Mitä ovat litiumioniakut

Litiumioniakut ovat suosittu akkukemian tyyppi. Näiden akkujen suuri etu on, että ne ovat ladattavia. Tämän ominaisuuden ansiosta niitä löytyy nykyään useimmista akkua käyttävistä kuluttajalaitteista. Niitä löytyy puhelimista, sähköajoneuvoista ja akkukäyttöisistä golfkärryistä.

Kuinka litiumioniakut toimivat?

Litiumioniakut koostuvat yhdestä tai useammasta litiumioniakusta. Niissä on myös suojaava piirilevy ylilatauksen estämiseksi. Kennoja kutsutaan akuiksi, kun ne on asennettu suojaavalla piirilevyllä varustettuun koteloon.

Ovatko litiumioniakut samat kuin litium-akut?

Ei. Litium-akku ja litiumioniakku ovat hyvin erilaisia. Suurin ero on, että jälkimmäiset ovat ladattavia. Toinen merkittävä ero on säilyvyys. Litiumakku voi kestää käyttämättömänä jopa 12 vuotta, kun taas litiumioniakkujen käyttöikä on jopa 3 vuotta.

Mitkä ovat litiumioniakkujen tärkeimmät komponentit

Litiumionikennoissa on neljä pääkomponenttia. Nämä ovat:

Anodi

Anodi mahdollistaa sähkön siirtymisen akusta ulkoiseen piiriin. Se varastoi myös litiumioneja akkua ladattaessa.

Katodi

Katodi määrittää kennon kapasiteetin ja jännitteen. Se tuottaa litiumioneja purkaessaan akkua.

Elektrolyytti

Elektrolyytti on materiaali, joka toimii kanavana litiumionien liikkumiselle katodin ja anodin välillä. Se koostuu suoloista, lisäaineista ja erilaisista liuottimista.

Erottaja

Litiumionikennon viimeinen kappale on erotin. Se toimii fyysisenä esteenä pitääkseen katodin ja anodin erillään.

Litiumioniakut toimivat siirtämällä litiumioneja katodilta anodille ja päinvastoin elektrolyytin kautta. Liikkuessaan ionit aktivoivat vapaita elektroneja anodissa ja muodostavat varauksen positiivisessa virrankerääjässä. Nämä elektronit virtaavat laitteen, puhelimen tai golfkärryn läpi negatiiviseen keräilijään ja takaisin katodille. Erotin estää elektronien vapaan virtauksen akun sisällä ja pakottaa ne kontakteja kohti.

Kun lataat litiumioniakkua, katodi vapauttaa litiumioneja ja ne liikkuvat anodia kohti. Purkaessaan litiumionit siirtyvät anodilta katodille, joka synnyttää virran.

Milloin litiumioniakut keksittiin?

Litiumioniakut kehitti ensimmäisen kerran 70-luvulla englantilainen kemisti Stanley Whittingham. Hänen kokeidensa aikana tutkijat tutkivat erilaisia kemiallisia menetelmiä akulle, joka voisi ladata itsensä. Hänen ensimmäisessä kokeessaan elektrodeina käytettiin titaanidisulfidia ja litiumia. Akut kuitenkin oikosuluvat ja räjähtäisivät.

80-luvulla toinen tiedemies, John B. Goodenough, otti haasteen vastaan. Pian tämän jälkeen japanilainen kemisti Akira Yoshino aloitti teknologian tutkimuksen. Yoshino ja Goodenough osoittivat, että litiummetalli oli tärkein räjähdyksen aiheuttaja.

90-luvulla litiumioniteknologia alkoi saada pitoa, ja siitä tuli nopeasti suosittu virtalähde vuosikymmenen lopussa. Se oli ensimmäinen kerta, kun Sony kaupallisti tekniikan. Litium-akkujen heikko turvallisuustaso sai aikaan litiumioniakkujen kehittämisen.

Vaikka litiumakut voivat säilyttää korkeamman energiatiheyden, ne ovat vaarallisia latauksen ja purkamisen aikana. Toisaalta litiumioniakut ovat melko turvallisia ladata ja purkaa, kun käyttäjät noudattavat perusturvallisuusohjeita.

