מהן סוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום-יון הן סוג פופולרי של כימיה של סוללות. יתרון מרכזי שהסוללות הללו מציעות הוא שהם נטענים. בשל תכונה זו, הם נמצאים ברוב מכשירי הצרכנים כיום המשתמשים בסוללה. ניתן למצוא אותם בטלפונים, כלי רכב חשמליים ועגלות גולף המונעות על סוללות.

איך פועלות סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון מורכבות מתאי ליתיום-יון אחד או מרובים. הם מכילים גם לוח מגן למניעת טעינת יתר. התאים נקראים סוללות לאחר התקנתו במארז עם לוח מגן.

האם סוללות ליתיום-יון זהות לסוללות ליתיום?

לא. סוללת ליתיום וסוללת ליתיום-יון שונים בהרבה. ההבדל העיקרי הוא שהאחרונים נטענים. הבדל עיקרי נוסף הוא חיי המדף. סוללת ליתיום יכולה להימשך עד 12 שנים ללא שימוש, בעוד שלסוללות ליתיום-יון יש חיי מדף של עד 3 שנים.

מהם מרכיבי המפתח בסוללות ליתיום יון

לתאי ליתיום-יון יש ארבעה רכיבים עיקריים. אלה:

אָנוֹדָה

האנודה מאפשרת לחשמל לעבור מהסוללה למעגל חיצוני. הוא מאחסן גם יוני ליתיום בעת טעינה של הסוללה.

קָטוֹדָה

הקתודה היא זו שקובעת את קיבולת התא ואת המתח. הוא מייצר יוני ליתיום בעת פריקת הסוללה.

אלקטרוליט

האלקטרוליט הוא חומר המשמש צינור ליוני ליתיום לנוע בין הקתודה לאנודה. זה מורכב ממלחים, תוספים וממסים שונים.

המפריד

היצירה הסופית בתא ליתיום-יון היא המפריד. זה משמש כמחסום פיזי כדי להפרק את הקתודה ואנודה.

סוללות ליתיום-יון פועלות על ידי העברת יוני ליתיום מהקתודה לאנודה ולהיפך דרך האלקטרוליט. כאשר היונים נעים, הם מפעילים אלקטרונים חופשיים באנודה, ויוצרים מטען באספן הנוכחי החיובי. אלקטרונים אלה זורמים דרך המכשיר, טלפון או עגלת גולף, לאספן השלילי ובחזרה לקתודה. הזרימה החופשית של האלקטרונים בתוך הסוללה מונעת על ידי המפריד, ומאלצת אותם לעבר המגעים.

כשאתה טוען סוללת ליתיום-יון, הקתודה תשחרר יוני ליתיום והם נעים לעבר האנודה. בעת פריקה, יוני ליתיום עוברים מהאנודה לקתודה, המייצרת זרימת זרם.

מתי הומצאו סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון הוגשו לראשונה בשנות ה -70 על ידי הכימאי האנגלי סטנלי וויטינגהאם. במהלך הניסויים שלו, המדענים חקרו כימיות שונות עבור סוללה שיכולה להטעין את עצמה. משפטו הראשון כלל טיטניום דיסולפיד וליתיום כאלקטרודות. עם זאת, הסוללות היו קצרות מעגל ומתפוצצות.

בשנות ה -80, מדען אחר, ג'ון ב. גודנו, תפס את האתגר. זמן קצר לאחר מכן החלה אקירה יושינו, כימאי יפני, לחקור את הטכנולוגיה. יושינו וגודנו הוכיחו כי ליתיום מתכת היא הגורם העיקרי לפיצוצים.

בשנות ה -90, טכנולוגיית ליתיום-יון החלה להשיג משיכה, והפכה במהרה למקור כוח פופולרי בסוף העשור. זה סימן את הפעם הראשונה שהטכנולוגיה הוסמנה על ידי סוני. תיעוד בטיחות לקוי של סוללות ליתיום הוביל לפיתוח סוללות ליתיום-יון.

בעוד שסוללות ליתיום יכולות להחזיק צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, הן אינן בטוחות במהלך הטעינה והפריקה. מצד שני, סוללות ליתיום-יון די בטוחות לטעינה ופריקה כאשר המשתמשים דבקים בהנחיות הבטיחות הבסיסיות.

