Литий-ионды батареялар дегеніміз не

Литий-иондық аккумуляторлар батарея химиясының танымал түрі болып табылады. Бұл батареялардың басты артықшылығы олардың қайта зарядталатындығы болып табылады. Осы мүмкіндіктің арқасында олар бүгінгі күні батареяны пайдаланатын тұтынушылардың көпшілігінде кездеседі. Оларды телефондарда, электр көліктерінде және батареямен жұмыс істейтін гольф арбаларында табуға болады.

Литий-ионды батареялар қалай жұмыс істейді?

Литий-ионды батареялар бір немесе бірнеше литий-ионды ұяшықтардан тұрады. Олар сондай-ақ шамадан тыс зарядтауды болдырмайтын қорғаныс схемасын қамтиды. Ұяшықтар қорғаныс тақтасы бар корпусқа орнатылғаннан кейін батареялар деп аталады.

Литий-иондық батареялар литий батареяларымен бірдей ме?

Жоқ. Литий аккумуляторы мен литий-ионды батарея айтарлықтай ерекшеленеді. Негізгі айырмашылығы - соңғылары қайта зарядталады. Тағы бір маңызды айырмашылық - сақтау мерзімі. Литий батареясы пайдаланылмай 12 жылға дейін қызмет ете алады, ал литий-ионды батареялардың жарамдылық мерзімі 3 жылға дейін.

Литий-иондық батареялардың негізгі компоненттері қандай

Литий-иондық жасушалар төрт негізгі компоненттен тұрады. Бұлар:

Анод

Анод электр тогының аккумулятордан сыртқы тізбекке өтуіне мүмкіндік береді. Ол сондай-ақ аккумуляторды зарядтау кезінде литий иондарын сақтайды.

Катод

Катод - ұяшықтың сыйымдылығы мен кернеуін анықтайтын нәрсе. Ол аккумуляторды зарядсыздандыру кезінде литий иондарын шығарады.

Электролит

Электролит - бұл катод пен анод арасында литий иондарының қозғалысы үшін өткізгіш ретінде қызмет ететін материал. Ол тұздардан, қоспалардан және әртүрлі еріткіштерден тұрады.

Бөлгіш

Литий-иондық ұяшықтағы соңғы бөлік сепаратор болып табылады. Ол катод пен анодты бір-бірінен ажырату үшін физикалық кедергі ретінде әрекет етеді.

Литий-ионды батареялар литий иондарын катодтан анодқа және керісінше электролит арқылы жылжыту арқылы жұмыс істейді. Иондар қозғалған кезде олар анодтағы бос электрондарды белсендіріп, оң ток коллекторында заряд жасайды. Бұл электрондар құрылғы, телефон немесе гольф арбасы арқылы теріс коллекторға ағып, қайтадан катодқа түседі. Батареяның ішіндегі электрондардың еркін ағыны сепаратордың көмегімен оларды контактілерге қарай мәжбүрлейді.

Литий-ионды аккумуляторды зарядтағанда, катод литий иондарын шығарады және олар анодқа қарай жылжиды. Зарядтау кезінде литий иондары анодтан ток ағынын тудыратын катодқа ауысады.

Литий-иондық батареялар қашан пайда болды?

Литий-ионды батареяларды алғаш рет 70-ші жылдары ағылшын химигі Стэнли Уиттингем ойлап тапты. Оның эксперименттері кезінде ғалымдар өзін-өзі зарядтай алатын батарея үшін әртүрлі химияны зерттеді. Оның алғашқы сынағы электродтар ретінде титан дисульфиді мен литийді қатыстырды. Дегенмен, батареялар қысқа тұйықталып, жарылып кетеді.

80-ші жылдары тағы бір ғалым Джон Б.Гуденоф бұл мәселені көтерді. Көп ұзамай жапон химигі Акира Йошино технологияны зерттеуге кірісті. Йошино мен Гуденоф жарылыстың негізгі себебі литий металы екенін дәлелдеді.

90-шы жылдары литий-иондық технология тартымды бола бастады, онжылдықтың соңында тез танымал қуат көзіне айналды. Бұл технологияның Sony компаниясының алғаш рет коммерциялануы болды. Литий батареяларының қауіпсіздігінің нашарлығы литий-иондық батареялардың дамуына түрткі болды.

Литий батареялары жоғарырақ қуат тығыздығын ұстай алатынымен, олар зарядтау және разрядтау кезінде қауіпсіз емес. Екінші жағынан, литий-ионды батареяларды пайдаланушылар негізгі қауіпсіздік нұсқауларын ұстанған кезде зарядтау және зарядсыздандыру өте қауіпсіз.

