Zaujímavosti o lítiových batériách. Ak ste inžinier alebo pracujete v oblasti obstarávania, určite sa pohybujete v blízkosti lítiových batérií. Napájajú vaše vysokozdvižné vozíky, zálohujú vaše dátové centrá, sú komerčná ESS hodnotíte. Poznáte špecifikácie - napätie, ampérhodiny, životnosť cyklu. Špecifikačné listy vám nepovedia dôležité veci.
Odstup od údajov je miestom skutočných poznatkov. Niektoré fakty, ktoré potrebujete vedieť o chémii, ktorá riadi moderný svet.
Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4 batéria
Kamada Power 10kWh Powerwall Home Battery
Kamada Power 48v 100Ah lítiová batéria pre golfové vozíky
História lítiových batérií: Nedávna revolúcia
Pôsobia starobylo. Nie sú. Lítium-iónové sú novou technológiou. Základnú vedeckú prácu vykonal v 70. rokoch M. Stanley Whittingham. Rozhodujúce objavy prišli neskôr od Johna Goodenougha a Akiru Yoshina - práca, za ktorú dostali Nobelovu cenu v roku 2019.
Skutočný požiar však vyvolala komerčná batéria spoločnosti Sony z roku 1991. Skok tejto technológie z laboratórneho konceptu do globálnej infraštruktúry bol šokujúco rýchly.
Ako fungujú lítiové batérie
Princíp je jednoduchý. Ióny sa pohybujú medzi dvoma elektródami - zápornou anódou a kladnou katódou. Nabíjaním sa ióny dostávajú do anódy. Vybíjanie ich posiela späť. Tento pohyb iónov vo vnútri núti elektróny pohybovať sa von. To je prúd, ktorý používate.
Prečo práve lítium? Dve veci. Je to najľahší kov. Má najvyšší elektrochemický potenciál. Táto kombinácia vám dáva jednu vec: bezkonkurenčné hustota energie. Väčší výkon, menšia hmotnosť. Staré olovené akumulátory sa k nim nedokážu ani priblížiť. Katódový materiál určuje charakter batérie. Vyberiete si LFP (fosfát lítia a železa) pre priemyselné zariadenia pretože potrebujete, aby bol bezpečný a vydržal dlhý a ťažký život.
Prekvapujúce fakty o lítiových batériách
- Neumierajú na poličke. Kľúčovou vlastnosťou lítium-iónových batérií je takmer nulová miera samovybíjania. Možno 1-2% za mesiac. Porovnajte to so starými technológiami NiCd, ktoré mohli stratiť viac ako 20%. Preto náradie, ktoré ste skladovali niekoľko mesiacov, stále funguje.
- "Lítium" znamená veľa rôznych vecí. Batéria v telefóne? Pravdepodobne tenká, flexibilná lítium-iónová polymérová (LiPo). V elektromobile? Pravdepodobne používa nikel-mangán-kobalt (NMC) pre maximálny dojazd. Ale a batéria vysokozdvižného vozíka, vysoko výkonný golfový vozíkalebo RV energetická banka - to bude LFP (lítium-železitý fosfát). V týchto aplikáciách je dôležitá životnosť, bezpečnosť a dlhodobé náklady.
Životnosť lítiovej batérie a životnosť cyklu
Ich životnosť je však obmedzená. Batéria životnosť cyklu-koľko cyklov nabíjania/vybíjania zvládne pred poklesom kapacity - úplne závisí od jej chemického zloženia:
- LFP (fosfát lítia a železa): 4 000 - 8 000+ cyklov. Jasný víťaz pre priemyselný hardvér a prípady náročného používania, ako napr. Obytné vozidlá a solárna energia mimo siete.
- NMC (nikel mangán kobalt): 1 000 - 3 000 cyklov. Správny kompromis pre mnohé elektrické vozidlá.
- LCO (oxid lítno-kobaltový): 500 - 1 000 cyklov. Dosť dobré pre spotrebné gadgety, ktoré tu za 3 roky aj tak nebudú.
A naše údaje z terénu hovoria jasne o jednej veci: teplo je zabijakom #1 týchto batérií. Vysoké teploty trvalo ničia kapacitu. Nie je cesty späť.
Bezpečnostné informácie, ktoré by ste mali vedieť
Videli ste titulky o požiaroch. Tu je realita: správne skonštruovaná lítiová batéria je neuveriteľne bezpečná. Má vrstvy ochrany. Zlyhanie, ktorého sa treba obávať, je tepelný únik. Reťazová reakcia. Jedna bunka sa prehreje a uvarí susednú bunku, ktorá uvarí ďalšiu.
