Литиевые аккумуляторы — использования для автомобилей

Литиевый аккумулятор для автомобиля становится все популярнее. При одинаковой энергоемкости он в три раза легче свинцово-кислотного аналога, вдвое компактней, и выдерживает в 20 раз больше циклов зарядки-разрядки. С учетом эксплуатационного срока, источник питания смело можно относить к доступным. А с ростом спроса улучшаются технологии, что удешевляет конечную продукцию.

Литиевый аккумулятор для авто
Литиевый аккумулятор для авто обладает малым весом и выдерживает многократную перезарядку.

Особенности литиевых АКБ для автомобиля

Автомобильный литионный аккумулятор разрабатывался с начала 1912 года, но первые источники питания, причем неперезаряжаемые, появились только в начале 70-х. В 80-х работали над возможностью перезарядки, но безуспешно, так как металлический литий, используемый в качестве основного материала, не был стабилен.

Решение нестабильности — применение неметаллического раствора с литием. Первая Li-Ion АКБ была запатентована фирмой Sony в 1991 году. С тех пор технология развивается и становится все более актуальной для разных сфер.

Литий-ионная батарея для авто в разы легче кислотного аналога, дольше хранит заряд, и при условии соблюдения правил эксплуатации и обслуживания способна проработать более 10 лет. Но повсеместно эти источники питания еще не применяют ввиду высокой цены.

Разновидности

Литиевыми такие аккумуляторы называют из-за лития, используемого для переноса электрического заряда. Ион без проблем взаимодействует с кристаллическими решетками иных материалов, что приводит к образованию новых соединений. Виды литиевых АКБ:

Виды литиевых АКБ
Виды литиевых АКБ.
  • Li-Ion. Это литий ионный аккумулятор для автомобиля, в основном электрокара или гибридной модели. Применяется как тяговая, а не стартерная батарея. За перенос заряда отвечают заряженные ионы лития. Ранее материалом пластин был литий, сегодня – графит;
  • Li-Pol. Литий-полимерная АКБ, с полимерным, а не жидким электролитом, как у Li-Ion. Результат – выше эксплуатационные характеристики. Находит применение в электронике, электрокарах и т.д.;
  • LiMO2. Катоды лития с содержанием кобальта. Маленькие размеры кобальтового иона Co3+ обеспечивают легкое перемещение литий-ионных катодов. Это дало возможность делать компактные батареи с высокой плотностью и энергоемкостью;
  • LiCoO2 (LCO). Литий-кобальтовый оксид. Из-за малой механической устойчивости применяется для питания электроприборов;
  • LiNiCoAlO2 (NCA). Литий-никель-кобальт-алюминий-оксид. Такое соединение дает высокую плотность и мощность. Применяется как АКБ 12 Вольт для авто;
  • LiNiMnCoO2 (NMC). Еще прочнее и выносливее, чем NCA. Применяется для электромобилей, причем в разных модификациях. Принцип таков: выше доля никеля – больше энергии;
  • LiFePO4 (LFP). Литий-железо-фосфат. Прочный вид, но не такой плотный, как LiMO2. Широко применяется в Китае для городских электромобилей;
  • LiMn2O4 (LMO). Литий-никель-марганец оксид. Ранее применялся в электромобилях.

Формулы более понятны химикам, но логично, что с разными материалами меняются и свойства источника питания. Наиболее перспективные феррофосфатные модели (LFP). Они долговечны, хорошо сохраняют энергоемкость, и характерны стабильным напряжением по ходу разрядки. К слову, одна ячейка дает 3.2 В, и если соединить четыре, получится 12.8 В – то, что нужно для питания бортовой сети авто.

Конструкция и принцип работы

Принцип работы
Принцип работы АКБ.

В 70-х годах первые батареи на основе металлического лития вызывали проблемы ввиду большой химической активности материала. Элементы быстро нагревались, загорались, а то и взрывались. В 90-х вместо чистого лития начали применять его ионы.

Нынешние литий-ионные аккумуляторы быстро накапливают и отдают большое количество энергии, что делает их востребованными для электромобилей. Источник питания оснащен отрицательно и положительно заряженными электродами, с токосъемниками, присоединенными клеммами.

