Zanimiva dejstva o litijevih baterijah. Če ste inženir ali delate na področju nabave, se srečujete z litijevimi baterijami. Poganjajo vaše viličarje, podpirajo vaše podatkovne centre, so komercialni ESS ocenjujete. Poznate specifikacije - napetost, amperurno število ur, življenjski cikel. V specifikacijah ne najdete pomembnih informacij.
Če se odmaknete od podatkov, pridete do pravih spoznanj. Nekaj dejstev, ki jih morate vedeti o kemiji, ki vodi sodobni svet.
Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4 baterija
Kamada Power 10kWh Powerwall Home Battery
Kamada Power 48v 100Ah litijeva baterija za golf voziček
Zgodovina litijevih baterij: Nedavna revolucija
Počutijo se starodavno. Niso. Litij-ionski akumulatorji so nova tehnologija. Temeljne znanstvene raziskave je v 70. letih prejšnjega stoletja opravil M. Stanley Whittingham. Ključni preboj sta kasneje dosegla John Goodenough in Akira Yoshino - delo, za katero sta leta 2019 prejela Nobelovo nagrado.
Vendar je Sonyjeva komercialna baterija iz leta 1991 zares sprožila požar. Preskok tehnologije od laboratorijskega koncepta do globalne infrastrukture je bil presenetljivo hiter.
Kako delujejo litijeve baterije
Načelo je preprosto. Ioni se gibljejo med dvema elektrodama - negativno anodo in pozitivno katodo. Pri polnjenju se ioni prenašajo na anodo. Pri praznjenju se ioni vračajo nazaj. Gibanje ionov v notranjosti sili elektrone, da se gibljejo navzven. To je tok, ki ga uporabljate.
Zakaj litij? Dve stvari. Je najlažja kovina. Ima najvišji elektrokemični potencial. Ta kombinacija vam omogoča eno: neprimerljivo energijska gostota. Več moči, manjša teža. Stare svinčevo-kislinske tehnologije se jim ne morejo niti približati. Katodni material določa osebnost baterije. Izberete LFP (litij-železo-fosfat) za industrijska oprema ker mora biti varen in zdržati dolgo in trdo življenje.
Presenetljiva dejstva o litijevih baterijah
- Na polici ne umrejo. Ključna lastnost litij-ionskih baterij je skoraj ničelna stopnja samopraznjenja. Morda 1-2% na mesec. Primerjajte to s staro tehnologijo NiCd, ki je lahko izgubila več kot 20%. Zato orodje, ki ste ga hranili več mesecev, še vedno deluje.
- "Litij" pomeni veliko različnih stvari. Baterija v telefonu? Verjetno je tanka, prožna litij-ionska polimerna (LiPo). Električno vozilo? Verjetno uporablja nikelj-mangan-kobalt (NMC) za največji doseg. Toda baterija viličarja, visokozmogljivega voziček za golfali RV to je LFP (litij-železov fosfat). Pri teh aplikacijah so pomembni vzdržljivost, varnost in dolgoročni stroški.
Življenjska doba in življenjski cikel litijeve baterije
Toda njihova življenjska doba je omejena. Baterija življenjski cikel-koliko ciklov polnjenja in praznjenja lahko prenese, preden se zmogljivost zmanjša, je v celoti odvisna od kemijske sestave baterije:
- LFP (litijev železov fosfat): 4.000 - 8.000+ ciklov. Jasen zmagovalec za industrijsko strojno opremo in primere intenzivne uporabe, kot so avtodomi in sončna energija zunaj električnega omrežja.
- NMC (nikelj mangan kobalt): 1.000 do 3.000 ciklov. Pravi kompromis za številna električna vozila.
- LCO (litijev kobaltov oksid): 500 - 1.000 ciklov. Dovolj dobro za potrošniške pripomočke, ki jih čez tri leta tako ali tako ne bo več.
Naši podatki s terena so jasni v eni stvari: toplota je #1 ubijalec teh baterij. Visoke temperature trajno uničijo zmogljivost. Vrnitve nazaj ni več.
Varnostna dejstva, ki jih morate poznati
Videli ste naslovnice o požarih. Resnica je takšna: pravilno izdelana litijeva baterija je izjemno varna. Ima več plasti zaščite. Način okvare, ki vas mora skrbeti, je toplotni pobeg. Verižna reakcija. Ena celica se pregreje in segreje sosednjo celico, ki segreje naslednjo.
