Hvað er litíum rafhlaða tækni?

Lithium rafhlöður standa í sundur frá öðrum rafhlöðum efnafræði vegna mikillar orkuþéttleika þeirra og lágs kostnaðar á hverja lotu.Hins vegar er „litíum rafhlaða“ óljóst hugtak.Það eru um sex algengar efnafræði litíum rafhlöður, allar með sína einstaka kosti og galla.Fyrir endurnýjanlega orkunotkun er ríkjandi efnafræði Litíum járnfosfat (LiFePO4) .Þessi efnafræði hefur framúrskarandi öryggi, með miklum hitastöðugleika, háum straumeinkunnum, langri líftíma og þolir misnotkun.

Litíum járnfosfat (LiFePO4) er afar stöðug litíum efnafræði miðað við næstum öll önnur litíum efnafræði.Rafhlaðan er sett saman með náttúrulegu öruggu bakskautsefni (járnfosfat).Í samanburði við önnur litíum efnafræði stuðlar járnfosfat að sterku sameindatengi, sem þolir erfiðar hleðsluskilyrði, lengir líftíma hringrásarinnar og viðheldur efnafræðilegum heilindum yfir margar lotur.Þetta er það sem gefur þessum rafhlöðum mikla hitastöðugleika, langan líftíma og þol gegn misnotkun. LiFePO4 rafhlöður eru ekki tilhneigingu til að ofhitna, né er þeim fargað í „hitauppstreymi“ og ofhitna því ekki eða kvikna í þeim þegar þeir verða fyrir mikilli rangri meðferð eða erfiðum umhverfisaðstæðum.

Ólíkt blýsýru og öðrum rafhlöðuefnafræðilegum efnum, þá hleypa litíum rafhlöður ekki út hættulegar lofttegundir eins og vetni og súrefni.Það er heldur engin hætta á útsetningu fyrir ætandi raflausnum eins og brennisteinssýru eða kalíumhýdroxíði.Í flestum tilfellum er hægt að geyma þessar rafhlöður á lokuðum svæðum án þess að hætta sé á sprengingu og rétt hannað kerfi ætti ekki að þurfa virka kælingu eða loftræstingu.

Lithium rafhlöður eru samsetning sem samanstendur af mörgum frumum, eins og blýsýru rafhlöðum og mörgum öðrum rafhlöðum.Blýsýrurafhlöður eru með nafnspennu 2V/klefa, en litíum rafhlöður eru með nafnspennu 3,2V.Þess vegna, til að ná 12V rafhlöðu, muntu venjulega hafa fjórar frumur tengdar í röð.Þetta mun gera nafnspennu a LiFePO4 12,8V .Átta frumur tengdar í röð mynda a 24V rafhlaða með 25,6V nafnspennu og sextán frumur tengdar í röð mynda a 48V rafhlaða með 51,2V nafnspennu.Þessar spennur virka mjög vel með þinn dæmigerða 12V, 24V og 48V inverters .

Lithium rafhlöður eru oft notaðar til að skipta um blýsýru rafhlöður beint vegna þess að þær hafa mjög svipaða hleðsluspennu.Fjögurra fruma LiFePO4 rafhlaða (12,8V), mun venjulega hafa hámarks hleðsluspennu á milli 14,4-14,6V (fer eftir ráðleggingum framleiðanda).Það sem er einstakt við litíum rafhlöðu er að það þarf ekki frásogshleðslu eða að halda henni í stöðugri spennu í umtalsverðan tíma.Venjulega, þegar rafhlaðan nær hámarks hleðsluspennu, þarf ekki lengur að hlaða hana.Afhleðslueiginleikar LiFePO4 rafhlaðna eru einnig einstakir.Við losun munu litíumrafhlöður halda miklu hærri spennu en blýsýrurafhlöður myndu venjulega undir álagi.Það er ekki óalgengt að litíum rafhlaða lækki aðeins nokkra tíundu úr volta úr fullri hleðslu í 75% afhleðslu.Þetta getur gert það að verkum að erfitt er að segja til um hversu mikið getu hefur verið notað án rafhlöðueftirlitsbúnaðar.

Verulegur kostur litíums fram yfir blýsýrurafhlöður er að þær þjást ekki af hjólreiðum.Í meginatriðum er þetta þegar ekki er hægt að fullhlaða rafhlöðurnar áður en þær eru tæmdar aftur daginn eftir.Þetta er mjög stórt vandamál með blýsýrurafhlöður og getur stuðlað að verulegu niðurbroti á plötum ef hjólað er ítrekað á þennan hátt.LiFePO4 rafhlöður þurfa ekki að vera fullhlaðnar reglulega.Reyndar er hægt að bæta heildarlífslíkur örlítið með smá hleðslu að hluta í stað fullrar hleðslu.

