Czym są baterie litowo-jonowe

Baterie litowo-jonowe są popularnym rodzajem chemii akumulatorów.Główną zaletą tych akumulatorów jest to, że można je ładować.Dzięki tej funkcji można je znaleźć w większości współczesnych urządzeń konsumenckich korzystających z baterii.Można je znaleźć w telefonach, pojazdach elektrycznych i wózkach golfowych zasilanych bateryjnie.

Jak działają baterie litowo-jonowe?

Baterie litowo-jonowe składają się z jednego lub wielu ogniw litowo-jonowych.Zawierają również płytkę zabezpieczającą, która zapobiega przeładowaniu.Po zainstalowaniu w obudowie z płytką zabezpieczającą ogniwa nazywane są akumulatorami.

Czy baterie litowo-jonowe to to samo, co baterie litowe?

Nie. Bateria litowa i bateria litowo-jonowa znacznie się od siebie różnią.Główną różnicą jest to, że te ostatnie można ładować.Kolejną istotną różnicą jest trwałość.Bateria litowa może wytrzymać do 12 lat bez użycia, natomiast baterie litowo-jonowe mają okres przydatności do 3 lat.

Jakie są kluczowe elementy akumulatorów litowo-jonowych

Ogniwa litowo-jonowe składają się z czterech głównych elementów.To są:

Anoda

Anoda umożliwia przepływ prądu z akumulatora do obwodu zewnętrznego.Przechowuje także jony litu podczas ładowania akumulatora.

Katoda

Katoda decyduje o pojemności i napięciu ogniwa.Podczas rozładowywania akumulatora wytwarza jony litu.

Elektrolit

Elektrolit to materiał, który służy jako kanał dla jonów litu przemieszczających się pomiędzy katodą i anodą.Składa się z soli, dodatków i różnych rozpuszczalników.

Separator

Ostatnim elementem ogniwa litowo-jonowego jest separator.Działa jak fizyczna bariera oddzielająca katodę i anodę.

Baterie litowo-jonowe działają poprzez przenoszenie jonów litu z katody na anodę i odwrotnie za pośrednictwem elektrolitu.Gdy jony się poruszają, aktywują wolne elektrony na anodzie, tworząc ładunek na dodatnim kolektorze prądu.Elektrony te przepływają przez urządzenie, telefon lub wózek golfowy, do ujemnego kolektora i z powrotem do katody.Swobodny przepływ elektronów wewnątrz akumulatora uniemożliwia separator, wypychając je w stronę styków.

Podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego katoda uwalnia jony litu, które przemieszczają się w kierunku anody.Podczas rozładowywania jony litu przemieszczają się z anody do katody, co powoduje przepływ prądu.

Kiedy wynaleziono baterie litowo-jonowe?

Baterie litowo-jonowe zostały po raz pierwszy wymyślone w latach 70. przez angielskiego chemika Stanleya Whittinghama.Podczas swoich eksperymentów naukowcy badali różne składy chemiczne baterii, która mogłaby się sama naładować.Jego pierwsza próba obejmowała dwusiarczek tytanu i lit jako elektrody.Jednakże akumulatory mogłyby spowodować zwarcie i eksplozję.

W latach 80. wyzwanie podjął inny naukowiec, John B. Goodenough.Wkrótce potem Akira Yoshino, japoński chemik, rozpoczął badania nad tą technologią.Yoshino i Goodenough udowodnili, że główną przyczyną eksplozji był lit metaliczny.

W latach 90. technologia litowo-jonowa zaczęła zyskiwać na popularności, stając się szybko popularnym źródłem zasilania pod koniec dekady.Była to pierwsza komercjalizacja tej technologii przez firmę Sony.Słabe wyniki w zakresie bezpieczeństwa akumulatorów litowych skłoniły do opracowania akumulatorów litowo-jonowych.

Chociaż baterie litowe mogą utrzymywać większą gęstość energii, są niebezpieczne podczas ładowania i rozładowywania.Z drugiej strony, ładowanie i rozładowywanie akumulatorów litowo-jonowych jest całkiem bezpieczne, jeśli użytkownicy przestrzegają podstawowych zasad bezpieczeństwa.

