Daudzveidīgas litija jonu baterijas ir litija titanāta baterijas, kurās litija titanātu, kura ķīmiskā formula ir Li4Ti5O12, izmanto kā elektrodu, kas savienots ar pozitīva enerģijas avotu (anodu). Šādu ierīču izstrāde sāka nodarboties tālajos 80. gados.
Saturs
Kas ir litija titanāta akumulators?
Mūsdienās litija titanāta akumulatori ir diezgan reti sastopams elektrisko akumulatoru tips, tāpēc maz par tiem ir dzirdējuši. Tomēr masveida izplatīšana pamazām iegūst impulsu, un līdzīgus produktus plaši izmanto daudzās nozarēs.
Galvenais elektroenerģijas akumulēšanas ierīces mērķis ir izmantošana mūsdienu sadzīves tehnikā, elektriskajos transportlīdzekļos, enerģijas sistēmās un mūsdienīgos sīkrīkos.
Kā notiek LTO bateriju ražošana
Daudzi ražotāji (Seiko, YABO, Toshiba, Altair Nanotechnologies) pakāpeniski sāk ieviest litija titāna oksīda ražošanu, kas balstās uz mūsdienu LTO (titāna oksīda) tehnoloģiju. Strādājot pie šīs tehnoloģijas, ražotājiem izdevās iegūt diezgan attīstītu anoda nanokristālisko struktūru, kas faktiski kļuva par galveno produktu priekšrocību.
Atšķirībā no porainā oglekļa, ko izmanto cita veida litija bateriju radīšanai, nanokristāliskā struktūra ļauj lielu anoda laukumu padarīt “noderīgu”, nodrošinot virsmas stabilitāti. Piemēram, LTO tehnoloģija ļauj iegūt efektīvu anoda virsmas laukumu aptuveni 100 m² / g, savukārt ar oglekļa anodiem šis skaitlis ir aptuveni 3 m² / g.
Sakarā ar lielo anoda laukumu, lādiņš tiek pārnests daudz ātrāk, pieļaujamo strāvu raksturlielumi ir augstāki. Tas viss nodrošina ierīces ilgumu, stabilitāti un darbības drošību.
Darbības princips un ierīces litija titanāta akumulators
Konstrukcijas ārējais apvalks ir plastmasas, kompozītmateriāla, retāk krāsaino metālu. Daudziem modeļiem ir metāla spailes, caur kurām iekšējie stieņi saskaras ar pozitīvā, negatīvā sprieguma un enerģijas patērētāju. Ārēji ierīce atgādina prizmu, cilindru. Pozitīvais kontakts atrodas augšpusē, bet negatīvais - akumulatora apakšā.
Kad akumulators darbojas, tajā notiek noteikta reakcija. Strāva tiek uzkrāta un piegādāta vienlaikus, turklāt akumulācija un padeve ir daudz augstāka nekā ierīcēs, kas izveidotas, izmantojot citas ražošanas tehnoloģijas. Šādas ierīces var uzlādēt līdz ierobežojumam tikai 6 līdz 10 minūtēs. Darbības laikā akumulators nesasilda, tāpēc pārkaršana tiek pilnībā novērsta. Darbības pamatprincips maz atšķiras no litija jonu akumulatoriem.
Negatīvais elektrods ir izgatavots kārtainā grafīta formā. Tajā notiek nejauši procesi, ar elektrību uzlādētie atomi pārvietojas pa matricu, saglabājot spriegumu. Izlādes laikā litija joni mijiedarbojas ar skābekli, caur katodu tiek izvadīti ārā. Uzlādējamie litija joni zaudē sākotnējo spriegumu un nosēžas uz anoda virsmas līdz nākamajai uzlādei. Uzlādes process tiek atkārtots, bet apgrieztā secībā. Darbības laikā korpusa iekšpusē var uzkrāties gāzes, to tvaiki tiek izvadīti caur īpašām atverēm vai izplūdes caurulēm.
Litija titanāta bateriju tehniskie parametri
Ārvalstu un Krievijas ražotāji cenšas ievērot vienu standartu, tas nosaka šādus parametrus:
- 30 - 110 W / kg - enerģijas uzkrāšana;
- pie maksimālās slodzes ierīce dod īpatnējo jaudu no 3000 līdz 5100 W / kg;
- lādēšanas blīvums ne vairāk kā 177 W * h / l;
- nominālais spriegums - 1,9 - 2,4 V, maksimālā izlāde - 1,5 V - 1,7 V;
- cikliskās “lādēšanas-izlādes” efektivitāte pie zemām strāvām svārstās 95% robežās, pie lielākām strāvām tā pazeminās līdz 85%;
- 100 000 saglabā 90% no akumulatora jaudas, 20 000 - 80%, dažiem ražotājiem izdevās pēdējos palielināt līdz 40 000 izlādes-uzlādes ciklu.
