Τι είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ένας δημοφιλής τύπος χημείας μπαταρίας. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα που προσφέρουν αυτές οι μπαταρίες είναι ότι είναι επαναφορτιζόμενες. Λόγω αυτής της δυνατότητας, βρίσκονται στις περισσότερες συσκευές καταναλωτών σήμερα που χρησιμοποιούν μια μπαταρία. Μπορούν να βρεθούν σε τηλέφωνα, ηλεκτρικά οχήματα και καροτσάκια γκολφ με μπαταρία.

Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται από ένα ή πολλαπλά κύτταρα ιόντων λιθίου. Περιέχουν επίσης μια προστατευτική πλακέτα κυκλώματος για την πρόληψη της υπερφόρτησης. Τα κύτταρα ονομάζονται μπαταρίες μόλις εγκατασταθούν σε ένα περίβλημα με προστατευτική πλακέτα κυκλώματος.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι οι ίδιες με τις μπαταρίες λιθίου;

Όχι. Μια μπαταρία λιθίου και μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι πολύ διαφορετική. Η κύρια διαφορά είναι ότι οι τελευταίες είναι επαναφορτιζόμενες. Μια άλλη σημαντική διαφορά είναι η διάρκεια ζωής. Μια μπαταρία λιθίου μπορεί να διαρκέσει έως και 12 χρόνια αχρησιμοποίητη, ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν διάρκεια ζωής έως και 3 ετών.

Ποια είναι τα βασικά συστατικά των μπαταριών ιόντων λιθίου

Τα κύτταρα ιόντων λιθίου έχουν τέσσερα κύρια συστατικά. Αυτά είναι:

Ανοδος

Η άνοδος επιτρέπει στην ηλεκτρική ενέργεια να μετακινείται από την μπαταρία σε εξωτερικό κύκλωμα. Αποθηκεύει επίσης ιόντα λιθίου κατά τη φόρτιση της μπαταρίας.

Κάθοδος

Η κάθοδος είναι αυτό που καθορίζει την ικανότητα και την τάση του κυττάρου. Παράγει ιόντα λιθίου κατά την εκφόρτιση της μπαταρίας.

Ηλεκτρολύτης

Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα υλικό, το οποίο χρησιμεύει ως αγωγός για τα ιόντα λιθίου να κινούνται μεταξύ της καθόδου και της άνοδος. Αποτελείται από άλατα, πρόσθετα και διάφορους διαλύτες.

Ο διαχωριστικός

Το τελευταίο κομμάτι σε ένα κύτταρο ιόντων λιθίου είναι ο διαχωριστής. Λειτουργεί ως φυσικό εμπόδιο για να διατηρήσει την κάθοδο και την άνοδο.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου λειτουργούν με τη μετακίνηση ιόντων λιθίου από την κάθοδο στην άνοδο και αντίστροφα μέσω του ηλεκτρολύτη. Καθώς τα ιόντα κινούνται, ενεργοποιούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στην άνοδο, δημιουργώντας ένα φορτίο στον θετικό συλλέκτη ρεύματος. Αυτά τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω της συσκευής, ενός καλαθιού τηλεφώνου ή γκολφ, στον αρνητικό συλλέκτη και πίσω στην κάθοδο. Η ελεύθερη ροή των ηλεκτρονίων μέσα στην μπαταρία εμποδίζεται από τον διαχωριστή, αναγκάζοντάς τα προς τις επαφές.

Όταν φορτίζετε μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η κάθοδο θα απελευθερώσει ιόντα λιθίου και μετακινούνται προς την άνοδο. Κατά την εκφόρτιση, τα ιόντα λιθίου μετακινούνται από την άνοδο στην κάθοδο, η οποία δημιουργεί μια ροή ρεύματος.

Πότε εφευρέθηκαν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες λιθίου ιόντων σχεδιάστηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του '70 από τον αγγλικό χημικό Stanley Whittingham. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, οι επιστήμονες διερεύνησαν διάφορες χημικές ουσίες για μια μπαταρία που θα μπορούσε να επαναφορτιστεί. Η πρώτη του δοκιμή περιελάμβανε δισουλφίδιο και λιθίου τιτανίου ως ηλεκτρόδια. Ωστόσο, οι μπαταρίες θα βραχυκυκλούσαν και θα εκραγούν.