מהי הכימיה הטובה ביותר של ליתיום יון?

ישנם סוגים רבים של כימיה של סוללות ליתיום-יון. אלה הזמינים מסחרית הם:

ליתיום טיטנאט
ליתיום ניקל קובלט תחמוצת
ליתיום ניקל מנגן קובלט תחמוצת
תחמוצת ליתיום מנגן (LMO)
תחמוצת ליתיום קובלט
ליתיום ברזל פוספט (LifePO4)

ישנם סוגים רבים של כימיה לסוללות ליתיום-יון. לכל אחד מהם יש את החסרונות והחסרונות שלו. עם זאת, חלקם מתאימים רק למקרי שימוש ספציפיים. ככאלה, הסוג שתבחר יהיה תלוי בצרכי הכוח שלך, בתקציב, בסובלנות הבטיחות ובמקרה השימוש הספציפי שלך.

עם זאת, סוללות LifePO4 הן האפשרות הזמינה ביותר מבחינה מסחרית. סוללות אלה מכילות אלקטרודה פחמן גרפיט, המשמשת כאנודה, ופוספט כקתודה. יש להם חיי מחזור ארוכים של עד 10,000 מחזורים.

בנוסף, הם מציעים יציבות תרמית נהדרת ויכולים להתמודד בבטחה עם נחשולים קצרים בביקוש. סוללות LifePO4 מדורגות עבור סף בורח תרמי של עד 510 מעלות פרנהייט, הגבוה ביותר מכל סוג סוללת ליתיום-יון מסחרי.

יתרונות של סוללות LifePO4

בהשוואה לחומצת עופרת וסוללות אחרות על בסיס ליתיום, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש יתרון עצום. הם מטענים ופריקים ביעילות, נמשכים זמן רב יותר ויכולים לעמוקCLEמבלי לאבד יכולת. יתרונות אלה פירושם כי הסוללות מציעות חיסכון בעלויות אדירות במהלך חייהן בהשוואה לסוגי סוללות אחרים. להלן מבט על היתרונות הספציפיים של סוללות אלה ברכבי חשמל במהירות נמוכה וציוד תעשייתי.

סוללת LifePO4 ברכבים במהירות נמוכה

רכבים חשמליים במהירות נמוכה (LEV) הם כלי רכב ארבעה גלגלים המשקלים פחות מ -3000 פאונד. הם מופעלים על ידי סוללות חשמליות, מה שהופך אותן לבחירה פופולרית עבור עגלות גולף ושימושים פנאי אחרים.

בעת בוחרים את אפשרות הסוללה עבור ה- LEV שלך, אחד השיקולים החשובים ביותר הוא אריכות ימים. לדוגמה, עגלות גולף המונעות על ידי סוללות צריכות להיות מספיק כוח כדי להסתובב במגרש גולף בן 18 חורים מבלי שיצטרך להטעין.

שיקול חשוב נוסף הוא לוח הזמנים לתחזוקה. סוללה טובה לא אמורה לדרוש תחזוקה כדי להבטיח הנאה מקסימאלית מהפעילות הנינוחה שלך.

הסוללה צריכה להיות מסוגלת לפעול גם בתנאי מזג אוויר מגוונים. לדוגמה, זה אמור לאפשר לך לגולף גם בחום הקיץ וגם בסתיו כאשר הטמפרטורות יורדות.

סוללה טובה צריכה להגיע גם עם מערכת בקרה שמבטיחה שהיא לא מתחממת יתר או מצננת יותר מדי, ומשפילה את יכולתה.

אחד המותגים הטובים ביותר העונה על כל התנאים הבסיסיים אך החשובים הללו הוא רויפאו. קו סוללות ליתיום LifePO4 שלהם מדורג לטמפרטורות של 4 מעלות צלזיוס עד 131 מעלות צלזיוס. הסוללות מגיעות עם מערכת ניהול סוללות מובנית וקלות מאוד להתקנה.

