Аккумуляторы li ion. Литий-ионные аккумуляторы: особенности, преимущества и безопасное использование

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает. Каковы основные преимущества литий-ионных батарей. Какие меры безопасности нужно соблюдать при использовании литий-ионных аккумуляторов. Почему литий-ионные батареи иногда вызывают пожары.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор представляет собой современное устройство для хранения электрической энергии, в котором ключевую роль играют ионы лития. Как устроен и функционирует такой аккумулятор? Во время разрядки атомы лития на аноде теряют электроны и превращаются в ионы. Эти ионы движутся через электролит к катоду, где они снова соединяются с электронами. Ионы лития достаточно малы, чтобы проходить через специальный микропористый разделитель между электродами.

В качестве материалов электродов могут использоваться различные вещества. Наиболее распространенная комбинация — это оксид лития-кобальта (катод) и графит (анод). Такая конструкция чаще всего применяется в портативной электронике. В электромобилях часто используют оксид лития-марганца или фосфат лития-железа в качестве катода. Электролитом обычно служат органические эфиры.

Ключевые преимущества литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные батареи обладают рядом важных достоинств по сравнению с другими типами аккумуляторов:

• Высокая плотность энергии (100-265 Вт·ч/кг)
• Высокое рабочее напряжение (до 3,6 В на элемент)
• Отсутствие эффекта памяти
• Низкий саморазряд (1,5-2% в месяц)
• Простота обслуживания
• Экологичность (отсутствие токсичных металлов)

Благодаря этим преимуществам литий-ионные аккумуляторы широко применяются в смартфонах, ноутбуках, электромобилях и других устройствах, где важны высокая емкость и малый вес. Чем обусловлено их превосходство? Небольшой размер ионов лития позволяет создавать компактные элементы с высокой плотностью энергии.

Области применения литий-ионных батарей

Где сегодня наиболее активно используются литий-ионные аккумуляторы? Основные сферы применения включают:

• Портативную электронику (смартфоны, ноутбуки, планшеты)
• Электротранспорт (электромобили, электросамокаты, электровелосипеды)
• Бытовую технику (беспроводные пылесосы, электроинструменты)
• Системы накопления энергии для возобновляемых источников
• Авиационную и космическую технику

Почему литий-ионные батареи так востребованы в этих областях? Их высокая энергоемкость при небольшом весе идеально подходит для мобильных устройств. В электротранспорте они обеспечивают достаточный запас хода. А для возобновляемой энергетики важна способность литий-ионных аккумуляторов быстро накапливать и отдавать большие объемы энергии.

Меры безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов

Несмотря на преимущества, литий-ионные батареи требуют соблюдения определенных правил безопасности. Какие меры необходимо предпринимать?

1. Использовать только оригинальные зарядные устройства
2. Не допускать перегрева аккумулятора
3. Избегать механических повреждений корпуса
4. Не оставлять батарею на длительной зарядке без присмотра
5. Хранить при комнатной температуре вдали от источников тепла

Почему эти меры так важны? Перегрев или механическое повреждение могут вызвать внутреннее короткое замыкание и возгорание. Неправильная зарядка ведет к деградации батареи. Соблюдение этих простых правил позволяет безопасно использовать литий-ионные аккумуляторы в течение длительного срока.

Причины возгорания литий-ионных батарей

Почему литий-ионные аккумуляторы иногда становятся причиной пожаров? Основные факторы риска включают:

• Производственные дефекты
• Механические повреждения
• Использование неоригинальных зарядных устройств
• Экстремальные температуры
• Чрезмерный заряд или разряд

При каких обстоятельствах чаще всего происходят возгорания? Наиболее опасны ситуации, когда батарея подвергается сильным механическим воздействиям или заряжается неподходящим устройством. Также рискованно оставлять аккумулятор на длительной зарядке без контроля, особенно в жарком помещении.

