Mik azok a lítium-ion akkumulátorok

A lítium-ion akkumulátorok az akkumulátorkémia népszerű típusai. Ezeknek az akkumulátoroknak a fő előnye az, hogy újratölthetők. Ennek a funkciónak köszönhetően manapság a legtöbb fogyasztói eszközben megtalálhatók, amelyek akkumulátort használnak. Megtalálhatók telefonokban, elektromos járművekben és akkumulátoros golfkocsikban.

Hogyan működnek a lítium-ion akkumulátorok?

A lítium-ion akkumulátorok egy vagy több lítium-ion cellából állnak. A túltöltés megelőzése érdekében védő áramköri lapot is tartalmaznak. A cellákat akkumulátoroknak nevezik, miután egy védő áramköri lappal ellátott burkolatba helyezték őket.

A lítium-ion akkumulátorok ugyanazok, mint a lítium akkumulátorok?

Nem. A lítium akkumulátor és a lítium-ion akkumulátor nagyban különbözik egymástól. A fő különbség az, hogy az utóbbiak újratölthetők. Egy másik jelentős különbség az eltarthatósági idő. Egy lítium akkumulátor akár 12 évig is kibírható használat nélkül, míg a lítium-ion akkumulátorok élettartama akár 3 év is lehet.

Melyek a lítium-ion akkumulátorok fő összetevői

A lítium-ion cellák négy fő összetevőből állnak. Ezek a következők:

Anód

Az anód lehetővé teszi az elektromos áram átjutását az akkumulátorból egy külső áramkörbe. Az akkumulátor töltésekor lítium-ionokat is tárol.

Katód

A katód határozza meg a cella kapacitását és feszültségét. Az akkumulátor kisütésekor lítium-ionokat termel.

Elektrolit

Az elektrolit olyan anyag, amely csatornaként szolgál a lítium-ionok mozgásához a katód és az anód között. Sókból, adalékanyagokból és különféle oldószerekből áll.

Az Elválasztó

A lítium-ion cella utolsó darabja a szeparátor. Fizikai akadályként működik, hogy a katódot és az anódot egymástól távol tartsa.

A lítium-ion akkumulátorok úgy működnek, hogy lítium-ionokat mozgatnak a katódról az anódra, és fordítva az elektroliton keresztül. Az ionok mozgása során szabad elektronokat aktiválnak az anódban, töltést hozva létre a pozitív áramkollektoron. Ezek az elektronok az eszközön, telefonon vagy golfkocsin keresztül áramlanak a negatív kollektorba, majd vissza a katódba. Az elektronok szabad áramlását az akkumulátor belsejében a leválasztó megakadályozza, és az érintkezők felé kényszeríti őket.

Lítium-ion akkumulátor töltésekor a katód lítium-ionokat szabadít fel, és azok az anód felé mozognak. Kisütéskor a lítium-ionok az anódról a katódra mozognak, amely áramot generál.

Mikor találták fel a lítium-ion akkumulátorokat?

A lítium-ion akkumulátorokat először Stanley Whittingham angol kémikus tervezte meg a 70-es években. Kísérletei során a tudósok különféle kémiákat vizsgáltak egy olyan akkumulátorhoz, amely képes újratöltődni. Első kísérletében titán-diszulfidot és lítiumot használtak elektródákként. Az akkumulátorok azonban rövidre zárnak és felrobbannak.

A 80-as években egy másik tudós, John B. Goodenough vállalta a kihívást. Nem sokkal ezután Akira Yoshino, egy japán vegyész megkezdte a technológia kutatását. Yoshino és Goodenough bebizonyította, hogy a lítium fém volt a robbanások fő oka.

A 90-es években a lítium-ion technológia kezdett hódítani, és az évtized végére gyorsan népszerű áramforrássá vált. Ez volt az első alkalom, hogy a Sony kereskedelmi forgalomba hozta a technológiát. A lítium-akkumulátorok gyenge biztonsági teljesítménye késztette a lítium-ion akkumulátorok kifejlesztését.

Míg a lítium akkumulátorok nagyobb energiasűrűséget képesek tárolni, töltés és kisütés során nem biztonságosak. Másrészt a lítium-ion akkumulátorok töltése és kisütése meglehetősen biztonságos, ha a felhasználók betartják az alapvető biztonsági előírásokat.

