Hvað eru litíumjónarafhlöður

Lithium-ion rafhlöður eru vinsæl tegund rafhlöðuefnafræði. Stór kostur sem þessar rafhlöður bjóða upp á er að þær eru endurhlaðanlegar. Vegna þessa eiginleika eru þau að finna í flestum neytendatækjum í dag sem nota rafhlöðu. Þeir má finna í símum, rafknúnum farartækjum og rafhlöðuknúnum golfkerrum.

Hvernig virka litíumjónarafhlöður?

Lithium-ion rafhlöður eru gerðar úr einni eða mörgum lithium-ion frumum. Þau innihalda einnig hlífðar hringrás til að koma í veg fyrir ofhleðslu. Frumurnar eru kallaðar rafhlöður þegar þær eru settar í hlíf með hlífðarrásarborði.

Eru litíumjónarafhlöður það sama og litíumrafhlöður?

Nei. Lithium rafhlaða og lithium-ion rafhlaða eru mjög mismunandi. Aðalmunurinn er sá að þeir síðarnefndu eru endurhlaðanlegir. Annar stór munur er geymsluþol. Lithium rafhlaða getur endað í allt að 12 ár ónotuð, en lithium-ion rafhlöður hafa allt að 3 ár geymsluþol.

Hverjir eru lykilþættir litíumjónarafhlöður

Lithium-ion frumur hafa fjóra meginþætti. Þetta eru:

Skaut

Rafskautið gerir rafmagni kleift að fara frá rafhlöðunni yfir í ytri hringrás. Það geymir einnig litíumjónir þegar rafhlaðan er hlaðin.

Bakskaut

Bakskautið er það sem ákvarðar getu og spennu frumunnar. Það framleiðir litíumjónir þegar rafhlaðan er tæmd.

Raflausn

Raflausnin er efni sem þjónar sem leið fyrir litíumjónir til að fara á milli bakskautsins og rafskautsins. Það er samsett úr söltum, aukefnum og ýmsum leysiefnum.

Skiljarinn

Lokahluturinn í litíumjónafrumu er skiljan. Það virkar sem líkamleg hindrun til að halda bakskautinu og rafskautinu í sundur.

Lithium-ion rafhlöður vinna með því að flytja litíumjónir frá bakskautinu til rafskautsins og öfugt í gegnum raflausnina. Þegar jónirnar hreyfast, virkja þær frjálsar rafeindir í forskautinu og búa til hleðslu við jákvæða straumsafnann. Þessar rafeindir streyma í gegnum tækið, síma eða golfbíl, að neikvæða safnaranum og aftur inn í bakskautið. Frjálst flæði rafeinda inni í rafhlöðunni er komið í veg fyrir af skiljuna, sem þvingar þær í átt að tengiliðunum.

Þegar þú hleður litíumjónarafhlöðu losar bakskautið litíumjónir og þær færast í átt að rafskautinu. Við losun flytjast litíumjónir frá rafskautinu til bakskautsins, sem myndar straumflæði.

Hvenær voru litíumjónarafhlöður fundnar upp?

Lithium-ion rafhlöður voru fyrst hugsaðar á áttunda áratugnum af enska efnafræðingnum Stanley Whittingham. Í tilraunum hans rannsökuðu vísindamennirnir ýmsar efnafræðir fyrir rafhlöðu sem gæti endurhlaðað sig. Fyrsta rannsókn hans fól í sér títantvísúlfíð og litíum sem rafskaut. Hins vegar myndu rafhlöðurnar skammhlaupa og springa.

Á níunda áratugnum tók annar vísindamaður, John B. Goodenough, áskoruninni. Skömmu síðar hóf Akira Yoshino, japanskur efnafræðingur, rannsóknir á tækninni. Yoshino og Goodenough sönnuðu að litíummálmur var aðalorsök sprenginga.

Á tíunda áratugnum byrjaði litíumjónatækni að ná tökum á sér og varð fljótt vinsæll aflgjafi í lok áratugarins. Það var í fyrsta skipti sem tæknin var markaðssett af Sony. Þessi lélega öryggisskrá litíumrafhlöðu varð til þess að litíumjónarafhlöður þróaðist.

