Що таке літій-іонні акумулятори

Літій-іонні батареї є популярним типом хімічних батарей. Головною перевагою цих батарей є те, що вони перезаряджаються. Завдяки цій особливості вони є в більшості сучасних споживчих пристроїв, які використовують батарею. Їх можна знайти в телефонах, електромобілях і автомобілях для гольфу на акумуляторах.

Як працюють літій-іонні акумулятори?

Літій-іонні акумулятори складаються з одного або кількох літій-іонних елементів. Вони також містять захисну плату для запобігання перезаряду. Елементи називаються батареями після встановлення в корпус із захисною платою.

Чи є літій-іонні батареї такими ж, як літієві?

Ні. Літієва батарея та літій-іонна батарея дуже відрізняються. Головна відмінність полягає в тому, що останні перезаряджаються. Ще одна істотна відмінність - термін придатності. Літієва батарея може працювати до 12 років без використання, тоді як літій-іонні батареї мають термін придатності до 3 років.

Які ключові компоненти літій-іонних батарей

Літій-іонні елементи складаються з чотирьох основних компонентів. Це:

Анод

Анод дозволяє електриці рухатися від акумулятора до зовнішнього контуру. Він також зберігає іони літію під час зарядки акумулятора.

Катод

Катод – це те, що визначає ємність і напругу елемента. Він виробляє іони літію під час розрядки акумулятора.

Електроліт

Електроліт - це матеріал, який служить каналом для руху іонів літію між катодом і анодом. Він складається з солей, добавок і різних розчинників.

Роздільник

Останнім елементом літій-іонного елемента є сепаратор. Він діє як фізичний бар’єр, який утримує катод і анод окремо.

Літій-іонні акумулятори працюють шляхом переміщення іонів літію від катода до анода і навпаки через електроліт. Коли іони рухаються, вони активують вільні електрони в аноді, створюючи заряд на позитивному колекторі струму. Ці електрони протікають через пристрій, телефон або візок для гольфу, до негативного колектора та назад у катод. Вільний потік електронів всередині батареї перешкоджає сепаратор, примушуючи їх до контактів.

Коли ви заряджаєте літій-іонний акумулятор, катод виділяє іони літію, і вони рухаються до анода. При розряді іони літію рухаються від анода до катода, що створює потік струму.

Коли були винайдені літій-іонні батареї?

Літій-іонні акумулятори були вперше задумані в 70-х роках англійським хіміком Стенлі Віттінгемом. Під час своїх експериментів вчені досліджували різні хімічні речовини для батареї, яка могла заряджатися сама. Його перше випробування включало дисульфід титану та літій як електроди. Однак батареї можуть замкнутись і вибухнути.

У 80-х роках інший вчений, Джон Б. Гуденаф, прийняв цей виклик. Невдовзі японський хімік Акіра Йосіно почав досліджувати цю технологію. Йошино і Гуденаф довели, що основною причиною вибухів є металевий літій.

У 90-х роках літій-іонна технологія почала набирати обертів, швидко ставши популярним джерелом живлення до кінця десятиліття. Це був перший випадок, коли Sony комерціалізувала цю технологію. Ці погані показники безпеки літієвих батарей спонукали до розробки літій-іонних батарей.

Хоча літієві батареї можуть утримувати вищу щільність енергії, вони небезпечні під час заряджання та розряджання. З іншого боку, заряджати та розряджати літій-іонні акумулятори цілком безпечно, якщо користувачі дотримуються основних правил безпеки.

Яка найкраща літій-іонна хімія?

Існує багато типів хімікатів літій-іонних батарей. Комерційно доступні:

Титанат літію
Оксид літію, нікелю, кобальту, алюмінію
Літій Нікель Марганець Оксид Кобальту
Оксид марганцю літію (LMO)
Літій-кобальт оксид
Літій-залізофосфат (LiFePO4)

Існує багато типів хімікатів для літій-іонних батарей. Кожен із них має свої плюси та мінуси. Однак деякі з них підходять лише для певних випадків використання. Таким чином, тип, який ви виберете, залежатиме від ваших потреб у електроенергії, бюджету, допуску безпеки та конкретного випадку використання.

Проте акумулятори LiFePO4 є найбільш комерційно доступним варіантом. Ці батареї містять графітовий вугільний електрод, який служить анодом, і фосфатний як катод. Вони мають тривалий термін служби до 10 000 циклів.

Крім того, вони забезпечують чудову термічну стабільність і можуть безпечно витримувати короткі стрибки попиту. Батареї LiFePO4 розраховані на температурний поріг до 510 градусів за Фаренгейтом, що є найвищим серед будь-яких комерційно доступних типів літій-іонних батарей.

Переваги акумуляторів LiFePO4

У порівнянні зі свинцево-кислотними та іншими літієвими батареями літій-залізо-фосфатні батареї мають величезну перевагу. Вони ефективно заряджаються та розряджаються, служать довше та можуть глибоко заряджатисяcleбез втрати ємності. Ці переваги означають, що батареї забезпечують величезну економію протягом усього терміну служби порівняно з іншими типами батарей. Нижче наведено огляд конкретних переваг цих акумуляторів у тихохідних транспортних засобах і промисловому обладнанні.

