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 okres przydatności do spożycia. 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. Są to:

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 mają próg niekontrolowanej temperatury wynoszący do 510 stopni Fahrenheita, czyli najwyższy ze 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 z innymi typami akumulatorów. 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 dba o to, aby nie przegrzała się ani nie wychłodziła zbytnio, co zmniejszyłoby jej pojemność.

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.