Was sind Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Batterien sind eine beliebte Art der Batteriechemie. Ein großer Vorteil dieser Batterien besteht darin, dass sie wiederaufladbar sind. Aufgrund dieser Funktion sind sie heutzutage in den meisten Verbrauchergeräten zu finden, die eine Batterie verwenden. Man findet sie in Telefonen, Elektrofahrzeugen und batteriebetriebenen Golfwagen.

Wie funktionieren Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen. Sie enthalten außerdem eine Schutzplatine, um ein Überladen zu verhindern. Als Batterien werden die Zellen bezeichnet, sobald sie in ein Gehäuse mit einer Schutzplatine eingebaut sind.

Sind Lithium-Ionen-Batterien dasselbe wie Lithium-Batterien?

Nein. Eine Lithiumbatterie und eine Lithium-Ionen-Batterie unterscheiden sich erheblich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass letztere wiederaufladbar sind. Ein weiterer großer Unterschied ist die Haltbarkeit. Eine Lithiumbatterie kann im Leerlauf bis zu 12 Jahre halten, während Lithium-Ionen-Batterien eine Haltbarkeitsdauer von bis zu 3 Jahren haben.

Was sind die Schlüsselkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus vier Hauptkomponenten. Diese sind:

Anode

Die Anode ermöglicht die Übertragung von Elektrizität von der Batterie zu einem externen Stromkreis. Außerdem speichert es beim Laden des Akkus Lithium-Ionen.

Kathode

Die Kathode bestimmt die Kapazität und Spannung der Zelle. Beim Entladen der Batterie entstehen Lithium-Ionen.

Elektrolyt

Der Elektrolyt ist ein Material, das als Kanal für die Bewegung von Lithiumionen zwischen Kathode und Anode dient. Es besteht aus Salzen, Zusatzstoffen und verschiedenen Lösungsmitteln.

Der Separator

Das letzte Teil einer Lithium-Ionen-Zelle ist der Separator. Es fungiert als physische Barriere, um Kathode und Anode voneinander zu trennen.

Lithium-Ionen-Batterien funktionieren, indem sie Lithiumionen über den Elektrolyten von der Kathode zur Anode und umgekehrt transportieren. Während sich die Ionen bewegen, aktivieren sie freie Elektronen in der Anode und erzeugen so eine Ladung am positiven Stromkollektor. Diese Elektronen fließen durch das Gerät, ein Telefon oder einen Golfwagen, zum negativen Kollektor und zurück in die Kathode. Der freie Fluss der Elektronen innerhalb der Batterie wird durch den Separator verhindert und sie zu den Kontakten gezwungen.

Wenn Sie einen Lithium-Ionen-Akku aufladen, gibt die Kathode Lithium-Ionen ab und diese bewegen sich in Richtung Anode. Beim Entladen wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode, wodurch ein Stromfluss entsteht.

Wann wurden Lithium-Ionen-Batterien erfunden?

Lithium-Ionen-Batterien wurden erstmals in den 70er Jahren vom englischen Chemiker Stanley Whittingham entwickelt. Während seiner Experimente untersuchten die Wissenschaftler verschiedene Chemien für eine Batterie, die sich selbst aufladen kann. Sein erster Versuch verwendete Titandisulfid und Lithium als Elektroden. Allerdings würden die Batterien kurzschließen und explodieren.

In den 80er Jahren nahm ein anderer Wissenschaftler, John B. Goodenough, die Herausforderung an. Bald darauf begann Akira Yoshino, ein japanischer Chemiker, mit der Erforschung dieser Technologie. Yoshino und Goodenough bewiesen, dass Lithiummetall die Hauptursache für Explosionen war.

In den 90er Jahren begann sich die Lithium-Ionen-Technologie durchzusetzen und entwickelte sich am Ende des Jahrzehnts schnell zu einer beliebten Energiequelle. Es war das erste Mal, dass die Technologie von Sony kommerzialisiert wurde. Diese schlechte Sicherheitsbilanz von Lithiumbatterien führte zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien.

Obwohl Lithiumbatterien eine höhere Energiedichte speichern können, sind sie beim Laden und Entladen unsicher. Andererseits ist das Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Akkus recht sicher, wenn Benutzer grundlegende Sicherheitsrichtlinien einhalten.

