Mis on liitiumioonakud

Liitium-ioonakud on populaarne akukeemia tüüp. Nende akude suur eelis on see, et neid saab laadida. Tänu sellele funktsioonile leidub neid tänapäeval enamikes tarbijaseadmetes, mis kasutavad akut. Neid võib leida telefonides, elektrisõidukites ja akutoitel golfikärudes.

Kuidas liitiumioonakud töötavad?

Liitiumioonakud koosnevad ühest või mitmest liitiumioonelemendist. Need sisaldavad ka kaitsvat trükkplaati, et vältida ülelaadimist. Elemente nimetatakse akudeks, kui need on paigaldatud kaitsva trükkplaadiga korpusesse.

Kas liitiumioonakud on samad, mis liitiumakud?

Ei. Liitiumaku ja liitiumioonaku on väga erinevad. Peamine erinevus seisneb selles, et viimased on laetavad. Teine oluline erinevus on säilivusaeg. Liitiumpatarei võib kasutamata vastu pidada kuni 12 aastat, liitium-ioonakude säilivusaeg on aga kuni 3 aastat.

Mis on liitiumioonakude põhikomponendid

Liitiumioonelementidel on neli põhikomponenti. Need on:

Anood

Anood võimaldab elektril liikuda akust välisesse vooluringi. Samuti salvestab see aku laadimisel liitiumioone.

Katood

Katood määrab elemendi võimsuse ja pinge. See toodab aku tühjenemisel liitiumioone.

Elektrolüüt

Elektrolüüt on materjal, mis toimib kanalina liitiumioonide liikumiseks katoodi ja anoodi vahel. See koosneb sooladest, lisanditest ja erinevatest lahustitest.

Eraldaja

Liitiumioonelemendi viimane tükk on eraldaja. See toimib füüsilise barjäärina, mis hoiab katoodi ja anoodi lahus.

Liitiumioonakud töötavad liitiumioonide liigutamisega katoodilt anoodile ja vastupidi elektrolüüdi kaudu. Liikumisel aktiveerivad ioonid anoodis vabu elektrone, tekitades positiivse voolukollektori juures laengu. Need elektronid voolavad läbi seadme, telefoni või golfikäru negatiivse kollektorisse ja tagasi katoodi. Elektronide vaba voolu aku sees takistab separaator, sundides neid kontaktide poole.

Liitiumioonaku laadimisel vabastab katood liitiumioonid ja need liiguvad anoodi poole. Tühjenemisel liiguvad liitiumioonid anoodilt katoodile, mis tekitab voolu.

Millal leiutati liitiumioonakud?

Liitium-ioonakud mõtles esmakordselt välja 70ndatel inglise keemik Stanley Whittingham. Tema katsete käigus uurisid teadlased erinevaid keemilisi meetodeid aku jaoks, mis võiks end laadida. Tema esimene katse hõlmas elektroodidena titaandisulfiidi ja liitiumi. Akud aga lühistuvad ja plahvatavad.

80ndatel võttis väljakutse vastu teine teadlane John B. Goodenough. Varsti pärast seda alustas Jaapani keemik Akira Yoshino selle tehnoloogia uurimist. Yoshino ja Goodenough tõestasid, et liitiummetall oli plahvatuste peamine põhjus.

90ndatel hakkas liitiumioontehnoloogia jõudu koguma, muutudes kümnendi lõpuks kiiresti populaarseks toiteallikaks. See oli esimene kord, kui Sony selle tehnoloogia turustas. Liitiumpatareide halb ohutus ajendas liitium-ioonakude väljatöötamist.

Kuigi liitiumakud mahutavad suuremat energiatihedust, ei ole need laadimise ja tühjenemise ajal ohutud. Teisest küljest on liitiumioonakude laadimine ja tühjendamine üsna ohutu, kui kasutajad järgivad põhilisi ohutusjuhiseid.

Mis on parim liitiumioonide keemia?

Liitium-ioonaku keemilisi koostisi on mitut tüüpi. Kaubanduslikult saadaolevad on järgmised:

Liitiumtitanaat
Liitium-nikkel-koobalt-alumiiniumoksiid
Liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid
Liitiummangaanoksiid (LMO)
Liitiumkoobaltoksiid
Liitiumraudfosfaat (LiFePO4)

Liitiumioonakude jaoks on mitut tüüpi keemiat. Igal neist on oma head ja vead. Mõned neist sobivad siiski ainult konkreetseteks kasutusjuhtudeks. Sellisena sõltub teie valitud tüüp teie energiavajadusest, eelarvest, ohutustaluvusest ja konkreetsest kasutusjuhtumist.

LiFePO4 akud on aga kõige enam kaubanduslikult saadaolev valik. Need akud sisaldavad grafiidist süsinikelektroodi, mis toimib anoodina, ja fosfaati katoodina. Neil on pikk tsükli eluiga kuni 10 000 tsüklit.

Lisaks pakuvad need suurepärast termilist stabiilsust ja suudavad turvaliselt toime tulla lühikeste nõudlusega. LiFePO4 akud on hinnatud taluma kuni 510 kraadi Fahrenheiti soojuslävi, mis on kõigist kaubanduslikult saadaolevatest liitiumioonakudest kõrgeim.

LiFePO4 akude eelised

Võrreldes pliihappe- ja muude liitiumipõhiste akudega on liitiumraudfosfaatpatareidel tohutu eelis. Need laadivad ja tühjenevad tõhusalt, kestavad kauem ja võivad sügavalt tühjenedaclevõimekust kaotamata. Need eelised tähendavad, et akud võimaldavad teiste akutüüpidega võrreldes oma eluea jooksul tohutut kulude kokkuhoidu. Allpool on ülevaade nende akude konkreetsetest eelistest väikese kiirusega mootorsõidukites ja tööstusseadmetes.

