Čo sú lítium -iónové batérie

Lítium-iónové batérie sú populárnym typom chémie batérie. Hlavnou výhodou, ktorú tieto batérie ponúkajú, je to, že sú nabíjateľné. Vďaka tejto funkcii sa dnes nachádzajú vo väčšine spotrebiteľských zariadení, ktoré používajú batériu. Nachádzajú sa v telefónoch, elektrických vozidlách a golfových vozíkoch poháňaných batériou.

Ako fungujú lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie sa skladajú z jednej alebo viacerých lítium-iónových buniek. Obsahujú tiež dosku ochranných obvodov, aby sa zabránilo nadmernému nabíjaniu. Bunky sa nazývajú batérie po inštalácii v puzdre s doskou ochranných obvodov.

Sú lítium-iónové batérie rovnaké ako lítiové batérie?

Č. Lítiová batéria a lítium-iónová batéria sú výrazne odlišné. Hlavný rozdiel spočíva v tom, že tieto sú nabíjateľné. Ďalším významným rozdielom je trvanlivosť. Lítiová batéria môže trvať až 12 rokov nevyužité, zatiaľ čo lítium-iónové batérie majú trvanlivosť až 3 roky.

Aké sú kľúčové komponenty lítium -iónových batérií

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

Anóda

Anóda umožňuje, aby sa elektrina presunula z batérie do externého obvodu. Pri nabíjaní batérie tiež ukladá lítium ióny.

Katóda

Katóda je tým, čo určuje kapacitu a napätie bunky. Pri vypúšťaní batérie produkuje lítium ióny.

Elektrolyt

Elektrolyt je materiál, ktorý slúži ako vedenie lítiových iónov na pohyb medzi katódou a anódou. Skladá sa zo solí, prísad a rôznych rozpúšťadiel.

Oddeľovač

Posledným kusom v lítium-iónovej bunke je separátor. Pôsobí ako fyzická bariéra na udržanie katódy a anódy od seba.

Lítium-iónové batérie fungujú tak, že presúvajú lítium ióny z katódy do anódy a naopak cez elektrolyt. Keď sa ióny pohybujú, aktivujú voľné elektróny v anóde, čím vytvárajú náboj na zberateľovi kladného prúdu. Tieto elektróny prechádzajú zariadením, telefónom alebo golfovým vozíkom, k negatívnemu zberateľovi a späť do katódy. Odlučovač zabráni voľnému toku elektrónov vo vnútri batérie, čo ich núti smerom k kontaktom.

Keď nabijete lítium-iónovú batériu, katóda uvoľní lítium ióny a posunú sa smerom k anóde. Pri vypúšťaní sa lítium ióny presúvajú z anódy do katódy, ktorá generuje tok prúdu.

Kedy boli vynájdené lítium-iónové batérie?

Lítium-iónové batérie boli prvýkrát koncipované v 70. rokoch anglickým chemikom Stanley Whittinghamom. Počas svojich experimentov vedci skúmali rôzne chemikácie pre batériu, ktorá by sa mohla nabíjať. Jeho prvá skúška zahŕňala disulfid titánu a lítium ako elektródy. Batérie by však skratili a explodovali.

V 80. rokoch sa ďalší vedec John B. Goodenough stal výzvou. Čoskoro potom začala Akira Yoshino, japonský chemik, výskum tejto technológie. Yoshino a Goodenough dokázali, že kov lítium bol hlavnou príčinou výbuchov.

V 90. rokoch začala lítium-iónová technológia získavať trakciu a do konca desaťročia sa rýchlo stala populárnym zdrojom energie. Prvýkrát to znamenalo, že táto technológia komercializovala spoločnosť Sony. Tento zlý bezpečnostný záznam lítiových batérií vyvolal vývoj lítium-iónových batérií.

Zatiaľ čo lítiové batérie môžu držať vyššiu hustotu energie, počas nabíjania a výboja nie sú nebezpečné. Na druhej strane, lítium-iónové batérie sú celkom bezpečné na nabíjanie a vypúšťanie, keď používatelia dodržiavajú základné bezpečnostné pokyny.

