რა არის ლითიუმის იონური ბატარეები

ლითიუმ-იონური ბატარეები არის ბატარეის ქიმიის პოპულარული ტიპი. მთავარი უპირატესობა, რომელსაც ეს ბატარეები გვთავაზობენ, არის მათი დატენვა. ამ მახასიათებლის გამო, ისინი დღეს გვხვდება უმეტეს სამომხმარებლო მოწყობილობებში, რომლებიც იყენებენ ბატარეას. მათი ნახვა შესაძლებელია ტელეფონებში, ელექტრო მანქანებსა და ბატარეებზე მომუშავე გოლფის ეტებში.

როგორ მუშაობს ლითიუმ-იონური ბატარეები?

ლითიუმ-იონური ბატარეები შედგება ერთი ან რამდენიმე ლითიუმ-იონური უჯრედისგან. მათ ასევე აქვთ დამცავი მიკროსქემის დაფა, რათა თავიდან აიცილონ ზედმეტი დატენვა. უჯრედებს ეწოდება ბატარეები, რომლებიც ერთხელ დამონტაჟდება გარსაცმში დამცავი მიკროსქემის დაფით.

ლითიუმ-იონური ბატარეები იგივეა, რაც ლითიუმის ბატარეები?

არა. ლითიუმის ბატარეა და ლითიუმ-იონური ბატარეა რადიკალურად განსხვავებულია. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ ეს უკანასკნელი დასატენია. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი განსხვავება არის შენახვის ვადა. ლითიუმის ბატარეას შეუძლია გამოუყენებელი 12 წლამდე გაუძლოს, ხოლო ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შენახვის ვადა 3 წლამდე აქვს.

რა არის ლითიუმის იონური ბატარეების ძირითადი კომპონენტები

ლითიუმ-იონურ უჯრედებს ოთხი ძირითადი კომპონენტი აქვთ. ესენია:

ანოდი

ანოდი საშუალებას აძლევს ელექტროენერგიას გადავიდეს ბატარეიდან გარე წრეში. ის ასევე ინახავს ლითიუმის იონებს ბატარეის დატენვისას.

კათოდი

კათოდი არის ის, რაც განსაზღვრავს უჯრედის სიმძლავრეს და ძაბვას. ის აწარმოებს ლითიუმის იონებს ბატარეის დაცლისას.

ელექტროლიტი

ელექტროლიტი არის მასალა, რომელიც ემსახურება ლითიუმის იონების გადაადგილებას კათოდსა და ანოდს შორის. იგი შედგება მარილების, დანამატებისა და სხვადასხვა გამხსნელებისგან.

გამყოფი

ლითიუმ-იონური უჯრედის ბოლო ნაწილი არის გამყოფი. ის მოქმედებს როგორც ფიზიკური ბარიერი, რათა შეინარჩუნოს კათოდი და ანოდი ერთმანეთისგან.

ლითიუმ-იონური ბატარეები მუშაობენ ლითიუმის იონების გადაადგილებით კათოდიდან ანოდში და პირიქით ელექტროლიტის მეშვეობით. როდესაც იონები მოძრაობენ, ისინი ააქტიურებენ თავისუფალ ელექტრონებს ანოდში, ქმნიან მუხტს დადებით დენის კოლექტორზე. ეს ელექტრონები მიედინება მოწყობილობის, ტელეფონის ან გოლფის ეტლის მეშვეობით, ნეგატიურ კოლექტორამდე და უკან კათოდში. ელექტრონების თავისუფალ ნაკადს ბატარეის შიგნით ხელს უშლის გამყოფი, აიძულებს მათ კონტაქტებისკენ.

ლითიუმ-იონური ბატარეის დამუხტვისას, კათოდი გამოყოფს ლითიუმის იონებს და ისინი მოძრაობენ ანოდისკენ. განმუხტვისას ლითიუმის იონები ანოდიდან კათოდში გადადიან, რაც წარმოქმნის დენის ნაკადს.

როდის გამოიგონეს ლითიუმ-იონური ბატარეები?