יישומים תעשייתיים לסוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום-יון הן אפשרות פופולרית ביישומים תעשייתיים. הכימיה הנפוצה ביותר המשמשת היא סוללות LifePO4. חלק מהציוד הנפוץ ביותר לשימוש בסוללות אלה הוא:

מלגזות מעבר צרות
מלגזות מאוזנות
3 מלגזות גלגלים
ערימות ווקיי
רוכבי סוף ומרכז

ישנן סיבות רבות לכך שסוללות ליתיום יון צומחות בפופולריות במסגרות תעשייתיות. העיקריים הם:

קיבולת גבוהה ואריכות ימים

לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה גדולה יותר ואריכות חיים בהשוואה לסוללות חומצות עופרת. הם יכולים לשקול שליש מהמשקל ולהעביר את אותו התפוקה.

מחזור החיים שלהם הוא יתרון מרכזי נוסף. לצורך פעולה תעשייתית המטרה היא לשמור על עלויות חוזרות לטווח הקצר למינימום. עם סוללות ליתיום-יון, סוללות המלגזה יכולות להימשך שלוש פעמים לאורך זמן, מה שמוביל לחיסכון בעלויות אדירות בטווח הרחוק.

הם יכולים גם לפעול בעומק שחרור גדול יותר של עד 80% ללא השפעה על יכולתם. יש לזה יתרון נוסף בחיסכון בזמן. פעולות אינן צריכות לעצור באמצע הדרך כדי להחליף סוללות, מה שעלול להוביל לאלפי שעות אדם שנשמרו לאורך תקופה גדולה מספיק.

טעינה במהירות גבוהה

עם סוללות חומצת עופרת תעשייתית, זמן הטעינה הרגיל הוא בערך שמונה שעות. זה משווה למשמרת שלמה של 8 שעות בו הסוללה אינה זמינה לשימוש. כתוצאה מכך, על מנהל להסביר את השבתה זו ולרכוש סוללות נוספות.

עם סוללות LifePO4, זה לא אתגר. דוגמה טובה היאRoypow תעשייתי LifePO4 סוללות ליתיום, שגובים פי ארבעה מהר מסוללות חומצה עופרת. יתרון נוסף הוא היכולת להישאר יעילה במהלך השחרור. סוללות חומצה מובילה סובלות לעתים קרובות מפיגור בביצועים עם הפרשות.

לקו הסוללות התעשייתיות של Roypow אין גם בעיות זיכרון, בזכות מערכת ניהול סוללות יעילה. סוללות חומצה עופרת סובלות לעתים קרובות מנושא זה, מה שעלול להוביל לכישלון במלוא יכולת.

עם הזמן זה גורם לסולפציה, שיכולה לחתוך את תוחלת החיים הקצרה שלהם לשניים. הנושא מתרחש לעתים קרובות כאשר סוללות חומצת עופרת מאוחסנות ללא מטען מלא. ניתן לטעון סוללות ליתיום במרווחים קצרים ולאחסן בכל קיבולת מעל לאפס ללא בעיות.

בטיחות וטיפול

לסוללות LifePO4 יש יתרון עצום במסגרות תעשייתיות. ראשית, יש להם יציבות תרמית נהדרת. סוללות אלה יכולות לפעול בטמפרטורות של עד 131 מעלות צלזיוס מבלי לסבול נזק. סוללות חומצה מובילות יאבדו עד 80% ממחזור החיים שלהן בטמפרטורה דומה.

נושא נוסף הוא משקל הסוללות. עבור יכולת סוללה דומה, סוללות חומצת עופרת שוקלות משמעותית יותר. ככאלה, לעתים קרובות הם זקוקים לציוד ספציפי וזמן התקנה ארוך יותר, מה שעלול להוביל לפחות שעות אדם שהושקעו בעבודה.

נושא נוסף הוא בטיחות עובדים. באופן כללי, סוללות LifePO4 בטוחות יותר מסוללות חומצות עופרת. על פי הנחיות OSHA, יש לאחסן סוללות חומצה עופרת בחדר מיוחד עם ציוד שנועד לחסל אדים מסוכנים. זה מציג עלות ומורכבות נוספת למבצע תעשייתי.

מַסְקָנָה

לסוללות ליתיום-יון יתרון ברור בהגדרות תעשייתיות ולרכבים חשמליים במהירות נמוכה. הם נמשכים זמן רב יותר, וכתוצאה מכך חוסכים למשתמשים כסף. סוללות אלה הן גם אפס תחזוקה, וזה חשוב במיוחד במסגרת תעשייתית בה חסכון בעלויות הוא בעל חשיבות עליונה.