Перспективы развития литий-ионных технологий

Какие направления исследований литий-ионных аккумуляторов наиболее перспективны? Ученые работают над следующими задачами:

• Повышение плотности энергии
• Увеличение срока службы
• Улучшение безопасности
• Снижение стоимости производства
• Разработка новых материалов электродов

Каких результатов удалось достичь? Появляются экспериментальные образцы с твердым электролитом, более безопасные и емкие. Ведутся работы по созданию литий-серных и литий-воздушных аккумуляторов с теоретически в 2-3 раза большей плотностью энергии. Однако до их коммерческого применения еще далеко.

Утилизация отработавших литий-ионных батарей

Что происходит с литий-ионными аккумуляторами после окончания срока службы? Правильная утилизация включает следующие этапы:

1. Сбор использованных батарей
2. Сортировка по типам и химическому составу
3. Извлечение ценных материалов (литий, кобальт, медь)
4. Переработка пластиковых корпусов
5. Безопасная утилизация остатков

Почему важно правильно утилизировать литий-ионные аккумуляторы? Во-первых, это позволяет вернуть в оборот ценные металлы. Во-вторых, предотвращает загрязнение окружающей среды опасными веществами. В-третьих, снижает риск пожаров при попадании батарей в обычные бытовые отходы.

Сравнение литий-ионных и других типов аккумуляторов

Чем литий-ионные батареи отличаются от других распространенных типов аккумуляторов? Рассмотрим основные характеристики:

Параметр	Литий-ионные	Никель-металлогидридные	Свинцово-кислотные
Плотность энергии	100-265 Вт·ч/кг	60-120 Вт·ч/кг	30-50 Вт·ч/кг
Число циклов	500-1500	300-500	200-300
Саморазряд	2-3% в месяц	15-20% в месяц	5-10% в месяц

Почему литий-ионные аккумуляторы превосходят конкурентов? Они обладают наилучшим сочетанием высокой энергоемкости, длительного срока службы и низкого саморазряда. Это делает их оптимальным выбором для большинства современных портативных устройств.

Li-ion Аккумуляторы для дома | NEOSUN Energy

Компактные модули Литий-Ионных АКБ со сроком службы более 20 лет

Энергонезависимость и безопасность Вашего дома

Модуль литий-ионного аккумулятора для домашнего использования со сроком службы более 20 лет. Обеспечивает резервное питание во время отключений электроэнергии или стихийных бедствий в составе сетевой или гибридной энергосистемы, и даже позволяет получить полную автономию в комплекте с солнечной или ветровой электростанцией. Компактный и просто масштабируемый до 36кВт-ч, в привлекательным белым дизайне, он отлично впишется в интерьер и не займет много места.

NEOSUN HOME ESS также может поставляться в комплекте с гибридным инвертором в таком же привлекательном белом дизайне.

Встроенная BMS регулирует заряд каждой отдельной ячейки независимо от остальных, тем самым обеспечивает срок службы более 6000 циклов и глубину разряда 90% (DoD). Вместе с привлекательным дизайном это отличный выбор для любой домашней солнечной электростанции.

ЗАКАЗАТЬ

Скачать материалы:

Особенности Li-ion Аккумуляторов

NEOSUN Home ESS – это литий-ионный аккумулятор нового поколения для дома и малого бизнеса. Модуль АКБ позволяет накапливать электроэнергию, генерируемую солнцем или ветром, и обеспечивает надежное энергоснабжение в часы, когда солнце нет или в случае аварийного отключения сети. Компактный и масштабируемый, он может работать практически с любой маркой гибридных инверторов.

Дооолгий срок службы

Срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов сильно зависит от уровня разряда, который не должен превышать 50%. В то время как литий-ионные батареи практически не зависят от уровня разряда и их можно спокойно разряжать до 90%. Вместе со встроенной системой BMS это обеспечивает срок службы литий-ионных аккумуляторов в 20 лет и более.

6,000+

Количество циклов разрядки-зарядки

В то время как у свинцово-кислотных аккумуляторов срок службы составляет около 1000 циклов, литий-ионные батарей с BMS показывают в среднем от 6000 до 8000 циклов. Для вашей СЭС это снова означает больший срок службы.

в 4 раза!

Меньше места под батареи

Высокая плотность энергии является одним из главных преимуществ технологии литий-ионных аккумуляторов и позволяет им занимать в разы меньше места. К тому же литий очень легкий металл, особенно по сравнению с тяжелым свинцом. Это означает, что Li-ion батареи, как правило, более чем в четыре раза легче, чем их свинцовые аналоги.