Ең жақсы литий-иондық химия дегеніміз не?

Литий-ионды батареялардың көптеген түрлері бар. Коммерциялық қол жетімділер:

Литий титанаты
Литий никель кобальт алюминий оксиді
Литий никель марганец кобальт оксиді
Литий марганец оксиді (LMO)
Литий кобальт оксиді
Литий темір фосфаты (LiFePO4)

Литий-ионды батареяларға арналған көптеген химия түрлері бар. Әрқайсысының оң және теріс жақтары бар. Дегенмен, кейбіреулері тек нақты пайдалану жағдайлары үшін жарамды. Осылайша, сіз таңдаған түрі қуат қажеттіліктеріне, бюджетке, қауіпсіздік төзімділігіне және нақты пайдалану жағдайына байланысты болады.

Дегенмен, LiFePO4 батареялары коммерциялық қол жетімді нұсқа болып табылады. Бұл батареяларда анод қызметін атқаратын графит көміртегі электроды және катод ретінде фосфат бар. Олардың 10 000 циклге дейінгі ұзақ цикл мерзімі бар.

Бұған қоса, олар үлкен термиялық тұрақтылықты ұсынады және сұраныстың қысқа толқындарын қауіпсіз өңдей алады. LiFePO4 батареялары 510 градус Фаренгейтке дейінгі термиялық қашу шегі үшін бағаланған, бұл кез келген коммерциялық қол жетімді литий-ионды батарея түрлерінің ең жоғарысы.

LiFePO4 батареяларының артықшылықтары

Қорғасын қышқылымен және басқа литий негізіндегі аккумуляторлармен салыстырғанда, литий темір фосфатты батареялардың үлкен артықшылығы бар. Олар тиімді зарядталады және разрядталады, ұзағырақ жұмыс істейді және терең цирлей аладыcleқабілетін жоғалтпай. Бұл артықшылықтар батареялардың басқа батарея түрлерімен салыстырғанда қызмет ету мерзімі ішінде үлкен шығындарды үнемдейтінін білдіреді. Төменде осы аккумуляторлардың төмен жылдамдықты қуатты көліктер мен өнеркәсіптік жабдықтардағы ерекше артықшылықтарын қарастырамыз.

Төмен жылдамдықтағы көліктердегі LiFePO4 батареясы

Төмен жылдамдықты электр көліктері (LEV) - салмағы 3000 фунттан аз төрт доңғалақты көліктер. Олар электр батареяларымен жұмыс істейді, бұл оларды гольф арбалары мен басқа да рекреациялық мақсаттар үшін танымал таңдау жасайды.

LEV үшін батарея опциясын таңдағанда, ең маңызды мәселелердің бірі - ұзақ қызмет ету. Мысалы, аккумулятормен жұмыс істейтін гольф арбалары зарядталмай-ақ 18 шұңқырлы гольф алаңын айналып өтуге жеткілікті қуатқа ие болуы керек.

Тағы бір маңызды мәселе - техникалық қызмет көрсету кестесі. Жақсы аккумулятор сіздің бос уақытыңыздан барынша ләззат алу үшін техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді.

Сондай-ақ аккумулятор әртүрлі ауа-райында жұмыс істей алуы керек. Мысалы, ол жаздың аптап ыстығында да, температура төмендеген күзде де гольф ойнауға мүмкіндік беруі керек.

Жақсы аккумулятор сонымен бірге оның қуаттылығын төмендететін қызып кетпейтін немесе тым көп салқындамайтын басқару жүйесімен бірге келуі керек.

Осы негізгі, бірақ маңызды шарттарға сәйкес келетін ең жақсы брендтердің бірі - ROYPOW. Олардың LiFePO4 литий батареяларының желісі 4°F пен 131°F температураға есептелген. Батареялар кірістірілген батареяны басқару жүйесімен келеді және оларды орнату өте оңай.

Литий-иондық батареяларға арналған өнеркәсіптік қолданбалар

Литий-ионды батареялар өнеркәсіптік қолданбаларда танымал нұсқа болып табылады. Ең көп қолданылатын химия - LiFePO4 батареялары. Бұл батареяларды пайдалану үшін ең көп таралған жабдықтардың кейбірі:

Тар өткелді жүк көтергіштер
Қарсы теңестірілген жүк көтергіштер
3 доңғалақты жүк көтергіштер
Волки жинағыштар
Соңғы және орталық шабандоздар

Литий-иондық аккумуляторлардың өнеркәсіптік жағдайларда танымал болуының көптеген себептері бар. Олардың негізгілері:

Жоғары сыйымдылық және ұзақ мерзімділік

Литий-ионды аккумуляторлар қорғасын-қышқылды аккумуляторлармен салыстырғанда үлкен қуат тығыздығы мен ұзақ қызмет мерзіміне ие. Олар салмақтың үштен бір бөлігін өлшеп, бірдей өнімді бере алады.

