Kas ir litija jonu akumulatori

Litija jonu akumulatori ir populārs akumulatoru ķīmiskā sastāva veids. Šo akumulatoru galvenā priekšrocība ir tā, ka tie ir uzlādējami. Šīs funkcijas dēļ tie ir atrodami lielākajā daļā mūsdienu patērētāju ierīču, kas izmanto akumulatorus. Tos var atrast tālruņos, elektriskajos transportlīdzekļos un ar akumulatoru darbināmos golfa ratiņos.

Kā darbojas litija jonu akumulatori?

Litija jonu akumulatori sastāv no viena vai vairākiem litija jonu elementiem. Tie satur arī aizsargshēmas plati, lai novērstu pārlādēšanu. Elementus sauc par akumulatoriem, kad tie ir ievietoti korpusā ar aizsargshēmas plati.

Vai litija jonu akumulatori ir tādi paši kā litija akumulatori?

Nē. Litija akumulators un litija jonu akumulators ievērojami atšķiras. Galvenā atšķirība ir tā, ka pēdējie ir uzlādējami. Vēl viena būtiska atšķirība ir glabāšanas laiks. Litija akumulators var darboties līdz pat 12 gadiem bez lietošanas, savukārt litija jonu akumulatoru glabāšanas laiks ir līdz pat 3 gadiem.

Kādas ir litija jonu akumulatoru galvenās sastāvdaļas?

Litija jonu elementiem ir četras galvenās sastāvdaļas. Tās ir:

Anods

Anods ļauj elektrībai pārvietoties no akumulatora uz ārējo ķēdi. Tas arī uzglabā litija jonus akumulatora uzlādes laikā.

Katods

Katods nosaka akumulatora šūnas ietilpību un spriegumu. Izlādējot akumulatoru, tas rada litija jonus.

Elektrolīts

Elektrolīts ir materiāls, kas kalpo kā kanāls litija joniem, lai pārvietotos starp katodu un anodu. Tas sastāv no sāļiem, piedevām un dažādiem šķīdinātājiem.

Atdalītājs

Pēdējā litija jonu akumulatora sastāvdaļa ir separators. Tas darbojas kā fiziska barjera, kas atdala katodu un anodu.

Litija jonu akumulatori darbojas, pārvietojot litija jonus no katoda uz anodu un otrādi caur elektrolītu. Joniem pārvietojoties, tie aktivizē brīvos elektronus anodā, radot lādiņu pozitīvās strāvas kolektorā. Šie elektroni plūst caur ierīci, tālruni vai golfa ratiņiem, uz negatīvo kolektoru un atpakaļ katodā. Brīvu elektronu plūsmu akumulatora iekšpusē novērš separators, piespiežot tos virzīties kontaktu virzienā.

Uzlādējot litija jonu akumulatoru, katods atbrīvo litija jonus, un tie pārvietojas anoda virzienā. Izlādes laikā litija joni pārvietojas no anoda uz katodu, radot strāvas plūsmu.

Kad tika izgudrotas litija jonu baterijas?

Litija jonu akumulatorus 70. gados pirmo reizi izgudroja angļu ķīmiķis Stenlijs Vitinghems. Savu eksperimentu laikā zinātnieki pētīja dažādas ķīmiskās vielas, lai izveidotu akumulatoru, kas varētu pats uzlādēties. Pirmajā izmēģinājumā viņš kā elektrodus izmantoja titāna disulfīdu un litiju. Tomēr akumulatori izraisīja īssavienojumu un eksplodēja.

80. gados izaicinājumu pieņēma cits zinātnieks Džons B. Gudinahs. Drīz pēc tam japāņu ķīmiķis Akira Jošino sāka pētījumus par šo tehnoloģiju. Jošino un Gudinahs pierādīja, ka litija metāls bija galvenais sprādzienu cēlonis.

Deviņdesmitajos gados litija jonu tehnoloģija sāka gūt popularitāti, desmitgades beigās ātri kļūstot par populāru enerģijas avotu. Tā bija pirmā reize, kad Sony komercializēja šo tehnoloģiju. Litija akumulatoru sliktais drošības rādītājs pamudināja uz litija jonu akumulatoru izstrādi.

Lai gan litija akumulatori var saglabāt lielāku enerģijas blīvumu, tie nav droši uzlādes un izlādes laikā. No otras puses, litija jonu akumulatorus ir diezgan droši uzlādēt un izlādēt, ja lietotāji ievēro pamata drošības vadlīnijas.

