Kas ir litija jonu baterijas

Litija jonu baterijas ir populārs akumulatora ķīmijas veids. Galvenā priekšrocība, ko šīs baterijas piedāvā, ir tā, ka tās ir uzlādējamas. Šīs funkcijas dēļ tās šodien ir atrodamas lielākajā daļā patērētāju ierīču, kas izmanto akumulatoru. Tos var atrast tālruņos, elektriskos transportlīdzekļos un ar akumulatoru darbināmiem golfa ratiņiem.

Kā darbojas litija jonu baterijas?

Litija jonu baterijas veido vienas vai vairākas litija jonu šūnas. Tie satur arī aizsardzības shēmas plati, lai novērstu pārmērīgu uzlādi. Šūnas sauc par baterijām, kas vienreiz uzstādītas apvalkā ar aizsargpārstes plati.

Vai litija jonu baterijas ir tādas pašas kā litija baterijas?

Nē. Litija akumulators un litija jonu akumulators ir ļoti atšķirīgs. Galvenā atšķirība ir tā, ka pēdējie ir uzlādējami. Vēl viena būtiska atšķirība ir glabāšanas laiks. Litija akumulators var ilgt līdz 12 gadiem neizmantots, savukārt litija jonu akumulatoru derīguma termiņš ir līdz 3 gadiem.

Kādas ir litija jonu bateriju galvenās sastāvdaļas

Litija jonu šūnām ir četras galvenās sastāvdaļas. Tie ir:

Anods

Anods ļauj elektrībai pāriet no akumulatora uz ārēju ķēdi. Tas arī glabā litija jonus, uzlādējot akumulatoru.

Katods

Katods ir tas, kas nosaka šūnas ietilpību un spriegumu. Izdalot akumulatoru, tas ražo litija jonus.

Elektrolīts

Elektrolīts ir materiāls, kas kalpo kā kanāls litija joniem, lai pārvietotos starp katodu un anodu. Tas sastāv no sāļiem, piedevām un dažādiem šķīdinātājiem.

Separators

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

Litija jonu akumulatori darbojas, caur elektrolītu pārvietojot litija jonus no katoda uz anodu un otrādi. Joniem pārvietojoties, tie aktivizē brīvos elektronus anodā, izveidojot lādiņu pie pozitīvā pašreizējā kolekcionāra. Šie elektroni plūst caur ierīci, tālruņa vai golfa ratiņu uz negatīvo kolekcionāru un atpakaļ katodā. Separators novērš brīvu elektronu plūsmu akumulatora iekšpusē, piespiežot tos kontaktu virzienā.

Lādējot litija jonu akumulatoru, katods atbrīvos litija jonus, un tie virzās uz anodu. Izdalīšanās litija joni pārvietojas no anoda uz katodu, kas rada strāvas plūsmu.

Kad litija jonu baterijas tika izgudrotas?

Litija jonu baterijas 70. gados pirmo reizi iecerēja angļu ķīmiķis Stenlijs Vitingems. Eksperimentu laikā zinātnieki izpētīja dažādas ķīmijas akumulatoram, kas varētu sevi uzlādēt. Viņa pirmais izmēģinājums bija titāna disulfīds un litijs kā elektrodi. Tomēr baterijas būtu īssavienojums un eksplodētu.

80. gados izaicinājumu pārņēma cits zinātnieks Džons B. Goodenough. Drīz pēc tam japāņu ķīmiķe Akira Yoshino sāka pētījumu par tehnoloģiju. Yoshino un Goodenough pierādīja, ka litija metāls ir galvenais sprādzienu cēlonis.

90. gados litija jonu tehnoloģija sāka gūt vilci, līdz desmitgades beigām ātri kļūstot par populāru enerģijas avotu. Tas iezīmēja pirmo reizi, kad tehnoloģiju komercializēja Sony. Ka sliktais litija bateriju drošības reģistrs pamudināja attīstīt litija jonu baterijas.

Kaut arī litija baterijas var saglabāt lielāku enerģijas blīvumu, uzlādēšanas un izlādes laikā tās ir nedrošas. No otras puses, litija jonu akumulatori ir diezgan droši uzlādējami un izlādēti, kad lietotāji ievēro drošības pamatnostādnes.