Þó að litíum rafhlöður geti haldið meiri orkuþéttleika eru þær óöruggar við hleðslu og afhleðslu. Á hinn bóginn eru litíumjónarafhlöður nokkuð öruggar að hlaða og afhlaða þegar notendur fylgja grundvallar öryggisleiðbeiningum.

Hver er besta litíumjóna efnafræðin?

Það eru til margar tegundir af litíumjónarafhlöðum. Þau sem fáanleg eru í verslun eru:

Lithium Titanate
Litíum nikkel kóbalt áloxíð
Litíum nikkel mangan kóbaltoxíð
Lithium Manganese Oxide (LMO)
Litíum kóbaltoxíð
Litíum járnfosfat (LiFePO4)

Það eru fjölmargar tegundir af efnafræði fyrir litíumjónarafhlöður. Hver og einn hefur sína kosti og galla. Hins vegar eru sumar aðeins hentugar fyrir sérstök notkunartilvik. Sem slík fer tegundin sem þú velur eftir orkuþörf þinni, fjárhagsáætlun, öryggisþoli og sérstökum notkunartilvikum.

Hins vegar eru LiFePO4 rafhlöður sá valkostur sem fæst í versluninni. Þessar rafhlöður innihalda grafít kolefnisrafskaut, sem þjónar sem rafskaut, og fosfat sem bakskaut. Þeir hafa langan líftíma allt að 10.000 lotur.

Að auki bjóða þeir upp á mikinn varmastöðugleika og geta örugglega séð um stuttar bylgjur í eftirspurn. LiFePO4 rafhlöður eru metnar fyrir hitauppstreymisþröskuld allt að 510 gráður á Fahrenheit, það hæsta af hvaða litíumjónarafhlöðu sem fæst í verslun.

Kostir LiFePO4 rafhlöður

Í samanburði við blýsýru og aðrar rafhlöður sem eru byggðar á litíum hafa litíum járnfosfat rafhlöður mikla yfirburði. Þeir hlaða og losa á skilvirkan hátt, endast lengur og geta djúpt cycleán þess að missa getu. Þessir kostir þýða að rafhlöðurnar bjóða upp á mikinn kostnaðarsparnað yfir líftíma þeirra samanborið við aðrar rafhlöður. Hér að neðan er litið á sérstaka kosti þessara rafhlaðna í lághraða rafknúnum ökutækjum og iðnaðarbúnaði.

LiFePO4 rafhlaða í lághraða ökutækjum

Lághraða rafknúin farartæki (LEVs) eru fjögurra hjóla farartæki sem vega minna en 3000 pund. Þeir eru knúnir af rafhlöðum, sem gerir þá að vinsælum valkostum fyrir golfbíla og aðra afþreyingu.

Þegar þú velur rafhlöðuvalkostinn fyrir LEV þinn er langlífi eitt mikilvægasta atriðið. Til dæmis ættu rafhlöðuknúnar golfkerrur að hafa nóg afl til að keyra um 18 holu golfvöll án þess að þurfa að endurhlaða.

Annað mikilvægt atriði er viðhaldsáætlunin. Góð rafhlaða ætti ekki að þurfa viðhalds til að tryggja hámarks ánægju af rólegri hreyfingu þinni.

Rafhlaðan ætti einnig að geta starfað við mismunandi veðurskilyrði. Til dæmis ætti það að leyfa þér að spila golf bæði í sumarhitanum og á haustin þegar hitastigið lækkar.

Góð rafhlaða ætti einnig að koma með stjórnkerfi sem tryggir að hún ofhitni ekki eða kæli of mikið og rýri getu hennar.

Eitt af bestu vörumerkjunum sem uppfyllir öll þessi grundvallar en mikilvægu skilyrði er ROYPOW. LiFePO4 litíum rafhlöður eru metnar fyrir hitastig frá 4°F til 131°F. Rafhlöðurnar koma með innbyggt rafhlöðustjórnunarkerfi og eru einstaklega auðveld í uppsetningu.

