Co jsou lithium-iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbeným typem chemie baterií. Velkou výhodou těchto baterií je, že jsou dobíjecí. Díky této vlastnosti se dnes nacházejí ve většině spotřebitelských zařízení, která používají baterii. Lze je nalézt v telefonech, elektrických vozidlech a golfových vozících na baterie.

Jak fungují lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie se skládají z jednoho nebo více lithium-iontových článků. Obsahují také ochrannou desku s obvody, aby se zabránilo přebíjení. Články se nazývají baterie, jakmile jsou instalovány v pouzdře s ochranným obvodem.

Jsou lithium-iontové baterie stejné jako lithiové baterie?

Ne. Lithiová baterie a lithium-iontová baterie se výrazně liší. Hlavní rozdíl je v tom, že ty druhé jsou dobíjecí. Dalším zásadním rozdílem je trvanlivost. Lithiová baterie může vydržet až 12 let nepoužívaná, zatímco lithium-iontové baterie mají životnost až 3 roky.

Jaké jsou klíčové součásti lithium-iontových baterií

Lithium-iontové články mají čtyři hlavní složky. Jedná se o:

Anoda

Anoda umožňuje přesun elektřiny z baterie do vnějšího obvodu. Při nabíjení baterie také ukládá ionty lithia.

Katoda

Katoda určuje kapacitu a napětí článku. Při vybíjení baterie produkuje ionty lithia.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, který slouží jako kanál pro pohyb iontů lithia mezi katodou a anodou. Skládá se ze solí, přísad a různých rozpouštědel.

Separátor

Posledním kusem v lithium-iontovém článku je separátor. Funguje jako fyzická bariéra, která udržuje katodu a anodu od sebe.

Lithium-iontové baterie fungují tak, že přesouvají ionty lithia z katody na anodu a naopak prostřednictvím elektrolytu. Jak se ionty pohybují, aktivují volné elektrony v anodě a vytvářejí náboj na kladném kolektoru proudu. Tyto elektrony proudí přes zařízení, telefon nebo golfový vozík, do negativního kolektoru a zpět do katody. Volnému toku elektronů uvnitř baterie brání separátor, který je tlačí ke kontaktům.

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

Kdy byly vynalezeny lithium-iontové baterie?

Lithium-iontové baterie byly poprvé vytvořeny v 70. letech anglickým chemikem Stanley Whittinghamem. Během jeho experimentů vědci zkoumali různé chemické látky pro baterii, která by se mohla dobíjet. Jeho první pokus zahrnoval disulfid titanu a lithium jako elektrody. Baterie by však zkratovaly a explodovaly.

V 80. letech se této výzvy chopil další vědec, John B. Goodenough. Brzy poté, Akira Yoshino, japonský chemik, zahájil výzkum této technologie. Yoshino a Goodenough dokázali, že hlavní příčinou explozí byl kov lithia.

V 90. letech se lithium-iontová technologie začala prosazovat a do konce desetiletí se rychle stala oblíbeným zdrojem energie. Bylo to poprvé, kdy tuto technologii komercializovala společnost Sony. Tato špatná bezpečnost lithiových baterií podnítila vývoj lithium-iontových baterií.

Zatímco lithiové baterie mohou pojmout vyšší hustotu energie, nejsou bezpečné během nabíjení a vybíjení. Na druhou stranu je nabíjení a vybíjení lithium-iontových baterií zcela bezpečné, pokud uživatelé dodržují základní bezpečnostní pokyny.

Jaká je nejlepší lithium-iontová chemie?

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

Titanát lithný
Lithium Nikel Cobalt Oxid hlinitý
Lithium Nikl Mangan Kobalt Oxid
Lithium-manganový oxid (LMO)
Lithium Cobalt Oxide
Lithium-železo fosfát (LiFePO4)

Existuje mnoho typů chemikálií pro lithium-iontové baterie. Každý z nich má své klady a zápory. Některé jsou však vhodné pouze pro specifické případy použití. Typ, který si vyberete, bude záviset na vašich potřebách napájení, rozpočtu, bezpečnostní toleranci a konkrétním případu použití.

LiFePO4 baterie jsou však komerčně nejdostupnější možností. Tyto baterie obsahují grafitovou uhlíkovou elektrodu, která slouží jako anoda, a fosfát jako katodu. Mají dlouhou životnost až 10 000 cyklů.

Kromě toho nabízejí velkou tepelnou stabilitu a bezpečně zvládají krátké rázy poptávky. Baterie LiFePO4 jsou dimenzovány na práh tepelného úniku až 510 stupňů Fahrenheita, což je nejvyšší ze všech komerčně dostupných typů lithium-iontových baterií.

Výhody LiFePO4 baterií

Ve srovnání s olovnatými a jinými bateriemi na bázi lithia mají lithium-železofosfátové baterie obrovskou výhodu. Efektivně se nabíjejí a vybíjejí, vydrží déle a mohou se hluboce nabíjetklbez ztráty kapacity. Tyto výhody znamenají, že baterie nabízejí během své životnosti obrovské úspory nákladů ve srovnání s jinými typy baterií. Níže je uveden pohled na konkrétní výhody těchto baterií v nízkorychlostních elektrických vozidlech a průmyslových zařízeních.

