Co jsou lithium iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbeným typem chemie baterie. Hlavní výhodou, kterou tyto baterie nabízejí, je to, že jsou dobíjecí. Díky této funkci se dnes nacházejí ve většině spotřebitelských zařízení, která používají baterii. Najdete je v telefonech, elektrických vozidlech a golfových vozících poháněných bateriími.

Jak fungují lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie se skládají z jedné nebo více lithium-iontových buněk. Obsahují také desku ochranných obvodů, aby se zabránilo přebíjení. Buňky se nazývají baterie po instalaci v pouzdru s ochrannou deskou.

Jsou lithium-iontové baterie stejné jako lithiové baterie?

Ne. Lithiová baterie a lithium-iontová baterie se nesmírně liší. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že posledně jmenovaný je dobíjecí. Dalším velkým rozdílem je životnost. Lithiová baterie může trvat až 12 let nevyužité, zatímco lithium-iontové baterie mají trvanlivost až 3 roky.

Jaké jsou klíčové komponenty lithium -iontových baterií

Lithium-iontové buňky mají čtyři hlavní složky. To jsou:

Anoda

Anoda umožňuje elektřinu přesunout z baterie na externí obvod. Při nabíjení baterie také ukládá lithiové ionty.

Katoda

Katoda je to, co určuje kapacitu a napětí buňky. Při vybíjení baterie produkuje lithiové ionty.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, který slouží jako potrubí pro lithiové ionty k pohybu mezi katodou a anodou. Skládá se ze solí, přísad a různých rozpouštědel.

Separátor

Posledním kusem v lithium-iontové buňce je separátor. Působí jako fyzická bariéra, aby katoda a anoda oddělila.

Lithium-iontové baterie fungují přesunutím lithiových iontů z katody do anody a naopak elektrolytem. Jak se ionty pohybují, aktivují volné elektrony v anodě a vytvářejí náboj u pozitivního proudového kolektoru. Tyto elektrony protékají zařízením, telefonem nebo golfovým vozíkem, k negativnímu sběrateli a zpět do katody. Oddělovač je zabráněn volný tok elektronů uvnitř baterie a nutí je k kontaktům.

Když nabíjíte lithium-iontovou baterii, katoda uvolní lithiové ionty a pohybují se směrem k anodě. Při vybíjení se lithiové ionty pohybují z anody na katodu, která vytváří tok proudu.

Kdy byly vynalezeny lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie byly poprvé koncipovány v 70. letech anglickým chemikem Stanleym Whittinghamem. Během jeho experimentů vědci zkoumali různé chemie na baterii, která by se mohla dobít. Jeho první pokus zahrnoval titanový disulfid a lithium jako elektrody. Baterie by však zkratovaly a explodovaly.

V 80. letech se tuto výzvu zúčastnil dalšího vědce John B. Goodenough. Brzy poté začal Akira Yoshino, japonský chemik, zkoumat technologii. Yoshino a Goodenough dokázali, že lithiový kov je hlavní příčinou výbuchu.

V 90. letech začala technologie lithium-iontů získávat trakci a do konce desetiletí se rychle stala populárním zdrojem energie. Poprvé to znamenalo, že technologie byla komercializována společností Sony. Tento špatný bezpečnostní záznam lithiových baterií vyvolal vývoj lithium-iontových baterií.

Zatímco lithiové baterie mohou udržovat vyšší hustotu energie, jsou během nabíjení a vypouštění nebezpečné. Na druhé straně jsou lithium-iontové baterie poměrně bezpečné na nabíjení a vypouštění, když uživatelé dodržují základní bezpečnostní pokyny.

Jaká je nejlepší chemie iontů lithium?

Existuje mnoho typů chemií lithium-iontových baterií. Komerčně dostupné jsou:

Lithium Titanate
Lithium nikl kobalt oxid hlinitý
Oxid kobaltu lithia niklu
Oxid lithia manganového oxidu (LMO)
Oxid lithium kobaltu
Fosfát železa lithia (LifePO4)

Existuje mnoho typů chemií pro lithium-iontové baterie. Každý z nich má své vzestupy a nevýhody. Některé jsou však vhodné pouze pro konkrétní případy použití. Typ, který si vyberete, bude proto záviset na vašich potřebách napájení, rozpočtu, toleranci bezpečnosti a konkrétním případu použití.

Batterie LifePO4 jsou však nejvíce komerčně dostupnou možností. Tyto baterie obsahují grafitovou uhlíkovou elektrodu, která slouží jako anoda a fosfát jako katoda. Mají dlouhou životnost cyklu až 10 000 cyklů.

Navíc nabízejí skvělou tepelnou stabilitu a mohou bezpečně zvládnout krátké nárůst poptávky. Baterie LifePO4 jsou hodnoceny pro tepelný prahový prahová hodnota až 510 stupňů Fahrenheita, nejvyšší z jakéhokoli komerčně dostupného typu lithium-iontové baterie.

Výhody baterií LifePo4

Ve srovnání s olověnou kyselinou a jinými bateriemi na bázi lithia mají baterie lithium železné fosfáty obrovskou výhodu. Účtují a vypouštějí efektivně, vydrží déle a mohou hluboko cykliClebez ztráty kapacity. Tyto výhody znamenají, že baterie nabízejí obrovské úspory nákladů během jejich života ve srovnání s jinými typy baterií. Níže je uvedeno na konkrétní výhody těchto baterií v nízkorychlostním napájecím vozidlech a průmyslových zařízeních.