Mikä on paras litiumionikemia?

Litium-ioni-akkukemikaaleja on monenlaisia. Kaupallisesti saatavilla olevat ovat:

Litiumtitanaatti
Litium-nikkeli-kobolttialumiinioksidi
Litium-nikkeli-mangaani-kobolttioksidi
Litiummangaanioksidi (LMO)
Litiumkobolttioksidi
Litiumrautafosfaatti (LiFePO4)

Litiumioniakuille on olemassa useita erilaisia kemikaaleja. Jokaisella on hyvät ja huonot puolensa. Jotkut soveltuvat kuitenkin vain tiettyihin käyttötarkoituksiin. Sellaisenaan valitsemasi tyyppi riippuu tehotarpeistasi, budjetista, turvallisuustoleranssista ja erityisestä käyttötapauksesta.

LiFePO4-akut ovat kuitenkin kaupallisin vaihtoehto. Nämä akut sisältävät grafiittihiilielektrodin, joka toimii anodina, ja fosfaattia katodina. Niiden käyttöikä on pitkä, jopa 10 000 sykliä.

Lisäksi ne tarjoavat erinomaisen lämmönkestävyyden ja kestävät turvallisesti lyhyitä kysyntäpiikkejä. LiFePO4-akkujen lämpöraja on jopa 510 Fahrenheit-astetta, mikä on korkein kaupallisesti saatavilla olevista litiumioniakkutyypeistä.

LiFePO4-akkujen edut

Lyijyhappo- ja muihin litiumpohjaisiin akkuihin verrattuna litiumrautafosfaattiakuilla on valtava etu. Ne latautuvat ja purkautuvat tehokkaasti, kestävät pidempään ja voivat latautua syväänclemenettämättä kapasiteettia. Nämä edut tarkoittavat, että akut tarjoavat valtavia kustannussäästöjä elinkaarensa aikana verrattuna muihin akkutyyppeihin. Alla on katsaus näiden akkujen erityisiin etuihin hidastehoisissa ajoneuvoissa ja teollisuuslaitteissa.

LiFePO4-akku hitaissa ajoneuvoissa

Hidasnopeussähköajoneuvot (LEV) ovat nelipyöräisiä ajoneuvoja, jotka painavat alle 3000 puntaa. Ne saavat virtansa sähköakuista, mikä tekee niistä suositun valinnan golfkärryihin ja muihin vapaa-ajan käyttöön.

Kun valitset akkuvaihtoehtoa LEV:llesi, yksi tärkeimmistä näkökohdista on pitkäikäisyys. Esimerkiksi akkukäyttöisissä golfkärryissä pitäisi olla tarpeeksi tehoa ajellakseen 18-reikäisellä golfkentällä ilman latausta.

Toinen tärkeä näkökohta on huoltoaikataulu. Hyvän akun ei pitäisi vaatia huoltoa, jotta voit nauttia rauhassa liikkumisestasi.

Akun tulee myös toimia vaihtelevissa sääolosuhteissa. Sen pitäisi esimerkiksi mahdollistaa golfin pelaaminen sekä kesähelteellä että syksyllä, kun lämpötila laskee.

Hyvässä akussa tulisi myös olla ohjausjärjestelmä, joka varmistaa, ettei se ylikuumene tai jäähdy liikaa, mikä heikentää sen kapasiteettia.

Yksi parhaista merkeistä, joka täyttää kaikki nämä perus- mutta tärkeät ehdot, on ROYPOW. Niiden LiFePO4-litiumparistosarja on mitoitettu kestämään 4 °F - 131 °F lämpötiloja. Akuissa on sisäänrakennettu akunhallintajärjestelmä, ja ne on erittäin helppo asentaa.

