Kas ir litija jonu akumulatori

Litija jonu akumulatori ir populārs akumulatoru ķīmijas veids. Galvenā šo bateriju priekšrocība ir tā, ka tās ir atkārtoti uzlādējamas. Pateicoties šai funkcijai, mūsdienās tie ir atrodami lielākajā daļā patērētāju ierīču, kas izmanto akumulatoru. Tos var atrast tālruņos, elektriskajos transportlīdzekļos un ar akumulatoru darbināmos golfa ratiņos.

Kā darbojas litija jonu akumulatori?

Litija jonu akumulatori sastāv no viena vai vairākiem litija jonu elementiem. Tajos ir arī aizsargājoša shēmas plate, lai novērstu pārlādēšanu. Elementus sauc par baterijām, kad tās ir ievietotas apvalkā ar aizsargājošu shēmu.

Vai litija jonu baterijas ir tādas pašas kā litija baterijas?

Nē. Litija akumulators un litija jonu akumulators ir ļoti atšķirīgi. Galvenā atšķirība ir tā, ka pēdējie ir uzlādējami. Vēl viena būtiska atšķirība ir glabāšanas laiks. Litija akumulators bez lietošanas var kalpot līdz 12 gadiem, savukārt litija jonu akumulatoru glabāšanas laiks ir līdz 3 gadiem.

Kādas ir litija jonu akumulatoru galvenās sastāvdaļas

Litija jonu šūnām ir četras galvenās sastāvdaļas. Tie ir:

Anods

Anods ļauj elektrībai pārvietoties no akumulatora uz ārējo ķēdi. Uzlādējot akumulatoru, tas arī uzglabā litija jonus.

Katods

Katods ir tas, kas nosaka šūnas jaudu un spriegumu. Izlādējot akumulatoru, tas ražo litija jonus.

Elektrolīts

Elektrolīts ir materiāls, kas kalpo kā vads litija jonu kustībai starp katodu un anodu. Tas sastāv no sāļiem, piedevām un dažādiem šķīdinātājiem.

Atdalītājs

Pēdējais gabals litija jonu šūnā ir separators. Tas darbojas kā fiziska barjera, lai noturētu katodu un anodu atsevišķi.

Litija jonu akumulatori darbojas, pārvietojot litija jonus no katoda uz anodu un otrādi caur elektrolītu. Joni kustoties aktivizē brīvos elektronus anodā, radot lādiņu pie pozitīvās strāvas kolektora. Šie elektroni plūst caur ierīci, tālruni vai golfa ratiņiem, uz negatīvo kolektoru un atpakaļ katodā. Brīvu elektronu plūsmu akumulatora iekšpusē novērš separators, piespiežot tos uz kontaktiem.

Uzlādējot litija jonu akumulatoru, katods atbrīvos litija jonus, un tie virzīsies uz anodu. Izlādējoties, litija joni pārvietojas no anoda uz katodu, kas rada strāvas plūsmu.

Kad tika izgudrotas litija jonu baterijas?

Litija jonu akumulatorus pirmo reizi 70. gados radīja angļu ķīmiķis Stenlijs Vitingems. Eksperimentu laikā zinātnieki pētīja dažādas ķīmijas akumulatoram, kas varētu sevi uzlādēt. Viņa pirmais izmēģinājums ietvēra titāna disulfīdu un litiju kā elektrodus. Tomēr akumulatori varētu radīt īssavienojumu un eksplodēt.

80. gados cits zinātnieks Džons B. Gudenafs pieņēma izaicinājumu. Drīz pēc tam japāņu ķīmiķis Akira Jošino sāka šīs tehnoloģijas izpēti. Yoshino un Goodenough pierādīja, ka litija metāls bija galvenais sprādzienu cēlonis.

Deviņdesmitajos gados litija jonu tehnoloģija sāka gūt panākumus, ātri kļūstot par populāru enerģijas avotu desmitgades beigās. Tā bija pirmā reize, kad Sony komercializēja tehnoloģiju. Šis litija bateriju sliktais drošības līmenis pamudināja izstrādāt litija jonu baterijas.

Lai gan litija baterijas var saturēt lielāku enerģijas blīvumu, tās nav drošas uzlādes un izlādes laikā. No otras puses, litija jonu akumulatorus ir diezgan droši uzlādēt un izlādēt, ja lietotāji ievēro pamata drošības vadlīnijas.