Часто задаваемые вопросы

Как работает домашняя система хранения энергии?

Аналогично вашему мобильному телефону — аккумулятор заряжается в течение дня от солнечных панелей или ночью от городской электросети (когда тарифы низкие). Вечером же, когда солнце не светит или когда коммунальные платежи выше, он автоматически переходит в режим отдачи энергии и питает Ваш дом. И, конечно же, он обеспечивает резервное питание для наиболее важных устройств во время аварийных отключений энергии.

Сколько служит литий-ионный аккумулятор?

Аккумуляторы NEOSUN рассчитаны на срок полезного использования в 20 лет и более. Мы так уверены в наших АКБ, что даже даем на них гарантию 5 лет.

Отправить запрос

Эксплуатация Li-ion баратей / Хабр

Введение

Все мы так или иначе знакомы с литий-ионными аккумуляторами. Они на столько распространены, что их можно найти в любом доме. Производители их встраивают практически везде: фонарики, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты… Но очень мало людей знают, как их правильно эксплуатировать. Итак, поехали.

Начало использования или калибровка

При покупке любого оборудования с аккумуляторной батареей внутри всегда лучше ее проверить на работоспособность в магазине. Если ваше устройство не включается, то лучше воздержаться от покупки. Есть вероятность, что данное устройство полежало на складе очень долгое время, прежде чем попасть к вам в руки и, возможно, после покупки аккумулятор не будет держать заряд так хорошо.

Обычно любое устройства с аккумулятором в начале своей жизни должно включиться и проработать некоторое количество времени. Если вам попался в руки именно такой аппарат, то покупаем и радуемся покупке. Но придя домой не следует сразу же заряжать аккумулятор до 100%. Следует произвести так называемую раскачку аккумуляторной батареи аппарата, т.е. дать возможность аккумулятору набрать максимальную ёмкость для дальнейшей надлежащей эксплуатации.

Первоначально аккумулятор нужно полностью разрядить (0%). После разрядки аккумулятора его следует полностью зарядить (100%) для увеличения рабочей ёмкости и правильной калибровки системы управления аккумулятором. Для достижения максимальной рабочей ёмкости аккумулятора требуется произвести 3-4 полных цикла зарядки-разрядки батареи. И заряжать следует именно тем зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

Эксплуатация откалиброванного аккумулятора

После того, как аккумулятор был откалиброван, вы можете использовать аккумулятор как угодно, но придерживаясь некоторых правил:

1. Не стоит устройства литий-ионным аккумулятором (например, сотовый телефон) оставлять близко с источником тепла или под палящим солнцем. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –20°C до +50°C.

2. При отрицательных температурах аккумуляторы могут «проседают», из-за чего показывают уровень заряда меньше. Также нужно помнить, что при отрицательных температурах аккумуляторы не заряжаются.

3. Если ваше устройство с литий-ионным аккумулятором говорит, что заряд на исходе и следует подключить его к источнику тока, то так и стоит сделать. Рекомендуемые значения для зарядки является от 7% до 20%. (За исключением случаев калибровки.)

4. Калибровку аккумулятора стоит производить один раз в 3-4 месяца или 40 циклов зарядки. Процесс калибровки аккумулятора очень прост, но требует много времени. Нужно полностью разрядить аккумулятор до 0%, а потом зарядить до 100% и оставить его включенным к зарядке еще на пару часов.

5. Заряжать аккумуляторные батареи лучше всего зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

6. Аккумуляторные батарей нельзя паять! Рекомендуется использовать только контактной сварку.

Литий-ионный аккумулятор — Институт чистой энергии

Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?

Литий-ионный (Li-ion) аккумулятор представляет собой передовую технологию аккумуляторов, в которой ионы лития используются в качестве ключевого компонента электрохимии. Во время цикла разряда атомы лития в аноде ионизируются и отделяются от своих электронов. Ионы лития движутся от анода и проходят через электролит, пока не достигнут катода, где они рекомбинируют со своими электронами и электрически нейтрализуются. Ионы лития достаточно малы, чтобы проходить через микропроницаемый разделитель между анодом и катодом. Отчасти из-за небольшого размера лития (уступая только водороду и гелию) литий-ионные батареи способны иметь очень высокое напряжение и запас заряда на единицу массы и единицы объема.

