Kā pagarināt litija akumulatora darbību

Litija joni anodā caur elektrolītu nonāk katodā, kur tie apvienojas ar elektroniem, radot elektrisko lādiņu, kas ļauj nodrošināt enerģiju, kad tas nepieciešams. Tādējādi tiek izveidota unikāla akumulatora barošanas sistēma.

Jaunākie sasniegumi silīcija anoda materiālu izvēlē ir vērsti uz to, lai novērstu li-jonu iesprūšanu elektrolīta sieniņās un uzlabotu to atgriezeniskumu [155].

Ilgāks dzīves ilgums

Litija baterijas ik dienu nodrošina miljoniem cilvēku - sākot no klēpjdatoriem un mobilajiem tālruņiem līdz pat hibrīda un elektriskajiem automobiļiem. To priekšrocības ir liels enerģijas blīvums, neliels svars, ātra uzlāde un ilgāks kalpošanas laiks nekā svina skābes akumulatoriem. Lai pagarinātu litija akumulatoru kalpošanas laiku, galvenais ir izprast, kā litija akumulators laika gaitā degradējas, un veikt aktīvus pasākumus, lai to pagarinātu - tas ietver izpratni par to, kura tipa litija akumulatoriem nepieciešama īpašāka aprūpe attiecībā uz uzlādes ātrumu, izlādes dziļumu, slodzi utt., kā arī izvairīšanos no tādām izplatītām kļūdām kā pārlādēšana un dzīvošana paaugstinātā temperatūrā.

Lija jonu akumulatoru jauda laika gaitā pakāpeniski samazinās ķīmisko reakciju dēļ, kas degradē elektrodus un elektrolītu, palielinot iekšējo pretestību un saīsinot to darbības laiku. Šis process notiek neatkarīgi no tā, vai akumulators tiek regulāri darbināts ar cikliem, vai arī atrodas neizmantots, tomēr periodiska ciklu veikšana un glabāšana vēsā temperatūrā var ievērojami palēnināt šo degradācijas procesu.

Litija akumulatoru ciklu skaits ir atkarīgs no uzlādes un izlādes apstākļiem, kā arī darba temperatūras. Patēriņa ierīcēs baterijas parasti uzlādē līdz 4,20 V katram elementam, lai palielinātu ietilpību un darbības laiku; savukārt rūpnieciskajos lietojumos bieži izmanto zemākas sprieguma robežvērtības, piemēram, satelītos vai elektriskajos transportlīdzekļos, lai palielinātu ilgmūžību.

Lai nodrošinātu optimālu akumulatora ilgmūžību, izvairieties no ātrās uzlādes lādētājiem, jo tie ātri sakarst un bojā akumulatorus. Turklāt ierobežojiet akumulatora izlādēšanas biežumu, jo tas palielina tā iekšējo pretestību un saīsina darbības laiku un ciklu ilgumu.

Ionic litija dziļā cikla akumulatori var lepoties ar vidēji 3000 līdz 5000 pilnu ciklu ilgumu ar atlikušo 80% ietilpību, kas sasniegts, izmantojot tikai augstākās kvalitātes litija dzelzs fosfāta (LiFePO4) materiālus, kas paredzēti saderībai ar dažādām slodzēm un lādētājiem, un Bluetooth monitoringu, kas sniedz informāciju par uzlādes stāvokli reālajā laikā un aprēķina atlikušo darbības laiku - tas nodrošina mūsu jūras klientiem mieru, plānojot uz priekšu un plānojot akumulatoru, kad tas ir visvairāk nepieciešams.

Lielāks enerģijas blīvums

Litija baterijas ir ļoti energoietilpīgas, kas nozīmē, ka tajās nelielā telpā var uzkrāt ievērojamu enerģijas daudzumu (citējot profesoru Paulu Kristensenu). Lai ķīmisko enerģiju pārvērstu elektriskajā strāvā, litija joniem jāpārvietojas starp anodu un katodu caur anoda-katoda porainu separatoru un elektrolīta slāni; atkārtota uzlāde un izlāde laika gaitā ievērojami uzlabo veiktspēju.