To preprečuje sistem BMS - sistem za upravljanje baterije. To je poseben računalnik, ki spremlja napetost, temperaturo in tok vsake celice. Če zazna napako, prekine napajanje. Takoj. To je najpomembnejša varnostna naprava v vsakem paketu natrijevo-ionskih baterij ali litijevem sistemu.
Dejstva o okolju in recikliranju
Vpliv rudarjenja je resnično problematičen. Odgovor industrije je obsežno vlaganje v recikliranje. Z novimi hidrometalurškimi metodami je mogoče pridobiti več kot 95% dragocenih kovin - litija, kobalta, niklja.
To je velika izboljšava. To je začetek pravega "krožnega gospodarstva", v katerem so stare baterije za električna vozila le surovina za nove.
Neverjetne aplikacije, ki jih niste poznali
Ta tehnologija daleč presega vaš telefon.
- Raziskovanje vesolja: Nasini marsovski roverji in ISS uporabljajo močno spremenjene litij-ionske baterije. Preživeti morajo vakuum in hude temperaturne spremembe.
- Uporaba v pomorstvu: Na vodi neuspeh ne pride v poštev. Uporablja se za vse, od tihega napajanja podmornic do rezervno napajanje za plovila na komercialnih ladjah.
- Medicinski pripomočki: Srčni spodbujevalniki. Defibrilatorji. Ti uporabljajo posebne litijske baterije, ki jih ni mogoče ponovno napolniti in so namenjene desetletju ali več.
- Osebna energija in mobilnost: Enako vzdržljiva tehnologija LFP iz tovarne je zdaj v naši osebni opremi. Visokokakovostni vozički za golf. Sodobni avtodomi vse deluje brez napajanja. Brez generatorja.
Zabavne in manj znane zanimivosti
- "Litij-ionski" je nekoliko zavajajoče. V večini celic ni kovinskega litija. Obstaja le v obliki ionov.
- Baterija v enem samem Teslinem modelu S vsebuje litij, ki je enakovreden približno 10.000 iPhonom.
Nasveti za kar najboljše izkoriščanje litijeve baterije
- Prenehajte jo uporabljati do ničle. Poudarja kemijo. Delni cikli so boljši.
- Shranjujte jo napolnjeno. Za dolgotrajno shranjevanje je ciljno polnjenje 40-70%. Ne 100%.
- Naj bo hladno. Vroč avto je najhitrejši način za uničenje akumulatorja. Neposredna sončna svetloba je prav tako slaba.
Zaključek
Kakšno je torej spoznanje? Litijeva baterija ni le številka dela. Je del kompleksne kemije. Če veste, kako deluje - in kako se pokvari - lahko sprejemate boljše odločitve. Boljša nabava, boljše delovanje. Spoštujte kemijo in sredstvo bo delovalo.
Ste pripravljeni raziskati, kako lahko z izbiro prave kemijske sestave litijeve baterije optimizirate svoje delovanje? Pišite nam za prilagojeno rešitev baterije.
POGOSTA VPRAŠANJA
Kako dolgo zdržijo litijeve baterije?
Razmišljajte v ciklih, ne v letih. Pomembna je kemija. Industrijska Baterija LFP bo omogočil več kot 4.000 ciklov, kar bo zlahka trajalo več kot 10 let. Baterija v poceni telefonu lahko zdrži le 500 ciklov.
Ali lahko litijevo baterijo preveč napolnim?
Ne. Delujoč sistem za upravljanje akumulatorja (BMS) tega ne bo dovolil. Njegov namen je, da to prepreči. Sistem BMS ni neobvezen.
Ali so vse litijeve baterije varne?
Od uglednega proizvajalca? In se uporablja v skladu s specifikacijami? Da, so zelo varni. Varnost je odvisna od kakovosti celic in sistema BMS. Napake so posledica dveh stvari: poceni, nereguliranih baterij ali fizične zlorabe.
Kaj pa, če potrebujem baterijo za skladišče, ki je pozimi zelo hladno?
To je klasična inženirska težava. Standardni litij-ionski akumulatorji ne delujejo dobro v mrazu. Imate dve poti za delovanje pri ekstremnih temperaturah. Prva pot: baterija LFP z vgrajenimi grelniki. Druga pot: preučiti nove tehnologije, kot so natrijevo-ionske baterije. Že v osnovi se veliko bolje spopadajo s hladom.