Что такое литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы — популярный тип химических аккумуляторов. Главным преимуществом этих аккумуляторов является то, что они перезаряжаемые. Благодаря этой особенности они сегодня встречаются в большинстве потребительских устройств, использующих аккумулятор. Их можно найти в телефонах, электромобилях и гольф-карах с батарейным питанием.

Как работают литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из одного или нескольких литий-ионных элементов. Они также содержат защитную плату для предотвращения перезарядки. Элементы называются батареями, если они установлены в корпусе с защитной платой.

Литий-ионные аккумуляторы — это то же самое, что литиевые аккумуляторы?

Нет. Литиевая батарея и литий-ионная батарея сильно различаются. Основное отличие состоит в том, что последние являются перезаряжаемыми. Еще одним важным отличием является срок годности. Литиевая батарея может прослужить до 12 лет без использования, а литий-ионные батареи имеют срок хранения до 3 лет.

Каковы ключевые компоненты литий-ионных аккумуляторов?

Литий-ионные элементы состоят из четырех основных компонентов. Это:

Анод

Анод позволяет электричеству перемещаться от батареи во внешнюю цепь. Он также сохраняет ионы лития при зарядке аккумулятора.

Катод

Катод определяет емкость и напряжение элемента. Он производит ионы лития при разряде аккумулятора.

Электролит

Электролит представляет собой материал, который служит каналом для перемещения ионов лития между катодом и анодом. В его состав входят соли, добавки и различные растворители.

Сепаратор

Последней частью литий-ионного элемента является сепаратор. Он действует как физический барьер, разделяющий катод и анод.

Литий-ионные аккумуляторы работают за счет перемещения ионов лития от катода к аноду и наоборот через электролит. По мере движения ионы активируют свободные электроны на аноде, создавая заряд на положительном коллекторе тока. Эти электроны проходят через устройство, телефон или гольф-кар, к отрицательному коллектору и обратно в катод. Свободному потоку электронов внутри батареи препятствует сепаратор, подталкивая их к контактам.

Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, катод выделяет ионы лития, и они движутся к аноду. При разряде ионы лития перемещаются от анода к катоду, что создает поток тока.

Когда были изобретены литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторы были впервые изобретены в 70-х годах английским химиком Стэнли Уиттингемом. В ходе своих экспериментов ученые исследовали различные химические процессы для создания батареи, которая могла бы перезаряжаться сама. В его первом испытании в качестве электродов использовались дисульфид титана и литий. Однако батареи закоротят и взорвутся.

В 80-х годах другой учёный, Джон Б. Гуденаф, принял этот вызов. Вскоре после этого японский химик Акира Ёсино начал исследования этой технологии. Ёсино и Гуденаф доказали, что основной причиной взрывов был металлический литий.

В 90-е годы литий-ионная технология начала набирать обороты и к концу десятилетия быстро стала популярным источником энергии. Это был первый случай коммерциализации этой технологии компанией Sony. Плохие показатели безопасности литиевых батарей послужили толчком к разработке литий-ионных батарей.

Хотя литиевые батареи могут удерживать более высокую плотность энергии, они небезопасны во время зарядки и разрядки. С другой стороны, литий-ионные аккумуляторы вполне безопасно заряжать и разряжать, если пользователи соблюдают основные правила техники безопасности.

Какова лучшая химия ионов лития?

Существует множество типов литий-ионных аккумуляторов по химическому составу. Коммерчески доступные из них:

Титанат лития
Литий Никель Кобальт Оксид алюминия
Литий Никель Марганец Оксид Кобальта
Оксид лития-марганца (LMO)
оксид лития-кобальта
Литий-железо-фосфат (LiFePO4)

Существует множество типов химических составов литий-ионных аккумуляторов. У каждого есть свои плюсы и минусы. Однако некоторые из них подходят только для конкретных случаев использования. Таким образом, выбранный вами тип будет зависеть от ваших потребностей в электроэнергии, бюджета, уровня безопасности и конкретного варианта использования.

Однако батареи LiFePO4 являются наиболее коммерчески доступным вариантом. Эти батареи содержат угольный графитовый электрод, который служит анодом, и фосфатный катод. Они имеют длительный срок службы до 10 000 циклов.

Кроме того, они обеспечивают отличную термическую стабильность и могут безопасно справляться с кратковременными скачками спроса. Батареи LiFePO4 рассчитаны на порог температурного разгона до 510 градусов по Фаренгейту, что является самым высоким показателем среди всех имеющихся в продаже типов литий-ионных батарей.

Преимущества аккумуляторов LiFePO4

По сравнению со свинцово-кислотными и другими батареями на основе лития, литий-железо-фосфатные батареи имеют огромное преимущество. Они эффективно заряжаются и разряжаются, служат дольше и могут глубоко заряжаться.дядькабез потери мощности. Эти преимущества означают, что батареи обеспечивают огромную экономию средств в течение всего срока службы по сравнению с батареями других типов. Ниже приведены конкретные преимущества этих аккумуляторов в тихоходных транспортных средствах и промышленном оборудовании.