Mi a legjobb lítium-ion kémia?

A lítium-ion akkumulátor kémiának számos fajtája létezik. A kereskedelmi forgalomban kaphatók a következők:

Lítium-titanát
Lítium-nikkel-kobalt-alumínium-oxid
Lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid
Lítium-mangán-oxid (LMO)
Lítium-kobalt-oxid
Lítium-vas-foszfát (LiFePO4)

A lítium-ion akkumulátorokhoz számos kémiai módszer létezik. Mindegyiknek megvan a maga jó és árnyoldala. Néhányan azonban csak meghatározott felhasználási esetekre alkalmasak. Mint ilyen, a választott típus az energiaigényétől, a költségvetéstől, a biztonsági tűréstől és a konkrét használati esettől függ.

A LiFePO4 akkumulátorok azonban a kereskedelmi forgalomban leginkább elérhető opciók. Ezek az akkumulátorok grafit szénelektródát tartalmaznak, amely anódként szolgál, és foszfátot katódként. Hosszú élettartamuk, akár 10 000 ciklus is lehet.

Ezen túlmenően nagy hőstabilitást biztosítanak, és biztonságosan kezelik a kereslet rövid túlfeszültségeit. A LiFePO4 akkumulátorok 510 Fahrenheit-fokig terjedő hőkifutási küszöbértékre vannak besorolva, ami a legmagasabb a kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion akkumulátortípusok közül.

A LiFePO4 akkumulátorok előnyei

Az ólomsavas és más lítium alapú akkumulátorokhoz képest a lítium-vas-foszfát akkumulátorok óriási előnyt jelentenek. Hatékonyan töltenek és merítenek, tovább tartanak és mélyen lemerülnekclekapacitásvesztés nélkül. Ezek az előnyök azt jelentik, hogy az akkumulátorok jelentős költségmegtakarítást tesznek lehetővé élettartamuk során a többi akkumulátortípushoz képest. Az alábbiakban áttekintjük ezen akkumulátorok sajátos előnyeit a kis sebességű motoros járművekben és ipari berendezésekben.

LiFePO4 akkumulátor kis sebességű járművekben

Az alacsony sebességű elektromos járművek (LEV) olyan négykerekű járművek, amelyek súlya kevesebb, mint 3000 font. Elektromos akkumulátorral működnek, ami népszerű választássá teszi őket golfkocsikhoz és más szabadidős célokra.

A LEV akkumulátorának kiválasztásakor az egyik legfontosabb szempont a hosszú élettartam. Például az akkumulátorral működő golfkocsiknak elegendő energiával kell rendelkezniük ahhoz, hogy egy 18 lyukú golfpályát körbe tudjanak vezetni anélkül, hogy újra kellene tölteniük.

Egy másik fontos szempont a karbantartási ütemterv. A jó akkumulátornak nem kell karbantartást igényelnie, hogy maximálisan élvezhesse a nyugodt tevékenységet.

Az akkumulátornak különféle időjárási körülmények között is működnie kell. Lehetővé kell tenni például a golfozást a nyári melegben és ősszel, amikor a hőmérséklet csökken.

A jó akkumulátort olyan vezérlőrendszerrel is kell ellátni, amely biztosítja, hogy ne melegedjen túl vagy hűljön le túlságosan, ami rontja a kapacitását.

Az egyik legjobb márka, amely mindezen alapvető, de fontos feltételeknek megfelel, a ROYPOW. LiFePO4 lítium akkumulátoraik 4°F és 131°F közötti hőmérsékletre vannak méretezve. Az akkumulátorok beépített akkumulátor-kezelő rendszerrel rendelkeznek, és rendkívül egyszerűen telepíthetők.