Στη δεκαετία του '80, ένας άλλος επιστήμονας, John B. Goodenough, ανέλαβε την πρόκληση. Λίγο αργότερα, ο Akira Yoshino, ιαπωνικός χημικός, άρχισε να ερευνά την τεχνολογία. Ο Yoshino και ο Goodenough απέδειξαν ότι το μέταλλο λιθίου ήταν η κύρια αιτία των εκρήξεων.

Στη δεκαετία του '90, η τεχνολογία λιθίου-ιόντων άρχισε να κερδίζει έλξη, να γίνει γρήγορα μια δημοφιλής πηγή ενέργειας μέχρι το τέλος της δεκαετίας. Σημείωσε την πρώτη φορά που η τεχνολογία εμπορεύτηκε η Sony. Αυτό το κακό αρχείο ασφαλείας των μπαταριών λιθίου προκάλεσε την ανάπτυξη μπαταριών ιόντων λιθίου.

Ενώ οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να συγκρατήσουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, δεν είναι ασφαλείς κατά τη φόρτιση και την απόρριψη. Από την άλλη πλευρά, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι αρκετά ασφαλείς να φορτώνουν και να εκφορτώνονται όταν οι χρήστες τηρούν τις βασικές οδηγίες ασφαλείας.

Ποια είναι η καλύτερη χημεία ιόντων λιθίου;

Υπάρχουν πολλοί τύποι χημικών μπαταριών ιόντων λιθίου. Τα εμπορικά διαθέσιμα είναι:

Τιτανικό λίθιο
Οξείδιο του αλουμινίου κομβουλιού λιθίου
Οξείδιο κοβαλτίου του μαγγανίου λιθίου
Οξείδιο του μαγγανίου λιθίου (LMO)
Οξείδιο του κοβαλτίου
Φωσφορικό σίδερο λιθίου (LifePo4)

Υπάρχουν πολυάριθμοι τύποι χημικών για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ο καθένας έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του. Ωστόσο, ορισμένοι είναι κατάλληλοι μόνο για συγκεκριμένες περιπτώσεις χρήσης. Ως εκ τούτου, ο τύπος που επιλέγετε θα εξαρτηθεί από τις ανάγκες σας, τον προϋπολογισμό, την ανοχή στην ασφάλεια και την συγκεκριμένη περίπτωση χρήσης.

Ωστόσο, οι μπαταρίες LifePO4 είναι η πιο εμπορικά διαθέσιμη επιλογή. Αυτές οι μπαταρίες περιέχουν ένα ηλεκτρόδιο άνθρακα γραφίτη, το οποίο χρησιμεύει ως άνοδο και φωσφορικό ως κάθοδο. Έχουν μακροχρόνια διάρκεια ζωής έως και 10.000 κύκλων.

Επιπλέον, προσφέρουν μεγάλη θερμική σταθερότητα και μπορούν να χειριστούν με ασφάλεια τις σύντομες υπερτάσεις στη ζήτηση. Οι μπαταρίες LifePO4 βαθμολογούνται για ένα θερμικό όριο διαφυγής έως και 510 βαθμών Φαρενάιτ, το υψηλότερο από οποιοδήποτε εμπορικά διαθέσιμο τύπο μπαταρίας ιόντων λιθίου.

Πλεονεκτήματα των μπαταριών LifePO4

Σε σύγκριση με τις μπαταρίες με βάση το οξύ και άλλες μπαταρίες με βάση το λίθιο, οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου έχουν ένα τεράστιο πλεονέκτημα. Χρεώνουν και εκφορτώνουν αποτελεσματικά, διαρκούν περισσότερο, και μπορούν να βαθήσουν CYφλυαρώχωρίς να χάσει την ικανότητα. Αυτά τα πλεονεκτήματα σημαίνουν ότι οι μπαταρίες προσφέρουν τεράστια εξοικονόμηση κόστους κατά τη διάρκεια της ζωής τους σε σύγκριση με άλλους τύπους μπαταριών. Παρακάτω είναι μια ματιά στα συγκεκριμένα πλεονεκτήματα αυτών των μπαταριών σε οχήματα ισχύος χαμηλής ταχύτητας και στον βιομηχανικό εξοπλισμό.