Аккумулятор LiFePO4 в тихоходных транспортных средствах

Низкоскоростные электромобили (LEV) — это четырехколесные транспортные средства весом менее 3000 фунтов. Они питаются от электрических батарей, что делает их популярным выбором для гольф-каров и других видов отдыха.

При выборе аккумулятора для вашего LEV одним из наиболее важных факторов является долговечность. Например, гольф-кары с батарейным питанием должны иметь достаточную мощность, чтобы передвигаться по полю для гольфа с 18 лунками без необходимости подзарядки.

Еще одним важным моментом является график технического обслуживания. Хороший аккумулятор не должен требовать обслуживания, чтобы обеспечить максимальное удовольствие от неторопливой деятельности.

Аккумулятор также должен быть способен работать в различных погодных условиях. Например, оно должно позволять вам играть в гольф как в летнюю жару, так и осенью, когда температура падает.

Хорошая батарея также должна иметь систему контроля, которая гарантирует, что она не перегреется и не переохладится, что приведет к снижению ее емкости.

Одним из лучших брендов, отвечающим всем этим основным, но важным условиям, является ROYPOW. Их линейка литиевых батарей LiFePO4 рассчитана на температуру от 4°F до 131°F. Батареи оснащены встроенной системой управления батареями и чрезвычайно просты в установке.

Промышленное применение литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы являются популярным вариантом в промышленности. Наиболее распространенный химический состав — батареи LiFePO4. Некоторые из наиболее распространенных устройств, в которых используются эти батареи:

Узкопроходные вилочные погрузчики
Вилочные погрузчики с противовесом
3-колесные вилочные погрузчики
Штабелеры рации
Конечные и центральные гонщики

Существует множество причин, по которым литий-ионные аккумуляторы становятся все более популярными в промышленных условиях. Основные из них:

Высокая емкость и долговечность

Литий-ионные аккумуляторы имеют большую плотность энергии и долговечность по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Они могут весить треть веса и обеспечивать такую же производительность.

Их жизненный цикл является еще одним важным преимуществом. Целью промышленного предприятия является сведение к минимуму краткосрочных периодических затрат. Благодаря литий-ионным батареям аккумуляторы для вилочных погрузчиков могут работать в три раза дольше, что в долгосрочной перспективе приведет к огромной экономии средств.

Они также могут работать при большей глубине разряда до 80% без какого-либо влияния на их производительность. Это имеет еще одно преимущество в экономии времени. Операции не должны останавливаться на полпути для замены батарей, что может привести к экономии тысяч человеко-часов в течение достаточно длительного периода.

Высокоскоростная зарядка

Обычное время зарядки промышленных свинцово-кислотных аккумуляторов составляет около восьми часов. Это соответствует целой 8-часовой смене, в течение которой батарея недоступна для использования. Следовательно, менеджеру приходится учитывать это время простоя и приобретать дополнительные аккумуляторы.

С батареями LiFePO4 это не проблема. Хорошим примером являетсяПромышленные литиевые батареи ROYPOW LifePO4, которые заряжаются в четыре раза быстрее, чем свинцово-кислотные аккумуляторы. Еще одним преимуществом является способность сохранять работоспособность во время выписки. Свинцово-кислотные аккумуляторы часто теряют производительность при разрядке.

Линия промышленных аккумуляторов ROYPOW также не имеет проблем с памятью благодаря эффективной системе управления батареями. Свинцово-кислотные аккумуляторы часто страдают от этой проблемы, что может привести к невозможности достижения полной емкости.

Со временем это вызывает сульфатацию, которая может сократить их и без того короткий срок жизни вдвое. Проблема часто возникает, когда свинцово-кислотные аккумуляторы хранятся не полностью заряженными. Литиевые аккумуляторы можно без проблем заряжать через короткие промежутки времени и хранить при любой емкости выше нуля.

Безопасность и обращение

Батареи LiFePO4 имеют огромное преимущество в промышленных условиях. Во-первых, они обладают отличной термической стабильностью. Эти батареи могут работать при температуре до 131°F без каких-либо повреждений. Свинцово-кислотные батареи потеряют до 80% своего жизненного цикла при аналогичной температуре.

Еще одна проблема — вес аккумуляторов. При аналогичной емкости свинцово-кислотные аккумуляторы весят значительно больше. По этой причине им часто требуется специальное оборудование и более длительное время установки, что может привести к меньшему количеству человеко-часов, затрачиваемых на работу.

Еще один вопрос – безопасность труда. В целом батареи LiFePO4 безопаснее свинцово-кислотных. Согласно рекомендациям OSHA, свинцово-кислотные аккумуляторы должны храниться в специальном помещении с оборудованием, предназначенным для удаления опасных паров. Это приводит к дополнительным затратам и сложности в промышленной эксплуатации.

Заключение

Литий-ионные аккумуляторы имеют явное преимущество в промышленных условиях и для тихоходных электромобилей. Они служат дольше, что позволяет экономить деньги пользователей. Эти батареи также не требуют обслуживания, что особенно важно в промышленных условиях, где экономия средств имеет первостепенное значение.