Čo sú to lítium-iónové batérie

Lítium-iónové batérie sú obľúbeným typom chémie batérií. Veľkou výhodou, ktorú tieto batérie ponúkajú, je, že sú dobíjacie. Vďaka tejto funkcii sa dnes nachádzajú vo väčšine spotrebiteľských zariadení, ktoré používajú batériu. Možno ich nájsť v telefónoch, elektrických vozidlách a golfových vozíkoch na batérie.

Ako fungujú lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie sa skladajú z jedného alebo viacerých lítium-iónových článkov. Obsahujú aj ochrannú dosku plošných spojov, ktorá zabraňuje prebíjaniu. Články sa nazývajú batérie, keď sú nainštalované v kryte s ochrannou doskou obvodov.

Sú lítium-iónové batérie rovnaké ako lítiové batérie?

Nie. Lítiová batéria a lítium-iónová batéria sú úplne odlišné. Hlavným rozdielom je, že tieto sú dobíjacie. Ďalším podstatným rozdielom je trvanlivosť. Lítiová batéria vydrží až 12 rokov nepoužívaná, zatiaľ čo lítium-iónové batérie majú životnosť až 3 roky.

Aké sú kľúčové komponenty lítium-iónových batérií

Lítium-iónové články majú štyri hlavné zložky. Toto sú:

anóda

Anóda umožňuje prechod elektriny z batérie do externého obvodu. Pri nabíjaní batérie tiež ukladá lítiové ióny.

Katóda

Katóda je to, čo určuje kapacitu a napätie článku. Pri vybíjaní batérie produkuje lítiové ióny.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, ktorý slúži ako kanál pre lítiové ióny na pohyb medzi katódou a anódou. Skladá sa zo solí, prísad a rôznych rozpúšťadiel.

Separátor

Posledný kus v lítium-iónovom článku je separátor. Pôsobí ako fyzická bariéra, ktorá drží katódu a anódu od seba.

Lítium-iónové batérie fungujú tak, že sa lítiové ióny presúvajú z katódy na anódu a naopak cez elektrolyt. Keď sa ióny pohybujú, aktivujú voľné elektróny v anóde a vytvárajú náboj na kladnom kolektore prúdu. Tieto elektróny prúdia cez zariadenie, telefón alebo golfový vozík, do negatívneho kolektora a späť do katódy. Voľnému toku elektrónov vo vnútri batérie bráni separátor, ktorý ich tlačí ku kontaktom.

Keď nabíjate lítium-iónovú batériu, katóda uvoľní lítiové ióny a tie sa pohybujú smerom k anóde. Pri vybíjaní sa lítiové ióny presúvajú z anódy na katódu, ktorá vytvára tok prúdu.

Kedy boli vynájdené lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie boli prvýkrát vytvorené v 70-tych rokoch anglickým chemikom Stanley Whittinghamom. Počas jeho experimentov vedci skúmali rôzne chemické látky pre batériu, ktorá by sa mohla dobíjať. Jeho prvý pokus zahŕňal disulfid titánu a lítium ako elektródy. Batérie by však skratovali a explodovali.

V 80. rokoch sa tejto výzvy chopil ďalší vedec John B. Goodenough. Čoskoro na to, Akira Yoshino, japonský chemik, začal s výskumom tejto technológie. Yoshino a Goodenough dokázali, že hlavnou príčinou výbuchov bol kovový lítium.

V 90. rokoch sa lítium-iónová technológia začala presadzovať a do konca desaťročia sa rýchlo stala populárnym zdrojom energie. Bolo to prvýkrát, čo spoločnosť Sony túto technológiu komercializovala. Tento slabý bezpečnostný záznam lítiových batérií podnietil vývoj lítium-iónových batérií.

Kým lítiové batérie dokážu udržať vyššiu hustotu energie, počas nabíjania a vybíjania nie sú bezpečné. Na druhej strane, lítium-iónové batérie sa dajú celkom bezpečne nabíjať a vybíjať, keď používatelia dodržiavajú základné bezpečnostné pokyny.

