リチウムイオン電池とは
リチウムイオン電池は、一般的な電池化学タイプです。これらのバッテリーが提供する主な利点は、充電可能なことです。この機能により、今日ではバッテリーを使用するほとんどの民生用デバイスに搭載されています。これらは、電話、電気自動車、バッテリー駆動のゴルフカートに搭載されています。
リチウムイオン電池はどのように機能するのでしょうか?
リチウムイオン電池は、1 つまたは複数のリチウムイオンセルで構成されています。過充電を防ぐ保護回路基板も搭載されています。セルは、保護回路基板を備えたケースに取り付けられるとバッテリーと呼ばれます。
リチウムイオン電池はリチウム電池と同じですか?
いいえ、リチウム電池とリチウムイオン電池は大きく異なります。主な違いは、後者は充電式であることです。もう一つの大きな違いは保存期間です。リチウム電池は未使用の場合は最長 12 年間持続しますが、リチウムイオン電池の保存寿命は最長 3 年間です。
リチウムイオン電池の主な構成要素は何ですか
リチウムイオン電池には 4 つの主要なコンポーネントがあります。これらは：
アノード
アノードは、バッテリーから外部回路への電気の移動を可能にします。バッテリーの充電時にはリチウムイオンも蓄えられます。
陰極
カソードはセルの容量と電圧を決定します。バッテリーを放電するとリチウムイオンが発生します。
電解質
電解質は、リチウムイオンがカソードとアノードの間を移動するための導管として機能する材料です。塩、添加剤、各種溶媒から構成されています。
セパレーター
リチウムイオン電池の最後の部分はセパレーターです。これは、カソードとアノードを隔てる物理的障壁として機能します。
リチウムイオン電池は、電解質を介してリチウムイオンを正極から負極に、またはその逆に移動させることによって機能します。イオンが移動すると、アノード内の自由電子が活性化され、正の集電体に電荷が生成されます。これらの電子は、電話やゴルフカートなどのデバイスを通って負のコレクタに流れ、カソードに戻ります。バッテリー内の電子の自由な流れはセパレーターによって妨げられ、電子は接点に向かって強制されます。
リチウムイオン電池を充電すると、正極からリチウムイオンが放出され、負極に向かって移動します。放電時には、リチウムイオンがアノードからカソードに移動し、電流が発生します。
リチウムイオン電池はいつ発明されましたか?
リチウムイオン電池は、英国の化学者スタンリー・ウィッティンガムによって 70 年代に初めて考案されました。彼の実験中、科学者たちは、自己充電できるバッテリーのさまざまな化学物質を研究しました。彼の最初の試みは、電極として二硫化チタンとリチウムを使用したものでした。ただし、電池がショートして爆発する可能性があります。
80 年代に、別の科学者ジョン B. グッドイナフがこの課題に取り組みました。その後すぐに、日本の化学者である吉野彰氏がこの技術の研究を開始しました。ヨシノ氏とグッドイナフ氏は、リチウム金属が爆発の主な原因であることを証明した。
90 年代にリチウムイオン技術が注目を集め始め、10 年代の終わりまでに急速に一般的な電源になりました。ソニーがこの技術を商品化するのは初めて。リチウム電池の安全性に関する記録が不十分だったため、リチウムイオン電池の開発が促進されました。
リチウム電池はより高いエネルギー密度を保持できますが、充電および放電中は安全ではありません。一方、リチウムイオン電池は、ユーザーが基本的な安全ガイドラインに従えば、非常に安全に充電および放電できます。
最良のリチウムイオン化学とは何ですか?