Aká je najlepšia lítium -iónová chémia?

Existuje mnoho druhov lítium-iónových chemikácií batérií. Komerčne dostupné sú:

Litanát
Lítium niklu kobaltu oxid hlinitý
Lítium niklového mangánu kobaltový oxid
Oxid mangánu lítium (LMO)
Oxid kobaltu
Fosforečnan lítium (LiFEPO4)

Pre lítium-iónové batérie existuje veľa druhov chemikácií. Každý z nich má svoje vzostupy a nevýhody. Niektoré sú však vhodné iba pre konkrétne prípady použitia. Typ, ktorý vyberiete, bude závisieť od vašich energetických potrieb, rozpočtu, tolerancie bezpečnosti a konkrétneho prípadu použitia.

Batérie LifePo4 sú však najkomerčne dostupnejšou možnosťou. Tieto batérie obsahujú grafitovú uhlíkovú elektródu, ktorá slúži ako anóda, a fosfát ako katóda. Majú dlhý cyklus životnosť až 10 000 cyklov.

Okrem toho ponúkajú veľkú tepelnú stabilitu a dokážu bezpečne zvládnuť krátke prepätia v dopyte. Batérie LifePO4 sú hodnotené na tepelný útek do 510 stupňov Fahrenheita, najvyššieho z akéhokoľvek komerčne dostupného typu lítium-iónovej batérie.

Výhody batérií LIFEPO4

V porovnaní s olovenou kyselinou a inými batériami na báze lítia majú batérie lítiumfosforečnanu veľkú výhodu. Nabíjajú sa a vybíjajú efektívne, vydržia dlhšie a môžu hlboko cycykbez 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 elektrických vozidlách a priemyselných zariadeniach.

Batéria LifePO4 v nízkorvasových vozidlách

Nízkorýchlostné elektrické vozidlá (LEV) sú vozidlá so štyrmi kolesami, ktoré vážia menej ako 3 000 libier. Sú poháňané elektrickými batériami, vďaka čomu sú obľúbenou voľbou pre golfové vozíky a iné rekreačné použitie.

Pri výbere možnosti batérie pre váš LEV je jednou z najdôležitejších hľadísk dlhovekosť. Napríklad golfové vozíky poháňané batériou by mali mať dostatok energie na jazdu okolo 18-jamového golfového ihriska bez toho, aby sa museli nabíjať.

Ďalšou dôležitou úvahou je harmonogram údržby. Dobrá batéria by si nemala vyžadovať žiadnu údržbu, aby sa zabezpečilo maximálne potešenie z vašej pokojnej činnosti.

Batéria by mala byť tiež schopná pracovať v rôznych poveternostných podmienkach. Napríklad by vám to malo umožniť golf v letnom horúčave aj na jeseň, keď teploty klesajú.

Dobrá batéria by mala prichádzať aj s riadiacim systémom, ktorý zaisťuje, že sa príliš neprehrieva ani príliš nezmení a znižuje jej kapacitu.

Jednou z najlepších značiek, ktoré spĺňa všetky tieto základné, ale dôležité podmienky, je Roypow. Ich línia lítiových batérií LIFEPO4 sú hodnotené pre teploty od 4 ° F až 131 ° F. Batérie sa dodávajú so zabudovaným systémom na správu batérií a sú mimoriadne ľahké inštalovať.

Priemyselné aplikácie pre lítium -iónové batérie

Lítium-iónové batérie sú v priemyselných aplikáciách obľúbenou možnosťou. Najbežnejšou používanou chémiou sú batérie LifePO4. Niektoré z najbežnejších zariadení na používanie týchto batérií sú:

Úzke vysokozdvižné vozíky
Vyvážené vysokozdvižné vozíky
3 vysokozdvižné vozíky
Stohovače
Koncové a stredné jazdci

Existuje veľa dôvodov, prečo lítium -iónové batérie rastú v popularite v priemyselnom prostredí. Tie hlavné sú:

Vysoká kapacita a dlhovekosť

Lítium-iónové batérie majú väčšiu hustotu energie a dlhovekosť v porovnaní s batériami olovo. Môžu vážiť tretinu hmotnosti a dodať rovnaký výstup.