Was ist die beste Lithium-Ionen-Chemie?

Es gibt zahlreiche Arten von Lithium-Ionen-Batteriechemien. Die im Handel erhältlichen sind:

Lithiumtitanat
Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid
Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid
Lithiummanganoxid (LMO)
Lithiumkobaltoxid
Lithiumeisenphosphat (LiFePO4)

Es gibt zahlreiche Arten von Chemikalien für Lithium-Ionen-Batterien. Jeder hat seine Vor- und Nachteile. Einige sind jedoch nur für bestimmte Anwendungsfälle geeignet. Daher hängt die Wahl des Typs von Ihrem Strombedarf, Ihrem Budget, Ihrer Sicherheitstoleranz und Ihrem spezifischen Anwendungsfall ab.

Allerdings sind LiFePO4-Batterien die kommerziell am häufigsten erhältliche Option. Diese Batterien enthalten eine Graphit-Kohlenstoff-Elektrode, die als Anode dient, und Phosphat als Kathode. Sie haben eine lange Zyklenlebensdauer von bis zu 10.000 Zyklen.

Darüber hinaus bieten sie eine hohe thermische Stabilität und können kurze Bedarfsspitzen sicher bewältigen. LiFePO4-Batterien sind für eine thermische Instabilitätsschwelle von bis zu 510 Grad Fahrenheit ausgelegt, die höchste aller kommerziell erhältlichen Lithium-Ionen-Batterietypen.

Vorteile von LiFePO4-Batterien

Im Vergleich zu Blei-Säure- und anderen Lithium-basierten Batterien haben Lithium-Eisenphosphat-Batterien einen großen Vorteil. Sie laden und entladen effizient, halten länger und können tief zyklisch aufgeladen werdencleohne Kapazitätsverlust. Diese Vorteile führen dazu, dass die Batterien im Vergleich zu anderen Batterietypen über ihre Lebensdauer enorme Kosteneinsparungen bieten. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die spezifischen Vorteile dieser Batterien in langsam fahrenden Fahrzeugen und Industrieanlagen.

LiFePO4-Batterie in Fahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit

Elektrofahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit (LEVs) sind vierrädrige Fahrzeuge, die weniger als 3000 Pfund wiegen. Sie werden mit elektrischen Batterien betrieben, was sie zu einer beliebten Wahl für Golfwagen und andere Freizeitzwecke macht.

Bei der Auswahl der Batterieoption für Ihr LEV ist die Langlebigkeit einer der wichtigsten Aspekte. Beispielsweise sollten batteriebetriebene Golfwagen über genügend Leistung verfügen, um einen 18-Loch-Golfplatz zu befahren, ohne dass sie aufgeladen werden müssen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Wartungsplan. Damit Sie bei Ihrer Freizeitbeschäftigung maximalen Spaß haben, sollte eine gute Batterie wartungsfrei sein.

Die Batterie sollte auch bei unterschiedlichen Wetterbedingungen funktionieren können. So sollte es Ihnen zum Beispiel möglich sein, sowohl in der Sommerhitze als auch im Herbst, wenn die Temperaturen sinken, Golf zu spielen.

Eine gute Batterie sollte außerdem über ein Kontrollsystem verfügen, das sicherstellt, dass sie nicht zu stark überhitzt oder abkühlt, was zu einer Verschlechterung ihrer Kapazität führen würde.

Eine der besten Marken, die alle diese grundlegenden, aber wichtigen Bedingungen erfüllt, ist ROYPOW. Ihre LiFePO4-Lithiumbatterien sind für Temperaturen von 4 °F bis 131 °F ausgelegt. Die Batterien verfügen über ein integriertes Batteriemanagementsystem und sind äußerst einfach zu installieren.

Industrielle Anwendungen für Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind eine beliebte Option in industriellen Anwendungen. Die am häufigsten verwendete Chemie sind LiFePO4-Batterien. Zu den am häufigsten verwendeten Geräten zur Verwendung dieser Batterien gehören:

Schmalgangstapler
Gegengewichtsstapler
3-Rad-Gabelstapler
Walkie-Stapler
End- und Mittelreiter

Es gibt viele Gründe, warum Lithium-Ionen-Batterien in industriellen Umgebungen immer beliebter werden. Die wichtigsten sind:

Hohe Kapazität und Langlebigkeit

Lithium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien eine höhere Energiedichte und Langlebigkeit. Sie können ein Drittel des Gewichts wiegen und die gleiche Leistung erbringen.

