Kaj so litijeve ionske baterije

Litij-ionske baterije so priljubljena vrsta kemije baterije. Glavna prednost, ki jo ponujajo te baterije, je, da so polnilne. Zaradi te funkcije jih danes najdemo v večini potrošniških naprav, ki uporabljajo baterijo. Najdemo jih lahko v telefonih, električnih vozilih in vozičkih za golf na bateriji.

Kako delujejo litij-ionske baterije?

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

Ali so litij-ionske baterije enake kot litijeve baterije?

Ne. Litijeva baterija in litij-ionska baterija sta zelo različni. Glavna razlika je v tem, da so slednji polnilni. Druga velika razlika je rok trajanja. Litijeva baterija lahko traja do 12 let neuporabljena, litij-ionske baterije pa rok trajanja do 3 leta.

Katere so ključne sestavine litijevih ionskih baterij

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

Anoda

Anoda omogoča, da se elektrika premakne iz baterije v zunanje vezje. Pri polnjenju baterije shranjuje tudi litijeve ione.

Katoda

Katoda je tisto, kar določa zmogljivost in napetost celice. Pri odvajanju baterije proizvaja litijeve ione.

Elektrolit

Elektrolit je material, ki služi kot vodnik za litijeve ione, ki se premikajo med katodo in anodo. Sestavljen je iz soli, dodatkov in različnih topil.

Ločevalnik

Končni kos v litij-ionski celici je separator. Deluje kot fizična ovira, da sta katoda in anoda narazen.

Litij-ionske baterije delujejo s premikanjem litijevih ionov iz katode do anode in obratno prek elektrolita. Ko se ioni premikajo, aktivirajo proste elektrone v anodi in ustvarijo naboj pri zbiralniku pozitivnega toka. Ti elektroni tečejo skozi napravo, telefon ali golf voziček, do negativnega zbiralnika in nazaj v katodo. Prosti pretok elektronov znotraj akumulatorja prepreči ločevalnik, kar jih prisili proti stikom.

Ko napolnite litij-ionsko baterijo, bo katoda sprostila litijeve ione in se premikajo proti anodi. Pri odvajanju se litijevi ioni premaknejo od anode do katode, ki ustvarja tok toka.

Kdaj so bile izumljene litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije je v 70. letih prvič zasnoval angleški kemik Stanley Whittingham. Med njegovimi poskusi so znanstveniki raziskovali različne kemije za baterijo, ki bi se lahko napolnila. Njegovo prvo sojenje je vključevalo titanov disulfid in litij kot elektrode. Vendar bi baterije kratek stik in eksplodiralo.

V 80. letih se je izziv lotil še en znanstvenik John B. Goodenough. Kmalu zatem je Akira Yoshino, japonska kemičarka, začela raziskovati tehnologijo. Yoshino in Goodenough sta dokazala, da je bil litijev kovina glavni vzrok eksplozij.

V 90. letih je litij-ionska tehnologija začela pridobivati vleko in hitro postala priljubljen vir energije do konca desetletja. Prvič je zaznamovalo, da je tehnologijo tržil Sony. Ta slab varnostni zapis litijevih baterij je spodbudil razvoj litij-ionskih baterij.

Medtem ko lahko litijeve baterije zadržijo večjo gostoto energije, so med polnjenjem in odvajanjem nevarni. Po drugi strani pa so litij-ionske baterije precej varne za polnjenje in praznjenje, ko se uporabniki držijo osnovnih varnostnih smernic.

Katera je najboljša kemija litij ionov?

Obstajajo številne vrste litij-ionskih baterijskih kemij. Komercialno dostopni so:

Litijev titanat
Litijev nikelj kobalt aluminijev oksid
Litijev nikelj manganov kobaltov oksid
Litijev manganov oksid (LMO)
Litijev kobaltni oksid
Litijev železni fosfat (LifePO4)

Obstajajo številne vrste kemij za litij-ionske baterije. Vsak ima svoje navzgor in slabosti. Nekateri pa so primerni samo za posebne primere uporabe. Vrsta, ki jo izberete, bo odvisna od vaših potreb, proračuna, varnostne tolerance in posebnega primera uporabe.

Vendar so baterije LifePO4 najbolj komercialno dostopna možnost. Te baterije vsebujejo grafitno ogljikovo elektrodo, ki služi kot anoda, in fosfat kot katoda. Imajo dolgoletno življenjsko dobo do 10.000 ciklov.

Poleg tega ponujajo veliko toplotno stabilnost in lahko varno obvladajo kratke poraste povpraševanja. Baterije LifePO4 so ocenjene za toplotni prag do 510 stopinj Fahrenheita, najvišjega od katerega koli komercialno dostopnega litij-ionskega tipa.

Prednosti baterij LifePO4

V primerjavi s svinčeno kislino in drugimi baterijami na osnovi litija imajo litijeve železove fosfatne baterije ogromno prednost. Učinkovito napolnijo in odvajajo, trajajo dlje in lahko globoko cyClebrez izgube zmogljivosti. Te prednosti pomenijo, da baterije ponujajo ogromne prihranke stroškov v svoji življenjski dobi v primerjavi z drugimi vrstami baterij. Spodaj je pogled na posebne prednosti teh baterij v električnih vozilih z nizko hitrostjo in industrijsko opremo.