В литий-ионных батареях в качестве электродов могут использоваться различные материалы. Наиболее распространенной комбинацией является комбинация оксида лития-кобальта (катод) и графита (анод), которая чаще всего встречается в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Другие катодные материалы включают оксид лития-марганца (используемый в гибридных электрических и электрических автомобилях) и фосфат лития-железа. В литий-ионных батареях в качестве электролита обычно используется эфир (класс органических соединений).

Применение аккумуляторов

Математические модели эффективности батарей

Каковы некоторые преимущества литий-ионных батарей?

По сравнению с другими высококачественными аккумуляторами (никель-кадмиевыми или никель-металлогидридными) литий-ионные аккумуляторы имеют ряд преимуществ. У них одна из самых высоких плотностей энергии среди аккумуляторных технологий на сегодняшний день (100-265 Втч/кг или 250-670 Втч/л). Кроме того, литий-ионные аккумуляторные элементы могут выдавать напряжение до 3,6 В, что в 3 раза выше, чем у таких технологий, как Ni-Cd или Ni-MH. Это означает, что они могут обеспечивать большое количество тока для мощных приложений, в которых литий-ионные батареи также сравнительно просты в обслуживании и не требуют плановых циклов для продления срока службы батареи. Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, пагубного процесса, при котором повторяющиеся циклы частичной разрядки/зарядки могут привести к тому, что аккумулятор «запомнит» более низкую емкость. Это преимущество как перед Ni-Cd, так и перед Ni-MH, которые проявляют этот эффект. Литий-ионные аккумуляторы также имеют низкую скорость саморазряда, составляющую около 1,5-2% в месяц. Они не содержат токсичного кадмия, что облегчает их утилизацию по сравнению с Ni-Cd батареями.

Благодаря этим преимуществам литий-ионные аккумуляторы вытеснили никель-кадмиевые аккумуляторы и заняли лидирующие позиции на рынке портативных электронных устройств (таких как смартфоны и ноутбуки). Литий-ионные батареи также используются для питания электрических систем в некоторых аэрокосмических приложениях, в частности, в новом и более экологичном Боинге 787, где вес является значительным фактором стоимости. С точки зрения экологически чистой энергии большая часть перспектив литий-ионных технологий исходит из их потенциального применения в автомобилях с батарейным питанием. В настоящее время самые продаваемые электромобили Nissan Leaf и Tesla Model S используют литий-ионные аккумуляторы в качестве основного источника топлива.

Каковы недостатки литий-ионных аккумуляторов?

Несмотря на свои технологические перспективы, литий-ионные аккумуляторы по-прежнему имеют ряд недостатков, особенно в отношении безопасности. Литий-ионные аккумуляторы имеют тенденцию к перегреву и могут быть повреждены при высоких напряжениях. В некоторых случаях это может привести к тепловому разгону и возгоранию. Это вызвало серьезные проблемы, в частности, остановку парка самолетов Boeing 787 после того, как поступили сообщения о возгорании бортовых батарей. Из-за рисков, связанных с этими батареями, ряд транспортных компаний отказываются выполнять массовые перевозки батарей самолетами. Для литий-ионных аккумуляторов требуются защитные механизмы для ограничения напряжения и внутреннего давления, что в некоторых случаях может увеличить вес и ограничить производительность. Литий-ионные аккумуляторы также подвержены старению, а это означает, что они могут терять емкость и часто выходят из строя через несколько лет. Еще одним фактором, ограничивающим их широкое распространение, является их стоимость, которая примерно на 40% выше, чем у Ni-Cd. Решение этих проблем является ключевым компонентом текущих исследований в области технологии. Наконец, несмотря на высокую плотность энергии литий-ионных аккумуляторов по сравнению с другими типами аккумуляторов, они по-прежнему имеют примерно в сто раз меньшую плотность энергии, чем бензин (который содержит 12 700 Втч/кг по массе или 8760 Втч/л по объему).

