Što je tehnologija litijskih baterija?

Litijske baterije izdvajaju se od ostalih baterijskih kemija zbog svoje visoke gustoće energije i niske cijene po ciklusu.Međutim, "litijska baterija" dvosmislen je pojam.Postoji oko šest uobičajenih kemijskih sastava litijevih baterija, a sve imaju svoje jedinstvene prednosti i nedostatke.Za primjene obnovljivih izvora energije prevladavajuća je kemija Litij željezo fosfat (LiFePO4) .Ova kemija ima izvrsnu sigurnost, s velikom toplinskom stabilnošću, visokom strujom, dugim vijekom trajanja i otpornošću na zlouporabu.

Litij željezo fosfat (LiFePO4) je izuzetno stabilna litijeva kemija u usporedbi s gotovo svim ostalim litij kemijskim sastavima.Baterija je sastavljena od prirodno sigurnog katodnog materijala (željezni fosfat).U usporedbi s drugim litijevim kemikalijama, željezov fosfat promiče snažnu molekularnu vezu, koja podnosi ekstremne uvjete punjenja, produljuje vijek ciklusa i održava kemijski integritet tijekom mnogih ciklusa.To je ono što ovim baterijama daje njihovu veliku toplinsku stabilnost, dug vijek trajanja i otpornost na zloporabu. LiFePO4 baterije nisu skloni pregrijavanju, niti su skloni 'toplinskom bježanju' i stoga se ne pregriju niti zapale kada su podvrgnuti rigoroznom pogrešnom rukovanju ili teškim uvjetima okoline.

Za razliku od natopljenih olovno-kiselih i drugih kemikalija baterija, litijeve baterije ne ispuštaju opasne plinove poput vodika i kisika.Također ne postoji opasnost od izlaganja kaustičnim elektrolitima kao što su sumporna kiselina ili kalijev hidroksid.U većini slučajeva, ove baterije mogu se skladištiti u zatvorenim prostorima bez opasnosti od eksplozije, a ispravno dizajniran sustav ne bi trebao zahtijevati aktivno hlađenje ili ventilaciju.

Litijske baterije su sklop koji se sastoji od mnogih ćelija, poput olovnih baterija i mnogih drugih vrsta baterija.Olovne baterije imaju nominalni napon od 2 V/ćeliji, dok ćelije litijeve baterije imaju nominalni napon od 3,2 V.Stoga, da biste postigli bateriju od 12 V, obično ćete imati četiri ćelije spojene u seriju.To će učiniti nazivni napon od a LiFePO4 12,8 V .Osam ćelija spojenih u niz čine a 24V baterija s nazivnim naponom od 25,6 V i šesnaest ćelija spojenih u seriju čine a 48V baterija s nazivnim naponom od 51,2V.Ovi naponi rade vrlo dobro s vašim tipičnim Inverteri od 12V, 24V i 48V .

Litijske baterije često se koriste za izravnu zamjenu olovnih baterija jer imaju vrlo slične napone punjenja.Četveroćelijski LiFePO4 baterija (12,8 V), obično će imati maksimalni napon punjenja između 14,4-14,6 V (ovisno o preporukama proizvođača).Ono što je jedinstveno za litijevu bateriju je to što joj nije potrebno apsorpcijsko punjenje ili držanje u stanju konstantnog napona tijekom značajnih vremenskih razdoblja.Tipično, kada baterija dosegne maksimalni napon punjenja, više je nije potrebno puniti.Karakteristike pražnjenja LiFePO4 baterija također su jedinstvene.Tijekom pražnjenja, litijeve baterije održavat će puno viši napon nego što bi obično držale olovne baterije pod opterećenjem.Nije neuobičajeno da litijska baterija padne samo nekoliko desetinki volta od pune do 75% ispražnjene.To može otežati utvrđivanje koliki je kapacitet iskorišten bez opreme za nadzor baterije.

Značajna prednost litijevih u odnosu na olovne baterije je u tome što ne pate od ciklusa deficita.U suštini, to je kada se baterije ne mogu u potpunosti napuniti prije nego što se ponovno isprazne sljedeći dan.Ovo je veliki problem s olovnim baterijama i može potaknuti značajnu degradaciju ploče ako se opetovano mijenja na ovaj način.LiFePO4 baterije ne moraju se redovito puniti do kraja.Zapravo, moguće je neznatno produžiti ukupni očekivani životni vijek uz lagano djelomično punjenje umjesto potpunog punjenja.