Tirgū ir pieejami dažādi uzlādējamo litija akumulatoru veidi, un katram no tiem ir savs iekšējais ķīmiskais sastāvs. Lai gan daži var maksāt dārgāk par citiem, visiem tiem ir augstāks enerģijas blīvums nekā svina skābes akumulatoriem, kas nozīmē, ka tie uzkrāj vairāk elektriskā lādiņa uz vienu kilogramu vai tilpumu un tādējādi nodrošina garāku braukšanas diapazonu vai ilgāku elektroinstrumentu lietošanas laiku, būtiski nepalielinot izmērus vai svaru.

Akumulatoru tehnoloģija nepārtraukti attīstās, un pētnieki nepārtraukti meklē veidus, kā uzlabot esošās sastāvdaļas. ME profesore Corie Cobb un viņas Integrētās izgatavošanas laboratorijas pētījumi koncentrējas uz 3D elektrodu arhitektūru izstrādi, kas racionalizē akumulatoru izgatavošanu; J Devin MacKenzie no ME un Materiālzinātnes un inženierzinātņu (MSE) fakultātes arī pēta strukturāli inženierijas ceļā izstrādātos antimona sakausējumus kā akumulatoru materiālus.

Enerģijas blīvums ir viens no galvenajiem akumulatora rādītājiem. Ar to mēra, cik daudz enerģijas var uzkrāt šūnā vai akumulatorā uz masas vai tilpuma vienību, tāpēc tas ir īpaši svarīgs tādos lietojumos kā, piemēram, elektriskie transportlīdzekļi, kuriem nepieciešams liels braukšanas rādiuss, ievērojot ierobežotas masas un izmēra prasības.

Lielāka enerģijas blīvuma akumulatori nodrošina ilgāku darbības laiku pirms uzlādes, palīdzot samazināt degvielas patēriņu un uzturēšanas izmaksas, turklāt mazāki akumulatori kompaktāk iekļaujas transportlīdzekļa konstrukcijā, nodrošinot lielāku jaudu paātrinājuma vai lielas slodzes uzdevumiem.

Lielāka enerģijas blīvuma baterijas var ievērojami samazināt to kopējo izmēru un svaru, tāpēc tās ir īpaši noderīgas pārnēsājamā elektronikā un elektriskajos transportlīdzekļos, kur katrs kilograms ir svarīgs. Diemžēl augsta blīvuma baterijām var būt mazāk nekā ideāli sprieguma profili noteiktiem lietojumiem, un tās var nenodrošināt ātru enerģijas pieplūdumu, kad tas ir nepieciešams.

Ātrāka uzlāde

Tā kā arvien vairāk cilvēku pievēršas elektriskajiem transportlīdzekļiem, strauji pieaug pieprasījums pēc litija akumulatoriem, kas ātri uzlādējas. Tradicionālo svina-skābes akumulatoru izlādes dziļums ir tikai 50%, bet litija jonu akumulatoru izlādes dziļums ir 99%, tāpēc tie ir ideāli piemēroti tādiem energoietilpīgiem lietojumiem kā elektriskie transportlīdzekļi. Lielāks uzlādes ātrums ļauj arī saīsināt uzlādes laiku.

Litija jonu baterijās enerģijas uzkrāšanai tiek izmantoti divi elektrodi, kas sastāv no metāla oksīda un poraina oglekļa. Uzlādes laikā joni brīvi pārvietojas starp šiem elektrodiem caur elektrolītu un separatoru; izlādējoties anods oksidējas un zaudē elektronus, bet pēc uzlādes tie atgriežas atpakaļ katodā, un šis cikls turpinās bezgalīgi.

Inženieri ir izstrādājuši tādus materiālus kā silīcija, ģermānija un antimona leģējošie materiāli, kas var labāk uzglabāt litija jonus nekā grafīta anodi, interkalējot šos jonus starp grafēna slāņiem. Diemžēl šie leģējošie materiāli uzlādes/izlādes ciklu laikā fiziski mainās, kas var izraisīt veiktspējas zudumus vai kļūmes.