Kāda ir labākā litija jonu ķīmija?

Ir daudz dažādu litija jonu akumulatoru ķīmisko sastāvu. Komerciāli pieejamie ir:

Litija titanāts
Litija niķeļa kobalta alumīnija oksīds
Litija niķeļa mangāna kobalta oksīds
Litija mangāna oksīds (LMO)
Litija kobalta oksīds
Litija dzelzs fosfāts (LiFePO4)

Litija jonu akumulatoriem ir daudz dažādu ķīmisko sastāvu. Katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi. Tomēr daži ir piemēroti tikai konkrētiem lietošanas gadījumiem. Tādēļ izvēlētais veids būs atkarīgs no jūsu enerģijas vajadzībām, budžeta, drošības tolerances un konkrētā lietošanas gadījuma.

Tomēr LiFePO4 akumulatori ir viskomerciāli pieejamākā iespēja. Šie akumulatori satur grafīta oglekļa elektrodu, kas kalpo kā anods, un fosfātu kā katodu. Tiem ir ilgs cikla mūžs — līdz pat 10 000 cikliem.

Turklāt tie piedāvā lielisku termisko stabilitāti un var droši tikt galā ar īslaicīgiem pieprasījuma lēcieniem. LiFePO4 akumulatoru termiskās pārslodzes slieksnis ir līdz 510 grādiem pēc Fārenheita, kas ir augstākais rādītājs no visiem komerciāli pieejamajiem litija jonu akumulatoru veidiem.

LiFePO4 akumulatoru priekšrocības

Salīdzinot ar svina-skābes un citiem litija bāzes akumulatoriem, litija dzelzs fosfāta akumulatoriem ir milzīga priekšrocība. Tie efektīvi uzlādējas un izlādējas, kalpo ilgāk un var dziļi atkārtoti uzlādēties.klenezaudējot ietilpību. Šīs priekšrocības nozīmē, ka akumulatori piedāvā milzīgus izmaksu ietaupījumus to kalpošanas laikā, salīdzinot ar citiem akumulatoru veidiem. Tālāk ir apskatītas šo akumulatoru īpašās priekšrocības lēnas jaudas transportlīdzekļos un rūpnieciskajās iekārtās.

LiFePO4 akumulators zema ātruma transportlīdzekļos

Zema ātruma elektriskie transportlīdzekļi (LEV) ir četrriteņu transportlīdzekļi, kas sver mazāk par 3000 mārciņām. Tos darbina elektriskās baterijas, kas padara tos par populāru izvēli golfa ratiņiem un citiem atpūtas mērķiem.

Izvēloties akumulatora variantu savam LEV, viens no svarīgākajiem apsvērumiem ir ilgmūžība. Piemēram, ar akumulatoru darbināmiem golfa ratiņiem jābūt pietiekami jaudīgiem, lai brauktu pa 18 bedrīšu golfa laukumu bez uzlādes.

Vēl viens svarīgs apsvērums ir apkopes grafiks. Labam akumulatoram nevajadzētu būt nepieciešamai apkopei, lai nodrošinātu maksimālu baudījumu no jūsu brīvā laika aktivitātēm.

Akumulatoram vajadzētu būt spējīgam darboties arī dažādos laika apstākļos. Piemēram, tam vajadzētu ļaut spēlēt golfu gan vasaras karstumā, gan rudenī, kad temperatūra pazeminās.

Labam akumulatoram jābūt aprīkotam arī ar vadības sistēmu, kas nodrošina, ka tas nepārkarst un neatdziest pārāk daudz, tādējādi samazinot tā ietilpību.

Viens no labākajiem zīmoliem, kas atbilst visiem šiem pamata, bet svarīgajiem nosacījumiem, ir ROYPOW. Viņu LiFePO4 litija akumulatoru līnija ir paredzēta temperatūrai no 4°F līdz 131°F. Baterijām ir iebūvēta akumulatora pārvaldības sistēma, un tās ir ārkārtīgi viegli uzstādīt.

