Što su litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije popularna su vrsta kemije baterija. Glavna prednost ovih baterija je to što se mogu puniti. Zbog ove značajke nalaze se u većini današnjih potrošačkih uređaja koji koriste bateriju. Mogu se naći u telefonima, električnim vozilima i kolicima za golf na baterije.

Kako rade litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije sastoje se od jedne ili više litij-ionskih ćelija. Također sadrže zaštitnu ploču za sprječavanje prekomjernog punjenja. Ćelije se nazivaju baterije nakon što su ugrađene u kućište sa zaštitnom pločicom.

Jesu li litij-ionske baterije isto što i litijeve baterije?

Ne. Litijska baterija i litij-ionska baterija uvelike se razlikuju. Glavna razlika je u tome što se potonji mogu puniti. Druga velika razlika je rok trajanja. Litijeva baterija može izdržati do 12 godina bez upotrebe, dok litij-ionske baterije imaju vijek trajanja do 3 godine.

Koje su ključne komponente litij-ionskih baterija

Litij-ionske ćelije imaju četiri glavne komponente. Ovo su:

Anoda

Anoda omogućuje prelazak struje iz baterije u vanjski krug. Također pohranjuje litijeve ione prilikom punjenja baterije.

Katoda

Katoda je ono što određuje kapacitet i napon ćelije. Proizvodi litijeve ione prilikom pražnjenja baterije.

elektrolit

Elektrolit je materijal koji služi kao kanal za kretanje litijevih iona između katode i anode. Sastoji se od soli, aditiva i raznih otapala.

Razdjelnik

Posljednji dio litij-ionske ćelije je separator. Djeluje kao fizička barijera koja drži katodu i anodu razdvojene.

Litij-ionske baterije rade pomicanjem litijevih iona od katode do anode i obrnuto preko elektrolita. Dok se ioni kreću, oni aktiviraju slobodne elektrone u anodi, stvarajući naboj na pozitivnom kolektoru struje. Ti elektroni teku kroz uređaj, telefon ili kolica za golf, do negativnog kolektora i natrag u katodu. Slobodni protok elektrona unutar baterije sprječava separator, tjerajući ih prema kontaktima.

Kada punite litij-ionsku bateriju, katoda će otpustiti litijeve ione i oni se kreću prema anodi. Prilikom pražnjenja, litijevi ioni se kreću od anode prema katodi, što stvara protok struje.

Kada su izumljene litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije prvi je osmislio 70-ih godina engleski kemičar Stanley Whittingham. Tijekom njegovih eksperimenata znanstvenici su istraživali različite kemijske spojeve za bateriju koja se može sama puniti. Njegovo prvo ispitivanje uključivalo je titanijev disulfid i litij kao elektrode. Međutim, baterije bi mogle kratko spojiti i eksplodirati.

U 80-ima, još jedan znanstvenik, John B. Goodenough, prihvatio je izazov. Ubrzo nakon toga, Akira Yoshino, japanski kemičar, započeo je istraživanje tehnologije. Yoshino i Goodenough dokazali su da je metalni litij glavni uzrok eksplozija.

U 90-ima je litij-ionska tehnologija počela dobivati na snazi, brzo je postala popularan izvor energije do kraja desetljeća. To je bio prvi put da je Sony komercijalizirao tehnologiju. Ta loša sigurnosna evidencija litijevih baterija potaknula je razvoj litij-ionskih baterija.

Dok litijeve baterije mogu držati veću gustoću energije, one nisu sigurne tijekom punjenja i pražnjenja. S druge strane, litij-ionske baterije sasvim su sigurne za punjenje i pražnjenje ako se korisnici pridržavaju osnovnih sigurnosnih smjernica.

Koja je najbolja kemija litij-iona?

Postoje brojne vrste kemijskih sastava litij-ionskih baterija. Komercijalno dostupni su:

Litijev titanat
Litij nikal kobalt aluminijev oksid
Litij nikal mangan kobalt oksid
Litij manganov oksid (LMO)
Litij kobalt oksid
Litij željezo fosfat (LiFePO4)

Postoje brojne vrste kemikalija za litij-ionske baterije. Svaki od njih ima svoje dobre i loše strane. Međutim, neki su prikladni samo za posebne slučajeve upotrebe. Kao takav, tip koji odaberete ovisit će o vašim potrebama za napajanjem, proračunu, sigurnosnoj toleranciji i specifičnom slučaju upotrebe.

Međutim, LiFePO4 baterije su komercijalno najdostupnija opcija. Ove baterije sadrže grafitnu ugljičnu elektrodu, koja služi kao anoda, i fosfat kao katodu. Imaju dug vijek trajanja do 10 000 ciklusa.

Osim toga, nude veliku toplinsku stabilnost i mogu sigurno podnijeti kratke udare u potražnji. Baterije LiFePO4 ocijenjene su za temperaturni prag do 510 stupnjeva Fahrenheita, što je najviše od svih komercijalno dostupnih vrsta litij-ionskih baterija.

Prednosti LiFePO4 baterija

U usporedbi s olovno-kiselinskim i drugim baterijama na bazi litija, litij-željezo-fosfatne baterije imaju veliku prednost. Učinkovito se pune i prazne, traju dulje i mogu duboko cyclebez gubitka kapaciteta. Ove prednosti znače da baterije nude velike uštede tijekom svog životnog vijeka u usporedbi s drugim vrstama baterija. Ispod je pogled na specifične prednosti ovih baterija u vozilima s malim brzinama i industrijskoj opremi.

