Ličio jonų akumuliatorių energijos tankis

Ličio jonų akumuliatoriai yra tapę pagrindiniu energijos saugojimo sprendimu įvairiose srityse, nuo elektrinių transporto priemonių ir saulės energijos sistemų iki nešiojamosios elektronikos ir pramoninės įrangos. Didėjant švaresnių ir efektyvesnių energijos sprendimų poreikiui, ličio baterijos vaidina svarbų vaidmenį formuojant energijos saugojimo ateitį.

Kas yra ličio jonų akumuliatoriai?

Baterijos vaidina lemiamą vaidmenį mūsų šiuolaikiniame pasaulyje, maitindamos viską nuo išmaniųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių iki elektrinių transporto priemonių ir atsinaujinančios energijos sistemų. Ličio baterija reiškia akumuliatorių, kurio elektrocheminėse reakcijose pagrindinis elementas yra ličio metalas arba ličio junginiai. Šis terminas dažnai naudojamas apibūdinti neįkraunamas ličio metalo baterijas, kurios paprastai naudojamos tokiose programose kaip fotoaparatai, laikrodžiai ir maži elektroniniai prietaisai.

Ličio jonų (Li-ion) baterija yra įkraunama baterija, kuri naudoja ličio jonus energijai kaupti ir išleisti. Jį sudaro teigiamas elektrodas (dažniausiai ličio kobalto oksidas), neigiamas elektrodas (paprastai grafitas) ir elektrolitas, leidžiantis ličio jonams tekėti tarp elektrodų. Ličio jonų baterijos yra įkraunamos ir dažniausiai naudojamos elektroniniuose įrenginiuose, tokiuose kaip išmanieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai ir elektrinės transporto priemonės.

Ličio ir ličio jonų baterijų skirtumai

Ličio ir ličio jonų baterijos labai skiriasi. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad pastarosios yra įkraunamos. Kitas svarbus skirtumas yra galiojimo laikas. Ličio baterija nenaudojama gali tarnauti iki 12 metų, o ličio jonų baterijų galiojimo laikas yra iki 3 metų. Be to, ličio baterijos pasižymi didesniu energijos tankiu, tačiau jos yra nesaugios įkrovimo ir iškrovimo metu dėl metalinio ličio reaktyvumo, keliančio gaisro pavojų. Ličio jonų baterijos yra saugesnės, nes litis išlieka joninėje formoje.

Pagrindiniai ličio jonų akumuliatorių komponentai

Ličio jonų elementus sudaro keturi pagrindiniai komponentai:

• Anodas: Leidžia elektrai judėti iš akumuliatoriaus į išorinę grandinę ir kaupia ličio jonus, kai akumuliatorius kraunamas.
• Katodas: Lemdo elemento talpą ir įtampą. Jis gamina ličio jonus, kai iškraunamas akumuliatorius.
• Elektrolitas: Medžiaga, kuri tarnauja kaip kanalas ličio jonams judėti tarp katodo ir anodo. Jį sudaro druskos, priedai ir įvairūs tirpikliai.
• Separatorius: Veikia kaip fizinis barjeras, atskiriantis katodą ir anodą.

Kaip veikia ličio jonų baterijos?

Ličio jonų baterijos veikia perkeldamos ličio jonus iš katodo į anodą ir atvirkščiai per elektrolitą. Judėdami jonai aktyvuoja laisvuosius elektronus anode, sukurdami krūvį teigiamo srovės kolektoriuje. Šie elektronai teka per įrenginį, telefoną ar golfo vežimėlį, į neigiamą kolektorių ir atgal į katodą. Laisvą elektronų srautą baterijos viduje neleidžia separatorius, stumdamas juos link kontaktų. Įkraunant ličio jonų akumuliatorių, katodas išskiria ličio jonus, kurie juda link anodo. Išsikraunant, ličio jonai juda iš anodo į katodą, taip sukurdami srovės tėkmę.

Ličio jonų baterijų istorija

Ličio jonų baterijas pirmą kartą aštuntajame dešimtmetyje sugalvojo anglų chemikas Stanley Whittingham. Pirmajame bandyme elektrodais buvo naudojamas titano disulfidas ir litis, tačiau baterijos sujungdavo trumpai ir sprogdavo. Devintajame dešimtmetyje Johnas B. Goodenoughas ir Akira Yoshino įrodė, kad pagrindinė sprogimų priežastis buvo ličio metalas. Dešimtajame dešimtmetyje ličio jonų technologija pradėjo įgauti pagreitį ir dešimtmečio pabaigoje greitai tapo populiariu energijos šaltiniu. „Sony“ buvo pirmoji, kuri komercializavo šią technologiją. Prastas ličio baterijų saugos rodiklis paskatino ličio jonų baterijų kūrimą, nes pastarąsias yra gana saugu įkrauti ir iškrauti, jei naudotojai laikosi pagrindinių saugos nurodymų.