LiFePO4 aku väikese kiirusega sõidukites

Madala kiirusega elektrisõidukid (LEV) on neljarattalised sõidukid, mis kaaluvad alla 3000 naela. Neid toidavad elektrilised patareid, mistõttu on need populaarsed golfikärude ja muude vaba aja veetmise tarbeks.

LEV-i akuvaliku valimisel on üks olulisemaid kaalutlusi pikaealisus. Näiteks akutoitel golfikärudel peaks olema piisavalt jõudu, et sõita mööda 18 auguga golfiväljakut ilma laadimiseta.

Teine oluline aspekt on hooldusgraafik. Hea aku ei tohiks vajada hooldust, et tagada teie rahulikust tegevusest maksimaalne nauding.

Aku peaks suutma töötada ka erinevates ilmastikutingimustes. Näiteks peaks see võimaldama teil golfi mängida nii suvekuumuses kui ka sügisel, kui temperatuur langeb.

Heal akul peaks olema ka juhtimissüsteem, mis tagab, et see ei kuumeneks üle ega jahtuks liiga palju, vähendades sellega selle mahtuvust.

Üks parimaid kaubamärke, mis vastab kõigile neile põhilistele, kuid olulistele tingimustele, on ROYPOW. Nende LiFePO4 liitiumakude sari on mõeldud temperatuuridele 4 °F kuni 131 °F. Akudel on sisseehitatud akuhaldussüsteem ja neid on äärmiselt lihtne paigaldada.

Liitiumioonakude tööstuslikud rakendused

Liitium-ioonakud on tööstuslikes rakendustes populaarne valik. Kõige sagedamini kasutatav keemia on LiFePO4 akud. Mõned kõige levinumad seadmed nende akude kasutamiseks on:

Kitsa vahekäiguga tõstukid
Vastukaaluga tõstukid
3 rattaga tõstukid
Walkie virnastajad
Lõpu- ja keskratturid

Liitiumioonakude populaarsuse kasvu tööstuses on palju põhjuseid. Peamised neist on:

Suur võimsus ja pikaealisus

Liitium-ioonakudel on pliiakudega võrreldes suurem energiatihedus ja pikem kasutusiga. Need võivad kaaluda kolmandiku kaalust ja anda sama väljundi.

Nende elutsükkel on veel üks oluline eelis. Tööstusliku tegevuse puhul on eesmärk hoida lühiajalised korduvad kulud minimaalsed. Liitium-ioonakudega võivad tõstukite akud kesta kolm korda kauem, mis toob pikas perspektiivis kaasa tohutu kulude kokkuhoiu.

Need võivad töötada ka suuremal tühjendussügavusel kuni 80%, ilma et see mõjutaks nende võimsust. Sellel on veel üks eelis aja kokkuhoiu osas. Toiminguid ei pea akude vahetamiseks poolel teel katkestama, mis võib viia tuhandete töötundide säästmiseni piisavalt pika perioodi jooksul.

Kiire laadimine

Tööstuslike pliiakude puhul on tavaline laadimisaeg umbes kaheksa tundi. See võrdub terve 8-tunnise vahetusega, kui aku pole kasutamiseks saadaval. Järelikult peab juht selle seisakuga arvestama ja ostma lisaakusid.

LiFePO4 akude puhul pole see väljakutse. Hea näide onROYPOW tööstuslikud LifePO4 liitiumakud, mis laevad neli korda kiiremini kui pliiakud. Teine eelis on võime jääda tühjendamise ajal tõhusaks. Pliihappeakud kannatavad tühjenemisel sageli jõudluses mahajäämust.

Tänu tõhusale akuhaldussüsteemile pole ka ROYPOW tööstuslike akude sarjal mäluprobleeme. Selle probleemi all kannatavad sageli pliiakud, mis võib viia täisvõimsuse saavutamise ebaõnnestumiseni.

Aja jooksul põhjustab see sulfatsiooni, mis võib nende niigi lühikese eluea poole võrra lühendada. Probleem tekib sageli siis, kui pliiakusid hoitakse ilma täislaadimata. Liitiumakusid saab laadida lühikeste ajavahemike järel ja hoida ilma probleemideta mistahes võimsusel, mis ületab nulli.

Ohutus ja käsitsemine

LiFePO4 akudel on tööstuslikes seadetes tohutu eelis. Esiteks on neil suurepärane termiline stabiilsus. Need akud võivad töötada temperatuuridel kuni 131 °F, ilma et see kahjustaks. Pliiakud kaotaksid sarnasel temperatuuril kuni 80% oma elutsüklist.

Teine probleem on akude kaal. Sarnase aku mahu korral kaaluvad pliiakud oluliselt rohkem. Seetõttu vajavad nad sageli spetsiifilisi seadmeid ja pikemat paigaldusaega, mis võib kaasa tuua vähem töötunde.

Teine probleem on töötajate ohutus. Üldiselt on LiFePO4 akud ohutumad kui pliiakud. Vastavalt OSHA juhistele tuleb pliiakusid hoida spetsiaalses ruumis, kus on ohtlike aurude eemaldamiseks mõeldud seadmed. See toob tööstuslikule tegevusele lisakulusid ja keerukust.

Järeldus

Liitiumioonakudel on selge eelis tööstustingimustes ja väikese kiirusega elektrisõidukites. Need kestavad kauem, säästes seega kasutaja raha. Need akud ei vaja ka hooldust, mis on eriti oluline tööstuslikus keskkonnas, kus kulude kokkuhoid on esmatähtis.