LiFePO4 baterija u vozilima male brzine

Električna vozila male brzine (LEV) su vozila na četiri kotača koja teže manje od 3000 funti. Pokreću ih električne baterije, što ih čini popularnim izborom za golf kolica i druge rekreacijske namjene.

Kada birate opciju baterije za svoj LEV, jedno od najvažnijih razmatranja je dugovječnost. Na primjer, kolica za golf na baterije trebala bi imati dovoljno snage za vožnju po golf terenu s 18 rupa bez ponovnog punjenja.

Drugo važno razmatranje je raspored održavanja. Dobra baterija ne bi trebala zahtijevati održavanje kako bi se osigurao maksimalni užitak vaše ležerne aktivnosti.

Baterija bi također trebala moći raditi u različitim vremenskim uvjetima. Na primjer, trebao bi vam omogućiti igranje golfa i po ljetnim vrućinama i u jesen kada temperature padnu.

Dobra baterija bi također trebala imati kontrolni sustav koji osigurava da se ne pregrije ili previše ohladi, smanjujući njezin kapacitet.

Jedan od najboljih brendova koji ispunjava sve ove osnovne, ali važne uvjete je ROYPOW. Njihova linija LiFePO4 litijevih baterija ocijenjena je za temperature od 4°F do 131°F. Baterije dolaze s ugrađenim sustavom za upravljanje baterijom i iznimno su jednostavne za instalaciju.

Industrijske primjene litij-ionskih baterija

Litij-ionske baterije popularna su opcija u industrijskim primjenama. Najčešća kemija koja se koristi su LiFePO4 baterije. Neki od najčešćih uređaja za korištenje ovih baterija su:

Viličari za uski prolaz
Viličari s protutežom
Viljuškari s 3 kotača
Walkie slagači
Krajnji i središnji jahači

Mnogo je razloga zašto litij-ionske baterije postaju sve popularnije u industrijskim okruženjima. Glavni su:

Veliki kapacitet i dugovječnost

Litij-ionske baterije imaju veću gustoću energije i dugovječnost u usporedbi s olovnim baterijama. Mogu težiti trećinu težine i isporučiti isti učinak.

Njihov životni ciklus još je jedna velika prednost. Za industrijsku operaciju, cilj je svesti kratkoročne ponavljajuće troškove na minimum. Uz litij-ionske baterije, baterije za viličare mogu trajati tri puta dulje, što dugoročno dovodi do velikih ušteda.

Također mogu raditi na većoj dubini pražnjenja do 80% bez ikakvog utjecaja na njihov kapacitet. To ima još jednu prednost u uštedi vremena. Operacije se ne moraju zaustavljati na pola puta da bi se zamijenile baterije, što može dovesti do uštede tisuća radnih sati tijekom dovoljno dugog razdoblja.

Punjenje velikom brzinom

Kod industrijskih olovnih baterija normalno vrijeme punjenja je oko osam sati. To je jednako cijeloj 8-satnoj smjeni u kojoj baterija nije dostupna za korištenje. Shodno tome, upravitelj mora uzeti u obzir ovaj zastoj i kupiti dodatne baterije.

S LiFePO4 baterijama to nije izazov. Dobar primjer jeROYPOW industrijske LifePO4 litijske baterije, koje se pune četiri puta brže od olovnih baterija. Još jedna prednost je sposobnost da ostane učinkovit tijekom pražnjenja. Olovno-kiselinske baterije često imaju kašnjenje u radu dok se prazne.

ROYPOW linija industrijskih baterija također nema problema s memorijom, zahvaljujući učinkovitom sustavu upravljanja baterijama. Olovni akumulatori često pate od ovog problema, što može dovesti do neuspjeha u postizanju punog kapaciteta.

S vremenom uzrokuje sulfatizaciju, koja može prepoloviti njihov ionako kratak životni vijek. Problem se često javlja kada se olovni akumulatori skladište bez potpunog punjenja. Litijske baterije mogu se bez ikakvih problema puniti u kratkim intervalima i skladištiti u bilo kojem kapacitetu iznad nule.

Sigurnost i rukovanje

LiFePO4 baterije imaju veliku prednost u industrijskim uvjetima. Prvo, imaju veliku toplinsku stabilnost. Ove baterije mogu raditi na temperaturama do 131°F bez oštećenja. Olovne baterije izgubile bi do 80% svog životnog ciklusa na sličnoj temperaturi.

Drugi problem je težina baterija. Za sličan kapacitet baterije, olovne baterije teže znatno više. Kao takvi, često im je potrebna posebna oprema i dulje vrijeme instalacije, što može dovesti do manjeg broja radnih sati utrošenih na posao.

Drugi problem je sigurnost radnika. Općenito, LiFePO4 baterije su sigurnije od olovnih baterija. Prema smjernicama OSHA-e, olovno-kiselinske baterije moraju se skladištiti u posebnoj prostoriji s opremom namijenjenom uklanjanju opasnih para. To unosi dodatne troškove i složenost u industrijsku operaciju.

Zaključak

Litij-ionske baterije imaju jasnu prednost u industrijskim okruženjima i za električna vozila male brzine. Dulje traju, a samim time i korisniku štede novac. Ove baterije također ne zahtijevaju održavanje, što je posebno važno u industrijskom okruženju gdje je ušteda na prvom mjestu.