Акумулятори в сучасному світі представляють собою практично незамінний предмет. Їх використовують у всіх видах техніки, засобів пересування і комунікації. Сучасна наукова думка рухає нас далеко вперед і освоює все нові й нові джерела енергії. При цьому старий добрий і перевірений літій-іонний акумулятор масово замінити не вдається. Якими бувають літієві акумулятори і в чому переваги кожного з видів розберемося під час огляду.
Які є види літієвих АКБ?
Літієві акумулятори іонного типу бувають з різними за хімічним складом елементами живлення. Найбільш поширеними хімічними добавками є:
- кобальт;
- марганець;
- нікель;
- алюміній;
- оксид титану;
- фосфат заліза.
Відповідно на ринку представлені такі види акумуляторів – літій-кобальтовий, літій-марганцевий, літій-нікель-марганець-кобальтовий.
Найдостойніший в плані конкурентних і експлуатаційних якостей є літій-залізо-фосфатний акумулятор під назвою LiFePo4 і літій-титанатний акумулятор під назвою LTO. Їх досить часто розглядають як окрему від літієвих акумуляторів категорію видів електроживлення. Це відбувається через принципові відмінності елементів живлення.
Основні компоненти та принцип роботи літієвих акумуляторів
Практично всі літієві акумулятори складаються з електродів, електролітів, контактів і пористого сепаратора. Негативно заряджені пластини виготовляються з графіту, а електроліт – із суміші карбонату і сполуки літію з шести валентним фосфатом заліза. На роль катода в таких конструкціях підходить кобальтат літію або шпінель літій-кобальт-марганцевий/літій-марганцевий.
Технологія виготовлення і конструювання літій-іонних елементів модернізується, завдяки чому відбувається вдосконалення і підвищення рівня безпеки в процесі експлуатації, а також якісне і кількісне зростання основних характеристик.
Висока енергоємність літій-іонних елементів живлення дає можливість поміщати в невеликі розміри акумуляторної батареї більший розмір енергії. Підвищений ступінь струмовіддачі робить такі акумулятори затребуваними на ринку.
Основні характеристики подібних акумуляторів:
- чутливість до перезаряду і мінімальних значень енергії;
- робочі температури від плюс 20 °С до мінус 60 °С;
- ступінь ймовірності низького саморозряду становить менше 10%;
- висока енергоємність поєднується з мінімальною вагою;
- ємність у процесі використання скорочується в середньому на 10% на рік;
- ресурс збереження ємності становить близько 1000 повних циклів.
Чим LiFePo4 кращий за інші типи АКБ?
Принципові відмінності літій-залізо-фосфатного акумулятора полягають у виборі матеріалу для катода – літій-ферофосфат. Він відповідає за всі інші особливості конструкції та характеристики. Більша вага самого акумулятора аналогічної ємності порівняно з літій-титанатним. Більш висока номінальна напруга для заряду акумуляторної батареї.
При цьому LiFePo4 має значно більшу кількість робочих циклів, що зберігають ресурс ємності батареї на рівні 80%. Це значення досягає 2000 циклів і навіть більше. Мабуть, серед інших переваг такого типу акумуляторів можна назвати:
- стабільність хімічного складу і термічних показників;
- витривалість і підвищена працездатність в умовах негативних температур;
- короткий час для зарядки акумуляторної батареї;
- високі показники безпеки експлуатації.
Літій-залізо-фосфатний акумулятор сьогодні вважається найкращим силовим агрегатом з відмінними експлуатаційними характеристиками.
Що потрібно знати про літій-залізо-фосфатні акумулятори і чому LTO хороша альтернатива?
Принцип роботи LiFePo4 ґрунтується на використанні електродів нано-розмірів, які обмінюються іонами між собою, завдяки чому відбувається зростання активності на поверхні. Такий принцип конструктивної будови LiFePo4 акумулятора гарантує йому найкращі технічні параметри серед усіх літій-іонних акумуляторів. При цьому у випадках важливого значення ваги самої акумуляторної батареї такі моделі завжди програють.
На виручку до LiFePo4 прийшли літій-титанатні акумулятори, у яких завдяки використанню оксиду титану в ролі катода вдалося зберегти технічні характеристики LiFePo4 моделей і зменшити вагу.
Як заряджати літієвий акумулятор залежить від того, який саме принцип дії покладено в основу створення літій-іонного акумулятора. Як правило, АКБ заряджається від джерела енергоживлення нетривалу кількість часу, яка залежить від виду катодів.
Як зробити правильний вибір: LiFePo4 або літій-титанатний акумулятор?
Перш ніж зупинити свій вибір на тій чи іншій моделі літій-іонних акумулятора, необхідно ознайомитися з їхніми технічними характеристиками, що наведені в технічному паспорті та здебільшого залежать від моделі та виробника. Практичною порадою при виборі АКБ на автомобіль є – посібник виробника конкретної марки автомобіля щодо типу акумуляторів.
Отже, на які моменти необхідно звернути увагу при виборі акумулятора на основі літію:
- умови експлуатації;
- вимоги щодо ваги і тривалість використання без перезаряджання;
- фінансові можливості покупця;
- максимальний ресурс роботи;
- витривалість і довговічність;
- надійність;
- стійкість до негативних температур;
- робочий діапазон температур;
- необхідний діапазон робочої та номінальної напруги.
Необхідно вибирати оптимальний варіант за вартістю і ресурсом збереження ємності. Часом буває, що можливість заощадити на покупці призводить до занадто швидкої необхідності заміни акумуляторної батареї. На цьому тлі приказка “скупий платить двічі” є повчальною. За можливості встановити важчий акумулятор не варто економити на технічних характеристиках і звернутися до LiFePo4. Тоді як за відсутності обмежень у бюджеті та необхідності мінімізувати вагу акумуляторної батареї оптимальним варіантом стане літій-титанова модель, яскравим прикладом може слугувати електровелосипед.
Автор: Куртов Сергій Володимирович (Voltmarket).