Baterija LifePO4 v vozilih z nizko hitrostjo

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

Pri izbiri možnosti akumulatorja za vaš Lev je ena najpomembnejših dejavnikov dolgoživost. Na primer, golf vozički na bateriji bi morali imeti dovolj moči, da se vozijo okoli igrišča za golf z 18 luknjami, ne da bi se morali napolniti.

Druga pomembna pozornost je urnik vzdrževanja. Dobra baterija ne sme zahtevati vzdrževanja, da bi zagotovili največje uživanje v vaši lahki dejavnosti.

Akumulator bi morala biti sposobna delovati tudi v raznolikih vremenskih razmerah. Na primer, to bi vam moralo omogočiti golf tako v poletni vročini kot jeseni, ko se temperature znižajo.

Dobra baterija bi morala biti tudi s krmilnim sistemom, ki zagotavlja, da se ne pregreje ali ohladi, kar poslabša njegovo zmogljivost.

Ena najboljših blagovnih znamk, ki izpolnjuje vse te osnovne, a pomembne pogoje, je Roypow. Njihova linija litijevih baterij LifePO4 so ocenjena za temperature od 4 ° F do 131 ° F. Baterije so opremljene z vgrajenim sistemom za upravljanje baterij in jih je izjemno enostavno namestiti.

Industrijske aplikacije za litij -ionske baterije

Litij-ionske baterije so priljubljena možnost v industrijskih aplikacijah. Najpogostejša uporabljena kemija so baterije LifePO4. Nekatera najpogostejša oprema za uporabo teh baterij so:

Ozki viličarji
Uravnoteženi viličarji
3 kolesni viličarji
Zložnji Walkie
Končni in sredinski kolesarji

Obstaja veliko razlogov, zakaj litij -ionske baterije v industrijskih okoljih postajajo po priljubljenosti. Glavni so:

Velika zmogljivost in dolgoživost

Litij-ionske baterije imajo večjo energijsko gostoto in dolgo življenjsko dobo v primerjavi s svinčenimi baterijami. Lahko tehtajo tretjino teže in dostavijo enak rezultat.

Njihov življenjski cikel je še ena velika prednost. Za industrijsko operacijo je cilj ohraniti kratkoročne ponavljajoče se stroške na minimum. Z litij-ionskimi baterijami lahko baterije za viličarje trajajo trikrat daljše, kar vodi do velikih prihrankov stroškov na dolgi rok.

Prav tako lahko delujejo na večji globini praznjenja do 80%, ne da bi vplivali na njihovo zmogljivost. To ima še eno prednost pri prihrankih časa. Operacijam ni treba ustaviti na sredini, da bi zamenjali baterije, kar lahko privede do tisoč človeških ur, prihranjenih v dovolj velikem obdobju.

Hitro polnjenje

Z industrijskimi baterijami s svinčeno kislino je običajni čas polnjenja približno osem ur. To pomeni celoten 8-urni premik, kjer baterija ni na voljo za uporabo. Posledično mora upravitelj upoštevati ta izpad in kupiti dodatne baterije.

Z baterijami LifePO4 to ni izziv. Dober primer jeRoypow Industrial LifePO4 litijeve baterije, ki polnijo štirikrat hitreje kot baterije s svinčeno kislino. Druga korist je sposobnost, da ostanete učinkovite med odvajanjem. Baterije s svinčeno kislino, ko se odvajajo, pogosto zaostajajo.

Linija industrijskih baterij Roypow tudi nima nobenih težav s pomnilnikom, zahvaljujoč učinkovitemu sistemu za upravljanje baterij. Baterije s svinčeno kislino pogosto trpijo zaradi tega vprašanja, kar lahko privede do neuspeha polne zmogljivosti.

S časom povzroča sulfacijo, ki lahko na polovici zmanjša njihovo že kratko življenjsko dobo. Težava se pogosto pojavi, ko se baterije svinčene kisline shranijo brez popolnega naboja. Litijeve baterije se lahko napolnijo v kratkih presledkih in jih shranite v kateri koli zmogljivosti nad ničlo brez težav.

Varnost in ravnanje

Baterije LifePO4 imajo v industrijskih okoljih veliko prednost. Najprej imajo veliko toplotno stabilnost. Te baterije lahko delujejo pri temperaturah do 131 ° F, ne da bi utrpele škodo. Baterije s svinčeno kislino bi pri podobni temperaturi izgubile do 80% svojega življenjskega cikla.

Druga težava je teža baterij. Za podobno zmogljivost baterije baterije s svinčeno kislino tehtajo bistveno več. Kot takšni pogosto potrebujejo posebno opremo in daljši čas namestitve, kar lahko privede do manj človeških ur, porabljenih za delo.

Druga težava je varnost delavcev. Na splošno so baterije LifePO4 varnejše od svinčenih baterij. V skladu s smernicami OSHA je treba svinčene kislinske baterije shraniti v posebno sobo z opremo, ki je zasnovana za odpravo nevarnih hlapov. To v industrijsko operacijo vnese dodatne stroške in zapletenost.

Zaključek

Litij-ionske baterije imajo v industrijskih nastavitvah jasno prednost in za električna vozila z nizko hitrostjo. Zdržijo dlje, posledično prihranijo denar uporabnikov. Te baterije so tudi nič vzdrževanja, kar je še posebej pomembno v industrijskem okolju, kjer je prihranjevanje stroškov najpomembnejše.