Ihr Lebenszyklus ist ein weiterer großer Vorteil. Für einen Industriebetrieb besteht das Ziel darin, kurzfristig wiederkehrende Kosten auf ein Minimum zu beschränken. Mit Lithium-Ionen-Batterien können Gabelstaplerbatterien dreimal so lange halten, was auf lange Sicht zu enormen Kosteneinsparungen führt.

Sie können auch bei einer größeren Entladungstiefe von bis zu 80 % betrieben werden, ohne dass dies Auswirkungen auf ihre Kapazität hat. Das hat einen weiteren Vorteil in der Zeitersparnis. Der Betrieb muss nicht auf halbem Weg unterbrochen werden, um die Batterien auszutauschen, was über einen ausreichend langen Zeitraum zu einer Einsparung von Tausenden von Arbeitsstunden führen kann.

Hochgeschwindigkeitsladen

Bei industriellen Blei-Säure-Batterien beträgt die normale Ladezeit etwa acht Stunden. Das entspricht einer ganzen 8-Stunden-Schicht, in der die Batterie nicht zur Verfügung steht. Folglich muss ein Manager diese Ausfallzeit berücksichtigen und zusätzliche Batterien kaufen.

Mit LiFePO4-Akkus ist das keine Herausforderung. Ein gutes Beispiel ist dasROYPOW industrielle LifePO4-Lithiumbatterien, die viermal schneller aufgeladen werden als Blei-Säure-Batterien. Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit, während der Entladung effizient zu bleiben. Bei Blei-Säure-Batterien kommt es beim Entladen häufig zu Leistungseinbußen.

Dank eines effizienten Batteriemanagementsystems gibt es bei der ROYPOW-Reihe von Industriebatterien auch keine Speicherprobleme. Blei-Säure-Batterien leiden häufig unter diesem Problem, das dazu führen kann, dass sie nicht die volle Kapazität erreichen.

Mit der Zeit kommt es zu Sulfatierung, die ihre ohnehin kurze Lebensdauer um die Hälfte verkürzen kann. Das Problem tritt häufig auf, wenn Blei-Säure-Batterien ohne volle Ladung gelagert werden. Lithiumbatterien können problemlos in kurzen Abständen aufgeladen und bei jeder Kapazität über Null gelagert werden.

Sicherheit und Handhabung

LiFePO4-Batterien haben im industriellen Umfeld einen großen Vorteil. Erstens weisen sie eine hohe thermische Stabilität auf. Diese Batterien können bei Temperaturen von bis zu 50 °C betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen. Blei-Säure-Batterien würden bei einer ähnlichen Temperatur bis zu 80 % ihrer Lebensdauer verlieren.

Ein weiteres Problem ist das Gewicht der Batterien. Bei ähnlicher Batteriekapazität wiegen Blei-Säure-Batterien deutlich mehr. Daher benötigen sie häufig spezielle Ausrüstung und eine längere Installationszeit, was dazu führen kann, dass weniger Arbeitsstunden für die Arbeit aufgewendet werden.

Ein weiteres Thema ist die Arbeitssicherheit. Im Allgemeinen sind LiFePO4-Batterien sicherer als Blei-Säure-Batterien. Gemäß den OSHA-Richtlinien müssen Blei-Säure-Batterien in einem speziellen Raum mit Geräten zur Beseitigung gefährlicher Dämpfe gelagert werden. Dies führt zu zusätzlichen Kosten und erhöhter Komplexität für einen Industriebetrieb.

Abschluss

Lithium-Ionen-Batterien sind in industriellen Umgebungen und für langsam fahrende Elektrofahrzeuge klar im Vorteil. Sie halten länger und sparen dem Benutzer somit Geld. Diese Batterien sind außerdem wartungsfrei, was besonders in einem industriellen Umfeld wichtig ist, in dem Kosteneinsparungen im Vordergrund stehen.