Mis on liitiumioonide akud

Liitium-ioonakud on populaarne akukeemia tüüp. Need akud pakuvad peamine eelis, et need on laetavad. Selle funktsiooni tõttu leidub neid tänapäeval enamikus tarbijaseadmetes, mis kasutavad akut. Neid võib leida telefonidest, elektrisõidukitest ja akutoitega golfikärudest.

Kuidas liitium-ioonakud toimivad?

Liitium-ioonakud koosnevad ühest või mitmest liitium-ioonrakkust. Need sisaldavad ka ülelaadimise vältimiseks kaitsevooluahelat. Rakke nimetatakse akudeks, kui need on paigaldatud kaitseahelaga korpusesse.

Kas liitium-ioonakud on samad kui liitiumpatareisid?

Ei. Liitiumaku ja liitium-ioon aku on tohutult erinevad. Peamine erinevus on see, et viimased on laetavad. Teine peamine erinevus on säilivusaeg. Liitiumaku võib kesta kuni 12 aastat kasutamata, samas kui liitium-ioonakude säilivusaeg on kuni 3 aastat.

Millised on liitiumioonide akude põhikomponendid

Liitium-ioonrakkudel on neli peamist komponenti. Need on:

Anood

Anood võimaldab elektril liikuda akust välisele vooluringile. Samuti salvestab see aku laadimisel liitiumioonid.

Katood

Katood on see, mis määrab raku võime ja pinge. See tekitab aku tühjendamisel liitiumioone.

Elektrolüüt

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

Eraldaja

Viimane tükk liitium-ioonrakus on eraldaja. See toimib füüsilise barjäärina, et hoida katoodi ja anoodi lahus.

Liitium-ioonakud töötavad liitiumioonide teisaldamisega katoodilt anoodile ja vastupidi elektrolüüdi kaudu. Ioonide liikudes aktiveerivad nad anoodis vabad elektronid, luues positiivse voolu koguja juures laengu. Need elektronid voolavad läbi seadme, telefoni- või golfikäru negatiivsesse kogujasse ja tagasi katoodi. Eraldaja takistab aku sees olevate elektronide vaba voolu, sundides neid kontaktide poole.

Liitium-ioonaku laadimisel vabastab katood liitiumioonid ja nad liiguvad anoodi poole. Väljalangemisel liiguvad liitiumioonid anoodilt katoodile, mis genereerib voolu voo.

Millal leiutati liitium-ioon akud?

Liitium-ioonpatareid kavandas esmakordselt 70ndatel Inglise keemik Stanley Whittingham. Katsete ajal uurisid teadlased erinevaid keemiaaku, mis võiks ennast laadida. Tema esimene kohtuprotsess hõlmas elektroodidena titaansulfiid ja liitium. Kuid patareid lühiksid ja plahvatavad.

80ndatel võttis väljakutse vastu teine teadlane John B. Goodenough. Varsti pärast seda hakkas Jaapani keemikut Akira Yoshino tehnoloogiat uurima. Yoshino ja Goodenough tõestasid, et plahvatuste peamine põhjus oli liitiummetall.

90ndatel hakkas liitium-ioontehnoloogia koguma veojõudu, saades kümnendi lõpuks kiiresti populaarseks jõuallikaks. See tähistas esimest korda, kui Sony tehnoloogiat turustas. See liitiumpatareide kehv ohutusrekord ajendas arendama liitium-ioonakusid.

Kuigi liitiumpatareisid mahutavad suuremat energiatihedust, on need laadimise ja tühjendamise ajal ohtlikud. Teisest küljest on liitium-ioonpatareide laadimine ja tühjendamine üsna ohutu, kui kasutajad peavad kinni põhilistest ohutusjuhistest.

Mis on parim liitiumiioonkeemia?

Liitium-ioon aku keemilisi keemilisi tüüpe on arvukalt. Kaubanduslikult saadavad on järgmised:

Liitiumitanaat
Liitiumikoobalt -alumiiniumoksiid
Liitiumi nikkel mangaankoobaltoksiid
Liitiummangaanoksiid (LMO)
Liitiumkoobaltoksiid
Liitium -raudfosfaat (LifePo4)

Liitium-ioonpatareide jaoks on arvukalt keemilisi tüüpe. Igal neist on oma varjuküljed ja varjuküljed. Kuid mõned sobivad ainult konkreetsete kasutusjuhtude jaoks. Sellisena sõltub teie valitud tüüp teie energiavajadustest, eelarvest, ohutuse tolerantsist ja konkreetsest kasutusjuhtumist.

LIFEPO4 akud on aga kõige müügilisemad variandid. Need akud sisaldavad grafiidi süsiniklektroodi, mis toimib anoodina, ja fosfaati katoodina. Neil on pikk tsüklieaga kuni 10 000 tsüklit.

Lisaks pakuvad nad suurt termilist stabiilsust ja saavad ohutult hakkama vajalike lühikese tõusuga. LIFEPO4 akud on hinnatud soojusliku põgenemise läveni kuni 510 kraadi Fahrenheiti, mis on kõrgeim kõigist kaubanduslikult saadaolevatest liitium-ioonaku tüüpidest.

LifePo4 akude eelised

Võrreldes pliihappe ja muude liitiumipõhiste akudega on liitiumi fosfaatpatareidel tohutu eelis. Nad laadivad ja tühjendavad tõhusalt, kestavad kauem ja võivad sügavat tsüklitnutikasilma mahutavuse kaotamata. Need eelised tähendavad, et akud pakuvad teiste aku tüüpidega võrreldes nende elu jooksul tohutuid kulusid. Allpool on pilk nende akude konkreetsetest eelistest madala kiirusega sõidukites ja tööstusseadmetes.