Litija jonu akumulatoru rūpnieciskie pielietojumi

Litija jonu akumulatori ir populāra izvēle rūpnieciskos pielietojumos. Visbiežāk izmantotā ķīmiskā viela ir LiFePO4 akumulatori. Dažas no visizplatītākajām iekārtām, kurās tiek izmantoti šie akumulatori, ir:

Šauru eju iekrāvēji
Pretsvara iekrāvēji
3 riteņu iekrāvēji
Rokkrāvēji
Gala un centra braucēji

Ir daudz iemeslu, kāpēc litija jonu akumulatori kļūst arvien populārāki rūpnieciskajā vidē. Galvenie no tiem ir:

Augsta ietilpība un ilgmūžība

Litija jonu akumulatoriem ir lielāks enerģijas blīvums un ilgmūžība salīdzinājumā ar svina-skābes akumulatoriem. Tie var svērt trešdaļu mazāk un nodrošināt tādu pašu jaudu.

To dzīves cikls ir vēl viena būtiska priekšrocība. Rūpnieciskai darbībai mērķis ir samazināt īstermiņa atkārtotās izmaksas līdz minimumam. Ar litija jonu akumulatoriem iekrāvēju akumulatori var kalpot trīs reizes ilgāk, kas ilgtermiņā nodrošina milzīgus izmaksu ietaupījumus.

Tie var darboties arī ar lielāku izlādes dziļumu līdz pat 80%, neietekmējot to ietilpību. Tam ir vēl viena priekšrocība laika ietaupīšanā. Darbībai nav jāapstājas pusceļā, lai nomainītu akumulatorus, kas pietiekami ilgā laika periodā var ietaupīt tūkstošiem cilvēkstundu.

Ātrgaitas uzlāde

Rūpniecisko svina-skābes akumulatoru parastais uzlādes laiks ir aptuveni astoņas stundas. Tas atbilst veselai 8 stundu maiņai, kurā akumulators nav pieejams lietošanai. Līdz ar to vadītājam ir jāņem vērā šis dīkstāves laiks un jāiegādājas papildu akumulatori.

Ar LiFePO4 akumulatoriem tas nav izaicinājums. Labs piemērs irROYPOW rūpnieciskās LifePO4 litija baterijas, kas uzlādējas četras reizes ātrāk nekā svina-skābes akumulatori. Vēl viena priekšrocība ir spēja saglabāt efektivitāti izlādes laikā. Svina-skābes akumulatoriem izlādes laikā bieži ir veiktspējas aizture.

Arī ROYPOW rūpniecisko akumulatoru līnijai nav atmiņas problēmu, pateicoties efektīvai akumulatoru pārvaldības sistēmai. Svina-skābes akumulatoriem bieži rodas šī problēma, kas var novest pie nespējas sasniegt pilnu jaudu.

Laika gaitā tas izraisa sulfāciju, kas var uz pusi samazināt to jau tā īso kalpošanas laiku. Problēma bieži rodas, ja svina-skābes akumulatori tiek uzglabāti bez pilnas uzlādes. Litija akumulatorus var uzlādēt īsos intervālos un uzglabāt ar jebkuru ietilpību virs nulles bez jebkādām problēmām.

Drošība un apiešanās

LiFePO4 akumulatoriem ir milzīga priekšrocība rūpnieciskos apstākļos. Pirmkārt, tiem ir lieliska termiskā stabilitāte. Šie akumulatori var darboties temperatūrā līdz 50°C, neradot nekādus bojājumus. Svina-skābes akumulatori līdzīgā temperatūrā zaudētu līdz pat 80% no sava kalpošanas laika.

Vēl viena problēma ir akumulatoru svars. Līdzīgai akumulatora ietilpībai svina-skābes akumulatori sver ievērojami vairāk. Tādēļ tiem bieži vien ir nepieciešams īpašs aprīkojums un ilgāks uzstādīšanas laiks, kas var samazināt darbam patērēto cilvēkstundu skaitu.

Vēl viens jautājums ir darbinieku drošība. Kopumā LiFePO4 akumulatori ir drošāki par svina-skābes akumulatoriem. Saskaņā ar OSHA vadlīnijām svina-skābes akumulatori jāuzglabā īpašā telpā ar aprīkojumu, kas paredzēts bīstamu izgarojumu likvidēšanai. Tas rada papildu izmaksas un sarežģītību rūpnieciskajā darbībā.

Secinājums

Litija jonu akumulatoriem ir nepārprotamas priekšrocības rūpnieciskos apstākļos un lēnas darbības elektriskajos transportlīdzekļos. Tie kalpo ilgāk, tādējādi ietaupot lietotājiem naudu. Šiem akumulatoriem arī nav nepieciešama apkope, kas ir īpaši svarīgi rūpnieciskos apstākļos, kur izmaksu ietaupījums ir vissvarīgākais.