Skilvirkni er mjög mikilvægur þáttur þegar hannað er sólarrafmagnskerfi.Skilvirkni fram og til baka (frá fullum til dauður og aftur í fulla) meðal blýsýru rafhlöðu er um 80%.Önnur efnafræði getur verið enn verri.Orkunýtni litíum járnfosfat rafhlöðu fram og til baka er allt að 95-98%.Þetta eitt og sér er umtalsverð framför fyrir kerfi sem eru svelt af sólarorku á veturna, eldsneytissparnaður vegna hleðslu rafala getur verið gríðarlegur.Frásogshleðslustig blýsýrurafgeyma er sérstaklega óhagkvæmt, sem leiðir til skilvirkni upp á 50% eða jafnvel minni.Miðað við að litíum rafhlöður gleypa ekki hleðslu getur hleðslutíminn frá því að vera tæmd að fullu verið allt að tvær klukkustundir.Það er líka mikilvægt að hafa í huga að litíum rafhlaða getur gengist undir næstum algjöra losun eins og hún er metin án teljandi skaðlegra áhrifa.Það er hins vegar mikilvægt að ganga úr skugga um að einstakar frumur losni ekki of mikið.Þetta er starf hins samþætta Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) .

Öryggi og áreiðanleiki litíum rafhlöður er mikið áhyggjuefni, þannig að allar samsetningar ættu að vera samþættar Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) .BMS er kerfi sem fylgist með, metur, jafnvægir og verndar frumur frá því að starfa utan „öruggs rekstrarsvæðis“.BMS er ómissandi öryggisþáttur litíum rafhlöðukerfis, sem fylgist með og verndar frumurnar innan rafhlöðunnar gegn ofstraumi, undir/yfirspennu, undir/yfir hitastigi og fleira.LiFePO4 fruma skemmist varanlega ef spenna frumunnar fellur einhvern tímann niður í 2,5V, hún skemmist einnig varanlega ef spenna frumunnar hækkar í meira en 4,2V.BMS fylgist með hverri frumu og kemur í veg fyrir skemmdir á frumunum ef um er að ræða undir/ofspennu.

Önnur mikilvæg ábyrgð BMS er að koma jafnvægi á pakkann meðan á hleðslu stendur og tryggja að allar frumur fái fulla hleðslu án ofhleðslu.Frumur LiFePO4 rafhlöðu munu ekki koma sjálfkrafa jafnvægi í lok hleðslulotunnar.Það eru smávægilegar breytingar á viðnáminu í gegnum frumurnar og því er engin fruma 100% eins.Þess vegna, þegar hjólað er, verða sumar frumur fullhlaðnar eða tæmdar fyrr en aðrar.Mismunur milli frumna mun aukast verulega með tímanum ef frumurnar eru ekki í jafnvægi.

Í blýsýru rafhlöður straumur mun halda áfram að flæða jafnvel þegar ein eða fleiri frumurnar eru fullhlaðinar.Þetta er afleiðing af rafgreiningin á sér stað innan rafhlöðunnar, vatnið klofnar í vetni og súrefni.Þessi straumur hjálpar til við að hlaða aðrar frumur að fullu og jafnar þannig eðlilega hleðslu á öllum frumum.Hins vegar mun fullhlaðinn litíum klefi hafa mjög mikla viðnám og mjög lítill straumur mun flæða.Eftirstöðvarnar verða því ekki fullhlaðnar.Við jafnvægisstillingu mun BMS setja lítið álag á fullhlaðnar frumur, koma í veg fyrir að það hleðst of mikið og leyfa hinum frumunum að ná sér.

Lithium rafhlöður bjóða upp á marga kosti umfram önnur rafhlöðuefnafræði.Þeir eru örugg og áreiðanleg rafhlöðulausn, án ótta við hitauppstreymi og/eða hörmulegt bráðnun, sem er verulegur möguleiki frá öðrum litíum rafhlöðum.Þessar rafhlöður bjóða upp á mjög langan endingartíma, þar sem sumir framleiðendur ábyrgjast jafnvel rafhlöður fyrir allt að 10.000 lotur.Með háum afhleðslu- og endurhleðsluhraða upp fyrir C/2 samfellda og fram og til baka skilvirkni allt að 98%, er það engin furða að þessar rafhlöður séu að ná tökum innan iðnaðarins. Litíum járnfosfat (LiFePO4) er fullkomið orkugeymslulausn .