リチウムイオン電池の化学的性質には数多くの種類があります。市販されているものは次のとおりです。
- チタン酸リチウム
- リチウムニッケルコバルト酸化アルミニウム
- リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物
- マンガン酸化リチウム (LMO)
- コバルト酸化リチウム
- リン酸鉄リチウム (LiFePO4)
リチウムイオン電池の化学的性質には数多くの種類があります。それぞれに長所と短所があります。ただし、特定の使用例にのみ適しているものもあります。したがって、選択するタイプは、電力のニーズ、予算、安全許容度、および特定の使用例によって異なります。
ただし、LiFePO4 バッテリーが最も市販されているオプションです。これらの電池には、アノードとして機能するグラファイトカーボン電極と、カソードとして機能するリン酸塩が含まれています。最大 10,000 サイクルの長いサイクル寿命を持っています。
さらに、優れた熱安定性を提供し、需要の短期間のサージを安全に処理できます。 LiFePO4 バッテリーの熱暴走閾値は華氏 510 度までと評価されており、これは市販のリチウムイオン バッテリー タイプの中で最も高いものです。
LiFePO4 電池の利点
鉛酸や他のリチウムベースのバッテリーと比較して、リン酸鉄リチウムバッテリーには大きな利点があります。効率的に充電と放電を行い、寿命が長く、深い充電が可能です。クレ容量を失わずに。これらの利点は、このバッテリーが他の種類のバッテリーと比較して、寿命全体にわたって大幅なコスト削減を実現できることを意味します。以下に、低速動力車両および産業機器におけるこれらのバッテリーの具体的な利点を示します。
低速車両用 LiFePO4 バッテリー
低速電気自動車 (LEV) は、重量が 3000 ポンド未満の四輪自動車です。電池で駆動するため、ゴルフカートやその他のレクリエーション用途に人気があります。
LEV のバッテリー オプションを選択する際、最も重要な考慮事項の 1 つは寿命です。たとえば、バッテリー駆動のゴルフ カートには、18 ホールのゴルフ コースを充電せずに走行できる十分な電力が必要です。
もう 1 つの重要な考慮事項は、メンテナンスのスケジュールです。のんびりとしたアクティビティを最大限に楽しむために、良好なバッテリーはメンテナンスを必要としません。
バッテリーはさまざまな気象条件でも動作できる必要があります。たとえば、夏の暑い時期でも、気温が下がる秋でもゴルフができるようにする必要があります。
優れたバッテリーには、過熱したり過度に冷えたりして容量が低下しないようにする制御システムも搭載されている必要があります。
これらの基本的かつ重要な条件をすべて満たす最高のブランドの1つがROYPOWです。同社の LiFePO4 リチウム電池シリーズの定格温度は 4°F ～ 131°F です。バッテリーにはバッテリー管理システムが組み込まれており、取り付けは非常に簡単です。
リチウムイオン電池の産業用途
リチウムイオン電池は産業用途で人気のあるオプションです。最も一般的に使用される化学物質は LiFePO4 バッテリーです。これらのバッテリーを使用する最も一般的な機器には次のようなものがあります。
- 狭い通路のフォークリフト
- カウンターバランスフォークリフト
- 三輪フォークリフト
- トランシーバースタッカー
- エンドライダーとセンターライダー
産業現場でリチウムイオン電池の人気が高まっている理由はたくさんあります。主なものは次のとおりです。
大容量と長寿命
リチウムイオン電池は、鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が高く、寿命が長いです。重量は 3 分の 1 で、同じ出力を実現できます。
ライフサイクルも大きな利点です。産業運営の目標は、短期的な経常コストを最小限に抑えることです。リチウムイオンバッテリーを使用すると、フォークリフトのバッテリーは 3 倍長持ちし、長期的には大幅なコスト削減につながります。
また、容量に影響を与えることなく、最大 80% のより深い放電深度で動作することもできます。これには時間の節約という別の利点もあります。バッテリーを交換するために運用を途中で停止する必要がないため、十分な期間にわたって数千の工数を節約できます。
高速充電
産業用鉛蓄電池の場合、通常の充電時間は約 8 時間です。これは、8 時間のシフト全体がバッテリーを使用できないことに相当します。したがって、管理者はこのダウンタイムを考慮して追加のバッテリーを購入する必要があります。
LiFePO4 バッテリーを使用すれば、それは困難ではありません。良い例は、ROYPOW 産業用 LifePO4 リチウム電池、鉛蓄電池よりも4倍速く充電します。もう 1 つの利点は、退院中に効率を維持できることです。鉛蓄電池は、放電するにつれて性能が低下することがよくあります。
産業用バッテリーの ROYPOW シリーズでは、効率的なバッテリー管理システムのおかげでメモリの問題も発生しません。鉛蓄電池はこの問題に悩まされることが多く、最大容量に達しない可能性があります。
時間が経つと硫酸化が起こり、ただでさえ短い寿命が半分に減ってしまう可能性があります。この問題は、鉛蓄電池をフル充電せずに保管した場合によく発生します。リチウム電池は短い間隔で充電し、ゼロを超える容量で問題なく保存できます。
安全性と取り扱い
LiFePO4 バッテリーは産業環境において大きな利点があります。まず、優れた熱安定性を持っています。これらのバッテリーは、最大 131°F の温度でも損傷を受けることなく動作できます。鉛蓄電池は、同様の温度ではライフサイクルの最大 80% を失います。
もう一つの問題はバッテリーの重量です。同じようなバッテリー容量の場合、鉛蓄電池の重量は大幅に重くなります。そのため、多くの場合、特定の機器が必要になり、設置時間が長くなり、作業に費やす工数の削減につながる可能性があります。
もう一つの問題は作業員の安全です。一般に、LiFePO4 バッテリーは鉛酸バッテリーより安全です。 OSHA ガイドラインによれば、鉛蓄電池は、危険なガスを除去するように設計された装置を備えた特別な部屋に保管する必要があります。これにより、産業運営に余分なコストと複雑さが生じます。
結論
リチウムイオン電池は、産業環境や低速電気自動車にとって明らかな利点があります。寿命が長くなり、結果的にユーザーのお金を節約できます。これらのバッテリーはメンテナンス不要でもあり、これはコスト削減が最優先される産業環境では特に重要です。
関連記事:
ヤマハゴルフカートにはリチウムバッテリーが付属していますか?