Взносы CEI

Основные результаты исследований

Одним из способов, которым CEI работала для достижения этой цели, является прямая визуализация, в частности, с использованием рентгеновской спектроскопии. Недавно в лаборатории профессора Джерри Зайдлера был разработан метод проведения рентгеновской спектроскопии ближней краевой структуры (XANES) на рабочем столе. Этот метод может позволить относительно подробные измерения определенных характеристик внутреннего состояния батареи без необходимости вскрывать ее и, таким образом, нарушать работу системы. Раньше XANES можно было реализовать только с чрезвычайно высоким потоком излучения от таких инструментов, как синхротрон. Это чрезвычайно большие и дорогие установки стоимостью до 1 миллиарда долларов, которые пользуются таким большим спросом среди ученых, что многомесячные списки ожидания становятся нормой. Используя преимущества новых передовых оптических технологий, лаборатория Зайдлера смогла изготовить небольшой прибор стоимостью 25 000 долларов, который может имитировать измерения, проводимые на синхротроне. С помощью этого нового инструмента ученые могут получать результаты в течение нескольких часов без значительного времени ожидания, что значительно увеличивает скорость разработки нестандартных технологий.

Другой аспект исследования аккумуляторов CEI включает создание физических, математических и вычислительных моделей внутреннего состояния аккумулятора. Это может помочь оптимизировать производительность батареи и циклы зарядки/разрядки, а также прогнозировать и предотвращать опасные отказы батареи. Профессор Венкат Субраманян, руководитель Лаборатории моделирования, анализа и управления технологическими процессами для электрохимических систем (MAPLE), разрабатывает и переформулирует физические модели батарей, а также работает над методами моделирования и решения этих моделей с большей эффективностью и точностью. Создав более эффективную, универсальную и точную модель технологии литий-ионных аккумуляторов, M.A.P.L.E. Исследования лаборатории могут помочь в разработке аккумуляторов более точно для более безопасной и эффективной работы.

Другие направления

Большая часть текущих исследований CEI направлена ​​на разработку способов лучшего понимания и управления важными внутренними состояниями литий-ионных аккумуляторов. Понимание внутренней работы батареи имеет важное значение для улучшения конструкции и оценки режимов ее отказа.

Другим крупным направлением исследований CEI является разработка новых материалов для улучшения характеристик аккумуляторов. В центре внимания CEI находятся как наука о материалах высокого уровня, такая как разработка и замена альтернативных материалов в литий-ионных батареях, так и характеристика и дизайн наноструктурированных материалов или материалов, свойства которых определяются даже с точностью до нанометра. . Исследователи CEI также изучают материалы, которые могут предложить альтернативу технологиям литий-ионных аккумуляторов.

Кремний исследуется в качестве анодного материала, поскольку он может образовывать трехмерную клетку, обладающую большей способностью поглощать литий.

Узнать больше

• Веб-сайт, посвященный батареям и их повторному использованию, создан студентом Clean Energy Bridge to Research Алеком Лазарски
• На веб-странице исследовательской группы Субраманиана есть свежие публикации о нелинейном прогнозирующем управлении с помощью моделей для литий-ионных аккумуляторов и других электрохимических систем.
• Институт чистой энергии (UW) ускоряет масштабные исследования чистой энергии, включая солнечную энергию следующего поколения, материалы для аккумуляторов, а также их интеграцию с системами и сетью. У него также есть информационно-пропагандистские программы, чтобы заинтересовать студентов в области STEM и чистой энергии. http://www.cei.washington.edu/ & http://www.cei.washington.edu/education/products/
• Университет аккумуляторов, спонсируемый Cadex Electronics Inc., предоставляет бесплатные учебные материалы по аккумуляторам. http://batteryuniversity.com/
• «Батареи в портативном мире. Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров», опубликованный основателем Cadex Electronics Inc. На веб-сайте есть примечания к книге. http://www.buchmann.ca/buchmann/
• В Википедии содержится хороший обзор химии литий-ионных аккумуляторов и их разработки. https://en.wikipedia.org/wiki/Литий-ионная_батарея

Что такое литий-ионные аккумуляторы и почему они вызывают пожары?

