Kas yra ličio jonų baterijos

Ličio jonų baterijos yra populiarus akumuliatorių chemijos tipas. Pagrindinis šių baterijų pranašumas yra tai, kad jas galima įkrauti. Dėl šios funkcijos šiandien jie yra daugumoje vartotojų įrenginių, kuriuose naudojama baterija. Jų galima rasti telefonuose, elektrinėse transporto priemonėse ir baterijomis maitinamuose golfo vežimėliuose.

Kaip veikia ličio jonų baterijos?

Ličio jonų baterijos yra sudarytos iš vieno arba kelių ličio jonų elementų. Juose taip pat yra apsauginė plokštė, apsauganti nuo perkrovimo. Celės vadinamos baterijomis, kai jos įdėtos į korpusą su apsaugine plokštės plokšte.

Ar ličio jonų baterijos yra tokios pačios kaip ličio baterijos?

Ne. Ličio baterija ir ličio jonų baterija labai skiriasi. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad pastarieji yra įkraunami. Kitas svarbus skirtumas yra galiojimo laikas. Nenaudojama ličio baterija gali tarnauti iki 12 metų, o ličio jonų baterijų galiojimo laikas yra iki 3 metų.

Kokie yra pagrindiniai ličio jonų akumuliatorių komponentai

Ličio jonų elementus sudaro keturi pagrindiniai komponentai. Tai yra:

Anodas

Anodas leidžia elektrai pereiti iš akumuliatoriaus į išorinę grandinę. Jis taip pat kaupia ličio jonus, kai kraunama baterija.

Katodas

Katodas lemia elemento talpą ir įtampą. Iškraunant akumuliatorių, jis gamina ličio jonus.

Elektrolitas

Elektrolitas yra medžiaga, kuri tarnauja kaip kanalas ličio jonams judėti tarp katodo ir anodo. Jį sudaro druskos, priedai ir įvairūs tirpikliai.

Atskyriklis

Paskutinis ličio jonų elemento gabalas yra separatorius. Jis veikia kaip fizinis barjeras, neleidžiantis katodą ir anodą atskirti.

Ličio jonų baterijos veikia perkeldamos ličio jonus iš katodo ant anodo ir atvirkščiai per elektrolitą. Judėdami jonai aktyvuoja laisvuosius elektronus anode, sukurdami krūvį teigiamos srovės kolektorius. Šie elektronai teka per įrenginį, telefoną ar golfo vežimėlį, į neigiamą kolektorių ir atgal į katodą. Laisvą elektronų srautą akumuliatoriaus viduje neleidžia separatorius, priversdamas juos link kontaktų.

Kai įkraunate ličio jonų akumuliatorių, katodas išskirs ličio jonus ir jie judės link anodo. Iškraunant ličio jonai iš anodo pereina į katodą, kuris sukuria srovės srautą.

Kada buvo išrastos ličio jonų baterijos?

Ličio jonų baterijas pirmą kartą 70-aisiais sugalvojo anglų chemikas Stanley Whittingham. Jo eksperimentų metu mokslininkai ištyrė įvairias chemijas, susijusias su akumuliatoriumi, kuris galėtų pasikrauti pats. Jo pirmasis bandymas buvo susijęs su titano disulfidu ir ličiu kaip elektrodais. Tačiau baterijos trumpai jungtųsi ir sprogtų.

Devintajame dešimtmetyje šį iššūkį priėmė kitas mokslininkas Johnas B. Goodenoughas. Netrukus po to japonų chemikas Akira Yoshino pradėjo šios technologijos tyrimus. Yoshino ir Goodenough įrodė, kad ličio metalas buvo pagrindinė sprogimų priežastis.

Dešimtajame dešimtmetyje ličio jonų technologija pradėjo populiarėti ir dešimtmečio pabaigoje greitai tapo populiariu energijos šaltiniu. Tai buvo pirmasis kartas, kai „Sony“ šią technologiją komercializavo. Prastas ličio baterijų saugos rodiklis paskatino sukurti ličio jonų baterijas.