Kornela universitātes pētnieki ir atklājuši metodi, kā samazināt fizikālā tilpuma izmaiņas, padarot iespējamas augstas veiktspējas litija baterijas ar lielāku uzlādes ātrumu. Pievienojot indiju (ko parasti izmanto skārienjūtīgo ekrānu pārklājumos), viņu komanda samazināja enerģijas barjeras starp elektrodiem, tādējādi atvieglojot jonu pārvietošanos starp elektrodiem.

Pētnieki brīdina, ka ir svarīgi apzināties ar ātro uzlādi saistītos kompromisus. Ātrākai uzlādei nepieciešama ievērojami lielāka strāva un jauda, kas var ievērojami samazināt akumulatora kalpošanas laiku - tas īpaši raksturīgs litija jonu akumulatoriem.

Eksperti iesaka ievērot akumulatoru ražotāju ieteiktos uzlādes ātrumus, lai maksimāli pagarinātu akumulatora ilgmūžību, piemēram, Power Cells akumulatorus ieteicams uzlādēt ar 1C, lai to anodu un katodu nepakļautu pārmērīgam spriegumam; tomēr elektrisko transportlīdzekļu (EV) vadītājiem tas ne vienmēr ir lietderīgi, jo litija jonu akumulatori var nobraukt ierobežotu braukšanas attālumu.

Zemākas izmaksas

Litija akumulatoriem ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar svina skābes akumulatoriem, tostarp izmaksas. Tā kā litija baterijas kalpo ilgāk, sver mazāk un darbojas efektīvāk, to rentabilitāte laika gaitā padara tās par vislabāko ieguldījumu - ietaupot naudu, ko varat saņemt par katru pirkumu vai nomaiņu, kā arī par degvielu dzinējiem vai ģeneratoriem.

Litija jonu akumulatori ir kļuvuši par neticami populāru enerģijas avotu plaša patēriņa elektronikā, hibrīdautomobiļos un elektromobiļos, pateicoties to nelielajam svaram un augstajam enerģijas blīvumam. To konstrukcija ļauj palielināt jaudu, vienlaikus ievērojami samazinot izmaksas. Šī konstrukcija ir ļāvusi palielināt milzīgu jaudu, vienlaikus ievērojami samazinot izmaksas.

Attīstoties tehnoloģijām, ražotāji ir spējuši vēl vairāk samazināt izmaksas, izmantojot labākus materiālus un optimizējot ražošanas procesus. Īpaši daudzsološas metodes ar akumulatoru ražošanu saistīto izmaksu samazināšanai ir taupīgas ražošanas metodes, kas koncentrējas uz atkritumu samazināšanu līdz minimumam, vienlaikus optimizējot produktivitāti.

Viens no galvenajiem šķēršļiem litija jonu akumulatoru plašākai ieviešanai joprojām ir drošības jautājumi, no kuriem viens no galvenajiem ir termisks izsīkšana (virkne ķīmisko reakciju, kas var izraisīt ugunsgrēku). Litija jonu baterijas var būt jutīgas pret šo problēmu, ja to katodos vai anodos rodas plaisas vai īssavienojumi; tomēr šūnu ķīmijas un iepakojuma tehnoloģiju uzlabojumi ir padarījuši šīs baterijas drošākas nekā jebkad agrāk.

Litija jonu akumulatori ir kļuvuši par visizplatītāko izvēli UPS lietojumiem, jo tiem ir zemākas kopējās īpašumtiesību izmaksas, jo īpaši trīsfāzu UPS iekārtām, kas parasti ir lielākas un dārgākas nekā vienfāzu iekārtas.

Attīstoties litija nozarei, tādas inovācijas kā sausais litija polimērs paver aizraujošas jaunas iespējas akumulatoru ķīmijas un konstrukcijas jomā. Šie sasniegumi sola ilgāku ciklu ilgumu un dziļāku izlādi bez termiskā izsīkuma riska vai citām drošības problēmām - tas nozīmē, ka litija jonu akumulatori var kļūt vēl izplatītāki lietojumos nekā iepriekš.