Baterie litowo-jonowe zmieniły sposób, w jaki magazynujemy i wykorzystujemy energię. W porównaniu z tradycyjnymi opcjami, takimi jak ogniwa kwasowo-ołowiowe lub niklowe, są one lżejsze, bardziej kompaktowe i oferują znacznie wyższą gęstość energii, umożliwiając dłuższy czas pracy w mniejszej obudowie. W dalszej części artykułu dowiesz się, jak działa akumulator litowo-jonowy, czym wyróżnia się na tle innych oraz dlaczego dziś korzystają z niego urządzenia, systemy energii słonecznej i wiatrowej oraz pojazdy elektryczne.
Jak działa bateria litowo-jonowa?
Bateria litowo-jonowa to akumulator służący do magazynowania energii. Jego szczególną zasadą działania jest migracja jonów litu pomiędzy dwiema elektrodami.
- Anoda (elektroda ujemna): zwykle grafit, służy jako miejsce magazynowania jonów litu podczas ładowania. Warstwowa anoda pozwala jonom z łatwością opuszczać i wchodzić do akumulatora, dzięki czemu jest on wydajny przez wiele cykli.
- Katoda (elektroda dodatnia): zwykle wykonany ze związków litu, takich jak LiCoO₂ lub LiFePO₄, w których zatrzymane są jony litu. Wybrany materiał w tym przypadku ma największy wpływ na ustawienie pojemności, napięcia i stabilności akumulatora.
- Elektrolit: substancja żelowa lub ciekła ułatwiająca przepływ jonów litu z katody do anody. Umożliwia swobodny przepływ jonów, ale utrzymuje elektrony uwięzione w obwodzie zewnętrznym, dzięki czemu bateria może zasilać urządzenia bez stwarzania jakichkolwiek zagrożeń dla bezpieczeństwa.
- Separator: niezwykle cienka porowata membrana pomiędzy katodą i anodą, a jednocześnie przepuszczalna dla jonów.
Jak działa bateria litowo-jonowa, krok po kroku
- Etap ładowania: Jony litu przemieszczają się z katody do anody pod wpływem elektrolitu. Elektrony przemieszczają się z akumulatora w obwodzie, gdy występuje ładunek równoważący.
- Etap rozładowywania: Jony litu przemieszczają się ponownie z anody do katody, a zmagazynowana energia jest wypychana na zewnątrz.
- Odwracalność: Przepływ jonów można odwrócić, co umożliwia ładowanie akumulatorów litowo-jonowych.
Czym działanie baterii litowo-jonowej różni się od innych baterii
- Gęstość energii
Podwój ciężar energii akumulatorów litowo-jonowych w porównaniu z akumulatorami NiCd lub kwasowo-ołowiowymi. Dlatego są najbardziej odpowiednie do laptopów, telefonów komórkowych i samochodów elektrycznych.
- Cykl życia
Bateria litowo-jonowa ma żywotność 3000–5000 cykli ładowania, a doskonały skład chemiczny, taki jak LiFePO₄, obejmuje ponad 6000 cykli. Lub akumulatory kwasowo-ołowiowe mają żywotność około 300–500 cykli, zanim stracą pojemność.
- Szybkość i wydajność ładowania
Baterie litowo-jonowe ładują się z małą szybkością i zużywają mniej energii podczas ładowania. Akumulatory kwasowo-ołowiowe ładują się z małą szybkością i rozpraszają więcej energii w postaci ciepła.
- Efekt pamięci
Akumulatory NiCd i, co mniej zauważalne, NiMH podlegają „efektowi pamięci”, polegającemu na utracie dostępnej pojemności, jeśli przed ponownym ładowaniem nie zostaną całkowicie rozładowane do zera. Bateria litowo-jonowa działa jest wolny od efektu pamięci przy częściowym ładowaniu bez szkody.
- Waga i przenośność
Akumulatory litowo-jonowe są lekkie i kompaktowe w porównaniu z cięższymi i nieporęcznymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Mniejsza waga w zastosowaniach mobilnych i pojazdach elektrycznych to znacząca zaleta.
- Bezpieczeństwo i stabilność
Akumulatory litowo-jonowe wymagają obwodów zabezpieczających, aby uniknąć przeładowania, głębokiego rozładowania i przepalenia cieplnego. Obecna technologia, w tym akumulatory kwasowo-ołowiowe, może być mniej podatna na niestabilność termiczną, ale jest niebezpieczna w przypadku rozlania kwasu i będzie wymagać konserwacji w regularnych odstępach czasu.
Zastosowania pracy baterii litowo-jonowej
Doskonałe właściwości akumulatorów litowo-jonowych czynią je podstawą nowoczesnych rozwiązań energetycznych. Mają szerokie zastosowanie w:
- Pojazdy elektryczne (EV): Tesla, BYD i inne podobne podmioty wykorzystują akumulatory litowo-jonowe ze względu na ich długą żywotność i wysoką gęstość energii.
- Magazynowanie energii odnawialnej: Baterie litowo-jonowe przechowują nadwyżkę energii z instalacji wiatrowych i słonecznych, aby wykorzystać ją w przyszłości.
- Wyroby medyczne: Rozruszniki serca, przenośne monitory i aparaty słuchowe korzystają z pewnością z baterii litowo-jonowych, co zapewnia niewielką moc.
- Elektronarzędzia: wiertarki akumulatorowe, sprzęt ogrodniczy i urządzenia przemysłowe.
Wnioski
Działanie akumulatorów litowo-jonowych różni się od innych konwencjonalnych technologii. Baterie litowo-jonowe są lepsze od kwasowo-ołowiowych, NiCd i NiMH praktycznie pod każdym względem, charakteryzują się dużą gęstością energii, długim cyklem życia, niewielką wagą i szybkim ładowaniem.
Jeśli z tyłu głowy pojawiają się wysokoenergetyczne systemy magazynowania energii, to firmy takie jak Felicity ESS oferują systemy akumulatorów litowo-jonowych o długiej żywotności do budynków mieszkalnych, przedsiębiorstw komercyjnych i systemów odnawialnych. Aby dowiedzieć się więcej lub zadać pytanie, nie wahaj się skontaktuj się z naszym pracowników, starając się znaleźć najlepsze rozwiązanie spełniające Twoje wymagania.