Nors ličio baterijos gali išlaikyti didesnį energijos tankį, jos yra nesaugios kraunant ir iškraunant. Kita vertus, ličio jonų baterijas gana saugu įkrauti ir iškrauti, kai naudotojai laikosi pagrindinių saugos nurodymų.

Kokia yra geriausia ličio jonų chemija?

Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių cheminių medžiagų tipų. Prekyboje yra:

Ličio titanatas
Ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas
Ličio nikelio mangano kobalto oksidas
Ličio mangano oksidas (LMO)
Ličio kobalto oksidas
Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)

Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių chemijos rūšių. Kiekvienas iš jų turi savo privalumų ir trūkumų. Tačiau kai kurie tinka tik konkretiems naudojimo atvejams. Taigi, jūsų pasirinktas tipas priklausys nuo jūsų energijos poreikių, biudžeto, saugos tolerancijos ir konkretaus naudojimo atvejo.

Tačiau LiFePO4 baterijos yra labiausiai parduodamas pasirinkimas. Šiose baterijose yra grafito anglies elektrodas, kuris tarnauja kaip anodas, ir fosfatas kaip katodas. Jie turi ilgą ciklo gyvenimą iki 10 000 ciklų.

Be to, jie pasižymi dideliu šiluminiu stabilumu ir gali saugiai atlaikyti trumpus viršįtampius. LiFePO4 baterijos yra įvertintos iki 510 laipsnių pagal Farenheitą, kuri yra aukščiausia iš visų parduodamų ličio jonų baterijų tipų.

LiFePO4 baterijų privalumai

Lyginant su švino rūgšties ir kitomis ličio baterijomis, ličio geležies fosfato baterijos turi didžiulį pranašumą. Jie efektyviai įkrauna ir išsikrauna, tarnauja ilgiau ir gali giliai išsikrauticleneprarandant pajėgumų. Šie pranašumai reiškia, kad baterijos leidžia sutaupyti daug sąnaudų per visą jų naudojimo laiką, palyginti su kitų tipų baterijomis. Žemiau pateikiami konkretūs šių akumuliatorių pranašumai mažo greičio transporto priemonėse ir pramoninėje įrangoje.

LiFePO4 akumuliatorius mažo greičio transporto priemonėse

Mažo greičio elektrinės transporto priemonės (LEV) yra keturratės transporto priemonės, sveriančios mažiau nei 3000 svarų. Jie maitinami elektrinėmis baterijomis, todėl yra populiarus pasirinkimas golfo vežimėliams ir kitiems pramoginiams tikslams.

Renkantis LEV akumuliatorių, vienas iš svarbiausių aspektų yra ilgaamžiškumas. Pavyzdžiui, baterijomis maitinami golfo vežimėliai turėtų turėti pakankamai galios, kad būtų galima apvažiuoti 18 duobučių golfo aikštyną be įkrovimo.

Kitas svarbus dalykas yra priežiūros grafikas. Geram akumuliatoriui nereikia jokios priežiūros, kad užtikrintumėte maksimalų malonumą laisvalaikio veikla.

Baterija taip pat turėtų veikti įvairiomis oro sąlygomis. Pavyzdžiui, jis turėtų leisti žaisti golfą tiek vasaros karštyje, tiek rudenį, kai temperatūra nukrenta.

Geras akumuliatorius taip pat turėtų būti su valdymo sistema, užtikrinančia, kad ji per daug neperkaistų ar neatšaltų, o tai nesumažėtų jo talpa.

Vienas geriausių prekių ženklų, atitinkančių visas šias pagrindines, bet svarbias sąlygas, yra ROYPOW. Jų LiFePO4 ličio baterijų linija yra skirta temperatūrai nuo 4 °F iki 131 °F. Akumuliatoriai turi įmontuotą baterijų valdymo sistemą ir jas itin lengva įdiegti.

Ličio jonų baterijų pramoninis pritaikymas

Ličio jonų baterijos yra populiarus pasirinkimas pramonėje. Dažniausiai naudojama chemija yra LiFePO4 baterijos. Kai kurios dažniausiai naudojamos šios baterijos yra:

Siaurų koridorių šakiniai krautuvai
Atsvariniai šakiniai krautuvai
3 ratai šakiniai krautuvai
Walkie krovikliai
Pabaigos ir centro motociklininkai

Yra daug priežasčių, kodėl ličio jonų baterijos populiarėja pramonėje. Pagrindiniai iš jų yra:

Didelė talpa ir ilgaamžiškumas

Ličio jonų akumuliatoriai turi didesnį energijos tankį ir ilgaamžiškumą, palyginti su švino rūgšties akumuliatoriais. Jie gali sverti trečdalį svorio ir tiekti tą patį našumą.