Ich životný cyklus je ďalšou hlavnou výhodou. Pre priemyselnú operáciu je cieľom udržať krátkodobé opakujúce sa náklady na minimum. S lítium-iónovými batériami môžu vysokozdvižné batérie trvať trikrát tak dlho, čo v dlhodobom horizonte vedie k obrovským úsporám nákladov.

Môžu tiež fungovať vo väčšej hĺbke prepustenia až 80% bez akéhokoľvek dopadu na ich kapacitu. To má ďalšiu výhodu v časovom úsporách. Operácie nemusia zastaviť uprostred cesty, aby ste vymieňali batérie, čo môže viesť k tomu, aby tisíce ľudí ušetrili dostatočne veľké obdobie.

Vysokorýchlostné nabíjanie

Pri priemyselných batériách olovených kyselín je normálny čas nabíjania okolo osem hodín. To sa rovná celému 8-hodinovému posunu, kde batéria nie je k dispozícii na použitie. V dôsledku toho musí manažér zodpovedať za tento prestoj a kúpiť si ďalšie batérie.

S batériami LifePO4 to nie je výzva. Dobrým príkladom jeRoypow Industrial LifePo4 lítiové batérie, ktoré nabíjajú štyrikrát rýchlejšie ako olovené batérie kyseliny. Ďalšou výhodou je schopnosť zostať účinná počas prepustenia. Hotelové batérie kyseliny často trpia oneskorením vo výkone, keď sa vypúšťajú.

Roypow rad priemyselných batérií nemá tiež problémy s pamäťou, a to vďaka efektívnemu systému správy batérií. Týmto problémom často trpia olovo kyslé batérie, čo môže viesť k nedosiahnutiu plnú kapacitu.

Časom to spôsobuje sulfáciu, ktorá môže znížiť ich už krátku životnosť na polovicu. Tento problém sa často vyskytuje, keď sa batérie oloveného kyseliny ukladajú bez úplného nabitia. Lítiové batérie je možné nabíjať v krátkych intervaloch a bez problémov uložiť na akúkoľvek kapacitu nad nulou.

Bezpečnosť a manipulácia

Batérie LifePO4 majú v priemyselnom prostredí obrovskú výhodu. Po prvé, majú veľkú tepelnú stabilitu. Tieto batérie môžu pracovať pri teplotách až do 131 ° F bez toho, aby utrpeli akékoľvek poškodenie. Battérie oloveného kyseliny by pri podobnej teplote stratili až 80% svojho životného cyklu.

Ďalším problémom je váha batérií. V prípade podobnej kapacity batérie vážia olovo kyslé batérie výrazne viac. Preto často potrebujú konkrétne vybavenie a dlhší čas na inštaláciu, čo môže viesť k menšiemu počtu pracovných hodín.

Ďalším problémom je bezpečnosť pracovníkov. Všeobecne platí, že batérie LifePO4 sú bezpečnejšie ako olovené batérie. Podľa pokynov OSHA musia byť batérie oloveného kyseliny uložené v špeciálnej miestnosti so zariadením navrhnutým na odstránenie nebezpečných výparov. To predstavuje do priemyselnej operácie dodatočnú náklady a zložitosť.

Záver

Lítium-iónové batérie majú jasnú výhodu v priemyselnom prostredí a pre nízkorýchlostné elektrické vozidlá. Trvajú dlhšie, a následne šetrí peniaze používateľom. Tieto batérie sú tiež nulovou údržbou, ktorá je obzvlášť dôležitá v priemyselnom prostredí, kde je prvoradé úsporu nákladov.