BMS - systém správy batérií - je to, čo tomu bráni. Je to špeciálny počítač, ktorý sleduje napätie, teplotu a prúd každého článku. Ak zistí poruchu, preruší napájanie. Okamžite. Je to najkritickejšie bezpečnostné zariadenie v každej sodíkovo-iónovej batérii alebo lítiovom systéme.
Fakty o životnom prostredí a recyklácii
Vplyv ťažby je skutočným problémom. Odpoveďou priemyslu sú masívne investície do recyklácie. Novými hydrometalurgickými metódami možno získať viac ako 95% cenných kovov - lítium, kobalt, nikel.
Je to obrovské zlepšenie. Je to začiatok skutočného "obehového hospodárstva", v ktorom sú staré batérie pre elektromobily len surovinou na výrobu nových.
Úžasné aplikácie, o ktorých ste nevedeli
Táto technológia ďaleko presahuje rámec telefónu.
- Výskum vesmíru: Vozidlá NASA na Marse a ISS fungujú na silne modifikovaných lítium-iónových batériách. Musia prežiť vákuum a brutálne teplotné výkyvy.
- Námorné aplikácie: Na vode zlyhanie neprichádza do úvahy. Používa sa na všetko od tichého napájania ponoriek až po záložný zdroj pre námorné lode na komerčných lodiach.
- Zdravotnícke pomôcky: Kardiostimulátory. Defibrilátory. Používajú špeciálne nenabíjateľné lítiové batérie, ktoré sú navrhnuté tak, aby vydržali desať a viac rokov.
- Osobná energia a mobilita: Rovnaká odolná technológia LFP z výrobnej haly je teraz v našej osobnej výbave. Špičkové golfové vozíky. Moderné Obytné vozidlá prevádzkovať všetko mimo siete. Žiadny generátor.
Zábavné a menej známe zaujímavosti
- "Lítium-iónové" je trochu zavádzajúce. Vo väčšine článkov sa nenachádza kovové lítium. Existuje len vo forme iónov.
- Batéria v jednom modeli Tesla Model S obsahuje lítium zodpovedajúce približne 10 000 iPhonom.
Tipy na maximálne využitie lítiovej batérie
- Prestaňte ho spúšťať na nulu. Kladie dôraz na chémiu. Čiastočné cykly sú lepšie.
- Skladujte ju napoly naplnenú. Pri dlhodobom skladovaní je cieľová hodnota 40-70%. Nie 100%.
- Zachovajte chladnú hlavu. Horúce auto je najrýchlejší spôsob, ako zničiť batériu. Priame slnečné svetlo je rovnako zlé.
Záver
Aký je teda záver? Lítiová batéria nie je len číslo súčiastky. Je to kus zložitej chémie. Vedieť, ako funguje - a ako zlyháva - vedie k lepším rozhodnutiam. Lepšie obstarávanie, lepšia prevádzka. Rešpektujte chemické vlastnosti a zariadenie bude fungovať.
Ste pripravení preskúmať, ako môže výber správneho chemického zloženia lítiových batérií optimalizovať vašu prevádzku? Kontaktujte nás pre riešenie batérie na mieru.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Ako dlho vydržia lítiové batérie?
Uvažujte v cykloch, nie v rokoch. Dôležitá je chémia. Priemyselný Batéria LFP vám poskytne viac ako 4 000 cyklov, ktoré bez problémov vydržia viac ako 10 rokov. Batéria v lacnom telefóne môže vydržať len 500 cyklov.
Môžem lítiovú batériu prebiť?
Nie, funkčný systém správy batérií (BMS) to nedovolí. Jeho cieľom je tomu zabrániť. Systém BMS nie je voliteľný.
Sú všetky lítiové batérie bezpečné?
Od renomovaného výrobcu? A použitý v rámci špecifikácie? Áno, sú veľmi bezpečné. Bezpečnosť závisí od kvality článkov a BMS. Poruchy spôsobujú dve veci: lacné, neregulované batérie alebo fyzické zneužívanie.
Čo ak potrebujem batériu do skladu, ktorý je v zime veľmi chladný?
To je klasický inžiniersky problém. Štandardné lítium-iónové batérie nefungujú dobre v chlade. Máte dve cesty pre výkon pri extrémnych teplotách. Cesta jedna: batéria LFP so zabudovanými ohrievačmi. Cesta dva: pozrieť sa na nové technológie, ako napr. sodíkovo-iónové batérie. Chlad zvládajú oveľa lepšie.