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 baterijām ir daudz ķīmiju veidu. Katram no tiem ir savas malas un negatīvās puses. Tomēr daži ir piemēroti tikai īpašiem lietošanas gadījumiem. Kā tāds jūsu izvēlētais tips būs atkarīgs no jūsu enerģijas vajadzībām, budžeta, drošības tolerances un īpaša lietošanas gadījuma.

Tomēr LIFEPO4 baterijas ir visvairāk pieejamās komerciāli pieejamās iespējas. Šīs baterijas satur grafīta oglekļa elektrodu, kas kalpo kā anods, un fosfāts kā katods. Viņu ilgs cikla kalpošanas laiks ir līdz 10 000 ciklu.

Turklāt tie piedāvā lielisku termisko stabilitāti un var droši apstrādāt īsus pieprasījuma palielinājumus. LifePO4 baterijas tiek novērtētas ar termisku bēguļojošu slieksni līdz 510 grādiem pēc Fārenheita, kas ir visaugstākais no visiem komerciāli pieejamajiem litija jonu akumulatora tipa.

LIFEPO4 bateriju priekšrocības

Salīdzinot ar svina skābi un citām baterijām, kas balstītas uz litija bāzes, litija dzelzs fosfāta baterijām ir milzīgas priekšrocības. Tie uzlādē un efektīvi izlādējas, ilgāk un var dziļi cyapslāpētnezaudējot spēju. Šīs priekšrocības nozīmē, ka baterijas piedāvā milzīgus izmaksu ietaupījumus visu mūžu, salīdzinot ar citiem akumulatoru veidiem. Zemāk ir apskatīts šo bateriju īpašās priekšrocības ar zema ātruma elektrostacijām un rūpniecības aprīkojumam.

LifePo4 akumulators ar zema ātruma transportlīdzekļiem

Elektriskie transportlīdzekļi ar zemu ātrumu (LEV) ir četrriteņu transportlīdzekļi, kas sver mazāk nekā 3000 mārciņas. Tos darbina elektriskās baterijas, kas padara tās par populāru izvēli golfa ratiņiem un citiem atpūtas līdzekļiem.

Izvēloties akumulatora opciju savam LEV, viens no vissvarīgākajiem apsvērumiem ir ilgmūžība. Piemēram, ar akumulatoru darbināmiem golfa ratiņiem vajadzētu būt pietiekami daudz enerģijas, lai brauktu ap 18 bedrīšu golfa laukumu, neveicot uzlādi.

Vēl viens svarīgs apsvērums ir apkopes grafiks. Labam akumulatoram nevajadzētu būt nepieciešama apkope, lai nodrošinātu maksimālu nesteidzīgas aktivitātes baudīšanu.

Akumulatoram arī vajadzētu būt iespējai darboties dažādos laika apstākļos. Piemēram, tam vajadzētu ļaut golfam gan vasaras karstumā, gan rudenī, kad temperatūra pazeminās.

Labam akumulatoram vajadzētu būt arī ar vadības sistēmu, kas nodrošina, ka tā pārāk daudz netiek pārkarsta un atdzesētu, noārdot tās ietilpību.

Viens no labākajiem zīmoliem, kas atbilst visiem šiem pamata, bet svarīgajiem apstākļiem, ir Roypow. Viņu LifePO4 litija bateriju līnija ir novērtēta ar temperatūru no 4 ° F līdz 131 ° F. Baterijām ir iebūvēta akumulatora pārvaldības sistēma, un tās ir ārkārtīgi viegli uzstādītas.

Rūpnieciski pielietojumi litija jonu baterijām

Litija jonu baterijas ir populāra iespēja rūpnieciskos lietojumos. Visizplatītākā izmantotā ķīmija ir LifePO4 baterijas. Daži no visbiežāk sastopamajiem aprīkojumiem, lai izmantotu šīs baterijas, ir:

Šauri ejas autokrāvēji
Līdzsvaroti iekrāvēji
3 riteņu iekrāvēji
Raiti
Beigas un centra braucēji

Ir daudz iemeslu, kāpēc litija jonu bateriju popularitāte pieaug rūpnieciskos apstākļos. Galvenie ir:

Liela ietilpība un ilgmūžība

Litija jonu baterijām ir lielāks enerģijas blīvums un ilgmūžība, salīdzinot ar svina skābes baterijām. Viņi var nosvērt trešdaļu svara un piegādāt to pašu izvadi.

