Mitä ovat litiumioniakut

Litiumioniakut ovat suosittu akkukemian tyyppi. Näiden akkujen merkittävä etu on, että ne ovat ladattavia. Tämän ominaisuuden ansiosta niitä löytyy nykyään useimmista akkuja käyttävistä kuluttajalaitteista. Niitä löytyy esimerkiksi puhelimista, sähköajoneuvoista ja akkukäyttöisistä golfkärryistä.

Miten litiumioniakut toimivat?

Litiumioniakut koostuvat yhdestä tai useammasta litiumioniakusta. Ne sisältävät myös suojaavan piirilevyn ylilatauksen estämiseksi. Kennoja kutsutaan akuiksi, kun ne on asennettu suojaavan piirilevyn sisältävään koteloon.

Ovatko litiumioniakut samoja kuin litiumparistot?

Ei. Litium-ioniakku ja litium-ioniakku eroavat toisistaan huomattavasti. Tärkein ero on, että jälkimmäiset ovat ladattavia. Toinen merkittävä ero on säilyvyysaika. Litium-ioniakku voi kestää käyttämättömänä jopa 12 vuotta, kun taas litium-ioniakkujen säilyvyysaika on jopa 3 vuotta.

Mitkä ovat litiumioniakkujen tärkeimmät komponentit

Litiumioniakuissa on neljä pääkomponenttia. Nämä ovat:

Anodi

Anodi sallii sähkön siirtymisen akusta ulkoiseen piiriin. Se myös varastoi litiumioneja akun latauksen aikana.

Katodi

Katodi määrittää kennon kapasiteetin ja jännitteen. Se tuottaa litiumioneja akun purkautuessa.

Elektrolyytti

Elektrolyytti on materiaali, joka toimii kanavana litiumioneille, jotka liikkuvat katodin ja anodin välillä. Se koostuu suoloista, lisäaineista ja erilaisista liuottimista.

Erotin

Litiumioniakun viimeinen osa on erotin. Se toimii fyysisenä esteenä pitäen katodin ja anodin erillään.

Litiumioniakut toimivat siirtämällä litiumioneja katodilta anodille ja päinvastoin elektrolyytin kautta. Liikkuessaan ionit aktivoivat vapaita elektroneja anodissa, jolloin syntyy varaus positiiviseen virrankerääjään. Nämä elektronit virtaavat laitteen, puhelimen tai golfkärryn, läpi negatiiviseen keräimeen ja takaisin katodiin. Erotin estää elektronien vapaan virtauksen akun sisällä ja pakottaa ne kohti kontakteja.

Kun lataat litiumioniakkua, katodi vapauttaa litiumioneja, jotka liikkuvat kohti anodia. Purkautuessaan litiumionit siirtyvät anodilta katodiin, mikä synnyttää virran.

Milloin litiumioniakut keksittiin?

Englantilainen kemisti Stanley Whittingham keksi litiumioniakut ensimmäisen kerran 70-luvulla. Kokeidensa aikana tiedemiehet tutkivat erilaisia kemikaaleja löytääkseen akun, joka voisi ladata itsensä uudelleen. Ensimmäisessä kokeessaan elektrodeina käytettiin titaanidisulfidia ja litiumia. Akut kuitenkin oikosulkeutuivat ja räjähtivät.

80-luvulla toinen tiedemies, John B. Goodenough, tarttui haasteeseen. Pian sen jälkeen japanilainen kemisti Akira Yoshino aloitti teknologian tutkimuksen. Yoshino ja Goodenough osoittivat, että litiummetalli oli räjähdysten pääsyy.

90-luvulla litiumioniteknologia alkoi saada jalansijaa ja siitä tuli nopeasti suosittu virtalähde vuosikymmenen loppuun mennessä. Se oli ensimmäinen kerta, kun Sony kaupallisti teknologian. Litiumioniakkujen heikko turvallisuustaso johti litiumioniakkujen kehittämiseen.

Vaikka litium-akut voivat pitää sisällään suuremman energiatiheyden, ne ovat vaarallisia latauksen ja purkauksen aikana. Toisaalta litiumioniakut ovat melko turvallisia ladata ja purkaa, kun käyttäjät noudattavat perusturvallisuusohjeita.

