Ce sunt bateriile litiu-ion

Bateriile cu litiu-ion sunt un tip popular de chimie a bateriilor. Un avantaj major pe care îl oferă aceste baterii este că sunt reîncărcabile. Datorită acestei caracteristici, acestea se găsesc în majoritatea dispozitivelor de consum astăzi care folosesc o baterie. Acestea pot fi găsite în telefoane, vehicule electrice și mașini de golf alimentate cu baterii.

Cum funcționează bateriile cu litiu-ion?

Bateriile litiu-ion sunt formate din una sau mai multe celule litiu-ion. Acestea conțin și o placă de circuit de protecție pentru a preveni supraîncărcarea. Celulele se numesc baterii odată instalate într-o carcasă cu o placă de circuit de protecție.

Sunt bateriile cu litiu-ion la fel ca și bateriile cu litiu?

Nu. O baterie cu litiu și o baterie cu litiu-ion sunt foarte diferite. Principala diferență este că acestea din urmă sunt reîncărcabile. O altă diferență majoră este perioada de valabilitate. O baterie cu litiu poate dura până la 12 ani nefolosită, în timp ce bateriile cu litiu-ion au o durată de viață de până la 3 ani.

Care sunt componentele cheie ale bateriilor litiu-ion

Celulele litiu-ion au patru componente principale. Acestea sunt:

Anod

Anodul permite trecerea energiei electrice de la baterie la un circuit extern. De asemenea, stochează ioni de litiu la încărcarea bateriei.

Catod

Catodul este cel care determină capacitatea și tensiunea celulei. Produce ioni de litiu la descărcarea bateriei.

Electrolit

Electrolitul este un material care servește drept conductă pentru ca ionii de litiu să se deplaseze între catod și anod. Este compus din săruri, aditivi și diverși solvenți.

Separatorul

Piesa finală dintr-o celulă litiu-ion este separatorul. Acționează ca o barieră fizică pentru a menține catodul și anodul separat.

Bateriile litiu-ion funcționează prin mutarea ionilor de litiu de la catod la anod și invers prin electrolit. Pe măsură ce ionii se mișcă, aceștia activează electroni liberi în anod, creând o sarcină la colectorul de curent pozitiv. Acești electroni curg prin dispozitiv, un telefon sau un cărucior de golf, către colectorul negativ și înapoi în catod. Fluxul liber al electronilor în interiorul bateriei este împiedicat de separator, forțându-i spre contacte.

Când încărcați o baterie litiu-ion, catodul va elibera ioni de litiu și se deplasează spre anod. La descărcare, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod, ceea ce generează un flux de curent.

Când au fost inventate bateriile cu litiu-ion?

Bateriile litiu-ion au fost concepute pentru prima dată în anii '70 de chimistul englez Stanley Whittingham. În timpul experimentelor sale, oamenii de știință au investigat diverse substanțe chimice pentru o baterie care s-ar putea reîncărca singură. Primul său studiu a implicat disulfură de titan și litiu drept electrozi. Cu toate acestea, bateriile ar scurtcircuita și ar exploda.

În anii '80, un alt om de știință, John B. Goodenough, a acceptat provocarea. Curând după aceea, Akira Yoshino, un chimist japonez, a început cercetările asupra tehnologiei. Yoshino și Goodenough au demonstrat că litiu-metalul a fost principala cauză a exploziilor.

În anii 90, tehnologia litiu-ion a început să câștige tracțiune, devenind rapid o sursă de energie populară până la sfârșitul deceniului. A marcat prima dată când tehnologia a fost comercializată de Sony. Acest record de siguranță slab al bateriilor cu litiu a determinat dezvoltarea bateriilor litiu-ion.

Deși bateriile cu litiu pot păstra o densitate de energie mai mare, acestea sunt nesigure în timpul încărcării și descărcării. Pe de altă parte, bateriile litiu-ion sunt destul de sigure pentru încărcare și descărcare atunci când utilizatorii respectă regulile de siguranță de bază.