LifePo4 aku madala kiirusega sõidukites

Madala kiirusega elektrisõidukid (LEV-d) on neljarattalised sõidukid, mis kaaluvad vähem kui 3000 naela. Neid toidavad elektrilised akud, mis teeb neist populaarse valiku golfikärude ja muude harrastusotstarbelisteks kasutamiseks.

Levi akuvaliku valimisel on üks olulisemaid kaalutlusi pikaealisus. Näiteks peaks akutoitega golfikärudel olema piisavalt energiat, et sõita 18 auguga golfiväljakul ilma, et nad peaksid laadima.

Teine oluline kaalutlus on hooldusgraafik. Hea aku ei tohiks vajada hooldust, et tagada teie rahuliku tegevuse maksimaalne nautimine.

Samuti peaks aku suutma töötada erinevates ilmastikutingimustes. Näiteks peaks see võimaldama teil temperatuuri langemisel golfi nii suvisel kuumusel kui ka sügisel.

Hea aku peaks kaasas olema ka juhtimissüsteem, mis tagab, et see ei kuumene liiga palju, halvendades selle võimsust.

Üks parimaid kaubamärke, mis vastab kõigile neile põhilistele, kuid olulistele tingimustele, on RoyPow. Nende LifePo4 liitiumakude rida on temperatuuril 4 ° F kuni 131 ° F. Akudel on sisseehitatud akuhaldussüsteem ja neid on äärmiselt lihtne paigaldada.

Liitiumioonakude tööstuslikud rakendused

Liitium-ioonakud on populaarne võimalus tööstuslikes rakendustes. Kõige tavalisem keemia on LifePo4 akud. Mõned levinumad seadmed nende akude kasutamiseks on:

Kitsad vahekäigud
Tasakaalustatud kahvlid
3 rattahõbedat
Walkie virnastajad
Lõpp- ja keskel sõitjad

Liitiumioonioonide akude populaarsus kasvab tööstuskeskkonnas palju põhjuseid. Peamised on:

Suur maht ja pikaealisus

Liitium-ioonakudel on pliihappe akudega võrreldes suurem energiatihedus ja pikaealisus. Nad võivad kaaluda kolmandikku kaalust ja anda sama väljund.

Nende elutsükkel on veel üks peamine eelis. Tööstusoperatsiooni jaoks on eesmärk hoida lühiajalised korduvad kulud minimaalsena. Liitium-ioonpatareidega võivad kahveltõstukite akud kesta kolm korda nii kaua, põhjustades pikas perspektiivis tohutu kulude kokkuhoiu.

Samuti saavad nad tegutseda suuremas heitkoguses kuni 80%, ilma et nende võimsust mõjutaks. Sellel on aja jooksul veel üks eelis. Toimingud ei pea akude vahetamiseks keskel peatama, mis võib põhjustada tuhandeid inimtunde, mis on piisavalt suure perioodi jooksul päästetud.

Kiire laadimine

Tööstuslike pliiakude korral on tavaline laadimisaeg umbes kaheksa tundi. See võrdub terve 8-tunnise nihega, kus aku pole kasutamiseks saadaval. Järelikult peab haldur arvestama selle seisakuga ja ostma lisaakusid.

LifePo4 akudega pole see väljakutse. Hea näide onRoypow Industrial LifePo4 liitiumpatareisid, mis laadivad neli korda kiiremini kui pliiakud. Teine eelis on võime jääda efektiivseks tühjenemise ajal. Pliihappe akud kannatavad jõudluse korral sageli lagise korral.

Tänu tõhusale akuhaldussüsteemile pole ka tööstuslike akude Roypowi liinil mäluprobleeme. Selle probleemi all kannatavad sageli pliiakud, mis võib põhjustada täisvõimsuse saavutamist.

Aja jooksul põhjustab see sulfatsiooni, mis võib nende niigi lühikese eluea pooleks lõigata. Probleem ilmneb sageli siis, kui pliiaku akusid hoitakse ilma täieliku laadimiseta. Liitiumpatareisid saab laadida lühikese intervalliga ja ilma probleemideta hoida mis tahes mahutavusel üle nulli.

Ohutus ja käitlemine

LifePo4 akudel on tööstuskeskkonnas tohutu eelis. Esiteks on neil suur termiline stabiilsus. Need akud võivad töötada temperatuuril kuni 131 ° F ilma kahjustusteta. Pliihappe akud kaotaksid sarnasel temperatuuril kuni 80% nende elutsüklist.

Teine probleem on akude kaal. Sarnase aku mahutavuse korral kaaluvad pliiakud oluliselt rohkem. Sellisena vajavad nad sageli konkreetseid seadmeid ja pikemat paigaldusaega, mis võib põhjustada vähem töökohale kulutatud inimtunde.

Teine küsimus on töötajate ohutus. Üldiselt on LifePo4 akud ohutumad kui pliihappe akud. OSHA juhiste kohaselt tuleb pliiaku akusid hoida spetsiaalses ruumis, mille seadmed on loodud ohtlike aurude kõrvaldamiseks. See tutvustab tööstusoperatsiooni lisakulusid ja keerukust.

Järeldus

Liitium-ioonakudel on selge eelis tööstuskeskkonnas ja madala kiirusega elektrisõidukite puhul. Need kestavad kauem, säästes sellest tulenevalt kasutajate raha. Need akud on ka nullhooldus, mis on eriti oluline tööstuslikus keskkonnas, kus kulude kokkuhoid on esmatähtis.