Aká je najlepšia lítium-iónová chémia?

Existuje mnoho typov chemických látok lítium-iónových batérií. Komerčne dostupné sú:

Titanát lítny
Lítium-nikel-kobalt-hlinitý oxid
Lítium-nikel-mangánový oxid kobaltnatý
Oxid lítno-mangánový (LMO)
Oxid lítno-kobaltový
lítium-železo fosfát (LiFePO4)

Existuje mnoho typov chemikálií pre lítium-iónové batérie. Každý z nich má svoje klady a zápory. Niektoré sú však vhodné len pre špecifické prípady použitia. Typ, ktorý si vyberiete, bude závisieť od vašich potrieb napájania, rozpočtu, tolerancie bezpečnosti a konkrétneho prípadu použitia.

LiFePO4 batérie sú však komerčne najdostupnejšou možnosťou. Tieto batérie obsahujú grafitovú uhlíkovú elektródu, ktorá slúži ako anóda a fosfátovú ako katódu. Majú dlhú životnosť až 10 000 cyklov.

Okrem toho ponúkajú skvelú tepelnú stabilitu a dokážu bezpečne zvládnuť krátke skoky v dopyte. Batérie LiFePO4 sú dimenzované na prahovú hodnotu tepelného úniku až 510 stupňov Fahrenheita, čo je najviac zo všetkých komerčne dostupných lítium-iónových batérií.

Výhody LiFePO4 batérií

V porovnaní s olovenými a inými batériami na báze lítia majú lítium-železofosfátové batérie obrovskú výhodu. Efektívne sa nabíjajú a vybíjajú, vydržia dlhšie a môžu sa hlboko nabíjaťclebez straty kapacity. Tieto výhody znamenajú, že batérie ponúkajú počas svojej životnosti obrovské úspory nákladov v porovnaní s inými typmi batérií. Nižšie je uvedený pohľad na špecifické výhody týchto batérií v nízkorýchlostných vozidlách a priemyselných zariadeniach.

Batéria LiFePO4 v nízkorýchlostných vozidlách

Nízkorýchlostné elektrické vozidlá (LEV) sú štvorkolesové vozidlá, ktoré vážia menej ako 3000 libier. Sú napájané elektrickými batériami, vďaka čomu sú obľúbenou voľbou pre golfové vozíky a iné rekreačné účely.

Pri výbere batérie pre váš LEV je jedným z najdôležitejších hľadísk životnosť. Napríklad golfové vozíky na batérie by mali mať dostatok energie na jazdu po 18-jamkovom golfovom ihrisku bez nutnosti dobíjania.

Ďalším dôležitým bodom je plán údržby. Dobrá batéria by si nemala vyžadovať žiadnu údržbu, aby sa zabezpečil maximálny pôžitok z vašej pokojnej aktivity.

Batéria by mala byť schopná prevádzky aj v rôznych poveternostných podmienkach. Napríklad by vám mal umožniť hrať golf v letných horúčavách aj na jeseň, keď teploty klesajú.

Dobrá batéria by mala byť vybavená aj riadiacim systémom, ktorý zaistí, že sa neprehrieva ani príliš nechladí, čím sa neznižuje jej kapacita.

Jednou z najlepších značiek, ktorá spĺňa všetky tieto základné, no dôležité podmienky, je ROYPOW. Ich rad lítiových batérií LiFePO4 je určený pre teploty od 4 °F do 131 °F. Batérie sa dodávajú so zabudovaným systémom správy batérií a ich inštalácia je mimoriadne jednoduchá.

