baterije za viljuškare mogu trajati tri puta duže, što dugoročno dovodi do velikih ušteda.

Mogu raditi i na većoj dubini pražnjenja do 80% bez ikakvog utjecaja na njihov kapacitet. To ima još jednu prednost u uštedi vremena. Operacije se ne moraju zaustaviti na pola puta da bi se zamijenile baterije, što može dovesti do uštede hiljada radnih sati tokom dovoljno dugog perioda.

Punjenje velike brzine

Kod industrijskih olovno-kiselinskih baterija, normalno vrijeme punjenja je oko osam sati. To je jednako cijeloj smjeni od 8 sati u kojoj baterija nije dostupna za korištenje. Shodno tome, menadžer mora uzeti u obzir ovaj zastoj i kupiti dodatne baterije.

Sa LiFePO4 baterijama to nije izazov. Dobar primjer jeROYPOW industrijske LifePO4 litijumske baterije, koji se pune četiri puta brže od olovnih baterija. Još jedna prednost je sposobnost da ostane efikasan tokom pražnjenja. Olovne baterije često zaostaju u performansama dok se isprazne.

ROYPOW linija industrijskih baterija takođe nema problema sa memorijom, zahvaljujući efikasnom sistemu upravljanja baterijama. Olovne baterije često pate od ovog problema, što može dovesti do neuspjeha u dostizanju punog kapaciteta.

S vremenom uzrokuje sulfaciju, što može prepoloviti njihov ionako kratak vijek trajanja. Problem se često javlja kada se olovne baterije pohranjuju bez potpunog punjenja. Litijumske baterije se mogu puniti u kratkim intervalima i skladištiti na bilo koji kapacitet iznad nule bez ikakvih problema.

Sigurnost i rukovanje

LiFePO4 baterije imaju veliku prednost u industrijskim okruženjima. Prvo, imaju veliku termičku stabilnost. Ove baterije mogu raditi na temperaturama do 131°F bez ikakvih oštećenja. Olovne baterije bi izgubile do 80% svog životnog ciklusa na sličnoj temperaturi.

Drugi problem je težina baterija. Za sličan kapacitet baterije, olovne baterije teže znatno više. Kao takvi, često im je potrebna posebna oprema i duže vrijeme instalacije, što može dovesti do manje radnih sati utrošenih na posao.

Drugo pitanje je sigurnost radnika. Općenito, LiFePO4 baterije su sigurnije od olovnih baterija. Prema OSHA smjernicama, olovne baterije moraju biti pohranjene u posebnoj prostoriji s opremom dizajniranom za uklanjanje opasnih isparenja. To unosi dodatni trošak i složenost u industrijsku operaciju.

Zaključak

Litijum-jonske baterije imaju jasnu prednost u industrijskim okruženjima i za električna vozila male brzine. Traju duže, a samim tim štede novac korisnicima. Ove baterije takođe ne zahtevaju održavanje, što je posebno važno u industrijskom okruženju gde je ušteda najvažnija.