LiFePO4 батарея в низькошвидкісних транспортних засобах

Низькошвидкісні електромобілі (LEV) — це чотириколісні транспортні засоби, вага яких не перевищує 3000 фунтів. Вони живляться від електричних батарей, що робить їх популярним вибором для візків для гольфу та інших видів відпочинку.

Вибираючи акумулятор для свого LEV, одним із найважливіших факторів є довговічність. Наприклад, візки для гольфу з живленням від батареї повинні мати достатню потужність, щоб об’їхати поле для гольфу на 18 лунок без підзарядки.

Ще один важливий момент — графік технічного обслуговування. Справна батарея не потребує технічного обслуговування, щоб забезпечити максимальне задоволення від дозвілля.

Акумулятор також повинен працювати в різних погодних умовах. Наприклад, це повинно дозволити вам грати в гольф як у літню спеку, так і восени, коли температура падає.

Хороша батарея також повинна мати систему керування, яка гарантує, що вона не перегріється або не охолодиться, що погіршить її ємність.

Одним із найкращих брендів, який відповідає всім цим основним, але важливим умовам, є ROYPOW. Їх лінійка літієвих батарей LiFePO4 розрахована на температуру від 4°F до 131°F. Батареї оснащені вбудованою системою керування батареями та надзвичайно прості в установці.

Промислове застосування літій-іонних батарей

Літій-іонні акумулятори є популярним варіантом у промисловому застосуванні. Найпоширенішою хімією є акумулятори LiFePO4. Деякі з найпоширеніших пристроїв для використання цих батарей:

Навантажувачі для вузького проходу
Вилкові навантажувачі з противагою
3-колісні вилкові навантажувачі
Рації штабелери
Кінцеві та центральні вершники

Є багато причин, чому літій-іонні акумулятори стають все більш популярними в промислових умовах. Основні з них:

Висока місткість і довговічність

Літій-іонні акумулятори мають більшу щільність енергії та довговічність порівняно зі свинцево-кислотними акумуляторами. Вони можуть важити третину ваги та видавати однакову продуктивність.

Їхній життєвий цикл є ще однією великою перевагою. Для промислової діяльності мета полягає в тому, щоб короткострокові періодичні витрати були мінімальними. З літій-іонними батареями батареї для навантажувачів можуть працювати втричі довше, що в довгостроковій перспективі призводить до величезної економії коштів.

Вони також можуть працювати на більшій глибині розряду до 80% без жодного впливу на їхню ємність. Це має ще одну перевагу в економії часу. Операції не потрібно зупиняти на півдорозі, щоб замінити батареї, що може призвести до економії тисяч людино-годин протягом досить тривалого періоду.

Високошвидкісна зарядка

Для промислових свинцево-кислотних акумуляторів звичайний час заряджання становить близько восьми годин. Це дорівнює повній 8-годинній зміні, коли батарея недоступна для використання. Отже, менеджер повинен врахувати цей час простою та придбати додаткові батареї.

З акумуляторами LiFePO4 це не складно. Хорошим прикладом єПромислові літієві батареї ROYPOW LifePO4, які заряджаються в чотири рази швидше, ніж свинцево-кислотні акумулятори. Ще однією перевагою є здатність залишатися ефективним під час розряду. Свинцево-кислотні акумулятори часто страждають від затримки в продуктивності, коли вони розряджаються.

Лінійка промислових батарей ROYPOW також не має проблем із пам’яттю завдяки ефективній системі керування батареями. Свинцево-кислотні батареї часто страждають від цієї проблеми, що може призвести до неможливості досягнення повної ємності.

З часом це спричиняє сульфатацію, яка може скоротити їх і без того короткий термін служби вдвічі. Проблема часто виникає, коли свинцево-кислотні акумулятори зберігаються без повного заряду. Літієві батареї можна заряджати через короткі проміжки часу і зберігати при будь-якій ємності вище нуля без проблем.

Безпека та поводження

Батареї LiFePO4 мають величезну перевагу в промислових умовах. По-перше, вони володіють високою термостійкістю. Ці батареї можуть працювати при температурах до 131°F без будь-яких пошкоджень. Свинцево-кислотні батареї втратили б до 80% свого життєвого циклу за аналогічної температури.

Ще одна проблема – вага акумуляторів. При аналогічній ємності акумулятора свинцево-кислотні акумулятори важать значно більше. Таким чином, їм часто потрібне спеціальне обладнання та довший час встановлення, що може призвести до меншої кількості людино-годин, витрачених на роботу.

Ще одне питання – безпека працівників. Загалом LiFePO4 акумулятори безпечніші за свинцево-кислотні. Згідно з рекомендаціями OSHA, свинцево-кислотні батареї повинні зберігатися в спеціальному приміщенні з обладнанням, призначеним для видалення небезпечних випарів. Це створює додаткові витрати та ускладнює промислову операцію.

Висновок

Літій-іонні акумулятори мають явну перевагу в промислових умовах і для низькошвидкісних електромобілів. Вони служать довше, заощаджуючи гроші користувачів. Ці батареї також не потребують технічного обслуговування, що особливо важливо в промислових умовах, де економія коштів має першочергове значення.