Литий-ионные аккумуляторы недавно попали в заголовки газет после того, как вызвали пожары в городе.

Вот несколько ответов на часто задаваемые вопросы о распространенных перезаряжаемых источниках питания.

Что такое литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионный аккумулятор — это «передовая аккумуляторная технология, в которой ионы лития используются в качестве ключевого компонента его электрохимии», согласно данным Института чистой энергии Вашингтонского университета. Они есть во многих электрических велосипедах и электрических скутерах.

Аккумуляторы имеют склонность к перегреву и могут самовозгораться при зарядке. Институт чистой энергии заявил, что батареи также могут потерять емкость и выйти из строя «через несколько лет».

Кто использует литий-ионные аккумуляторы?

Некоторые работники службы доставки еды используют для своей работы электронные велосипеды и электронные скутеры с литий-ионными батареями . Некоторые хранят их в своей жилплощади.

Некоторые жители также используют эти велосипеды для поездок на работу.

Сколько пожаров в городе вызвали литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные батареи вызвали 60 пожаров в пяти районах в период с 1 января по 3 мая этого года, по данным FDNY. Данные города показывают, что это на 233% больше, чем за тот же период прошлого года, когда с 1 января по 3 мая 2021 года произошло 18 пожаров. FDNY сказал. Кроме того, в этом году было проведено 121 исследование литий-ионных аккумуляторов, что на 17 больше, чем за тот же период прошлого года (1 января 2021 г. — 3 августа 2021 г.).

Каковы некоторые примеры возгораний литий-ионных аккумуляторов?

• В среду утром на шестом этаже восьмиэтажной квартиры в Восточном Гарлеме вспыхнул пожар, в результате которого погибли 36-летняя женщина, 5-летняя девочка и три собаки. 46-летний отец ребенка находится в критическом состоянии. FDNY заявила, что литий-ионные батареи электронного велосипеда или электронного скутера вызвали смертельный пожар.
• По словам пожарных, в понедельник в результате пожара в квартире на шестом этаже в Бронксе пострадали пять человек, трое серьезно. 28-летний мужчина в доме работает доставщиком еды и передвигается на электронном скутере. Он заряжал аккумулятор до того, как вспыхнуло пламя, и представители пожарной охраны заявили, что огонь спровоцировал аккумулятор.
• В июне в результате пожара в здании Адской кухни, где на первом этаже располагался пункт проката велосипедов, один человек был ранен, а люди были вынуждены покинуть свои дома. FDNY подтвердило, что на месте пожара было обнаружено «многочисленные» литий-ионные батареи.
• Литий-ионные батареи стали причиной пожара в мае этого года в четырехэтажной квартире в Сансет-парке. Один магазин на первом этаже был мастерской по ремонту электронных скутеров, в которой хранились аккумуляторы «вопреки законному использованию здания», говорится в заявлении городского департамента строительства.
• Один мужчина погиб, а женщина и двое подростков получили ранения в результате пожара на четвертом этаже в Ист-Виллидж в декабре. FDNY сообщило, что возгорание вызвала литий-ионная батарея от электронного велосипеда, и пожарным потребовалось около часа, чтобы взять его под контроль.

Что делается для решения этой проблемы?

Управление государственного жилищного строительства Нью-Йорка рассматривает возможность введения нового правила, запрещающего использование электровелосипедов в своих 177 000 квартир по всему городу.

Предлагаемая политика в настоящее время проходит период общественного обсуждения, который завершится 6 сентября. Затем жилищное управление проанализирует отзывы заинтересованных сторон, прежде чем опубликовать окончательный вариант политики, сообщил представитель NYCHA в июле.

Как следует заряжать и хранить литий-ионные аккумуляторы?

FDNY не рекомендует заряжать литий-ионный аккумулятор под подушкой, на кровати или на диване. Они также предлагают использовать шнур и адаптер питания производителя, специально предназначенные для устройства. Во время зарядки аккумуляторы нельзя оставлять без присмотра.

По данным FDNY, батареи следует хранить при комнатной температуре и вдали от прямых солнечных лучей.