Kāda ir labākā litija jonu ķīmija?

Ir daudz veidu litija jonu akumulatoru ķīmijas. Komerciāli pieejamie ir:

Litija titanāts
Litija niķeļa kobalta alumīnija oksīds
Litija niķeļa mangāna kobalta oksīds
Litija mangāna oksīds (LMO)
Litija kobalta oksīds
Litija dzelzs fosfāts (LiFePO4)

Litija jonu akumulatoriem ir daudz veidu ķīmijas. Katram ir savas pozitīvās un negatīvās puses. Tomēr daži ir piemēroti tikai īpašiem lietošanas gadījumiem. Tādējādi jūsu izvēlētais veids būs atkarīgs no jūsu enerģijas vajadzībām, budžeta, drošības pielaides un konkrētā lietošanas gadījuma.

Tomēr LiFePO4 akumulatori ir komerciāli pieejamākā iespēja. Šīs baterijas satur grafīta oglekļa elektrodu, kas kalpo kā anods, un fosfātu kā katodu. Viņiem ir ilgs cikla ilgums līdz 10 000 cikliem.

Turklāt tie piedāvā lielisku termisko stabilitāti un var droši izturēt īsus pārsprieguma pieprasījumus. LiFePO4 akumulatori ir paredzēti termiskajam slieksnim līdz 510 grādiem pēc Fārenheita, kas ir augstākais no jebkura komerciāli pieejama litija jonu akumulatora tipa.

LiFePO4 akumulatoru priekšrocības

Salīdzinot ar svina skābes un citiem litija bāzes akumulatoriem, litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir milzīgas priekšrocības. Tie uzlādējas un izlādējas efektīvi, kalpo ilgāk un var dziļi izlādētiesclenezaudējot kapacitāti. Šīs priekšrocības nozīmē, ka akumulatori nodrošina milzīgu izmaksu ietaupījumu to kalpošanas laikā salīdzinājumā ar citiem akumulatoru veidiem. Tālāk ir apskatītas šo akumulatoru īpašās priekšrocības zema ātruma jaudas transportlīdzekļos un rūpnieciskajās iekārtās.

LiFePO4 akumulators maza ātruma transportlīdzekļos

Zema ātruma elektriskie transportlīdzekļi (LEV) ir četrriteņu transportlīdzekļi, kas sver mazāk nekā 3000 mārciņas. Tos darbina elektriskas baterijas, kas padara tos par populāru izvēli golfa ratiņiem un citiem izklaides nolūkiem.

Izvēloties akumulatora iespēju savam LEV, viens no svarīgākajiem apsvērumiem ir ilgmūžība. Piemēram, ar akumulatoru darbināmiem golfa ratiņiem vajadzētu būt pietiekami daudz jaudas, lai apbrauktu 18 bedrīšu golfa laukumu bez nepieciešamības to uzlādēt.

Vēl viens svarīgs apsvērums ir apkopes grafiks. Labam akumulatoram nav nepieciešama apkope, lai nodrošinātu maksimālu baudu no nesteidzīgām aktivitātēm.

Akumulatoram jāspēj darboties arī dažādos laika apstākļos. Piemēram, tam vajadzētu ļaut jums spēlēt golfu gan vasaras karstumā, gan rudenī, kad temperatūra pazeminās.

Labam akumulatoram jābūt aprīkotam arī ar vadības sistēmu, kas nodrošina, ka tas nepārkarst vai pārāk neatdziest, samazinot tā ietilpību.

Viens no labākajiem zīmoliem, kas atbilst visiem šiem pamata, bet svarīgajiem nosacījumiem, ir ROYPOW. Viņu LiFePO4 litija bateriju līnija ir paredzēta temperatūrai no 4 ° F līdz 131 ° F. Baterijām ir iebūvēta akumulatoru vadības sistēma, un tās ir ļoti viegli uzstādīt.