Олардың өмірлік циклі тағы бір маңызды артықшылық болып табылады. Өнеркәсіптік операция үшін мақсат қысқа мерзімді қайталанатын шығындарды минимумға дейін ұстау болып табылады. Литий-ионды батареялармен жүк көтергіштердің батареялары үш есе ұзақ қызмет ете алады, бұл ұзақ мерзімді перспективада үлкен шығындарды үнемдеуге әкеледі.

Олар сондай-ақ 80%-ға дейінгі разрядтың үлкен тереңдігінде олардың қуатына әсер етпестен жұмыс істей алады. Бұл уақытты үнемдеудің тағы бір артықшылығы бар. Батареяларды ауыстыру үшін операцияларды жарты жолда тоқтатудың қажеті жоқ, бұл жеткілікті үлкен кезең ішінде мыңдаған адам-сағат үнемдеуге әкелуі мүмкін.

Жоғары жылдамдықты зарядтау

Өнеркәсіптік қорғасын-қышқылды аккумуляторлармен қалыпты зарядтау уақыты шамамен сегіз сағатты құрайды. Бұл батареяны пайдалану мүмкін болмаған 8 сағаттық ауысымға тең. Демек, менеджер осы тоқтау уақытын есепке алып, қосымша батареяларды сатып алуы керек.

LiFePO4 батареяларымен бұл қиындық тудырмайды. Жақсы мысал - бұлROYPOW өнеркәсіптік LifePO4 литий батареялары, бұл қорғасын қышқылды аккумуляторларға қарағанда төрт есе жылдам зарядталады. Тағы бір артықшылығы - ағызу кезінде тиімді болып қалу мүмкіндігі. Қорғасын қышқылды аккумуляторлар зарядсызданған кезде өнімділікте жиі артта қалады.

Өнеркәсіптік батареялардың ROYPOW желісінде де тиімді батареяны басқару жүйесінің арқасында жад мәселесі болмайды. Қорғасын қышқылды аккумуляторлар бұл мәселеден жиі зардап шегеді, бұл толық қуатқа жете алмауға әкелуі мүмкін.

Уақыт өте келе ол сульфатты тудырады, бұл олардың қысқа қызмет ету мерзімін екі есе қысқартуы мүмкін. Мәселе көбінесе қорғасын қышқылды аккумуляторлар толық зарядсыз сақталған кезде пайда болады. Литий батареяларын қысқа уақыт аралығында зарядтауға және нөлден жоғары кез келген сыйымдылықта еш қиындықсыз сақтауға болады.

Қауіпсіздік және өңдеу

LiFePO4 батареяларының өнеркәсіптік қондырғыларда үлкен артықшылығы бар. Біріншіден, олар тамаша термиялық тұрақтылыққа ие. Бұл батареялар 131°F дейінгі температурада ешбір зақымсыз жұмыс істей алады. Қорғасын қышқылды аккумуляторлар осындай температурада өмірлік циклінің 80% жоғалтады.

Тағы бір мәселе - батареялардың салмағы. Ұқсас аккумулятор сыйымдылығы үшін қорғасын қышқылды батареялардың салмағы айтарлықтай жоғары. Осылайша, олар көбінесе арнайы жабдықты және ұзағырақ орнату уақытын қажет етеді, бұл жұмысқа аз адам-сағат жұмсауға әкелуі мүмкін.

Тағы бір мәселе – жұмысшылардың қауіпсіздігі. Жалпы алғанда, LiFePO4 батареялары қорғасын-қышқылды аккумуляторларға қарағанда қауіпсіз. OSHA нұсқауларына сәйкес, қорғасын қышқылды аккумуляторлар қауіпті түтіндерді жоюға арналған жабдықтары бар арнайы бөлмеде сақталуы керек. Бұл өндірістік операцияға қосымша шығындар мен күрделілік әкеледі.

Қорытынды

Литий-ионды аккумуляторлар өнеркәсіптік жағдайларда және төмен жылдамдықты электр көліктері үшін айқын артықшылыққа ие. Олар ұзағырақ қызмет етеді, демек, пайдаланушылардың ақшасын үнемдейді. Бұл аккумуляторлар сонымен қатар нөлдік техникалық қызмет көрсету болып табылады, бұл әсіресе шығындарды үнемдеу маңызды болып табылатын өнеркәсіптік жағдайда маңызды.