Kaj so litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije so priljubljena vrsta kemije baterij. Glavna prednost teh baterij je, da jih je mogoče ponovno napolniti. Zaradi te lastnosti jih danes najdemo v večini potrošniških naprav, ki uporabljajo baterijo. Najdemo jih v telefonih, električnih vozilih in avtomobilih za golf na baterije.

Kako delujejo litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije so sestavljene iz ene ali več litij-ionskih celic. Vsebujejo tudi zaščitno vezje, ki preprečuje prekomerno polnjenje. Celice se imenujejo baterije, ko so nameščene v ohišju z zaščitnim vezjem.

Ali so litij-ionske baterije enake kot litijeve baterije?

Ne. Litijeva baterija in litij-ionska baterija se močno razlikujeta. Glavna razlika je v tem, da so slednji polnilni. Druga pomembna razlika je rok uporabnosti. Litijeva baterija lahko brez uporabe zdrži do 12 let, medtem ko imajo litij-ionske baterije rok uporabnosti do 3 leta.

Katere so ključne komponente litij-ionskih baterij

Litij-ionske celice imajo štiri glavne komponente. To so:

Anoda

Anoda omogoča, da se električna energija premika iz baterije v zunanji tokokrog. Med polnjenjem baterije shranjuje tudi litijeve ione.

katoda

Katoda je tista, ki določa kapaciteto in napetost celice. Pri praznjenju baterije proizvaja litijeve ione.

elektrolit

Elektrolit je material, ki služi kot prevodnik za premikanje litijevih ionov med katodo in anodo. Sestavljen je iz soli, aditivov in različnih topil.

Ločilo

Zadnji del litij-ionske celice je separator. Deluje kot fizična ovira, ki drži katodo in anodo narazen.

Litij-ionske baterije delujejo tako, da premikajo litijeve ione od katode k anodi in obratno preko elektrolita. Ko se ioni premikajo, aktivirajo proste elektrone v anodi in ustvarijo naboj na pozitivnem zbiralniku toka. Ti elektroni tečejo skozi napravo, telefon ali voziček za golf, do negativnega zbiralnika in nazaj v katodo. Prost pretok elektronov znotraj baterije preprečuje separator in jih potiska proti kontaktom.

Ko napolnite litij-ionsko baterijo, bo katoda sprostila litijeve ione, ki se bodo premaknili proti anodi. Pri praznjenju se litijevi ioni premikajo od anode do katode, kar ustvarja tok.

Kdaj so bile izumljene litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije si je v 70. letih prejšnjega stoletja prvi zamislil angleški kemik Stanley Whittingham. Med njegovimi poskusi so znanstveniki raziskovali različne kemije za baterijo, ki bi se lahko polnila sama. Njegov prvi poskus je vključeval titanov disulfid in litij kot elektrodi. Vendar bi pri baterijah prišlo do kratkega stika in bi eksplodirale.

V 80. letih se je izziva lotil še en znanstvenik, John B. Goodenough. Kmalu zatem je Akira Yoshino, japonski kemik, začel raziskovati tehnologijo. Yoshino in Goodenough sta dokazala, da je kovinski litij glavni vzrok eksplozij.

V 90. letih prejšnjega stoletja je litij-ionska tehnologija začela pridobivati na moči in do konca desetletja hitro postala priljubljen vir energije. To je bilo prvič, da je Sony komercializiral tehnologijo. Ta slaba varnostna evidenca litijevih baterij je spodbudila razvoj litij-ionskih baterij.

Čeprav lahko litijeve baterije zadržijo višjo energijsko gostoto, niso varne med polnjenjem in praznjenjem. Po drugi strani pa so litij-ionske baterije povsem varne za polnjenje in praznjenje, če uporabniki upoštevajo osnovna varnostna navodila.

Katera je najboljša kemija litij-ionov?

Obstaja veliko kemijskih vrst litij-ionskih baterij. Komercialno dostopni so:

Litijev titanat
Litijev nikelj kobalt aluminijev oksid
Litij, nikelj, mangan, kobaltov oksid
Litijev manganov oksid (LMO)
Litijev kobaltov oksid
Litijev železov fosfat (LiFePO4)

Za litij-ionske baterije obstajajo številne vrste kemikalij. Vsak ima svoje dobre in slabe strani. Vendar pa so nekateri primerni samo za posebne primere uporabe. Tako bo vrsta, ki jo izberete, odvisna od vaših potreb po energiji, proračuna, varnostne tolerance in posebnega primera uporabe.

Vendar pa so LiFePO4 baterije najbolj komercialno dostopna možnost. Te baterije vsebujejo grafitno ogljikovo elektrodo, ki služi kot anoda, in fosfatno kot katodo. Imajo dolgo življenjsko dobo do 10.000 ciklov.

Poleg tega nudijo odlično toplotno stabilnost in lahko varno prenesejo kratke sunke povpraševanja. Baterije LiFePO4 so ocenjene za temperaturni prag do 510 stopinj Fahrenheita, kar je najvišja vrednost med vsemi komercialno dostopnimi vrstami litij-ionskih baterij.

Prednosti LiFePO4 baterij

V primerjavi s svinčevimi in drugimi baterijami na osnovi litija imajo litij-železo-fosfatne baterije veliko prednost. Učinkovito polnijo in praznijo, trajajo dlje in lahko globoko cyclebrez izgube zmogljivosti. Te prednosti pomenijo, da baterije v svoji življenjski dobi nudijo velike prihranke pri stroških v primerjavi z drugimi vrstami baterij. Spodaj je pogled na posebne prednosti teh baterij v vozilih z nizko hitrostjo in industrijski opremi.