Priemyselné aplikácie lítium-iónových batérií

Lítium-iónové batérie sú obľúbenou možnosťou v priemyselných aplikáciách. Najčastejšie používanou chémiou sú LiFePO4 batérie. Niektoré z najbežnejších zariadení na používanie týchto batérií sú:

Vysokozdvižné vozíky pre úzke uličky
Protizávažné vysokozdvižné vozíky
3-kolesové vysokozdvižné vozíky
Vysielacie zakladače
Koncoví a strední jazdci

Existuje mnoho dôvodov, prečo lítium-iónové batérie rastú na popularite v priemyselnom prostredí. Hlavné sú:

Vysoká kapacita a životnosť

Lítium-iónové batérie majú v porovnaní s olovenými batériami väčšiu hustotu energie a dlhú životnosť. Môžu vážiť tretinu hmotnosti a dodať rovnaký výkon.

Ich životný cyklus je ďalšou veľkou výhodou. Pre priemyselnú prevádzku je cieľom udržať krátkodobé opakujúce sa náklady na minime. S lítium-iónovými batériami môžu batérie vysokozdvižných vozíkov vydržať trikrát dlhšie, čo z dlhodobého hľadiska vedie k obrovským úsporám nákladov.

Dokážu pracovať aj pri väčšej hĺbke vybitia až 80% bez akéhokoľvek dopadu na ich kapacitu. To má ďalšiu výhodu v úspore času. Prevádzka sa nemusí zastaviť uprostred výmeny batérií, čo môže viesť k ušetreniu tisícok človekohodín počas dostatočne dlhého obdobia.

Vysokorýchlostné nabíjanie

Pri priemyselných olovených batériách je bežná doba nabíjania približne osem hodín. To sa rovná celej 8-hodinovej zmene, pri ktorej nie je možné použiť batériu. V dôsledku toho musí manažér počítať s týmto prestojom a zakúpiť ďalšie batérie.

S batériami LiFePO4 to nie je problém. Dobrým príkladom jePriemyselné lítiové batérie ROYPOW LifePO4, ktoré sa nabíjajú štyrikrát rýchlejšie ako olovené batérie. Ďalšou výhodou je schopnosť zostať efektívny počas vybíjania. Olovené batérie často trpia oneskorením vo výkone, keď sa vybíjajú.

Rad priemyselných batérií ROYPOW tiež nemá problémy s pamäťou, a to vďaka efektívnemu systému správy batérií. Olovené batérie často trpia týmto problémom, čo môže viesť k tomu, že nedosiahne plnú kapacitu.

Postupom času spôsobuje sulfatáciu, ktorá môže skrátiť ich už aj tak krátku životnosť na polovicu. Problém sa často vyskytuje, keď sa olovené batérie skladujú bez úplného nabitia. Lítiové batérie je možné nabíjať v krátkych intervaloch a bez problémov skladovať pri akejkoľvek kapacite nad nulou.

Bezpečnosť a manipulácia

LiFePO4 batérie majú obrovskú výhodu v priemyselnom prostredí. Po prvé, majú veľkú tepelnú stabilitu. Tieto batérie môžu pracovať pri teplotách až 131 °F bez poškodenia. Olovené batérie by pri podobnej teplote stratili až 80 % svojho životného cyklu.

Ďalším problémom je hmotnosť batérií. Pri podobnej kapacite batérie vážia olovené batérie podstatne viac. Ako také často potrebujú špecifické vybavenie a dlhší čas inštalácie, čo môže viesť k menšiemu počtu pracovných hodín strávených prácou.

Ďalším problémom je bezpečnosť pracovníkov. Vo všeobecnosti sú LiFePO4 batérie bezpečnejšie ako olovené batérie. Podľa smerníc OSHA sa olovené batérie musia skladovať v špeciálnej miestnosti so zariadením určeným na elimináciu nebezpečných výparov. To vnáša do priemyselnej prevádzky dodatočné náklady a zložitosť.

Záver

Lítium-iónové batérie majú jasnú výhodu v priemyselnom prostredí a pre nízkorýchlostné elektrické vozidlá. Vydržia dlhšie, čím používateľom ušetria peniaze. Tieto batérie tiež nevyžadujú žiadnu údržbu, čo je obzvlášť dôležité v priemyselnom prostredí, kde je prvoradá úspora nákladov.