Energijos tankis

Akumuliatoriaus energijos tankis yra akumuliatoriaus energijos kiekis, palyginti su jo svoriu arba dydžiu. Mes tai vadiname savituoju energijos tankiu, kai lyginame su svoriu, ir tūriniu energijos tankiu, kai lyginame dydį. Pavyzdžiui, mes matuojame akumuliatoriaus energiją vatvalandėmis (Wh). Didelio energijos tankio akumuliatoriaus veikimo laikas yra ilgesnis, palyginti su akumuliatoriaus dydžiu. Kita vertus, didelio energijos tankio akumuliatorius gali tiekti tiek pat energijos, bet mažesnio ploto, palyginti su mažesnio energijos tankio akumuliatoriumi.

Ličio jonų akumuliatorių chemijos tipai ir jų energijos tankis

Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių cheminių savybių tipų, kiekvienas iš jų turi savo privalumų ir trūkumų. Komercinės yra šios:

• Ličio kobalto oksido (LCO) baterijos: Turi didelį energijos tankį - 150-200 Wh/kg. Kobaltas yra labai daug energijos turinti medžiaga, tačiau ji gali būti brangi ir nestabili. LCO baterijos negali atlaikyti didelių srovių dėl perkaitimo pavojaus.
• Ličio nikelio mangano kobalto oksido (NMC) baterijos: Taip pat turi didelį energijos tankį - 150-220 Wh/kg. Šių baterijų sėkmės paslaptis yra gerai subalansuota chemija; nikelis yra energijos tankus, bet nestabilus, kaip ir kobaltas, o manganas yra stabilesnis, bet ir mažesnio energijos tankio. NMC akumuliatoriai gali atlaikyti didesnes įkrovimo sroves ir didesnį temperatūros diapazoną nei LCO akumuliatoriai.
• Ličio geležies fosfato (LFP) baterijos (LiFePO4): Turi didelį energijos tankį - 90-160 Wh/kg. LFP akumuliatoriai idealiai tinka sunkiai įrangai ir pramoninei aplinkai, nes gali atlaikyti daug piktnaudžiavimo ir įvairių temperatūrų. Šios baterijos turi grafito anglies elektrodą, kuris atlieka anodo funkciją, ir fosfatą kaip katodą. Jos turi ilgą ciklų tarnavimo laiką - iki 10 000 ciklų, pasižymi puikiu terminiu stabilumu (išsijungimo slenkstis iki 510 °F) ir gali saugiai atlaikyti trumpus paklausos šuolius. Tai yra labiausiai komerciškai prieinamas pasirinkimas.
• Kiti tipai: Ličio titanatas, ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas, ličio mangano oksidas (LMO).

Gamykloje ar sandėlyje šakinių krautuvų akumuliatoriai gali sverti tūkstančius svarų. Jei akumuliatoriaus energijos tankis yra per didelis, tai gali sukelti saugos problemų. Gamintojai eksperimentuoja su katodo ir anodo medžiagomis bei elektrolito sudėtimi, siekdami rasti optimalų balansą tarp energijos tankio ir saugumo.

Ličio jonų akumuliatorių pranašumai ir pritaikymas

Privalumai valtyse ir laivuose

Valtyse ir laivuose vis dažniau sutinkami ir rinkoje populiarėjantys ličio jonų akumuliatoriai. Itin mažai sveriantys akumuliatoriai sumažina bendrą valties, laivo svorį. Naudojant 36V variklį vien dėl baterijų galima sutaupyti apie 50kg. Toks svorių skirtumas leidžia plaukti daug lengviau ir greičiau. Svoris yra svarbus, jei norima išvengti papildomo svorio valtyje, kateryje, laive. Dažnai šis argumentas būna pasirenkamas ir nebenorint nešioti sunkių, įprastų gilaus iškrovimo akumuliatorių. Ličio jonų akumuliatoriai gali ženkliai palengvinti žvejybą ar pramogas ant vandens. Dėl to, kaip ličio akumuliatoriai kaupia ir iškrauna energiją, jie gali išlaikyti didesnę įėjimo ir išėjimo įtampą ilgesnį laiką nei rūgštiniai akumuliatoriai.

Olandijos kompanija Rebel-cell, įkurta 2012 metais, specializuojasi ličio jonų baterijų gamyboje ir pardavime, orientuodamasi į meškeriojimą. Jų ličio jonų baterijos yra lengvesnės, teikia daugiau galios ir energijos bei yra geresnės aplinkai nei tradicinės baterijos. Jos įkraunamos greičiau, veikia ilgiau ir yra pigesnės ilgalaikiam naudojimui, leidžiančios žvejams be vargo naudoti jas karpių ar lydekų žvejybai, nesirūpinant, kad baterija gali išsikrauti. Jų produktai leidžia be vargo nešiotis jas prie vandens ir naudotis jų energija prietaisams, elektros varikliams ir žuvų ieškikliams.

