Šta su litijum-jonske baterije

Litijum-jonske baterije su popularan tip hemijskog sastava baterija. Glavna prednost ovih baterija je što se mogu puniti. Zbog ove karakteristike, nalaze se u većini današnjih potrošačkih uređaja koji koriste baterije. Mogu se naći u telefonima, električnim vozilima i golf kolicima na baterije.

Kako funkcionišu litijum-jonske baterije?

Litijum-jonske baterije se sastoje od jedne ili više litijum-jonskih ćelija. One također sadrže zaštitnu ploču koja sprječava prekomjerno punjenje. Ćelije se nazivaju baterijama kada se ugrade u kućište sa zaštitnom pločom.

Jesu li litijum-jonske baterije iste kao litijumske baterije?

Ne. Litijumska baterija i litijum-jonska baterija se uveliko razlikuju. Glavna razlika je u tome što se ove druge mogu puniti. Još jedna velika razlika je vijek trajanja. Litijumska baterija može trajati do 12 godina nekorištena, dok litijum-jonske baterije imaju vijek trajanja do 3 godine.

Koje su ključne komponente litijum-jonskih baterija

Litijum-jonske ćelije imaju četiri glavne komponente. To su:

Anoda

Anoda omogućava prenos električne energije iz baterije u vanjsko strujno kolo. Također pohranjuje litijumske ione prilikom punjenja baterije.

Katoda

Katoda određuje kapacitet i napon ćelije. Ona proizvodi litijeve ione prilikom pražnjenja baterije.

Elektrolit

Elektrolit je materijal koji služi kao kanal za kretanje litijumovih iona između katode i anode. Sastoji se od soli, aditiva i raznih rastvarača.

Separator

Posljednji dio litijum-jonske ćelije je separator. On djeluje kao fizička barijera koja drži katodu i anodu odvojene.

Litijum-jonske baterije rade tako što prenose litijum-jonske ione sa katode na anodu i obrnuto putem elektrolita. Kako se ioni kreću, oni aktiviraju slobodne elektrone u anodi, stvarajući naboj na pozitivnom kolektoru struje. Ovi elektroni teku kroz uređaj, telefon ili golf kolica, do negativnog kolektora i nazad u katodu. Slobodan protok elektrona unutar baterije sprečava separator, prisiljavajući ih prema kontaktima.

Kada punite litijum-jonsku bateriju, katoda će osloboditi litijum-jonske ione, koji se kreću prema anodi. Prilikom pražnjenja, litijum-joni se kreću od anode prema katodi, što generiše protok struje.

Kada su izumljene litijum-jonske baterije?

Litijum-jonske baterije prvi put je osmislio engleski hemičar Stanley Whittingham 70-ih godina. Tokom svojih eksperimenata, naučnici su istraživali različite hemijske sastave kako bi stvorili bateriju koja se može sama puniti. Njegov prvi pokus uključivao je titanijum disulfid i litijum kao elektrode. Međutim, baterije bi često izazivale kratki spoj i eksplodirale.

Osamdesetih godina, još jedan naučnik, John B. Goodenough, prihvatio je izazov. Ubrzo nakon toga, Akira Yoshino, japanski hemičar, započeo je istraživanje ove tehnologije. Yoshino i Goodenough dokazali su da je metal litijum glavni uzrok eksplozija.

Devedesetih godina prošlog stoljeća, litijum-jonska tehnologija počela je dobivati na zamahu i brzo postala popularan izvor energije do kraja decenije. To je bio prvi put da je Sony komercijalizovao tu tehnologiju. Taj loš sigurnosni dosje litijum-jonskih baterija podstakao je razvoj litijum-jonskih baterija.

Iako litijumske baterije mogu imati veću gustinu energije, one su nesigurne tokom punjenja i pražnjenja. S druge strane, litijum-jonske baterije su prilično sigurne za punjenje i pražnjenje kada se korisnici pridržavaju osnovnih sigurnosnih smjernica.

Koji je najbolji hemijski sastav litijum-jonskih baterija?

Postoje brojne vrste litijum-jonskih baterija različitih hemijskih sastava. Komercijalno dostupne su:

Litijum titanat
Litijum nikl kobalt aluminijum oksid
Litijum nikl mangan kobalt oksid
Litijum manganov oksid (LMO)
Litijum kobalt oksid
Litijum-željezni fosfat (LiFePO4)

Postoje brojne vrste hemijskih sastava za litijum-jonske baterije. Svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke. Međutim, neki su pogodni samo za određene slučajeve upotrebe. Kao takvi, tip koji odaberete zavisiće od vaših potreba za energijom, budžeta, sigurnosne tolerancije i specifičnog slučaja upotrebe.

Međutim, LiFePO4 baterije su komercijalno najdostupnija opcija. Ove baterije sadrže grafitnu ugljičnu elektrodu, koja služi kao anoda, i fosfatnu kao katodu. Imaju dugi vijek trajanja do 10.000 ciklusa.

Osim toga, nude odličnu termičku stabilnost i mogu sigurno podnijeti kratkotrajne skokove u opterećenju. LiFePO4 baterije su ocijenjene za termalni prag odbijanja do 510 stepeni Fahrenheita, što je najviša vrijednost od svih komercijalno dostupnih tipova litijum-jonskih baterija.

Prednosti LiFePO4 baterija

U poređenju sa olovno-kiselinskim i drugim litijum-baziranim baterijama, litijum-željezno-fosfatne baterije imaju ogromnu prednost. Efikasno se pune i prazne, traju duže i mogu duboko da se pune.jasanbez gubitka kapaciteta. Ove prednosti znače da baterije nude ogromne uštede troškova tokom svog vijeka trajanja u poređenju s drugim vrstama baterija. U nastavku slijedi pregled specifičnih prednosti ovih baterija u vozilima sa malim brzinama i industrijskoj opremi.