ლითიუმ-იონური ბატარეები პირველად 70-იან წლებში მოიფიქრა ინგლისელმა ქიმიკოსმა სტენლი უიტინგემმა. მისი ექსპერიმენტების დროს მეცნიერებმა გამოიკვლიეს სხვადასხვა ქიმია ბატარეისთვის, რომელსაც შეეძლო თავის დატენვა. მისი პირველი ცდა მოიცავდა ტიტანის დისულფიდს და ლითიუმს ელექტროდების სახით. თუმცა, ბატარეები მოკლედ შეერთებოდა და აფეთქდებოდა.

80-იან წლებში კიდევ ერთმა მეცნიერმა, ჯონ ბ. გუდენაფმა, გამოწვევა მიიღო. მალევე იაპონელმა ქიმიკოსმა აკირა იოშინომ დაიწყო ტექნოლოგიის კვლევა. Yoshino-მ და Goodenough-მა დაამტკიცეს, რომ აფეთქებების მთავარი მიზეზი ლითიუმი იყო.

90-იან წლებში ლითიუმ-იონის ტექნოლოგიამ დაიწყო მოზიდვა, რაც სწრაფად გახდა ენერგიის პოპულარული წყარო ათწლეულის ბოლოს. ეს იყო პირველი შემთხვევა, როდესაც ტექნოლოგიის კომერციალიზაცია მოხდა Sony-მ. ლითიუმ-იონური ბატარეების უსაფრთხოების უხარისხო ჩანაწერმა გამოიწვია ლითიუმ-იონური ბატარეების განვითარება.

მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმის ბატარეებს შეუძლიათ შეინარჩუნონ ენერგიის უფრო მაღალი სიმკვრივე, ისინი უსაფრთხოა დატენვისა და გამორთვის დროს. მეორეს მხრივ, ლითიუმ-იონური ბატარეები საკმაოდ უსაფრთხოა დასატენად და განმუხტვაში, როდესაც მომხმარებლები იცავენ უსაფრთხოების ძირითად მითითებებს.

რა არის საუკეთესო ლითიუმის იონის ქიმია?

ლითიუმ-იონური ბატარეების ქიმიის მრავალი სახეობა არსებობს. კომერციულად ხელმისაწვდომია:

ლითიუმის ტიტანატი
ლითიუმის ნიკელის კობალტის ალუმინის ოქსიდი
ლითიუმის ნიკელის მანგანუმის კობალტის ოქსიდი
ლითიუმის მანგანუმის ოქსიდი (LMO)
ლითიუმის კობალტის ოქსიდი
ლითიუმის რკინის ფოსფატი (LiFePO4)

ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის ქიმიის მრავალი სახეობა არსებობს. თითოეულ მათგანს აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები. თუმცა, ზოგიერთი მათგანი შესაფერისია მხოლოდ კონკრეტული გამოყენების შემთხვევებისთვის. როგორც ასეთი, თქვენ მიერ არჩეული ტიპი დამოკიდებული იქნება თქვენს საჭიროებებზე, ბიუჯეტზე, უსაფრთხოების ტოლერანტობაზე და გამოყენების კონკრეტულ შემთხვევაზე.

თუმცა, LiFePO4 ბატარეები ყველაზე კომერციულად ხელმისაწვდომი ვარიანტია. ეს ბატარეები შეიცავს გრაფიტის ნახშირბადის ელექტროდს, რომელიც ემსახურება როგორც ანოდს და ფოსფატს, როგორც კათოდს. მათ აქვთ ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლე 10000 ციკლამდე.

გარდა ამისა, ისინი გვთავაზობენ დიდ თერმულ სტაბილურობას და შეუძლიათ უსაფრთხოდ გაუმკლავდნენ მოთხოვნის ხანმოკლე ტალღებს. LiFePO4 ბატარეები შეფასებულია 510 გრადუსამდე ფარენჰეიტის თერმული ზღურბლისთვის, რაც ყველაზე მაღალია კომერციულად ხელმისაწვდომი ლითიუმ-იონური ბატარეის ტიპებს შორის.

LiFePO4 ბატარეების უპირატესობები

ტყვიის მჟავასთან და ლითიუმზე დაფუძნებულ სხვა ბატარეებთან შედარებით, ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეებს დიდი უპირატესობა აქვთ. ისინი იტენიან და იხვეწებიან ეფექტურად, უფრო მეტხანს ძლებენ და შეუძლიათ ღრმად ჩაღრმავებაcleსიმძლავრის დაკარგვის გარეშე. ეს უპირატესობები ნიშნავს, რომ ბატარეები უზარმაზარ ეკონომიას ახორციელებენ მათი სიცოცხლის განმავლობაში სხვა ბატარეებთან შედარებით. ქვემოთ მოცემულია ამ ბატარეების სპეციფიკური უპირატესობები დაბალსიჩქარიან ელექტრომობილებსა და სამრეწველო აღჭურვილობაში.