Care este cea mai bună chimie cu ioni de litiu?

Există numeroase tipuri de baterii litiu-ion chimice. Cele disponibile comercial sunt:

Titanat de litiu
Litiu Nichel Cobalt Oxid de Aluminiu
Litiu Nichel Mangan Cobalt Oxid
Oxid de litiu mangan (LMO)
Oxid de litiu cobalt
Fosfat de fier de litiu (LiFePO4)

Există numeroase tipuri de chimie pentru bateriile litiu-ion. Fiecare are avantajele și dezavantajele lui. Cu toate acestea, unele sunt potrivite doar pentru cazuri specifice de utilizare. Ca atare, tipul pe care îl alegeți va depinde de nevoile dvs. de energie, buget, toleranță de siguranță și caz de utilizare specific.

Cu toate acestea, bateriile LiFePO4 sunt cea mai disponibilă opțiune comercială. Aceste baterii conțin un electrod de carbon grafit, care servește drept anod și fosfat ca catod. Au un ciclu de viață lung de până la 10.000 de cicluri.

În plus, oferă o mare stabilitate termică și pot face față în siguranță la supratensiuni scurte la cerere. Bateriile LiFePO4 sunt evaluate pentru un prag de evaporare termică de până la 510 grade Fahrenheit, cel mai ridicat dintre toate tipurile de baterii litiu-ion disponibile comercial.

Avantajele bateriilor LiFePO4

În comparație cu bateriile cu plumb acid și alte baterii pe bază de litiu, bateriile cu litiu fier fosfat au un avantaj imens. Ele se încarcă și se descarcă eficient, durează mai mult și se pot descarca adâncclefără a pierde capacitatea. Aceste avantaje înseamnă că bateriile oferă economii uriașe de costuri pe durata de viață în comparație cu alte tipuri de baterii. Mai jos este o privire asupra avantajelor specifice ale acestor baterii în vehiculele cu putere redusă și echipamentele industriale.

Bateria LiFePO4 la vehiculele cu viteză mică

Vehiculele electrice cu viteză mică (LEV) sunt vehicule cu patru roți care cântăresc mai puțin de 3000 de lire sterline. Acestea sunt alimentate de baterii electrice, ceea ce le face o alegere populară pentru cărucioarele de golf și alte utilizări recreative.

Când alegeți opțiunea de baterie pentru LEV, unul dintre cele mai importante considerente este longevitatea. De exemplu, cărucioarele de golf alimentate cu baterii ar trebui să aibă suficientă putere pentru a circula pe un teren de golf cu 18 găuri fără a fi nevoie să se reîncarce.

Un alt aspect important este programul de întreținere. O baterie bună nu ar trebui să necesite întreținere pentru a asigura bucuria maximă a activității dumneavoastră pe îndelete.

Bateria ar trebui să poată funcționa și în condiții meteorologice variate. De exemplu, ar trebui să vă permită să jucați golf atât în căldura verii, cât și în toamnă, când temperaturile scad.

O baterie bună ar trebui să vină și cu un sistem de control care să asigure că nu se supraîncălzi sau se răcește prea mult, degradându-și capacitatea.

Una dintre cele mai bune mărci care îndeplinește toate aceste condiții de bază, dar importante, este ROYPOW. Linia lor de baterii cu litiu LiFePO4 este evaluată pentru temperaturi de 4°F până la 131°F. Bateriile vin cu un sistem de management al bateriei încorporat și sunt extrem de ușor de instalat.