Μπαταρία LifePo4 σε οχήματα χαμηλής ταχύτητας

Τα ηλεκτρικά οχήματα χαμηλής ταχύτητας (LeVs) είναι οχήματα τεσσάρων τροχών που ζυγίζουν λιγότερο από 3000 λίβρες. Τροφοδοτούνται από ηλεκτρικές μπαταρίες, γεγονός που τους καθιστά δημοφιλή επιλογή για καροτσάκια γκολφ και άλλες χρήσεις αναψυχής.

Κατά την επιλογή της επιλογής της μπαταρίας για το ΛΕΕ σας, ένα από τα πιο σημαντικά εκτιμήσεις είναι η μακροζωία. Για παράδειγμα, τα καροτσάκια γκολφ με μπαταρία θα πρέπει να έχουν αρκετή ισχύ για να οδηγήσουν γύρω από ένα γήπεδο γκολφ 18 οπών χωρίς να χρειάζεται να επαναφορτίσετε.

Ένα άλλο σημαντικό θέμα είναι το πρόγραμμα συντήρησης. Μια καλή μπαταρία δεν πρέπει να απαιτεί συντήρηση για να εξασφαλίσει τη μέγιστη απόλαυση της χαλαρής σας δραστηριότητας.

Η μπαταρία θα πρέπει επίσης να είναι σε θέση να λειτουργεί σε ποικίλες καιρικές συνθήκες. Για παράδειγμα, θα πρέπει να σας επιτρέψει να γκολφ τόσο στη ζέστη του καλοκαιριού όσο και το φθινόπωρο όταν πέφτουν οι θερμοκρασίες.

Μια καλή μπαταρία θα πρέπει επίσης να έρχεται με ένα σύστημα ελέγχου που εξασφαλίζει ότι δεν υπερθερμανθεί ή ψύχεται πάρα πολύ, υποβαθμίζοντας την ικανότητά της.

Μία από τις καλύτερες μάρκες που πληρούν όλες αυτές τις βασικές αλλά σημαντικές συνθήκες είναι το ROYPOW. Η γραμμή των μπαταριών λιθίου LifePO4 βαθμολογούνται για θερμοκρασίες 4 ° F έως 131 ° F. Οι μπαταρίες διαθέτουν ένα ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης μπαταριών και είναι εξαιρετικά εύκολο στην εγκατάσταση.

Βιομηχανικές εφαρμογές για μπαταρίες ιόντων λιθίου

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι μια δημοφιλής επιλογή σε βιομηχανικές εφαρμογές. Η πιο συνηθισμένη χημεία που χρησιμοποιείται είναι οι μπαταρίες LifePO4. Μερικοί από τους πιο συνηθισμένους εξοπλισμούς για τη χρήση αυτών των μπαταριών είναι:

Στενό περονοφόρο ανυψωτικό διάδρομο
Αντισταθμισμένες περονοφόρος
Περονοφόρος 3 τροχών
Βλακεία
End και κεντρικοί αναβάτες

Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αυξάνονται σε δημοτικότητα σε βιομηχανικά περιβάλλοντα. Τα κύρια είναι:

Υψηλή χωρητικότητα και μακροζωία

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα και μακροζωία σε σύγκριση με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Μπορούν να ζυγίσουν το ένα τρίτο του βάρους και να παραδώσουν την ίδια έξοδο.

Ο κύκλος ζωής τους είναι ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα. Για μια βιομηχανική λειτουργία, ο στόχος είναι να διατηρηθεί στο ελάχιστο βραχυπρόθεσμο επαναλαμβανόμενο κόστος. Με μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι μπαταρίες περονοφόρου μπορούν να διαρκέσουν τρεις φορές, οδηγώντας σε τεράστια εξοικονόμηση κόστους μακροπρόθεσμα.

Μπορούν επίσης να λειτουργούν σε μεγαλύτερο βάθος απόρριψης έως και 80% χωρίς καμία επίδραση στην ικανότητά τους. Αυτό έχει ένα άλλο πλεονέκτημα στην εξοικονόμηση χρόνου. Οι λειτουργίες δεν χρειάζεται να σταματήσουν τα μέσα του δρόμου για να ανταλλάξουν μπαταρίες, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε χιλιάδες ανθρωποώρες που αποθηκεύονται σε αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα.