Baterie LiFePO4 v nízkorychlostních vozidlech

Nízkorychlostní elektrická vozidla (LEV) jsou čtyřkolová vozidla, která váží méně než 3000 liber. Jsou napájeny elektrickými bateriemi, což z nich dělá oblíbenou volbu pro golfové vozíky a další rekreační využití.

Při výběru baterie pro váš LEV je jedním z nejdůležitějších faktorů životnost. Například golfové vozíky na baterie by měly mít dostatek energie pro jízdu po 18jamkovém golfovém hřišti bez nutnosti dobíjení.

Dalším důležitým aspektem je plán údržby. Dobrá baterie by neměla vyžadovat žádnou údržbu, aby zajistila maximální požitek z vaší volné činnosti.

Baterie by také měla být schopna provozu za různých povětrnostních podmínek. Například by vám měl umožnit hrát golf jak v letních vedrech, tak na podzim, kdy teploty klesají.

Dobrá baterie by také měla být vybavena řídicím systémem, který zajistí, že se nepřehřívá nebo příliš nechladí, čímž se snižuje její kapacita.

Jednou z nejlepších značek, která splňuje všechny tyto základní, ale důležité podmínky, je ROYPOW. Jejich řada lithiových baterií LiFePO4 je určena pro teploty 4 °F až 131 °F. Baterie jsou dodávány s vestavěným systémem správy baterií a jejich instalace je velmi snadná.

Průmyslové aplikace pro lithium-iontové baterie

Lithium-iontové baterie jsou oblíbenou možností v průmyslových aplikacích. Nejčastěji používanou chemií jsou LiFePO4 baterie. Některé z nejběžnějších zařízení pro použití těchto baterií jsou:

Vysokozdvižné vozíky pro úzké uličky
Protizávažné vysokozdvižné vozíky
3kolové vysokozdvižné vozíky
Vysílací zakladače
Koncoví a středoví jezdci

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

Vysoká kapacita a životnost

Lithium-iontové baterie mají ve srovnání s olověnými bateriemi větší hustotu energie a dlouhou životnost. Mohou vážit třetinu hmotnosti a dodávat stejný výkon.

Jejich životní cyklus je další velkou výhodou. U průmyslového provozu je cílem udržet krátkodobé opakující se náklady na minimu. S lithium-iontovými bateriemi mohou baterie vysokozdvižných vozíků vydržet třikrát déle, což z dlouhodobého hlediska vede k obrovským úsporám nákladů.

Mohou také pracovat ve větší hloubce vybití až 80% bez jakéhokoli dopadu na jejich kapacitu. To má další výhodu v úspoře času. Operace se nemusí zastavovat uprostřed, aby se vyměnily baterie, což může vést k úspoře tisíců člověkohodin za dostatečně dlouhou dobu.

Vysokorychlostní nabíjení

U průmyslových olověných akumulátorů je běžná doba nabíjení kolem osmi hodin. To odpovídá celé 8hodinové směně, kdy je baterie nedostupná pro použití. V důsledku toho musí manažer počítat s tímto prostojem a zakoupit další baterie.

S LiFePO4 bateriemi to není problém. Dobrým příkladem jePrůmyslové lithiové baterie ROYPOW LifePO4, které se nabíjejí čtyřikrát rychleji než olověné baterie. Další výhodou je schopnost zůstat efektivní během vybíjení. Olověné baterie často trpí zpožděním ve výkonu, když se vybíjejí.

Řada průmyslových baterií ROYPOW také nemá žádné problémy s pamětí, a to díky efektivnímu systému správy baterií. Olověné baterie často trpí tímto problémem, což může vést k selhání dosažení plné kapacity.

Postupem času způsobuje sulfataci, která může zkrátit jejich již tak krátkou životnost na polovinu. Problém se často vyskytuje, když jsou olověné baterie skladovány bez úplného nabití. Lithiové baterie lze nabíjet v krátkých intervalech a bez problémů skladovat při libovolné kapacitě nad nulou.

Bezpečnost a manipulace

LiFePO4 baterie mají obrovskou výhodu v průmyslovém prostředí. Za prvé, mají velkou tepelnou stabilitu. Tyto baterie mohou pracovat při teplotách až 131 °F bez poškození. Olověné baterie by při podobné teplotě ztratily až 80 % svého životního cyklu.

Dalším problémem je hmotnost baterií. Při podobné kapacitě baterie váží olověné baterie podstatně více. Jako takové často potřebují specifické vybavení a delší dobu instalace, což může vést k menšímu počtu hodin strávených prací.

Dalším problémem je bezpečnost pracovníků. Obecně jsou LiFePO4 baterie bezpečnější než olověné baterie. Podle směrnic OSHA musí být olověné baterie skladovány ve speciální místnosti s vybavením určeným k eliminaci nebezpečných výparů. To vnáší do průmyslového provozu dodatečné náklady a složitost.

Závěr

Lithium-iontové baterie mají jasnou výhodu v průmyslovém prostředí a pro nízkorychlostní elektrická vozidla. Vydrží déle, čímž uživatelům šetří peníze. Tyto baterie jsou také bezúdržbové, což je zvláště důležité v průmyslovém prostředí, kde je prvořadá úspora nákladů.