LiFePO4 ბატარეა დაბალსიჩქარიან მანქანებში

დაბალი სიჩქარის ელექტრო მანქანები (LEVs) არის ოთხბორბლიანი მანქანები, რომლებიც იწონიან 3000 ფუნტზე ნაკლებს. ისინი იკვებება ელექტრო ბატარეებით, რაც მათ პოპულარულ არჩევანს ხდის გოლფის ეტლებისა და სხვა რეკრეაციული გამოყენებისთვის.

თქვენი LEV-ისთვის ბატარეის არჩევისას, ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მოსაზრებაა ხანგრძლივობა. მაგალითად, ბატარეებზე მომუშავე გოლფის ეტებს უნდა ჰქონდეთ საკმარისი სიმძლავრე 18 ხვრელიანი გოლფის მოედანზე გადასვლის გარეშე გადაადგილებისთვის.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პუნქტია მოვლის გრაფიკი. კარგი ბატარეა არ საჭიროებს მოვლა-პატრონობას, რათა უზრუნველყოს თქვენი თავისუფალი აქტივობით მაქსიმალური სიამოვნება.

ბატარეას ასევე უნდა შეეძლოს იმუშაოს სხვადასხვა ამინდის პირობებში. მაგალითად, გოლფის გაშვების საშუალებას მოგცემთ როგორც ზაფხულის სიცხეში, ასევე შემოდგომაზე, როდესაც ტემპერატურა იკლებს.

კარგი ბატარეა ასევე უნდა მოჰყვეს საკონტროლო სისტემას, რომელიც უზრუნველყოფს, რომ არ გადახურდეს ან გაცივდეს ძალიან, რაც ამცირებს მის სიმძლავრეს.

ერთ-ერთი საუკეთესო ბრენდი, რომელიც აკმაყოფილებს ყველა ამ ძირითად, მაგრამ მნიშვნელოვან პირობას, არის ROYPOW. მათი LiFePO4 ლითიუმის ბატარეების ხაზი შეფასებულია 4°F-დან 131°F-მდე ტემპერატურაზე. ბატარეებს გააჩნია ჩაშენებული ბატარეის მართვის სისტემა და ძალიან მარტივი ინსტალაციაა.

სამრეწველო აპლიკაციები ლითიუმის იონური ბატარეებისთვის

ლითიუმ-იონური ბატარეები პოპულარული ვარიანტია სამრეწველო პროგრამებში. ყველაზე გავრცელებული ქიმია გამოიყენება LiFePO4 ბატარეები. ზოგიერთი ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობა ამ ბატარეების გამოსაყენებლად არის:

ვიწრო გადასასვლელი სატვირთო მანქანები
კონტრაბალანსირებული სატვირთო მანქანები
3 ბორბლიანი სატვირთო მანქანა
Walkie stackers
ბოლო და ცენტრი მხედრები

არსებობს მრავალი მიზეზი, რის გამოც ლითიუმის იონური ბატარეები იზრდება პოპულარობით სამრეწველო პირობებში. მთავარია:

მაღალი ტევადობა და ხანგრძლივობა

ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აქვთ უფრო დიდი ენერგიის სიმკვრივე და ხანგრძლივობა ტყვიის მჟავასთან შედარებით. მათ შეუძლიათ აწონონ წონის მესამედი და მიაწოდონ იგივე გამოსავალი.

მათი სასიცოცხლო ციკლი კიდევ ერთი მთავარი უპირატესობაა. სამრეწველო ოპერაციისთვის მიზანია მოკლევადიანი განმეორებადი ხარჯების მინიმუმამდე დაყვანა. ლითიუმ-იონური ბატარეებით, სატვირთო ბატარეები შეიძლება სამჯერ მეტხანს გაგრძელდეს, რაც გამოიწვევს ხარჯების დიდ დაზოგვას გრძელვადიან პერსპექტივაში.