Namų energijos kaupimo sistemos

Ličio jonų akumuliatoriai tapo kertiniu namų energijos kaupimo sistemų akmeniu, pasižyminčiu dideliu energijos tankiu, ilgaamžiškumu ir patobulintomis saugos funkcijomis. Šios baterijos efektyviai kaupia perteklinę energiją, pagamintą iš atsinaujinančių šaltinių, pvz., saulės baterijų, todėl namų savininkai gali naudoti šią sukauptą energiją per didžiausią paklausą arba pertrūkius. Ieškantiems patikimo ir efektyvaus namų energijos kaupimo sprendimų, Shieldenas siūlo įvairius ličio jonų akumuliatorių gaminius, pritaikytus įvairiems poreikiams.

Pramoninis pritaikymas

Ličio jonų akumuliatoriai yra populiarus pasirinkimas pramonėje. Dažniausiai naudojama cheminė medžiaga yra LiFePO4 akumuliatoriai. Kai kurie iš labiausiai paplitusių įrenginių, kuriuose naudojamos šios baterijos, yra šie:

• Siaurų praėjimų šakiniai krautuvai
• Atsvarai su šakiniais krautuvais
• Triračiai krautuvai
• Pėsčiųjų krautuvų
• Galiniai ir centriniai raiteliai

Pramoninių ličio jonų akumuliatorių privalumai

Yra daug priežasčių, kodėl ličio jonų baterijos populiarėja pramonės aplinkoje:

• Didelė talpa ir ilgaamžiškumas: Ličio jonų akumuliatoriai pasižymi didesniu energijos tankiu ir ilgaamžiškumu, palyginti su švino rūgšties akumuliatoriais. Jie gali sverti trečdaliu mažiau, bet užtikrinti tokią pačią galią. Jų gyvavimo ciklas yra dar vienas svarbus privalumas. Pramoninės veiklos tikslas - kuo labiau sumažinti trumpalaikes pasikartojančias išlaidas. Naudojant ličio jonų akumuliatorius, šakinių krautuvų akumuliatoriai gali tarnauti tris kartus ilgiau, todėl ilgainiui sutaupoma daug lėšų. Jie taip pat gali veikti esant didesniam iškrovimo gyliui iki 80 %, nedarant jokio poveikio jų talpai. Tai suteikia dar vieną privalumą - taupo laiką. Operacijoms nereikia sustoti pusiaukelėje, kad pakeistumėte baterijas, o tai per pakankamai ilgą laikotarpį gali sutaupyti tūkstančius darbo valandų.
• Didelės spartos įkrovimas: Pramoninių švino rūgšties akumuliatorių įprastas įkrovimo laikas yra apie aštuonias valandas. Tai atitinka visą 8 valandų pamainą, per kurią akumuliatorius negali būti naudojamas. Todėl vadovas turi atsižvelgti į šį prastovos laiką ir įsigyti papildomų akumuliatorių. Su LiFePO4 akumuliatoriais tai nėra iššūkis. Geras pavyzdys yra ROYPOW pramoninės LifePO4 ličio baterijos, kurios įkraunamos keturis kartus greičiau nei švino rūgšties akumuliatoriai. Kitas privalumas yra gebėjimas išlikti efektyviems išsikrovimo metu. Švino rūgšties akumuliatorių veikimas išsikraunant dažnai sulėtėja. Dėl efektyvios akumuliatorių valdymo sistemos „ROYPOW“ pramoninių akumuliatorių linija taip pat neturi atminties problemų.
• Saugumas ir tvarkymas: LiFePO4 akumuliatoriai turi didžiulį pranašumą pramoninėje aplinkoje. Pirma, jie pasižymi dideliu terminiu stabilumu. Šie akumuliatoriai gali veikti iki 50 °C temperatūroje nepatirdami jokios žalos. Švino rūgšties akumuliatoriai panašioje temperatūroje prarastų iki 80 % savo gyvavimo ciklo. Kita problema yra akumuliatorių svoris. Esant panašiai akumuliatoriaus talpai, švino rūgšties akumuliatoriai sveria gerokai daugiau. Todėl jiems dažnai reikia specialios įrangos ir ilgesnio įrengimo laiko, o tai gali sumažina darbui skiriamų darbo valandų skaičių. Apskritai LiFePO4 akumuliatoriai yra saugesni nei švino rūgšties akumuliatoriai. Pagal OSHA gaires, švino rūgšties akumuliatoriai turi būti laikomi specialioje patalpoje su įranga, skirta pavojingiems garams šalinti. Tai padidina pramonės operacijų išlaidas ir sudėtingumą.