LiFePO4 baterija u vozilima male brzine

Električna vozila male brzine (LEV) su vozila na četiri točka koja teže manje od 1360 kilograma. Pokreću ih električne baterije, što ih čini popularnim izborom za golf kolica i druge rekreativne namjene.

Prilikom odabira opcije baterije za vaše LEV vozilo, jedno od najvažnijih razmatranja je dugotrajnost. Na primjer, golf kolica na baterije trebala bi imati dovoljno snage za vožnju po golf terenu sa 18 rupa bez potrebe za punjenjem.

Još jedna važna stvar koju treba uzeti u obzir je raspored održavanja. Dobra baterija ne bi trebala zahtijevati održavanje kako bi se osiguralo maksimalno uživanje u vašim slobodnim aktivnostima.

Baterija bi također trebala biti u stanju da radi u različitim vremenskim uslovima. Na primjer, trebala bi vam omogućiti igranje golfa i po ljetnim vrućinama i u jesen kada temperature padnu.

Dobra baterija bi također trebala imati kontrolni sistem koji osigurava da se ne pregrije ili previše ohladi, što bi smanjilo njen kapacitet.

Jedan od najboljih brendova koji ispunjava sve ove osnovne, ali važne uslove je ROYPOW. Njihova linija LiFePO4 litijumskih baterija je predviđena za temperature od 4°F do 131°F. Baterije dolaze sa ugrađenim sistemom za upravljanje baterijama i izuzetno su jednostavne za instalaciju.

Industrijska primjena litijum-jonskih baterija

Litijum-jonske baterije su popularna opcija u industrijskim primjenama. Najčešća korištena hemikalija su LiFePO4 baterije. Neka od najčešćih uređaja za korištenje ovih baterija su:

Viljuškari za uske prolaze
Viljuškari s protivtežom
Viljuškari s 3 kotača
Voki slagači
Krajnji i središnji vozači

Postoji mnogo razloga zašto litijum-jonske baterije postaju sve popularnije u industrijskim okruženjima. Glavni su:

Visok kapacitet i dugotrajnost

Litijum-jonske baterije imaju veću gustinu energije i dugotrajnost u poređenju sa olovno-kiselinskim baterijama. Mogu težiti trećinu težine, a isporučiti istu izlaznu snagu.

Njihov životni ciklus je još jedna velika prednost. Za industrijski pogon, cilj je svesti kratkoročne ponavljajuće troškove na minimum. Sa litijum-jonskim baterijama, baterije za viljuškare mogu trajati tri puta duže, što dovodi do ogromnih ušteda troškova na dugi rok.

Također mogu raditi na većoj dubini pražnjenja do 80% bez ikakvog utjecaja na njihov kapacitet. To ima još jednu prednost u uštedi vremena. Operacije ne moraju stati na pola puta radi zamjene baterija, što može dovesti do uštede hiljada radnih sati tokom dovoljno dugog perioda.

Brzo punjenje

Kod industrijskih olovno-kiselinskih baterija, normalno vrijeme punjenja je oko osam sati. To je jednako cijeloj smjeni od 8 sati u kojoj baterija nije dostupna za upotrebu. Shodno tome, menadžer mora uzeti u obzir ovo vrijeme zastoja i kupiti dodatne baterije.

Sa LiFePO4 baterijama, to nije izazov. Dobar primjer jeROYPOW industrijske LifePO4 litijumske baterije, koje se pune četiri puta brže od olovnih baterija. Još jedna prednost je sposobnost održavanja efikasnosti tokom pražnjenja. Olovne baterije često pate od kašnjenja u performansama tokom pražnjenja.

Linija industrijskih baterija ROYPOW također nema problema s memorijom, zahvaljujući efikasnom sistemu upravljanja baterijama. Olovne baterije često pate od ovog problema, što može dovesti do nemogućnosti postizanja punog kapaciteta.

Vremenom uzrokuje sulfaciju, koja može prepoloviti njihov ionako kratak vijek trajanja. Problem se često javlja kada se olovne baterije skladište bez potpunog punjenja. Litijumske baterije se mogu puniti u kratkim intervalima i skladištiti na bilo kojem kapacitetu iznad nule bez ikakvih problema.

Sigurnost i rukovanje

LiFePO4 baterije imaju ogromnu prednost u industrijskim okruženjima. Prvo, imaju odličnu termičku stabilnost. Ove baterije mogu raditi na temperaturama do 59°C bez ikakvih oštećenja. Olovne baterije bi izgubile do 80% svog životnog ciklusa na sličnoj temperaturi.

Drugi problem je težina baterija. Za sličan kapacitet baterije, olovne baterije teže znatno više. Kao takve, često zahtijevaju specifičnu opremu i duže vrijeme instalacije, što može dovesti do manje radnih sati utrošenih na posao.

Još jedno pitanje je sigurnost radnika. Općenito, LiFePO4 baterije su sigurnije od olovno-kiselinskih baterija. Prema smjernicama OSHA-e, olovno-kiselinske baterije moraju se skladištiti u posebnoj prostoriji s opremom dizajniranom za uklanjanje opasnih isparenja. To uvodi dodatne troškove i složenost u industrijski rad.

Zaključak

Litijum-jonske baterije imaju jasnu prednost u industrijskim okruženjima i za električna vozila sa malom brzinom. Traju duže, što korisnicima štedi novac. Ove baterije također ne zahtijevaju održavanje, što je posebno važno u industrijskom okruženju gdje je ušteda troškova najvažnija.