Iðnaðarforrit fyrir litíumjónarafhlöður

Lithium-ion rafhlöður eru vinsæll valkostur í iðnaði. Algengasta efnafræðin sem notuð er eru LiFePO4 rafhlöður. Sumir af algengustu tækjunum til að nota þessar rafhlöður eru:

Mjóganga lyftarar
Mótvægislyftarar
Þriggja hjóla lyftarar
Walkie staflarar
End- og miðjumenn

Það eru margar ástæður fyrir því að litíumjónarafhlöður njóta vaxandi vinsælda í iðnaðarumhverfi. Þau helstu eru:

Mikil afköst og langlífi

Lithium-ion rafhlöður hafa meiri orkuþéttleika og langlífi samanborið við blý-sýru rafhlöður. Þeir geta vegið þriðjung af þyngdinni og skilað sömu framleiðslu.

Lífsferill þeirra er annar stór kostur. Fyrir iðnaðarrekstur er markmiðið að halda endurteknum skammtímakostnaði í lágmarki. Með litíumjónarafhlöðum geta rafhlöður fyrir lyftara endast þrisvar sinnum lengur, sem leiðir til mikillar kostnaðarsparnaðar til lengri tíma litið.

Þeir geta einnig starfað á stærra losunardýpi allt að 80% án þess að hafa áhrif á afkastagetu þeirra. Það hefur annan kost í tímasparnaði. Aðgerðir þurfa ekki að stöðvast á miðri leið til að skipta út rafhlöðum, sem getur leitt til þess að þúsundir vinnustunda sparast á nógu stórum tíma.

Háhraða hleðsla

Með iðnaðar blýsýru rafhlöðum er venjulegur hleðslutími um átta klukkustundir. Það jafngildir heilri 8 tíma vakt þar sem rafhlaðan er ekki tiltæk til notkunar. Þar af leiðandi verður framkvæmdastjóri að gera grein fyrir þessum niður í miðbæ og kaupa auka rafhlöður.

Með LiFePO4 rafhlöðum er það ekki áskorun. Gott dæmi erROYPOW iðnaðar LifePO4 litíum rafhlöður, sem hlaða fjórum sinnum hraðar en blýsýru rafhlöður. Annar ávinningur er hæfileikinn til að vera duglegur við losun. Blýsýrurafhlöður verða oft fyrir töf í frammistöðu þegar þær losna.

ROYPOW línan af iðnaðarrafhlöðum hefur heldur engin minni vandamál, þökk sé skilvirku rafhlöðustjórnunarkerfi. Blýsýrurafhlöður þjást oft af þessu vandamáli, sem getur leitt til þess að ekki nái fullri getu.

Með tímanum veldur það súlfun, sem getur skorið niður þegar stuttan líftíma þeirra um helming. Vandamálið kemur oft upp þegar blýsýrurafhlöður eru geymdar án fullrar hleðslu. Hægt er að hlaða litíum rafhlöður með stuttu millibili og geyma í hvaða getu sem er yfir núlli án vandræða.

Öryggi og meðhöndlun

LiFePO4 rafhlöður hafa mikla yfirburði í iðnaði. Í fyrsta lagi hafa þeir mikinn hitastöðugleika. Þessar rafhlöður geta starfað við allt að 131°F hita án þess að verða fyrir skemmdum. Blýsýrurafhlöður myndu missa allt að 80% af líftíma sínum við svipað hitastig.

Annað mál er þyngd rafhlöðanna. Fyrir svipaða rafhlöðugetu vega blýsýrurafhlöður verulega meira. Sem slíkir þurfa þeir oft sérstakan búnað og lengri uppsetningartíma, sem getur leitt til færri vinnustunda í starfið.

Annað mál er öryggi starfsmanna. Almennt séð eru LiFePO4 rafhlöður öruggari en blýsýru rafhlöður. Samkvæmt leiðbeiningum OSHA verður að geyma blýsýru rafhlöður í sérstöku herbergi með búnaði sem er hannaður til að útrýma hættulegum gufum. Það kynnir aukakostnað og flókið inn í iðnaðarrekstur.

Niðurstaða

Lithium-ion rafhlöður hafa greinilega yfirburði í iðnaðarumhverfi og fyrir lághraða rafbíla. Þeir endast lengur og spara notendur peninga. Þessar rafhlöður eru líka viðhaldslausar, sem er sérstaklega mikilvægt í iðnaðarumhverfi þar sem kostnaðarsparnaður er í fyrirrúmi.