Litija jonu akumulatoru rūpnieciskie pielietojumi

Litija jonu akumulatori ir populāra iespēja rūpnieciskos lietojumos. Visbiežāk izmantotā ķīmija ir LiFePO4 baterijas. Dažas no visbiežāk izmantotajām ierīcēm šo akumulatoru lietošanai ir:

Šauru eju autoiekrāvēji
Līdzsvarotie iekrāvēji
3 riteņu iekrāvēji
Walkie krautņotāji
Gala un centra braucēji

Ir daudz iemeslu, kāpēc litija jonu akumulatori kļūst arvien populārāki rūpnieciskos apstākļos. Galvenās no tām ir:

Augsta kapacitāte un ilgmūžība

Litija jonu akumulatoriem ir lielāks enerģijas blīvums un ilgāks kalpošanas laiks, salīdzinot ar svina-skābes akumulatoriem. Tie var svērt trešdaļu no svara un nodrošināt tādu pašu izlaidi.

To dzīves cikls ir vēl viena būtiska priekšrocība. Rūpnieciskai darbībai mērķis ir samazināt īstermiņa periodiskās izmaksas līdz minimumam. Izmantojot litija jonu akumulatorus, iekrāvēju akumulatori var darboties trīs reizes ilgāk, kas ilgtermiņā rada milzīgu izmaksu ietaupījumu.

Tie var darboties arī lielākā izlādes dziļumā līdz pat 80%, neietekmējot to jaudu. Tam ir vēl viena priekšrocība laika ietaupīšanai. Darbībām nav jāapstājas pusceļā, lai nomainītu akumulatorus, kas pietiekami ilgā laika posmā var ietaupīt tūkstošiem cilvēkstundu.

Ātrgaitas uzlāde

Ar rūpnieciskiem svina-skābes akumulatoriem parastais uzlādes laiks ir aptuveni astoņas stundas. Tas nozīmē visu 8 stundu maiņu, kad akumulators nav pieejams lietošanai. Līdz ar to vadītājam ir jārēķinās ar šo dīkstāvi un jāiegādājas papildu akumulatori.

Ar LiFePO4 akumulatoriem tas nav izaicinājums. Labs piemērs irROYPOW industriālie LifePO4 litija akumulatori, kas uzlādējas četras reizes ātrāk nekā svina skābes akumulatori. Vēl viena priekšrocība ir spēja saglabāt efektivitāti izlādes laikā. Svina skābes akumulatoriem bieži ir darbības nobīde, kad tās izlādējas.

Pateicoties efektīvai akumulatoru pārvaldības sistēmai, rūpniecisko akumulatoru ROYPOW līnijai nav arī atmiņas problēmu. Svina skābes akumulatori bieži cieš no šīs problēmas, kas var izraisīt nespēju sasniegt pilnu jaudu.

Laika gaitā tas izraisa sulfāciju, kas var samazināt to jau tā īso kalpošanas laiku uz pusi. Problēma bieži rodas, ja svina skābes akumulatori tiek uzglabāti bez pilnīgas uzlādes. Litija akumulatorus var uzlādēt ar īsiem intervāliem un bez problēmām uzglabāt jebkurā jaudā virs nulles.

Drošība un apiešanās

LiFePO4 akumulatoriem ir milzīgas priekšrocības rūpnieciskos apstākļos. Pirmkārt, tiem ir lieliska termiskā stabilitāte. Šīs baterijas var darboties temperatūrā līdz 131 °F bez bojājumiem. Svina skābes akumulatori līdzīgā temperatūrā zaudētu līdz pat 80% no sava dzīves cikla.

Vēl viena problēma ir bateriju svars. Lai iegūtu līdzīgu akumulatora ietilpību, svina skābes akumulatori sver ievērojami vairāk. Tiem bieži vien ir nepieciešams īpašs aprīkojums un ilgāks uzstādīšanas laiks, kas var radīt mazāk darba stundu.

Vēl viena problēma ir darbinieku drošība. Kopumā LiFePO4 akumulatori ir drošāki nekā svina-skābes akumulatori. Saskaņā ar OSHA vadlīnijām svina skābes akumulatori jāuzglabā īpašā telpā ar aprīkojumu, kas paredzēts bīstamo izgarojumu likvidēšanai. Tas rada papildu izmaksas un sarežģītību rūpnieciskajā darbībā.

Secinājums

Litija jonu akumulatoriem ir nepārprotamas priekšrocības rūpnieciskos apstākļos un zema ātruma elektriskajiem transportlīdzekļiem. Tie kalpo ilgāk, tādējādi ietaupot lietotāju naudu. Šiem akumulatoriem arī nav nepieciešama apkope, kas ir īpaši svarīgi rūpnieciskā vidē, kur izmaksu ietaupīšana ir vissvarīgākā.