Litium-ioni-akkujen teolliset sovellukset

Litiumioniakut ovat suosittu vaihtoehto teollisissa sovelluksissa. Yleisin käytetty kemia on LiFePO4-akut. Jotkut yleisimmistä näiden akkujen käyttämistä laitteista ovat:

Kapean käytävän trukit
Vastapainotrukit
3-pyöräiset trukit
Walkie-pinoamislaitteet
Loppu- ja keskiratsastajat

On monia syitä, miksi litiumioniakkujen suosio teollisuusympäristöissä kasvaa. Tärkeimmät ovat:

Suuri kapasiteetti ja pitkäikäisyys

Litiumioniakuilla on suurempi energiatiheys ja pitkä käyttöikä verrattuna lyijyakkuihin. Ne voivat painaa kolmanneksen painosta ja tuottaa saman tehon.

Niiden elinkaari on toinen suuri etu. Teollisen toiminnan osalta tavoitteena on pitää lyhytaikaiset toistuvat kustannukset minimissä. Litiumioniakuilla trukkien akut voivat kestää kolme kertaa niin kauan, mikä johtaa valtaviin kustannussäästöihin pitkällä aikavälillä.

Ne voivat toimia myös suuremmalla purkaussyvyydellä, jopa 80 %, vaikuttamatta niiden kapasiteettiin. Tällä on toinen etu ajansäästössä. Toimintoja ei tarvitse keskeyttää puolivälissä akkujen vaihtamiseksi, mikä voi johtaa tuhansien työtuntien säästöihin riittävän pitkän ajanjakson aikana.

Nopea lataus

Teollisilla lyijyakuilla normaali latausaika on noin kahdeksan tuntia. Tämä vastaa kokonaista 8 tunnin vuoroa, jossa akku ei ole käytettävissä. Tästä syystä esimiehen on otettava huomioon tämä seisonta-aika ja ostettava ylimääräisiä akkuja.

LiFePO4-akkujen kanssa se ei ole haaste. Hyvä esimerkki onROYPOW teolliset LifePO4-litiumparistot, jotka latautuvat neljä kertaa nopeammin kuin lyijyakut. Toinen etu on kyky pysyä tehokkaana purkamisen aikana. Lyijyakkujen suorituskyky viivästyy usein purkautuessaan.

Teollisuusakkujen ROYPOW-sarjassa ei myöskään ole muistiongelmia tehokkaan akunhallintajärjestelmän ansiosta. Lyijyakut kärsivät usein tästä ongelmasta, mikä voi johtaa siihen, että täyttä kapasiteettia ei saavuteta.

Ajan myötä se aiheuttaa sulfaatiota, mikä voi puolittaa niiden jo ennestään lyhyen käyttöiän. Ongelma ilmenee usein, kun lyijyakkuja säilytetään ilman täyttä latausta. Litiumakkuja voidaan ladata lyhyin väliajoin ja varastoida millä tahansa nollan ylittävällä kapasiteetilla ilman ongelmia.

Turvallisuus ja käsittely

LiFePO4-akuilla on valtava etu teollisuusympäristöissä. Ensinnäkin niillä on suuri lämmönkestävyys. Nämä akut voivat toimia jopa 131 °F:n lämpötiloissa ilman vaurioita. Lyijyakut menettäisivät jopa 80 % elinkaarestaan samassa lämpötilassa.

Toinen ongelma on akkujen paino. Samanlaisen akun kapasiteetin saavuttamiseksi lyijyakut painavat huomattavasti enemmän. Sellaisenaan ne tarvitsevat usein erityisiä laitteita ja pidemmän asennusajan, mikä voi vähentää työhön käytettyä työtuntia.

Toinen asia on työntekijöiden turvallisuus. Yleensä LiFePO4-akut ovat turvallisempia kuin lyijyakut. OSHA:n ohjeiden mukaan lyijyakkuja on säilytettävä erityisessä huoneessa, jossa on laitteet, jotka on suunniteltu poistamaan vaaralliset höyryt. Tämä tuo ylimääräisiä kustannuksia ja monimutkaisuutta teolliseen toimintaan.

Johtopäätös

Litiumioniakuilla on selkeä etu teollisuusympäristöissä ja hitaissa sähköajoneuvoissa. Ne kestävät pidempään, mikä säästää käyttäjien rahaa. Nämä akut eivät myöskään vaadi huoltoa, mikä on erityisen tärkeää teollisuusympäristössä, jossa kustannussäästöt ovat ensiarvoisen tärkeitä.