Jaka jest najlepsza chemia litowo-jonowa?

Istnieje wiele rodzajów składu chemicznego akumulatorów litowo-jonowych.Dostępne w handlu to:

Tytanian litu
Tlenek glinu litowo-niklowo-kobaltowy
Tlenek kobaltu litowo-niklowo-manganowego
Tlenek litowo-manganowy (LMO)
Tlenek litowo-kobaltowy
Fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4)

Istnieje wiele rodzajów składu chemicznego akumulatorów litowo-jonowych.Każdy ma swoje wady i zalety.Jednak niektóre nadają się tylko do określonych przypadków użycia.W związku z tym wybrany typ będzie zależał od potrzeb w zakresie zasilania, budżetu, tolerancji bezpieczeństwa i konkretnego przypadku użycia.

Najbardziej dostępną na rynku opcją są jednak akumulatory LiFePO4.Baterie te zawierają grafitową elektrodę węglową, która służy jako anoda i fosforan jako katodę.Mają długą żywotność do 10 000 cykli.

Dodatkowo zapewniają doskonałą stabilność termiczną i mogą bezpiecznie wytrzymać krótkie skoki zapotrzebowania.Baterie LiFePO4 są przystosowane do progu niestabilności termicznej do 510 stopni Fahrenheita, najwyższego spośród wszystkich dostępnych na rynku typów akumulatorów litowo-jonowych.

Zalety akumulatorów LiFePO4

W porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych i innych akumulatorów litowych, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe mają ogromną przewagę.Ładują i rozładowują wydajnie, działają dłużej i mogą głęboko cyknąćklebez utraty pojemności.Te zalety oznaczają, że akumulatory oferują ogromne oszczędności w całym okresie ich użytkowania w porównaniu do akumulatorów innych typów.Poniżej przedstawiono szczególne zalety tych akumulatorów w pojazdach o małej mocy i sprzęcie przemysłowym.

Bateria LiFePO4 w pojazdach poruszających się z małą prędkością

Pojazdy elektryczne małej prędkości (LEV) to pojazdy czterokołowe, które ważą mniej niż 3000 funtów.Zasilane są akumulatorami elektrycznymi, co czyni je popularnym wyborem do wózków golfowych i innych zastosowań rekreacyjnych.

Wybierając opcję baterii do swojego LEV, jednym z najważniejszych czynników jest długowieczność.Na przykład wózki golfowe zasilane akumulatorowo powinny mieć wystarczającą moc, aby jeździć po 18-dołkowym polu golfowym bez konieczności ładowania.

Kolejną ważną kwestią jest harmonogram konserwacji.Aby zapewnić maksymalną przyjemność z wypoczynku, dobra bateria nie powinna wymagać konserwacji.

Bateria powinna także wytrzymać działanie w zróżnicowanych warunkach atmosferycznych.Na przykład powinien umożliwiać grę w golfa zarówno w letnie upały, jak i jesienią, gdy temperatury spadają.

Dobra bateria powinna być również wyposażona w system kontroli, który gwarantuje, że nie przegrzeje się ani nie ochłodzi zbyt mocno, co spowoduje spadek jej pojemności.

Jedną z najlepszych marek spełniającą wszystkie te podstawowe, ale ważne warunki jest ROYPOW.Ich linia akumulatorów litowych LiFePO4 jest przystosowana do temperatur od 4°F do 131°F.Baterie posiadają wbudowany system zarządzania baterią i są niezwykle łatwe w montażu.

Zastosowania przemysłowe akumulatorów litowo-jonowych

Baterie litowo-jonowe są popularną opcją w zastosowaniach przemysłowych.Najczęściej stosowaną chemią są akumulatory LiFePO4.Do najpowszechniejszych urządzeń, w których można używać tych akumulatorów, należą:

Wózki widłowe o wąskich korytarzach
Wózki widłowe z przeciwwagą
3-kołowe wózki widłowe
Układarki Walkie
Jeźdźcy końcowi i środkowi

Istnieje wiele powodów, dla których akumulatory litowo-jonowe cieszą się coraz większą popularnością w zastosowaniach przemysłowych.Najważniejsze z nich to:

Wysoka pojemność i trwałość

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się większą gęstością energii i dłuższą żywotnością w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.Mogą ważyć jedną trzecią ciężaru i zapewniać taką samą wydajność.