„Jungheinrich“ ličio jonų technologijos pranašumai

„Jungheinrich“ yra ličio jonų technologijos pradininkė ir jau beveik dešimt metų intensyviai ją tobulina, kad galėtų pasiūlyti dar didesnį sandėlio našumą. Būdami vienu iš pirmaujančių vidaus logistikos sistemos kūrėjų, dėl to, kad patys atlieka tyrimus, kuria ir gamina, gali pasiūlyti puikiai suderintą bendrą sistemą, kurią sudaro akumuliatorius, įkroviklis, krautuvas ir konsultacija. Ličio jonų akumuliatoriai įtikina dėl didelės pridėtinės vertės, didelio pajėgumo, užtikrinančio maksimalų perkrovimo našumą ir sandėlio efektyvumą. Dėl greito įkrovimo ir techninės priežiūros nebuvimo galima dirbti 24/7. Ličio jonų akumuliatoriai laiko tris kartus ilgiau nei įprastiniai energijos kaupikliai. Akumuliatoriaus naudojimo trukmės optimizavimui, geriausia akumuliatorių eksploatuoti įkrautą iki pusės.

Saugumo aspektai

Ličio jonų akumuliatoriai tarptautinėje transporto teisėje klasifikuojami kaip pavojingi kroviniai. Todėl „Jungheinrich“ ypač svarbūs šie punktai:

• Naudoja ličio geležies fosfatą (LiFePO), šiuo metu saugiausią elementų chemiją, kuri yra netoksiška ir nepavojinga.
• Su kiekvienu akumuliatoriumi buvo atliktas JT transportavimo bandymas.
• Pati sukurta akumuliatorių valdymo sistema užtikrina saujų jų eksploatavimą.
• Uždara akumuliatoriaus konstrukcija (IP54) apsaugo nuo išorinio poveikio.
• Ličio jonų akumuliatorius transportuoja ir utilizuoja apmokyti klientų aptarnavimo skyriaus darbuotojai.

Mažo greičio transporto priemonės (LEV)

Mažo greičio elektrinės transporto priemonės (LEV) yra keturratės transporto priemonės, sveriančios mažiau nei 3000 svarų. Jos varomos elektros baterijomis, todėl yra populiarus pasirinkimas golfo vežimėliams ir kitoms pramogoms. Renkantis akumuliatorinį variantą savo LEV, vienas iš svarbiausių aspektų yra ilgaamžiškumas. Geras akumuliatorius neturėtų reikalauti jokios priežiūros, kad būtų galima maksimaliai mėgautis laisvalaikio veikla, ir turėtų veikti įvairiomis oro sąlygomis. Geras akumuliatorius taip pat turėtų turėti valdymo sistemą, kuri užtikrina, kad jis neperkaistų ir neatvėstų per daug, nes tai nesumažintų jo talpos. „ROYPOW“ LiFePO4 ličio baterijų linija skirta naudoti nuo 4 °F iki 131 °F temperatūroje. Baterijose yra įmontuota baterijų valdymo sistema ir jas itin lengva įdiegti.

Ličio jonų akumuliatoriaus talpos ir energijos kaupimo skaičiavimas

Ličio jonų akumuliatoriaus talpa matuojama ampervalandėmis (Ah) ir rodo įkrovos kiekį, kurį baterija gali išlaikyti. Šią informaciją paprastai galima rasti akumuliatoriaus etiketėje arba duomenų lape. Pavyzdžiui, jei ličio jonų akumuliatoriaus talpa yra 10 Ah, tai reiškia, kad jis gali tiekti 1 ampero srovę 10 valandų. Svarbu pažymėti, kad apskaičiuotas energijos kaupimas yra teorinė vertė ir neatsižvelgia į akumuliatoriaus efektyvumą. Realiame pasaulyje faktinis energijos kaupimas bus šiek tiek mažesnis dėl tokių veiksnių kaip vidinė varža, savaiminis išsikrovimas ir įtampos kritimas esant apkrovai. Nors energijos kaupimo skaičiavimas suteikia pagrindinį supratimą apie ličio jonų akumuliatoriaus talpą, būtina atsižvelgti į kitus veiksnius, pvz., iškrovimo gylį, ciklo trukmę ir veikimo temperatūrą, kurie gali turėti įtakos bendram energijos kaupimo efektyvumui. Siekiant supaprastinti skaičiavimo procesą, yra keletas internetinių skaičiuoklių ir įrankių, kurie gali padėti nustatyti ličio jonų akumuliatoriaus energijos kaupimą pagal jo specifikacijas.

tags: #licio #jonu #akumuliatoriu #energijos #tankis