Катодом (отрицательно заряженным электродом) служит углеродная матрица, состоящая из графита, сажи или углерода. Анод (положительно заряженный) – легированный оксид одного из материалов. Сепаратор, поры которого пропитаны электролитом, разделяет анод и катод.

Когда на сепараторе высвобождаются свободные электроны, в электродах начинают замещаться молекулы – ионы лития попадают в структуру матрицы. Результатом служит высвобождение энергии, которая через клеммы идет по кабелям и используется как тяговая сила электрокара. С целью повысить безопасность Li-Ion аккумуляторов, производители делают их корпуса герметичными.

Плюсы и минусы

Литиевые АКБ – оптимальный источник питания для электрических транспортных средств. Их достоинства:

  • плотность энергии в четыре раза выше, чем у свинцово-кислотного аналога;
  • напряжение клеток. Одна ячейка Li-Ion равна трем NiCd или NiMH, дающим всего 1.2 В. Ученые работают над тем, чтобы добиться более высокого напряжения, что позволит изготавливать компактные, и в то же время вместительные элементы;
  • устойчивость к высоким токам разряда;
  • возможность повысить мощность и производительность;
  • быстрая зарядка;
  • практически полное отсутствие «эффекта памяти». Даже разряженная батарея способна долго прослужить, вплоть до 10 лет;
  • низкий саморазряд. В месяц теряется 3 – 5% заряда;
  • способность выдерживать многократную перезарядку.

В плане соотношения выходного тока к энергоемкости, литиевые батареи наиболее оптимальны. И если сравнивать с кислотными аккумуляторами, ряд операций потребуют меньше электроэнергии.

За счет высокой термической стабильности литиевые элементы безопасны в эксплуатации. Но это актуально, только если есть встроенный стабилизатор, который в разы увеличивают цену аккумулятора.

Слабые стороны:

  • чувствительность к «глубокой» разрядке, перегрузкам и повышенным температурам. На практике проблемы встречаются редко, так как в батареях предусмотрена защитная электроника. Есть модели и без защиты, которые требуется правильно заряжать, иначе долго они не прослужат;
  • чувствительность к низким температурам. Рабочая температура для литиевого источника питания – от +10 до +35°. В условиях мороза резко падает мощность. Но выпускают особые модели аккумуляторов, выдерживающие холод до -40°, правда их разрядные потоки ограничены.

Да и стоят такие источники энергии немало, что не способствует их распространению.

Эксплуатация АКБ

Аккумулятор быстро наполняется энергией при подзарядке. Но химические реакции – не мгновенны, что объясняет разное состояние электролита между электродами. Слои, которые ближе к электродам – получат заряд, а отдаленные – нет. Особенно заметна разница в ячейках с большой энергоемкостью и объемом электролита.

Для ускорения зарядки не нужно ставить высокий ток. Напряжение поднимется быстрее, но «насыщение» займет больше времени. С высоким током первая стадия становится короче, вторая – длиннее.

Для выбора зарядного тока учитывают емкость аккумулятора. Выставляют 5% от значения емкости. Например, если батарея на 80 Ач, заряжают током не 8 А, как обычную, а 4 А. И все же, надо смотреть инструкцию, где самим производителем указана необходимая сила тока.

Если отталкиваться от многочисленных исследований, постоянная заряженность в районе 45% продлевает срок службы литиевого аккумулятора.

«Отживший свое» источник питания нельзя выбрасывать, так как он наносит вред окружающей среде. Если от устройства надо избавиться, сдают в специализированную компанию, занимающуюся утилизацией и переработкой.

Утилизация аккумуляторов
Утилизация аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы характерны многими преимуществами, но сейчас они ориентированы на электротранспорт. Конечно, можно переделать феррофосфатную батарею и поставить ее вместо обычной свинцово-кислотной, но это будет тяжело и дорого. А пока остается ждать дальнейшего развития технологии.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Автономные источники питания
Добавить комментарий

:) :D :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen:

Adblock
detector