Jų gyvavimo ciklas yra dar vienas didelis privalumas. Pramoninės veiklos tikslas yra sumažinti trumpalaikes pasikartojančias išlaidas iki minimumo. Naudojant ličio jonų akumuliatorius, šakinių krautuvų akumuliatoriai gali veikti tris kartus ilgiau, todėl ilgainiui galima sutaupyti daug išlaidų.

Jie taip pat gali veikti didesniame iškrovimo gylyje iki 80%, nedarant įtakos jų pajėgumui. Tai turi dar vieną pranašumą taupant laiką. Norint pakeisti baterijas, nereikia sustoti pusiaukelėje, todėl per pakankamai ilgą laikotarpį galima sutaupyti tūkstančius darbo valandų.

Greitas įkrovimas

Naudojant pramoninius švino rūgšties akumuliatorius, įprastas įkrovimo laikas yra maždaug aštuonios valandos. Tai prilygsta visai 8 valandų pamainai, kai akumuliatoriaus negalima naudoti. Vadinasi, vadovas turi atsižvelgti į šią prastovą ir įsigyti papildomų akumuliatorių.

Naudojant LiFePO4 baterijas, tai nėra iššūkis. Geras pavyzdys yraROYPOW pramoninės LifePO4 ličio baterijos, kurios kraunasi keturis kartus greičiau nei švino rūgšties akumuliatoriai. Kitas privalumas yra galimybė išlikti efektyviam iškrovimo metu. Išsikraunant švino rūgšties akumuliatorių veikimas dažnai vėluoja.

Dėl efektyvios baterijų valdymo sistemos ROYPOW pramoninių baterijų linija taip pat neturi atminties problemų. Švino rūgšties akumuliatoriai dažnai kenčia nuo šios problemos, todėl gali nepavykti pasiekti viso pajėgumo.

Laikui bėgant tai sukelia sulfataciją, kuri gali perpus sutrumpinti jų ir taip trumpą tarnavimo laiką. Problema dažnai kyla, kai švino rūgšties akumuliatoriai laikomi visiškai neįkrauti. Ličio baterijas galima įkrauti trumpais intervalais ir be jokių problemų laikyti bet kokia talpa, viršijančia nulį.

Sauga ir tvarkymas

LiFePO4 baterijos turi didžiulį pranašumą pramonėje. Pirma, jie turi didelį šiluminį stabilumą. Šios baterijos gali veikti iki 131 °F temperatūroje nepatirdamos jokios žalos. Švino rūgšties akumuliatoriai, esant panašiai temperatūrai, prarastų iki 80% savo gyvavimo ciklo.

Kita problema yra baterijų svoris. Kad akumuliatoriaus talpa būtų panaši, švino rūgšties akumuliatoriai sveria žymiai daugiau. Todėl jiems dažnai reikia specialios įrangos ir ilgesnio montavimo laiko, todėl darbui gali būti sugaištama mažiau darbo valandų.

Kita problema – darbuotojų sauga. Apskritai LiFePO4 akumuliatoriai yra saugesni nei švino rūgšties akumuliatoriai. Remiantis OSHA gairėmis, švino rūgšties akumuliatoriai turi būti laikomi specialioje patalpoje su įranga, skirta pavojingiems garams pašalinti. Tai sukelia papildomų išlaidų ir sudėtingumo pramoninei veiklai.

Išvada

Ličio jonų akumuliatoriai turi aiškų pranašumą pramoninėse aplinkose ir mažo greičio elektrinėse transporto priemonėse. Jie tarnauja ilgiau, todėl vartotojai sutaupo pinigų. Šios baterijos taip pat nereikalauja priežiūros, o tai ypač svarbu pramoninėje aplinkoje, kur svarbiausia taupyti išlaidas.