Aplicații industriale pentru baterii cu ioni de litiu

Bateriile litiu-ion sunt o opțiune populară în aplicațiile industriale. Cea mai comună substanță chimică folosită sunt bateriile LiFePO4. Unele dintre cele mai comune echipamente pentru utilizarea acestor baterii sunt:

Stivuitoare cu culoar îngust
Stivuitoare contrabalansate
Stivuitoare cu 3 roți
Stivuitoare cu walkie
Călăreți de capăt și centru

Există multe motive pentru care bateriile cu litiu-ion sunt în creștere în popularitate în mediile industriale. Principalele sunt:

Capacitate mare și longevitate

Bateriile cu litiu-ion au o densitate de energie și o longevitate mai mare în comparație cu bateriile cu plumb-acid. Ele pot cântări o treime din greutate și pot furniza aceeași putere.

Ciclul lor de viață este un alt avantaj major. Pentru o operațiune industrială, scopul este de a menține costurile recurente pe termen scurt la minimum. Cu bateriile litiu-ion, bateriile pentru stivuitoare pot dura de trei ori mai mult, ceea ce duce la economii uriașe de costuri pe termen lung.

De asemenea, pot funcționa la o adâncime de descărcare mai mare, de până la 80%, fără nici un impact asupra capacității lor. Asta are un alt avantaj în economisirea de timp. Operațiunile nu trebuie să se oprească la jumătatea drumului pentru a schimba bateriile, ceea ce poate duce la economii de mii de ore-om pe o perioadă suficient de mare.

Încărcare de mare viteză

În cazul bateriilor industriale plumb-acid, timpul normal de încărcare este de aproximativ opt ore. Aceasta echivalează cu o tură întreagă de 8 ore în care bateria nu este disponibilă pentru utilizare. În consecință, un manager trebuie să țină seama de acest timp nefuncțional și să achiziționeze baterii suplimentare.

Cu bateriile LiFePO4, asta nu este o provocare. Un bun exemplu esteROYPOW baterii industriale LifePO4 cu litiu, care se încarcă de patru ori mai repede decât bateriile cu plumb-acid. Un alt beneficiu este capacitatea de a rămâne eficient în timpul descărcării. Bateriile cu plumb-acid suferă adesea o întârziere în performanță pe măsură ce se descarcă.

Linia de baterii industriale ROYPOW nu are nicio problemă de memorie, datorită unui sistem eficient de gestionare a bateriilor. Bateriile cu plumb-acid suferă adesea de această problemă, ceea ce poate duce la incapacitatea de a atinge capacitatea maximă.

Cu timpul, provoacă sulfatare, care le poate reduce durata de viață deja scurtă la jumătate. Problema apare adesea atunci când bateriile cu plumb-acid sunt depozitate fără încărcare completă. Bateriile cu litiu pot fi încărcate la intervale scurte de timp și stocate la orice capacitate peste zero fără probleme.

Siguranță și manipulare

Bateriile LiFePO4 au un avantaj imens în mediile industriale. În primul rând, au o mare stabilitate termică. Aceste baterii pot funcționa la temperaturi de până la 131°F fără a suferi daune. Bateriile cu plumb și-ar pierde până la 80% din ciclul de viață la o temperatură similară.

O altă problemă este greutatea bateriilor. Pentru o capacitate similară a bateriei, bateriile cu plumb-acid cântăresc semnificativ mai mult. Ca atare, deseori au nevoie de echipamente specifice și timp de instalare mai lung, ceea ce poate duce la mai puține ore de muncă petrecute la locul de muncă.

O altă problemă este siguranța lucrătorilor. În general, bateriile LiFePO4 sunt mai sigure decât bateriile cu plumb-acid. Conform ghidurilor OSHA, bateriile cu plumb-acid trebuie depozitate într-o încăpere specială cu echipamente concepute pentru a elimina fumurile periculoase. Aceasta introduce un cost suplimentar și complexitate într-o operațiune industrială.

Concluzie

Bateriile litiu-ion au un avantaj clar în setările industriale și pentru vehiculele electrice cu viteză redusă. Acestea durează mai mult, economisind astfel bani utilizatorilor. Aceste baterii au, de asemenea, întreținere zero, ceea ce este deosebit de important într-un cadru industrial în care economisirea costurilor este primordială.