Lítium-ion akkumulátorok ipari alkalmazásai

A lítium-ion akkumulátorok népszerűek az ipari alkalmazásokban. A leggyakrabban használt kémia a LiFePO4 akkumulátorok. Az akkumulátorok használatához leggyakrabban használt berendezések a következők:

Keskenyfolyosós targoncák
Kiegyensúlyozott targoncák
3 kerekű targoncák
Walkie targoncák
End és center versenyzők

Számos oka van annak, hogy a lítium-ion akkumulátorok egyre népszerűbbek az ipari környezetben. A főbbek a következők:

Nagy kapacitás és hosszú élettartam

A lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége és élettartama nagyobb, mint az ólom-savas akkumulátorokhoz képest. Súlyuk egyharmada is lehet, és ugyanazt a teljesítményt nyújtják.

Életciklusuk egy másik jelentős előny. Ipari működésnél a rövid távú ismétlődő költségek minimálisra csökkentése a cél. A lítium-ion akkumulátorokkal a targoncaakkumulátorok háromszor hosszabb élettartammal rendelkeznek, ami hosszú távon óriási költségmegtakarítást eredményez.

Nagyobb, akár 80%-os kisülési mélységben is működhetnek anélkül, hogy befolyásolnák a kapacitásukat. Ennek további előnye van az időmegtakarítás terén. A műveleteknek nem kell félúton leállniuk az akkumulátorok cseréjéhez, ami több ezer munkaórát takaríthat meg egy elég hosszú időszak alatt.

Nagy sebességű töltés

Ipari ólom-savas akkumulátorok esetén a normál töltési idő körülbelül nyolc óra. Ez egy teljes 8 órás műszaknak felel meg, amikor az akkumulátor nem használható. Következésképpen a vezetőnek el kell számolnia ezzel az állásidővel, és extra akkumulátorokat kell vásárolnia.

A LiFePO4 akkumulátorokkal ez nem jelent kihívást. Jó példa erre aROYPOW ipari LifePO4 lítium akkumulátorok, amelyek négyszer gyorsabban töltődnek, mint az ólomsavas akkumulátorok. Egy másik előny az, hogy hatékony marad a kiürítés során. Az ólom-savas akkumulátorok teljesítménye gyakran lelassul, amikor lemerülnek.

A ROYPOW ipari akkumulátorok termékcsaládjának szintén nincs memóriaproblémája, köszönhetően a hatékony akkumulátor-kezelő rendszernek. Az ólom-savas akkumulátorok gyakran szenvednek ettől a problémától, ami a teljes kapacitás elérésének kudarcához vezethet.

Idővel szulfatációt okoz, ami felére csökkentheti az amúgy is rövid élettartamukat. A probléma gyakran akkor fordul elő, ha az ólom-savas akkumulátorokat teljesen feltöltés nélkül tárolják. A lítium akkumulátorok rövid időközönként tölthetők, és nulla feletti kapacitáson tárolhatók minden probléma nélkül.

Biztonság és Kezelés

A LiFePO4 akkumulátoroknak óriási előnyük van ipari környezetben. Először is nagy termikus stabilitásuk van. Ezek az akkumulátorok akár 131°F-os hőmérsékleten is működhetnek anélkül, hogy bármilyen kárt szenvednének. Az ólom-savas akkumulátorok hasonló hőmérsékleten életciklusuk akár 80%-át is elveszítenék.

Egy másik probléma az akkumulátorok súlya. Hasonló akkumulátorkapacitás esetén az ólomakkumulátorok lényegesen nagyobb tömegűek. Ezért gyakran speciális felszerelésre és hosszabb telepítési időre van szükségük, ami kevesebb munkaórát jelenthet a munkával.

Egy másik kérdés a munkavállalók biztonsága. Általában a LiFePO4 akkumulátorok biztonságosabbak, mint az ólom-savas akkumulátorok. Az OSHA irányelvei szerint az ólomsavas akkumulátorokat speciális helyiségben kell tárolni, olyan berendezéssel, amelyet a veszélyes füstök eltávolítására terveztek. Ez többletköltséget és bonyolultságot jelent az ipari működésben.

Következtetés

A lítium-ion akkumulátorok egyértelmű előnyt jelentenek az ipari környezetben és az alacsony sebességű elektromos járművekben. Hosszabb ideig tartanak, így a felhasználók pénzt takarítanak meg. Ezek az akkumulátorok karbantartást sem igényelnek, ami különösen fontos ipari környezetben, ahol a költségmegtakarítás a legfontosabb.