Hvad er lithium-ion-batterier

Lithium-ion-batterier er en populær type batterikemi. En stor fordel ved disse batterier er, at de er genopladelige. På grund af denne funktion findes de i de fleste forbrugerenheder i dag, der bruger et batteri. De kan findes i telefoner, elektriske køretøjer og batteridrevne golfvogne.

Hvordan virker lithium-ion-batterier?

Lithium-ion-batterier består af en eller flere lithium-ion-celler. De indeholder også et beskyttende printkort for at forhindre overopladning. Cellerne kaldes batterier, når de er installeret i et hus med et beskyttende printkort.

Er lithium-ion-batterier det samme som lithium-batterier?

Nej. Et lithium-batteri og et lithium-ion-batteri er vidt forskellige. Den største forskel er, at sidstnævnte er genopladelige. En anden stor forskel er holdbarheden. Et lithium-batteri kan holde op til 12 år ubrugt, mens lithium-ion-batterier har en holdbarhed på op til 3 år.

Hvad er nøglekomponenterne i lithium-ion-batterier

Lithium-ion-celler har fire hovedkomponenter. Disse er:

Anode

Anoden tillader elektricitet at flytte fra batteriet til et eksternt kredsløb. Den gemmer også lithium-ioner, når batteriet oplades.

Katode

Katoden er det, der bestemmer cellens kapacitet og spænding. Det producerer lithium-ioner, når batteriet aflades.

Elektrolyt

Elektrolytten er et materiale, der tjener som en kanal for lithiumioner til at bevæge sig mellem katoden og anoden. Det er sammensat af salte, tilsætningsstoffer og forskellige opløsningsmidler.

Separatoren

Det sidste stykke i en lithium-ion-celle er separatoren. Det fungerer som en fysisk barriere for at holde katoden og anoden adskilt.

Lithium-ion-batterier fungerer ved at flytte lithium-ioner fra katoden til anoden og omvendt via elektrolytten. Når ionerne bevæger sig, aktiverer de frie elektroner i anoden, hvilket skaber en ladning ved den positive strømkollektor. Disse elektroner strømmer gennem enheden, en telefon eller golfvogn, til den negative opsamler og tilbage ind i katoden. Den frie strøm af elektroner inde i batteriet forhindres af separatoren, hvilket tvinger dem mod kontakterne.

Når du oplader et lithium-ion-batteri, vil katoden frigive lithium-ioner, og de bevæger sig mod anoden. Ved afladning bevæger lithiumioner sig fra anoden til katoden, hvilket genererer en strøm.

Hvornår blev lithium-ion-batterier opfundet?

Lithium-ion-batterier blev først udtænkt i 70'erne af den engelske kemiker Stanley Whittingham. Under hans eksperimenter undersøgte forskerne forskellige kemier for et batteri, der kunne genoplade sig selv. Hans første forsøg involverede titandisulfid og lithium som elektroderne. Batterierne ville dog kortslutte og eksplodere.

I 80'erne tog en anden videnskabsmand, John B. Goodenough, udfordringen op. Kort efter begyndte Akira Yoshino, en japansk kemiker, at forske i teknologien. Yoshino og Goodenough beviste, at lithiummetal var hovedårsagen til eksplosioner.

I 90'erne begyndte lithium-ion-teknologien at vinde trækkraft og blev hurtigt en populær strømkilde i slutningen af årtiet. Det markerede første gang, at teknologien blev kommercialiseret af Sony. Den dårlige sikkerhedsrekord for lithium-batterier førte til udviklingen af lithium-ion-batterier.

Mens lithiumbatterier kan holde en højere energitæthed, er de usikre under opladning og afladning. På den anden side er lithium-ion-batterier ret sikre at oplade og aflade, når brugere overholder grundlæggende sikkerhedsretningslinjer.

Hvad er den bedste lithiumionkemi?

Der er adskillige typer af lithium-ion batteri kemi. De kommercielt tilgængelige er:

Lithium Titanat
Lithium nikkel kobolt aluminiumoxid
Lithium Nikkel Mangan Cobalt Oxide
Lithium Mangan Oxide (LMO)
Lithium Cobalt Oxide
Lithium jernfosfat (LiFePO4)

Der er adskillige typer kemi til lithium-ion-batterier. Hver enkelt har sine fordele og ulemper. Nogle er dog kun egnede til specifikke anvendelsestilfælde. Som sådan vil den type, du vælger, afhænge af dit strømbehov, budget, sikkerhedstolerance og specifikke anvendelsestilfælde.

LiFePO4-batterier er dog den mest kommercielt tilgængelige mulighed. Disse batterier indeholder en grafit-kulelektrode, der tjener som anode, og fosfat som katode. De har en lang cykluslevetid på op til 10.000 cyklusser.

Derudover tilbyder de stor termisk stabilitet og kan sikkert håndtere korte stigninger i efterspørgslen. LiFePO4-batterier er klassificeret til en termisk runaway-tærskel på op til 510 grader Fahrenheit, den højeste af enhver kommercielt tilgængelig lithium-ion-batteritype.

Fordele ved LiFePO4-batterier

Sammenlignet med blysyre og andre lithiumbaserede batterier har lithiumjernfosfatbatterier en kæmpe fordel. De oplader og aflader effektivt, holder længere og kan dybt cycleuden at miste kapacitet. Disse fordele betyder, at batterierne giver enorme omkostningsbesparelser over deres levetid sammenlignet med andre batterityper. Nedenfor er et kig på de specifikke fordele ved disse batterier i lavhastighedsmotorkøretøjer og industrielt udstyr.