LiFePO4 baterija v nizkohitrostnih vozilih

Električna vozila z nizko hitrostjo (LEV) so štirikolesna vozila, ki tehtajo manj kot 3000 funtov. Napajajo jih električne baterije, zaradi česar so priljubljena izbira za vozičke za golf in druge rekreacijske namene.

Ko izbirate možnost baterije za vaš LEV, je eden najpomembnejših dejavnikov dolgoživost. Na primer, vozički za golf na baterije bi morali imeti dovolj moči za vožnjo po igrišču za golf z 18 luknjami, ne da bi jih bilo treba polniti.

Drug pomemben dejavnik je urnik vzdrževanja. Dobra baterija ne bi smela zahtevati vzdrževanja, da bi zagotovila največji užitek v vaši prostočasni dejavnosti.

Baterija mora biti sposobna delovati tudi v različnih vremenskih razmerah. Na primer, omogočal bi vam igranje golfa tako v poletni vročini kot jeseni, ko temperature padejo.

Dobra baterija mora imeti tudi nadzorni sistem, ki zagotavlja, da se ne pregreje ali preveč ohladi, kar bi zmanjšalo njeno zmogljivost.

Ena najboljših blagovnih znamk, ki izpolnjuje vse te osnovne, a pomembne pogoje, je ROYPOW. Njihova linija LiFePO4 litijevih baterij je ocenjena za temperature od 4 °F do 131 °F. Baterije imajo vgrajen sistem za upravljanje baterij in so zelo enostavne za namestitev.

Industrijske aplikacije za litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije so priljubljena možnost v industrijskih aplikacijah. Najpogosteje uporabljena kemija so LiFePO4 baterije. Nekatere najpogostejše opreme za uporabo teh baterij so:

Viličarji za ozke hodnike
Viličarji s protiutežjo
3-kolesni viličarji
Walkie zlagalniki
Končni in srednji kolesarji

Obstaja veliko razlogov, zakaj so litij-ionske baterije vse bolj priljubljene v industrijskih okoljih. Glavni so:

Visoka zmogljivost in dolgoživost

Litij-ionske baterije imajo večjo energijsko gostoto in dolgo življenjsko dobo v primerjavi s svinčeno-kislinskimi baterijami. Tehtajo lahko tretjino teže in zagotavljajo enako količino.

Njihov življenjski cikel je še ena pomembna prednost. Pri industrijski dejavnosti je cilj ohraniti kratkoročne ponavljajoče se stroške na minimumu. Z litij-ionskimi baterijami lahko baterije viličarjev zdržijo trikrat dlje, kar dolgoročno vodi do velikih prihrankov pri stroških.

Delujejo lahko tudi pri večji globini praznjenja do 80 % brez vpliva na njihovo zmogljivost. To ima še eno prednost pri prihranku časa. Delovanju se ni treba ustaviti na sredini, da bi zamenjali baterije, kar lahko prihrani na tisoče delovnih ur v dovolj dolgem obdobju.

Hitro polnjenje

Pri industrijskih svinčeno-kislinskih baterijah je običajni čas polnjenja približno osem ur. To je enako celotni 8-urni izmeni, ko baterija ni na voljo za uporabo. Posledično mora upravitelj upoštevati ta izpad in kupiti dodatne baterije.

Pri baterijah LiFePO4 to ni izziv. Dober primer jeROYPOW industrijske LifePO4 litijeve baterije, ki se polnijo štirikrat hitreje kot svinčeve baterije. Druga prednost je sposobnost ohranjanja učinkovitosti med praznjenjem. Svinčevi akumulatorji pogosto trpijo zaradi zakasnitve v delovanju, ko se izpraznijo.

Linija industrijskih baterij ROYPOW tudi nima težav s pomnilnikom, zahvaljujoč učinkovitemu sistemu za upravljanje baterij. Svinčeno-kislinske baterije pogosto trpijo zaradi te težave, kar lahko povzroči, da ne dosežejo polne zmogljivosti.

Sčasoma povzroči sulfatizacijo, ki lahko prepolovi njihovo že tako kratko življenjsko dobo. Težava se pogosto pojavi, ko so svinčeve baterije shranjene brez popolnega polnjenja. Litijeve baterije je mogoče brez težav polniti v kratkih intervalih in hraniti pri poljubni kapaciteti nad nič.

Varnost in rokovanje

LiFePO4 baterije imajo veliko prednost v industrijskih okoljih. Prvič, imajo visoko toplotno stabilnost. Te baterije lahko delujejo pri temperaturah do 131 °F brez kakršnih koli poškodb. Svinčevi akumulatorji bi pri podobni temperaturi izgubili do 80 % svojega življenjskega cikla.

Druga težava je teža baterij. Za podobno kapaciteto akumulatorja tehtajo svinčevi akumulatorji bistveno več. Kot taki pogosto potrebujejo posebno opremo in daljši čas namestitve, kar lahko povzroči manj delovnih ur, porabljenih za delo.

Drugo vprašanje je varnost delavcev. Na splošno so LiFePO4 baterije varnejše od svinčenih baterij. V skladu s smernicami OSHA morajo biti svinčeve baterije shranjene v posebnem prostoru z opremo, namenjeno odstranjevanju nevarnih hlapov. To v industrijsko operacijo vnaša dodatne stroške in zapletenost.

Zaključek

Litij-ionske baterije imajo očitno prednost v industrijskih okoljih in za električna vozila z nizko hitrostjo. Trajajo dlje, uporabnikom pa prihranijo denar. Te baterije prav tako ne potrebujejo vzdrževanja, kar je še posebej pomembno v industrijskem okolju, kjer je prihranek stroškov najpomembnejši.