Baterie LifePO4 v nízkorychlostních vozidlech

Nízkorychlostní elektrická vozidla (LEV) jsou vozidla se čtyřmi koly, která váží méně než 3000 liber. Jsou poháněny elektrickými bateriemi, což z nich činí oblíbenou volbu pro golfové vozíky a další rekreační použití.

Při výběru možnosti baterie pro váš LEV je jedním z nejdůležitějších úvah dlouhověkost. Například golfové vozíky napájené z baterií by měly mít dostatek energie na to, aby projížděly 18-ti jamkové golfové hřiště, aniž by se musely dobít.

Dalším důležitým hlediskem je plán údržby. Dobrá baterie by neměla vyžadovat žádnou údržbu, aby se zajistilo maximální potěšení z vaší neuspěchané činnosti.

Baterie by měla být také schopna pracovat v různých povětrnostních podmínkách. Například by vám mělo umožnit golf jak v letním žáru, tak na podzim, kdy teploty klesnou.

Dobrá baterie by měla také přicházet s řídicím systémem, který zajišťuje, že se příliš nepřehřívá ani ochladí, což zhoršuje jeho kapacitu.

Jednou z nejlepších značek, které splňují všechny tyto základní, ale důležité podmínky, je Roypow. Jejich řada lithiových baterií LifePO4 je hodnocena na teploty 4 ° F až 131 ° F. Baterie přicházejí s vestavěným systémem správy baterií a jsou velmi snadno nainstalovatelné.

Průmyslové aplikace pro lithium -iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbenou možností v průmyslových aplikacích. Nejběžnější používanou chemií jsou baterie LifePo4. Některé z nejběžnějších zařízení pro použití těchto baterií jsou:

Úzké vozíky z uličky
Countervarned ForKlifts
Vysokozdvižné vozíky 3 kol
Walkie stohovače
Konec a středové jezdci

Existuje mnoho důvodů, proč lithium -iontové baterie rostou v popularitě v průmyslovém prostředí. Hlavní jsou:

Vysoká kapacita a dlouhověkost

Lithium-iontové baterie mají větší hustotu energie a dlouhověkost ve srovnání s olovnatými bateriemi. Mohou zvážit třetinu hmotnosti a dodávat stejný výstup.

Jejich životní cyklus je další hlavní výhodou. Pro průmyslovou operaci je cílem udržet krátkodobé opakující se náklady na minimum. U lithium-iontových baterií mohou baterie vysokozdvižný vozík trvat třikrát tak dlouho, což vede k obrovským úsporám nákladů v dlouhodobém horizontu.

Mohou také pracovat ve větší hloubce propuštění až 80% bez jakéhokoli dopadu na jejich kapacitu. To má další výhodu v úsporách času. Operace se nemusí zastavit uprostřed, aby vyměnily baterie, což může vést k tisícům mužských hodin ušetřených po dostatečně velké období.

Vysokorychlostní nabíjení

U průmyslových baterií s olověným kyselinou je normální doba nabíjení přibližně osm hodin. To se rovná celému 8hodinovému posunu, kde je baterie k použití nedostupná. V důsledku toho musí manažer za tento prostoj a zakoupit další baterie.

S bateriemi LifePo4 to není výzva. Dobrým příkladem jeRoypow Industrial LifePo4 lithiové baterie, které se nabijí čtyřikrát rychleji než olověné kyselé baterie. Další výhodou je schopnost zůstat efektivní během propouštění. Při výtoku často trpí zpožděním baterie olověné kyseliny.

Řada průmyslových baterií Roypow také nemá problémy s pamětí, a to díky efektivnímu systému správy baterií. Kyselé baterie olova často trpí tímto problémem, což může vést k neschopnosti dosáhnout plné kapacity.

Postupem času způsobuje sulfataci, která může snížit jejich již krátkou životnost na polovinu. Problém často nastává, když jsou olověné kyselé baterie uloženy bez plného nabití. Lithiové baterie mohou být nabíjeny v krátkých intervalech a uloženy v jakékoli kapacitě nad nulou bez problémů.

Bezpečnost a manipulace

Baterie LifePO4 mají obrovskou výhodu v průmyslovém prostředí. Nejprve mají velkou tepelnou stabilitu. Tyto baterie mohou pracovat při teplotách až 131 ° F, aniž by utrpěly poškození. Kyselé baterie olova by ztratily až 80% svého životního cyklu při podobné teplotě.

Dalším problémem je hmotnost baterií. Pro podobnou kapacitu baterie váží kyselé baterie olova výrazně více. Jako takové často potřebují konkrétní vybavení a delší dobu instalace, což může vést k méně lidské hodině strávené v práci.

Dalším problémem je bezpečnost pracovníků. Obecně jsou baterie LifePO4 bezpečnější než baterie olověné kyselé. Podle pokynů OSHA musí být olověné baterie uloženy ve speciální místnosti s vybavením určeným k odstranění nebezpečných výparů. To zavádí dodatečné náklady a složitost do průmyslové operace.

Závěr

Lithium-iontové baterie mají jasnou výhodu v průmyslových prostředích a pro elektrická vozidla s nízkou rychlostí. Vydrží déle a následně ušetří peníze. Tyto baterie jsou také nulové údržby, což je zvláště důležité v průmyslovém prostředí, kde je úspora nákladů prvořadá.