Mikä on paras litiumioniakkukemia?

Litiumioniakkuja on saatavilla lukuisia erityyppisiä koostumuksia. Kaupallisesti saatavilla olevat ovat:

Litiumtitanaatti
Litiumnikkeli-kobolttialumiinioksidi
Litiumnikkeli-mangaani-kobolttioksidi
Litiummangaanioksidi (LMO)
Litiumkobolttioksidi
Litiumrautafosfaatti (LiFePO4)

Litiumioniakkuja on saatavilla lukuisia erityyppisiä kemikaaleja. Jokaisella on hyvät ja huonot puolensa. Jotkut sopivat kuitenkin vain tiettyihin käyttötapauksiin. Valitsemasi tyyppi riippuu siis tehotarpeistasi, budjetistasi, turvallisuussietokyvystäsi ja käyttötarkoituksestasi.

LiFePO4-akut ovat kuitenkin kaupallisesti saatavilla oleva vaihtoehto. Näissä akuissa on grafiittihiilielektrodi, joka toimii anodina, ja fosfaattielektrodi katodina. Niillä on pitkä, jopa 10 000 lataussyklin käyttöikä.

Lisäksi ne tarjoavat erinomaisen lämpövakauden ja kestävät turvallisesti lyhyitä kysynnän piikkejä. LiFePO4-akkujen lämpökäyrä on jopa 510 Fahrenheit-astetta, mikä on korkein kaikista kaupallisesti saatavilla olevista litiumioniakkutyypeistä.

LiFePO4-akkujen edut

Lyijyakkuihin ja muihin litiumpohjaisiin akkuihin verrattuna litiumrautafosfaattiakuilla on valtava etu. Ne latautuvat ja purkautuvat tehokkaasti, kestävät pidempään ja voivat syvälatautua.clemenettämättä kapasiteettia. Nämä edut tarkoittavat, että akut tarjoavat valtavia kustannussäästöjä käyttöikänsä aikana verrattuna muihin akkutyyppeihin. Alla tarkastellaan näiden akkujen erityisiä etuja hidaskäyntisissä ajoneuvoissa ja teollisuuslaitteissa.

LiFePO4-akku hitaissa ajoneuvoissa

Hidasnopeusajoneuvot (LEV) ovat nelipyöräisiä ajoneuvoja, jotka painavat alle 3000 paunaa. Ne toimivat sähköakuilla, minkä vuoksi ne ovat suosittu valinta golfkärryihin ja muihin virkistyskäyttöön.

Kun valitset akkukäyttöisen ajoneuvosi, yksi tärkeimmistä huomioitavista tekijöistä on kestävyys. Esimerkiksi akkukäyttöisissä golfkärryissä tulisi olla riittävästi tehoa ajaakseen 18-reikäisellä golfkentällä ilman latausta.

Toinen tärkeä huomioitava seikka on huolto-ohjelma. Hyvä akku ei vaadi huoltoa, jotta se takaa maksimaalisen nautinnon vapaa-ajan aktiviteeteistasi.

Akun tulisi myös toimia vaihtelevissa sääolosuhteissa. Esimerkiksi sen pitäisi mahdollistaa golfin pelaaminen sekä kesähelteellä että syksyllä lämpötilan laskiessa.

Hyvässä akussa tulisi myös olla ohjausjärjestelmä, joka varmistaa, ettei se ylikuumene tai jäähdy liikaa, mikä heikentäisi sen kapasiteettia.

Yksi parhaista tuotemerkeistä, joka täyttää kaikki nämä perus-mutta tärkeät ehdot, on ROYPOW. Heidän LiFePO4-litium-akkumallistonsa on mitoitettu 4–131 °F:n lämpötiloille. Akuissa on sisäänrakennettu akunhallintajärjestelmä, ja ne on erittäin helppo asentaa.

