Ličio jonų baterijos yra populiarus akumuliatorių chemijos tipas, pasižymintis galimybe būti įkraunamos. Dėl šios savybės jos randamos daugumoje šiuolaikinių vartotojų prietaisų, tokių kaip telefonai, elektrinės transporto priemonės ir baterijomis maitinami golfo vežimėliai.
Kaip veikia ličio jonų baterijos?
Ličio jonų akumuliatoriai susideda iš vieno ar kelių ličio jonų elementų, papildomai turinčių apsauginę plokštę, kuri apsaugo nuo perkrovimo. Elementai, įstatyti į korpusą su apsaugine plokšte, vadinami akumuliatoriais.
Veikimo principas grindžiamas ličio jonų judėjimu tarp katodo ir anodo per elektrolitą. Judėdami jonai aktyvuoja laisvuosius elektronus anode, sukurdami krūvį teigiamo srovės kolektoriuje. Šie elektronai teka per įrenginį, pavyzdžiui, telefoną ar golfo vežimėlį, į neigiamą kolektorių ir atgal į katodą. Laisvą elektronų srautą baterijos viduje kontroliuoja separatorius.
Įkraunant ličio jonų akumuliatorių, katodas išskiria ličio jonus, kurie juda link anodo. Iškraunant, ličio jonai juda iš anodo į katodą, taip sukurdami srovės tėkmę.
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: Nulemia elemento talpą ir įtampą, gamina ličio jonus, kai akumuliatorius iškraunamas.
- Elektrolitas: Tarnauja kaip kanalas ličio jonams judėti tarp katodo ir anodo.
- Separatorius: Fizinis barjeras, atskiriantis katodą ir anodą.
Ličio baterija vs. Ličio jonų baterija
Svarbu atskirti ličio baterijas ir ličio jonų baterijas. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad pastarosios yra įkraunamos. Ličio baterija nenaudojama gali tarnauti iki 12 metų, o ličio jonų baterijų galiojimo laikas yra iki 3 metų.
Istorija ir evoliucija
Ličio jonų baterijų idėją aštuntajame dešimtmetyje pirmasis suformulavo anglų chemikas Stanley Whittingham. Pirmuosiuose bandymuose naudoti elektrodai iš titano disulfido ir ličio, tačiau baterijos trumpindavo ir sprogdavo. Devintajame dešimtmetyje Johnas B. Goodenoughas ir japonų chemikas Akira Yoshino tęsė šiuos tyrimus, įrodydami, kad pagrindinė sprogimų priežastis buvo ličio metalas. Dešimtajame dešimtmetyje ličio jonų technologija pradėjo įsibėgėti, o jos komercializavimu užsiėmė „Sony“.
Prastas ličio baterijų saugos rodiklis paskatino ličio jonų baterijų kūrimą. Nors ličio baterijos gali išlaikyti didesnį energijos tankį, jos yra nesaugios įkrovimo ir iškrovimo metu. Ličio jonų baterijas gana saugu įkrauti ir iškrauti, jei laikomasi pagrindinių saugos nurodymų.
Įvairios ličio jonų chemijos
Yra daugybė ličio jonų akumuliatorių cheminių savybių tipų, tarp kurių populiariausi komerciniai variantai:
- Ličio titanatas
- Ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas
- Ličio nikelio mangano kobalto oksidas
- Ličio mangano oksidas (LMO)
- Ličio kobalto oksidas
- Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)
Kiekviena cheminė sudėtis turi savų privalumų ir trūkumų, todėl pasirinkimas priklauso nuo energijos poreikių, biudžeto, saugos tolerancijos ir konkretaus naudojimo atvejo.
Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)
LiFePO4 baterijos yra viena iš komerciškai prieinamiausių pasirinkčių. Jos pasižymi grafito anglies elektrodu ir fosfatu kaip katodu. Šios baterijos turi ilgą ciklų tarnavimo laiką - iki 10 000 ciklų, puikų terminį stabilumą ir gali saugiai atlaikyti trumpus paklausos šuolius. LiFePO4 akumuliatorių šiluminio išsijungimo slenkstis yra iki 510 laipsnių pagal Farenheitą.