მათ ასევე შეუძლიათ მუშაობა 80%-მდე გამონადენის უფრო დიდ სიღრმეზე, მათ სიმძლავრეზე რაიმე ზემოქმედების გარეშე. ამას კიდევ ერთი უპირატესობა აქვს დროის დაზოგვაში. ოპერაციებს არ სჭირდება შუა გზაზე გაჩერება ბატარეების გამოცვლისთვის, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ათასობით ადამიანური საათის დაზოგვა საკმარისად დიდ პერიოდში.

მაღალსიჩქარიანი დატენვა

სამრეწველო ტყვიის მჟავა ბატარეებით, ნორმალური დატენვის დრო დაახლოებით რვა საათია. ეს უდრის მთელ 8-საათიან ცვლას, სადაც ბატარეა გამოსაყენებლად მიუწვდომელია. შესაბამისად, მენეჯერმა უნდა გაითვალისწინოს ეს შეფერხება და შეიძინოს დამატებითი ბატარეები.

LiFePO4 ბატარეებით, ეს არ არის გამოწვევა. კარგი მაგალითიაROYPOW სამრეწველო LifePO4 ლითიუმის ბატარეები, რომლებიც ოთხჯერ უფრო სწრაფად იტენება, ვიდრე ტყვიის მჟავა ბატარეები. კიდევ ერთი სარგებელი არის უნარი დარჩეს ეფექტური გამონადენის დროს. ტყვიის მჟავა ბატარეები ხშირად განიცდიან შეფერხებას მათი შესრულებისას.

სამრეწველო ბატარეების ROYPOW ხაზს ასევე არ აქვს მეხსიერების პრობლემები, ბატარეის მართვის ეფექტური სისტემის წყალობით. ტყვიის მჟავა ბატარეები ხშირად განიცდიან ამ პრობლემას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სრული სიმძლავრის წარუმატებლობა.

დროთა განმავლობაში ის იწვევს სულფაციას, რამაც შეიძლება გაანახევროს მათი ისედაც მოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობა. პრობლემა ხშირად ჩნდება, როდესაც ტყვიის მჟავა ბატარეები ინახება სრული დამუხტვის გარეშე. ლითიუმის ბატარეების დამუხტვა შესაძლებელია მოკლე ინტერვალებით და შენახვა ნებისმიერ სიმძლავრეზე ნულის ზემოთ უპრობლემოდ.

უსაფრთხოება და მართვა

LiFePO4 ბატარეებს დიდი უპირატესობა აქვთ სამრეწველო პირობებში. პირველ რიგში, მათ აქვთ დიდი თერმული სტაბილურობა. ამ ბატარეებს შეუძლიათ მუშაობა 131°F-მდე ტემპერატურაზე, ყოველგვარი დაზიანების გარეშე. ტყვიის მჟავა ბატარეები კარგავენ სიცოცხლის ციკლის 80%-მდე მსგავს ტემპერატურაზე.

კიდევ ერთი საკითხია ბატარეების წონა. ბატარეის მსგავსი ტევადობისთვის, ტყვიის მჟავა ბატარეები მნიშვნელოვნად მეტს იწონის. ამგვარად, მათ ხშირად სჭირდებათ სპეციფიური აღჭურვილობა და უფრო ხანგრძლივი ინსტალაციის დრო, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს სამუშაოზე ნაკლები სამუშაო საათების დახარჯვა.

კიდევ ერთი საკითხია მუშების უსაფრთხოება. ზოგადად, LiFePO4 ბატარეები უფრო უსაფრთხოა, ვიდრე ტყვიის მჟავა ბატარეები. OSHA-ს მითითებების თანახმად, ტყვიის მჟავა ბატარეები უნდა ინახებოდეს სპეციალურ ოთახში, სადაც არის მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია საშიში აირების აღმოსაფხვრელად. ეს იწვევს დამატებით ღირებულებას და სირთულეს სამრეწველო ოპერაციაში.

დასკვნა

ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აშკარა უპირატესობა აქვთ სამრეწველო პირობებში და დაბალი სიჩქარის ელექტრო მანქანებისთვის. ისინი უფრო მეტხანს ძლებენ, შესაბამისად დაზოგავს მომხმარებლის ფულს. ეს ბატარეები ასევე ნულოვანი მოვლაა, რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ინდუსტრიულ გარემოში, სადაც ხარჯების დაზოგვა უმნიშვნელოვანესია.