Φόρτιση υψηλής ταχύτητας

Με τις βιομηχανικές μπαταρίες μολύβδου-οξέος, ο κανονικός χρόνος φόρτισης είναι περίπου οκτώ ώρες. Αυτό ισοδυναμεί με μια ολόκληρη μετατόπιση 8 ωρών όπου η μπαταρία δεν είναι διαθέσιμη για χρήση. Κατά συνέπεια, ένας διαχειριστής πρέπει να λογοδοτεί για αυτό το χρόνο διακοπής και να αγοράσει επιπλέον μπαταρίες.

Με τις μπαταρίες LifePo4, αυτό δεν αποτελεί πρόκληση. Ένα καλό παράδειγμα είναι τοRoypow Industrial LifePo4 Batteries Lithium, η οποία φορτίζεται τέσσερις φορές ταχύτερα από τις μπαταρίες οξέος μολύβδου. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η ικανότητα να παραμείνει αποτελεσματική κατά τη διάρκεια της απόρριψης. Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος συχνά υποφέρουν από καθυστέρηση στην απόδοση καθώς εκφορτώνουν.

Η σειρά βιομηχανικών μπαταριών ROYPOW δεν έχει επίσης προβλήματα μνήμης, χάρη σε ένα αποτελεσματικό σύστημα διαχείρισης μπαταριών. Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος συχνά υποφέρουν από αυτό το ζήτημα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία επίτευξης πλήρους χωρητικότητας.

Με την πάροδο του χρόνου, προκαλεί τη θλιβοποίηση, η οποία μπορεί να μειώσει την ήδη σύντομη διάρκεια ζωής τους στο μισό. Το ζήτημα συμβαίνει συχνά όταν οι μπαταρίες μολύβδου οξέος αποθηκεύονται χωρίς πλήρη φόρτιση. Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να φορτίζονται σε σύντομο χρονικό διάστημα και να αποθηκευτούν σε οποιαδήποτε χωρητικότητα πάνω από το μηδέν χωρίς προβλήματα.

Ασφάλεια και χειρισμό

Οι μπαταρίες LIFEPO4 έχουν ένα τεράστιο πλεονέκτημα στις βιομηχανικές ρυθμίσεις. Πρώτον, έχουν μεγάλη θερμική σταθερότητα. Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες μέχρι 131 ° F χωρίς να υποφέρουν από ζημιά. Οι μπαταρίες οξέος μολύβδου θα χάσουν έως και το 80% του κύκλου ζωής τους σε παρόμοια θερμοκρασία.

Ένα άλλο ζήτημα είναι το βάρος των μπαταριών. Για παρόμοια χωρητικότητα μπαταρίας, οι μπαταρίες μολύβδου οξέος ζυγίζουν σημαντικά περισσότερο. Ως εκ τούτου, χρειάζονται συχνά συγκεκριμένο εξοπλισμό και μεγαλύτερο χρόνο εγκατάστασης, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε λιγότερες ανθρωπότητες που δαπανώνται για τη δουλειά.

Ένα άλλο ζήτημα είναι η ασφάλεια των εργαζομένων. Γενικά, οι μπαταρίες LifePo4 είναι ασφαλέστερες από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέων. Σύμφωνα με τις κατευθυντήριες γραμμές OSHA, οι μπαταρίες μολύβδου οξέος πρέπει να αποθηκεύονται σε ειδικό δωμάτιο με εξοπλισμό που έχει σχεδιαστεί για την εξάλειψη των επικίνδυνων καπνών. Αυτό εισάγει ένα επιπλέον κόστος και πολυπλοκότητα σε μια βιομηχανική επιχείρηση.

Σύναψη

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν ένα σαφές πλεονέκτημα σε βιομηχανικά περιβάλλοντα και για ηλεκτρικά οχήματα χαμηλής ταχύτητας. Διαρκούν περισσότερο, εξοικονομώντας τα χρήματα των χρηστών. Αυτές οι μπαταρίες είναι επίσης μηδενική συντήρηση, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική σε ένα βιομηχανικό περιβάλλον όπου η εξοικονόμηση κόστους είναι υψίστης σημασίας.