LiFePO4 akumuliatorių privalumai:
- Efektyviai įkraunamos ir iškraunamos.
- Tarnauja ilgiau nei švino rūgšties ir kitos ličio pagrindu pagamintos baterijos.
- Gali giliai įkrauti neprarandant talpos.
- Per visą eksploatavimo laiką leidžia sutaupyti lėšų.
LiFePO4 akumuliatorius mažo greičio transporto priemonėse
Mažo greičio elektrinės transporto priemonės (LEV), tokios kaip golfo vežimėliai, reikalauja ilgaamžių ir mažai priežiūros reikalaujančių akumuliatorių. LiFePO4 baterijos, pavyzdžiui, „ROYPOW“, atitinka šiuos reikalavimus, veikia įvairiomis oro sąlygomis ir turi įmontuotą baterijų valdymo sistemą.
Ličio jonų baterijų pramoninis pritaikymas
Ličio jonų akumuliatoriai, ypač LiFePO4 tipas, yra populiarūs pramonėje dėl:
- Didelės talpos ir ilgaamžiškumo: Svoris yra trečdaliu mažesnis nei švino rūgšties akumuliatorių, bet užtikrina tokią pačią galią. Gyvavimo ciklas tris kartus ilgesnis, leidžia veikti esant didesniam iškrovimo gyliui iki 80%.
- Greito įkrovimo: LiFePO4 akumuliatoriai įkraunami keturis kartus greičiau nei švino rūgšties akumuliatoriai.
- Efektyvumo: Jie išlieka efektyvūs išsikrovimo metu ir neturi atminties problemų, kaip švino rūgšties akumuliatoriai.
- Saugumo ir tvarkymo: Pasižymi dideliu terminiu stabilumu, gali veikti iki 50 °C temperatūroje. Jų svoris yra mažesnis, todėl nereikia specialios įrangos ir ilgesnio įrengimo laiko. LiFePO4 akumuliatoriai yra saugesni nei švino rūgšties akumuliatoriai, nereikalauja specialių patalpų pavojingiems garams šalinti.
akumuliatorių talpos matuoklis. 1#dalis - testuojame licio jonų celę.
3,6V ličio jonų akumuliatorius
3,6V ličio jonų akumuliatorius yra įkraunamas akumuliatorius, kuriame elektros energijai gaminti naudojami ličio jonai. Jo vidutinė darbinė įtampa iškrovos ciklo metu yra 3,6V, tačiau tikroji įtampa gali svyruoti nuo 3.0V iki 4,2V. Dėl kompaktiško dydžio ir didelio energijos tankio, šie akumuliatoriai dažnai naudojami nešiojamojoje elektronikoje, pavyzdžiui, išmaniuosiuose telefonuose, planšetiniuose kompiuteriuose ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose.
Norint įkrauti 3,6V ličio jonų akumuliatorių, reikalingas specialus įkrovimo protokolas, užtikrinantis saugumą ir ilgaamžiškumą. Per didelis akumuliatoriaus įkrovimas ar eksploatavimas ekstremaliose temperatūrose gali sukelti šilumos nutekėjimą, dėl kurio akumuliatorius gali perkaisti ar net užsidegti.
Vykdomi tyrimai, skirti pagerinti 3,6V ličio jonų akumuliatorių veikimą ir saugumą, nagrinėjant alternatyvias elektrodų medžiagas, tokias kaip ličio geležies fosfatas (LiFePO4), kurios užtikrina didesnį stabilumą ir saugumą.
Bendrieji akumuliatorių parametrai
- Vidinė varža: Srovės, tekančios per akumuliatoriaus vidų, varža. Didelė vidinė varža sumažina iškrovos įtampą ir sutrumpina išsikrovimo laiką.
- Atviros grandinės įtampa: Potencialų skirtumas tarp teigiamų ir neigiamų akumuliatoriaus gnybtų, kai akumuliatorius neveikia.
- Akumuliatoriaus talpa: Vardinė ir faktinė talpa. Vardinė talpa nustatoma pagal projektavimą ir gamybą, o faktinė talpa reiškia iškraunamą elektros kiekį tam tikromis sąlygomis.
tags: #licio #jonu #akumuliatorius #3 #6v