Učinkovitost je vrlo važan čimbenik pri projektiranju solarnih električnih sustava.Učinkovitost povratnog putovanja (od pune do mrtve i natrag do pune) prosječne olovne baterije je oko 80%.Druge kemije mogu biti još gore.Energetska učinkovitost litij-željezo-fosfatne baterije u povratnom smjeru iznosi više od 95-98%.Samo ovo je značajno poboljšanje za sustave koji nemaju solarne energije tijekom zime, ušteda goriva od punjenja generatora može biti ogromna.Faza apsorpcijskog punjenja olovnih baterija posebno je neučinkovita, što rezultira učinkovitošću od 50% ili čak nižom.S obzirom da litijeve baterije nemaju apsorpcijsko punjenje, vrijeme punjenja od potpuno ispražnjene do potpuno pune može biti samo dva sata.Također je važno napomenuti da se litijska baterija može podvrgnuti gotovo potpunom pražnjenju prema procjeni bez značajnih negativnih učinaka.Međutim, važno je osigurati da se pojedinačne ćelije ne isprazne prekomjerno.Ovo je posao integriranih Sustav upravljanja baterijom (BMS) .

Sigurnost i pouzdanost litijevih baterija su velika briga, stoga bi svi sklopovi trebali imati integrirani Sustav upravljanja baterijom (BMS) .BMS je sustav koji prati, procjenjuje, uravnotežuje i štiti ćelije od rada izvan "Sigurnog operativnog područja".BMS je bitna sigurnosna komponenta sustava litijskih baterija, koja nadzire i štiti ćelije unutar baterije od prekomjerne struje, preniskog/prenapona, preniske/pretjerane temperature i više.LiFePO4 ćelija bit će trajno oštećena ako napon ćelije ikada padne na manje od 2,5 V, također će biti trajno oštećena ako se napon ćelije poveća na više od 4,2 V.BMS nadzire svaku ćeliju i spriječit će oštećenje ćelija u slučaju prenapona/podnapona.

Još jedna bitna odgovornost BMS-a je balansirati paket tijekom punjenja, jamčeći da će sve ćelije dobiti punu napunjenost bez pretjeranog punjenja.Ćelije LiFePO4 baterije neće se automatski uravnotežiti na kraju ciklusa punjenja.Postoje male varijacije u impedanciji kroz ćelije i stoga niti jedna ćelija nije 100% identična.Stoga će se neke ćelije u ciklusu potpuno napuniti ili isprazniti ranije od drugih.Varijanca između stanica značajno će se povećati tijekom vremena ako stanice nisu uravnotežene.

U olovne baterije , struja će nastaviti teći čak i kada je jedna ili više ćelija potpuno napunjeno.Ovo je rezultat elektroliza koja se odvija unutar baterije, voda se dijeli na vodik i kisik.Ova struja pomaže da se druge ćelije potpuno napune, čime se prirodno uravnotežuje naboj svih ćelija.Međutim, potpuno napunjena litijeva ćelija imat će vrlo visok otpor i teći će vrlo malo struje.Zaostale ćelije stoga neće biti potpuno napunjene.Tijekom balansiranja BMS će primijeniti malo opterećenje na potpuno napunjene ćelije, sprječavajući njihovo prekomjerno punjenje i dopuštajući drugim ćelijama da ih sustignu.

Litijske baterije nude mnoge prednosti u odnosu na druge kemijske baterije.One su sigurno i pouzdano baterijsko rješenje, bez straha od toplinskog bijega i/ili katastrofalnog taljenja, što je značajna mogućnost u odnosu na druge vrste litijevih baterija.Ove baterije nude iznimno dug radni vijek, a neki proizvođači čak jamče za baterije do 10 000 ciklusa.S visokim stopama pražnjenja i ponovnog punjenja iznad C/2 neprekidno i povratnom učinkovitošću do 98%, nije ni čudo da ove baterije dobivaju na snazi ​​u industriji. Litij željezo fosfat (LiFePO4) je savršen rješenje za pohranu energije .