Baterijas, kas izgatavotas, pamatojoties uz LTO, var darboties spēcīga sala apstākļos (no mīnus 40 ° C) un ekstrēmā karstumā (līdz plus 55 ° C). Akumulatora pašizlāde mēnesī no 2% līdz 5%. Daži ražotāji atkarībā no modeļa nosaka garantijas periodu, kas pārsniedz 10 vai pat 20 gadus.
Litija titanāta akumulators: plusi un mīnusi
Plusi var tikt uzskatīti par:
- zema iekšējā pretestība;
- ļoti ātra uzlāde;
- nepārtraukts un ilgs darba laiks;
- augsts izlādes un uzlādes strāvu raksturojums;
- augstas ekspluatācijas īpašības nelabvēlīgos laika apstākļos;
- stabilitāte;
- drošība
Daudzi cilvēki šādus produktus sauc par “zaļiem” enerģijas avotiem, ņemot vērā faktu, ka ierīču darbību var uzskatīt par videi draudzīgu. Baterijas dzīves cikls ir ievērojami palielināts, pateicoties anoda ražošanā litija titanātam. Ierīce nodrošina vairāk nekā 20 000 uzlādes-izlādes ciklu. Tajā pašā laikā trūkums ir tāds, ka šādu akumulatoru spriegums samazinās atkarībā no to ietilpības. Samazināts darba spriegums 2,4 V, kā dēļ samazinās īpatnējais enerģijas indekss. Tomēr, runājot par kritiskiem darbības apstākļiem, šīs baterijas ir visspēcīgākās starp analogiem, jo tās spēj nodrošināt maksimālu enerģijas plūsmu.
Lielākais LTO bateriju trūkums ir to lēnā ieviešana. Tomēr vairums ražotāju, veidojot šādas vienības, sāk pakāpeniski ieviest salīdzinoši jaunu tehnoloģiju elektrisko barošanas avotu ražošanai.
Kur tiek izmantotas LTO baterijas?
Nepārprotamas LTO akumulatoru priekšrocības no citiem enerģijas avotiem ļauj plaši izmantot šāda veida akumulatorus elektriskajos transportlīdzekļos, luksoforos, spēkstacijās, jahtu un uzlādes stacijās. Finanšu iespējas, slimnīcas, rezerves energosistēmas, sakaru stacijas, telekomunikāciju centri, pašpārvaldes laika stacijas, sabiedriskais transports.
Apgaismojot ielas, kur galvenā enerģijas avota uzlāde notiek saules paneļu dēļ, kas uzkrāj enerģiju no saules. Līdzīgu dizainu var redzēt laika radaros, nepārtrauktās barošanas avotos, lietošanai mājās, iekrāvējos.
Pakāpeniski šāda veida akumulatorus sāk ieviest citās nozarēs. Tos var redzēt mobilajās medicīnas ierīcēs, rokas pulksteņos, videokamerās, digitālajās ierīcēs un pat mobilajos tālruņos un klēpjdatoros.
Lietošanas un iznīcināšanas noteikumi
Ierīces galveno lādiņu nosaka katoda un anoda ķīmiskā reakcija. Papildu uzlāde ir iespējama, pievienojot ārēju ierīci. LTO baterijas tiek uzlādētas tikai ar nosacījumu, ka tās piegādā līdzstrāvu, pastāvīgs spriegums tiek iestatīts uz pilnu uzlādi. Šādas ierīces tiek uzskatītas par bez uzraudzības. Ja akumulators ir bojāts vai darbojas nepareizi, to nevar salabot. Atverot ierīces pārsegu, akumulatora plāksne tiek iznīcināta.
Periodiski ir jāpārbauda maksa ar īpašām ierīcēm. Speciālistiem ir jāpārbauda korpuss drošībai, spailēm un, ja nepieciešams, jāattīra oksidācija un netīrumi. Kontakta slēgšana nav atļauta.
Baterijas uzskata par 2. bīstamības klases atkritumiem. Šādas baterijas jāiznīcina saskaņā ar īpašiem noteikumiem.Tāpēc ražotāji iesaka, utilizējot litija titanāta baterijas, tās nogādāt īpašos uzņēmumos, uzņēmumos, kas tos var pareizi pārstrādāt.
Šīs enerģijas uzkrāšanas ierīces ir kļuvušas par sasniegumu mūsdienu akumulatoru ražošanā. Tos pamatoti var saukt par nevainojamiem, efektīviem, drošiem. Tomēr to lielos trūkumus nosaka augstās izmaksas un tirgus deficīts.