Litiumioniakkujen teolliset sovellukset

Litiumioniakut ovat suosittu vaihtoehto teollisissa sovelluksissa. Yleisin käytetty kemia on LiFePO4-akut. Joitakin yleisimpiä laitteita, joissa näitä akkuja käytetään, ovat:

Kapeakäytävätrukit
Vastapainotrukit
3-pyöräiset trukit
Kävelytrukit
Pääty- ja keskiratsastajat

Litiumioniakkujen suosion kasvuun teollisuusympäristöissä on monia syitä. Tärkeimmät niistä ovat:

Suuri kapasiteetti ja pitkäikäisyys

Litiumioniakuilla on suurempi energiatiheys ja pidempi käyttöikä verrattuna lyijyakkuihin. Ne voivat painaa kolmanneksen lyijyakkujen painosta ja tuottaa saman tehon.

Niiden elinkaari on toinen merkittävä etu. Teollisuustoiminnassa tavoitteena on pitää lyhytaikaiset toistuvat kustannukset minimissä. Litiumioniakkujen ansiosta trukkien akut voivat kestää jopa kolme kertaa pidempään, mikä johtaa valtaviin kustannussäästöihin pitkällä aikavälillä.

Ne voivat myös toimia jopa 80 %:n purkaussyvyydellä ilman, että niiden kapasiteettiin kohdistuu vaikutusta. Tällä on toinenkin etu ajansäästönä. Toimintoja ei tarvitse pysäyttää kesken akkujen vaihdon, mikä voi säästää tuhansia työtunteja riittävän pitkän ajanjakson aikana.

Nopea lataus

Teollisuuskäyttöön tarkoitettujen lyijyakkujen normaali latausaika on noin kahdeksan tuntia. Tämä vastaa kokonaista kahdeksan tunnin vuoroa, jonka aikana akkua ei voida käyttää. Näin ollen esimiehen on otettava huomioon tämä seisokkiaika ja ostettava lisää akkuja.

LiFePO4-akkujen kanssa se ei ole haaste. Hyvä esimerkki onROYPOW-teollisuuslitiumparistot LifePO4, jotka latautuvat neljä kertaa nopeammin kuin lyijyakut. Toinen etu on kyky pysyä tehokkaina purkauksen aikana. Lyijyakkujen suorituskyky heikkenee usein purkautumisen aikana.

ROYPOW-teollisuusakkujen mallistossa ei myöskään ole muistiongelmia tehokkaan akun hallintajärjestelmän ansiosta. Lyijyakut kärsivät usein tästä ongelmasta, mikä voi johtaa täyden kapasiteetin saavuttamatta jäämiseen.

Ajan myötä se aiheuttaa sulfatoitumista, joka voi puolittaa niiden jo ennestään lyhyen käyttöiän. Ongelma ilmenee usein, kun lyijyakkuja säilytetään ilman täyttä latausta. Litium-akkuja voidaan ladata lyhyin väliajoin ja varastoida millä tahansa yli nollan kapasiteetilla ilman ongelmia.

Turvallisuus ja käsittely

LiFePO4-akuilla on valtava etu teollisuusympäristöissä. Ensinnäkin niillä on erinomainen terminen stabiilius. Nämä akut voivat toimia jopa 50 °C:n lämpötiloissa vaurioitumatta. Lyijyakut menettäisivät jopa 80 % käyttöikänsä vastaavassa lämpötilassa.

Toinen ongelma on akkujen paino. Samalla akun kapasiteetilla lyijyakut painavat huomattavasti enemmän. Siksi ne vaativat usein erityislaitteita ja pidemmän asennusajan, mikä voi johtaa työssä käytettyjen työtuntien vähenemiseen.

Toinen ongelma on työntekijöiden turvallisuus. Yleisesti ottaen LiFePO4-akut ovat turvallisempia kuin lyijyakut. OSHA:n ohjeiden mukaan lyijyakut on varastoitava erityisessä huoneessa, jossa on laitteet, jotka on suunniteltu poistamaan vaaralliset höyryt. Tämä tuo lisäkustannuksia ja monimutkaisuutta teolliseen toimintaan.

Johtopäätös

Litiumioniakuilla on selkeä etu teollisuusympäristöissä ja hitaasti liikkuvissa sähköajoneuvoissa. Ne kestävät pidempään, mikä säästää käyttäjien rahaa. Nämä akut ovat myös huoltovapaita, mikä on erityisen tärkeää teollisuusympäristössä, jossa kustannussäästöt ovat ensiarvoisen tärkeitä.