LiFePO4-batteri i lavhastighedskøretøjer

Lavhastigheds elektriske køretøjer (LEV'er) er firehjulede køretøjer, der vejer mindre end 3000 pund. De er drevet af elektriske batterier, hvilket gør dem til et populært valg til golfvogne og andre rekreative formål.

Når du vælger batterimuligheden til din LEV, er en af de vigtigste overvejelser levetiden. For eksempel bør batteridrevne golfvogne have strøm nok til at køre rundt på en 18-hullers golfbane uden at skulle genoplades.

En anden vigtig overvejelse er vedligeholdelsesplanen. Et godt batteri bør ikke kræve nogen vedligeholdelse for at sikre maksimal nydelse af din afslappede aktivitet.

Batteriet skal også kunne fungere under varierede vejrforhold. For eksempel skulle det give dig mulighed for at spille golf både i sommervarmen og om efteråret, når temperaturen falder.

Et godt batteri bør også komme med et kontrolsystem, der sikrer, at det ikke overophedes eller køler for meget, hvilket forringer dets kapacitet.

Et af de bedste mærker, der opfylder alle disse grundlæggende, men vigtige betingelser, er ROYPOW. Deres serie af LiFePO4 lithium-batterier er klassificeret til temperaturer på 4°F til 131°F. Batterierne kommer med et indbygget batteristyringssystem og er ekstremt nemme at installere.

Industrielle applikationer til lithium-ion-batterier

Lithium-ion-batterier er en populær mulighed i industrielle applikationer. Den mest almindelige anvendte kemi er LiFePO4-batterier. Nogle af de mest almindelige udstyr til at bruge disse batterier er:

Smalgangsgaffeltrucks
Gaffeltrucks med modvægt
3-hjulet gaffeltruck
Walkie stablere
End- og centerryttere

Der er mange grunde til, at lithium-ion-batterier vokser i popularitet i industrielle omgivelser. De vigtigste er:

Høj kapacitet og lang levetid

Lithium-ion-batterier har en større energitæthed og længere levetid sammenlignet med bly-syre-batterier. De kan veje en tredjedel af vægten og levere det samme output.

Deres livscyklus er en anden stor fordel. For en industriel drift er målet at holde kortsigtede tilbagevendende omkostninger på et minimum. Med lithium-ion-batterier kan gaffeltruckbatterier holde tre gange så længe, hvilket fører til store omkostningsbesparelser i det lange løb.

De kan også arbejde i en større udledningsdybde på op til 80 % uden at påvirke deres kapacitet. Det har en anden fordel i tidsbesparelser. Operationer behøver ikke at stoppe midtvejs for at udskifte batterier, hvilket kan føre til tusindvis af mandetimer sparet over en tilstrækkelig lang periode.

Højhastighedsopladning

Med industrielle bly-syre-batterier er den normale opladningstid omkring otte timer. Det svarer til en hel 8-timers vagt, hvor batteriet ikke er tilgængeligt til brug. En leder skal følgelig redegøre for denne nedetid og købe ekstra batterier.

Med LiFePO4-batterier er det ikke en udfordring. Et godt eksempel erROYPOW industrielle LifePO4 lithium-batterier, som oplader fire gange hurtigere end blybatterier. En anden fordel er evnen til at forblive effektiv under udledning. Blybatterier lider ofte under en forsinkelse i ydeevnen, når de aflades.

ROYPOW-serien af industribatterier har heller ingen hukommelsesproblemer takket være et effektivt batteristyringssystem. Blybatterier lider ofte af dette problem, hvilket kan føre til, at man ikke når fuld kapacitet.

Med tiden forårsager det sulfatering, som kan halvere deres i forvejen korte levetid. Problemet opstår ofte, når blybatterier opbevares uden fuld opladning. Lithium-batterier kan oplades med korte intervaller og opbevares ved enhver kapacitet over nul uden problemer.

Sikkerhed og håndtering

LiFePO4-batterier har en kæmpe fordel i industrielle omgivelser. For det første har de stor termisk stabilitet. Disse batterier kan fungere i temperaturer på op til 131°F uden at lide skade. Blybatterier ville miste op til 80 % af deres livscyklus ved en tilsvarende temperatur.

Et andet problem er vægten af batterierne. For en tilsvarende batterikapacitet vejer blybatterier væsentligt mere. Som sådan har de ofte brug for specifikt udstyr og længere installationstid, hvilket kan føre til færre mandetimer brugt på jobbet.

Et andet problem er arbejdstagernes sikkerhed. Generelt er LiFePO4-batterier sikrere end bly-syre-batterier. Ifølge OSHA-retningslinjer skal blybatterier opbevares i et særligt rum med udstyr designet til at eliminere farlige dampe. Det introducerer en ekstra omkostning og kompleksitet i en industriel drift.

Konklusion

Lithium-ion-batterier har en klar fordel i industrielle omgivelser og til elbiler med lav hastighed. De holder længere, hvilket sparer brugerne penge. Disse batterier er også vedligeholdelsesfri, hvilket er særligt vigtigt i en industriel indstilling, hvor omkostningsbesparelser er altafgørende.