Ich cykl życia to kolejna ważna zaleta.W przypadku działalności przemysłowej celem jest ograniczenie do minimum krótkoterminowych kosztów stałych.Dzięki akumulatorom litowo-jonowym akumulatory do wózków widłowych mogą wytrzymać trzy razy dłużej, co w dłuższej perspektywie prowadzi do ogromnych oszczędności.

Mogą także pracować na większej głębokości rozładowania do 80% bez wpływu na ich pojemność.Ma to jeszcze jedną zaletę w postaci oszczędności czasu.Operacje nie muszą być przerywane w połowie, aby wymienić akumulatory, co może prowadzić do zaoszczędzenia tysięcy roboczogodzin w wystarczająco długim okresie.

Szybkie ładowanie

W przypadku przemysłowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych normalny czas ładowania wynosi około ośmiu godzin.Odpowiada to całej 8-godzinnej zmianie, podczas której akumulator nie jest dostępny do użycia.W związku z tym menedżer musi uwzględnić ten przestój i zakupić dodatkowe akumulatory.

Z akumulatorami LiFePO4 nie stanowi to żadnego wyzwania.Dobrym przykładem jestPrzemysłowe baterie litowe ROYPOW LifePO4, które ładują się cztery razy szybciej niż akumulatory kwasowo-ołowiowe.Kolejną korzyścią jest możliwość utrzymania wydajności podczas rozładunku.Akumulatory kwasowo-ołowiowe często charakteryzują się obniżoną wydajnością w miarę rozładowywania.

Linia akumulatorów przemysłowych ROYPOW również nie ma problemów z pamięcią, dzięki wydajnemu systemowi zarządzania akumulatorami.Problem ten często występuje w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych, co może prowadzić do nieosiągnięcia pełnej pojemności.

Z czasem powoduje zasiarczenie, co może skrócić ich i tak już krótką żywotność o połowę.Problem często występuje, gdy akumulatory kwasowo-ołowiowe są przechowywane bez pełnego naładowania.Baterie litowe można bez problemu ładować w krótkich odstępach czasu i przechowywać przy dowolnej pojemności powyżej zera.

Bezpieczeństwo i obsługa

Baterie LiFePO4 mają ogromną przewagę w zastosowaniach przemysłowych.Po pierwsze, mają dużą stabilność termiczną.Baterie te mogą pracować w temperaturach do 131°F bez żadnych uszkodzeń.W podobnej temperaturze akumulatory kwasowo-ołowiowe utraciłyby do 80% swojego cyklu życia.

Kolejną kwestią jest waga akumulatorów.Przy podobnej pojemności akumulatory kwasowo-ołowiowe ważą znacznie więcej.W związku z tym często potrzebują specjalnego sprzętu i dłuższego czasu instalacji, co może prowadzić do mniejszej liczby godzin spędzonych w pracy.

Kolejną kwestią jest bezpieczeństwo pracowników.Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory LiFePO4 są bezpieczniejsze niż akumulatory kwasowo-ołowiowe.Zgodnie z wytycznymi OSHA akumulatory kwasowo-ołowiowe muszą być przechowywane w specjalnym pomieszczeniu wyposażonym w urządzenia eliminujące niebezpieczne opary.To powoduje dodatkowe koszty i złożoność operacji przemysłowej.

Wniosek

Baterie litowo-jonowe mają wyraźną przewagę w warunkach przemysłowych i pojazdach elektrycznych o niskiej prędkości.Wytrzymują dłużej, oszczędzając w ten sposób pieniądze użytkowników.Akumulatory te nie wymagają również żadnej konserwacji, co jest szczególnie ważne w środowisku przemysłowym, gdzie oszczędność kosztów jest najważniejsza.