Viņu dzīves cikls ir vēl viena būtiska priekšrocība. Rūpnieciskai operācijai mērķis ir minimālas samazināt īstermiņa atkārtotas izmaksas. Izmantojot litija jonu baterijas, iekrāvēja baterijas var ilgt trīs reizes ilgāk, izraisot milzīgus izmaksu ietaupījumus ilgtermiņā.

Viņi var arī darboties ar lielāku izlādes dziļumu līdz 80%, neietekmējot to jaudu. Tam ir vēl viena priekšrocība laika ietaupījumos. Operācijām nav jāpārtrauc vidū, lai apmainītu baterijas, kas var izraisīt tūkstošiem cilvēku stundu, kas ietaupīti pietiekami lielā laika posmā.

Ātrgaitas uzlāde

Ar rūpnieciskām svina-skābes baterijām parastais uzlādes laiks ir aptuveni astoņas stundas. Tas ir vienāds ar visu 8 stundu maiņu, kur akumulators nav pieejams lietošanai. Līdz ar to vadītājam ir jāņem vērā šī dīkstāve un jāiegādājas papildu baterijas.

Ar LifePO4 baterijām tas nav izaicinājums. Labs piemērs irROYPOW RŪPNIECĪBA LIFEPO4 LITIJAS BATERIJAS, kas uzlādējas četras reizes ātrāk nekā svina skābes baterijas. Vēl viens ieguvums ir spēja saglabāt efektīvu izpildes laikā. Svina skābes baterijas bieži cieš no veiktspējas nobīdes, kad tās izvadīs.

Roypow rūpniecisko bateriju līnijai nav arī atmiņas problēmu, pateicoties efektīvai akumulatora pārvaldības sistēmai. Svina skābes baterijas bieži cieš no šīs problēmas, kas var izraisīt pilnas jaudas nesasniegšanu.

Ar laiku tas izraisa sulfāciju, kas var samazināt viņu jau īso kalpošanas laiku uz pusēm. Jautājums bieži rodas, ja svina skābes baterijas tiek glabātas bez pilnīgas uzlādes. Litija baterijas var uzlādēt ar īsiem intervāliem un bez jebkādām problēmām uzglabāt ar jebkuru jaudu virs nulles.

Drošība un apstrāde

LifePO4 baterijām ir milzīgas priekšrocības rūpniecības apstākļos. Pirmkārt, viņiem ir lieliska termiskā stabilitāte. Šīs baterijas var darboties temperatūrā līdz 131 ° F, neciešot bojājumus. Svina skābes baterijas zaudētu līdz 80% no sava dzīves cikla līdzīgā temperatūrā.

Cits jautājums ir bateriju svars. Par līdzīgu akumulatora ietilpību svina skābes baterijas sver ievērojami vairāk. Viņiem bieži ir nepieciešams īpašs aprīkojums un ilgāks uzstādīšanas laiks, kas var izraisīt mazāk cilvēku stundu, kas pavadīti darbam.

Vēl viena problēma ir darba ņēmēju drošība. Kopumā LifePO4 baterijas ir drošākas nekā svina skābes baterijas. Saskaņā ar OSHA vadlīnijām svina skābes baterijas jāuzglabā īpašā telpā ar aprīkojumu, kas paredzēts bīstamu izgarojumu novēršanai. Kas rūpnieciskajā operācijā ievieš papildu izmaksas un sarežģītību.

Secinājums

Litija jonu baterijām ir skaidra priekšrocība rūpnieciskos apstākļos un elektriskajiem transportlīdzekļiem ar zemu ātrumu. Tie kalpo ilgāk, tādējādi ietaupot lietotājiem naudu. Šīs baterijas ir arī nulles apkope, kas ir īpaši svarīga rūpnieciskā vidē, kur izmaksu ietaupīšana ir ārkārtīgi svarīga.