Ólom-sav akkumulátorok és lítium-ion akkumulátorok

Fedezzük fel a lítium-ion akkumulátorok és az ólom-sav akkumulátorok közötti különbségeket. Mind az ólom-sav akkumulátorok, mind a lítium-ion akkumulátorok nagyon gyakori tartalék energiaforrások. Ha kiválasztja, hogy melyik akkumulátor jobb az eszköz alkalmazásához, akkor a két elem különböző jellemzői miatt több tényezőt, például feszültséget, kapacitást, ciklusok stb.

Kémia és felépítés
Lítium-ion akkumulátorok
A lítium-ion akkumulátorok működési elve az elektrolitban lévő két elektród (anód és katód) közötti reverzibilis elektrokémiai reakción alapul. A lítium-ion akkumulátorokban használt elektródaanyagok általában lítiumvegyületek (például lítium-kobalt-oxid, lítium vas-foszfát stb.), És az elektrolit egy nem-vízi elektrolit (szerves oldószer lítium-sót tartalmaz). Az elektródák általában vékony rétegek egy vezetőképes szubsztráton, amely lehetővé teszi a nagy energia sűrűségét.

A lítium akkumulátor reakciójának vázlatos diagramja a lítium akkumulátor reakciójának diagramja
A negatív elektróda általában grafitból készül. A lítium-ion akkumulátorban lévő anód lítium-ionokat (LI⁺) tölti a töltés során, és a lítium-ionok az anódról a katódra mozognak a kisülés közben. A pozitív elektródát általában grafitból is készítik. A lítium-ion akkumulátorban lévő katód lítium-ionokat (LI⁺) tárol a töltés során, és a lítium-ionok az anódról a katódra mozognak a kisülés közben.

A töltés során a lítium -ionok a katódról az elektroliton keresztül mozognak, és az interkalát (beágyazva) az anód anyagba. A kisülés során a folyamat megfordítja: a lítium -ionok az anódról az elektroliton keresztül a katódra mozognak. Míg a lítium -ionok az elektroliton keresztül vándorolnak, az elektronok egy külső áramkörön keresztül áramolnak, és olyan elektromos áramot hoznak létre, amely eszközöket táplálhat.

Ólom-sav akkumulátorok
Az ólom-sav akkumulátorok működési elve az ólom és az ólom-dioxid elektródok közötti elektrokémiai reakciót foglalja magában egy kénsav-elektrolitban, amely megbízható elektromos energiaforrást biztosít. Az ólom-alapú kémia jellemzői miatt az ólom-sav akkumulátorok vastag és terjedelmes elektródákkal rendelkeznek.

Az ólom-sav akkumulátor reakciójának vázlatos diagramja az ólom-sav akkumulátor reakciójának vázlatos diagramja
Energia sűrűség
A lítium-ion akkumulátorok általában nagyobb energia sűrűségűek, mint az ólom-sav akkumulátorok. Ez azt jelenti, hogy több energiát tud tárolni egységenként vagy súlyonként, így könnyebbé és kompaktabbá válik ugyanolyan energiakapacitással.

A lítium-ion akkumulátorok térfogati sűrűsége szignifikánsan magasabb, mint az ólom-sav akkumulátoroké. Ez azt jelenti, hogy a lítium-ion akkumulátorok több energiát tudnak tárolni egységenként, lehetővé téve a kisebb, kompaktabb akkumulátorokat.

Az ólom-sav akkumulátorok energia sűrűsége alacsonyabb, mint a lítium-ion akkumulátoroké, ami nagyobb és nehezebb akkumulátorokat eredményez ugyanolyan energiatároló kapacitáshoz.

Hasonlóképpen, a lítium-ion akkumulátorok magasabb gravimetrikus energia sűrűséggel rendelkeznek, mint az ólom-sav akkumulátorok. Ennek eredményeként egy adott energiakapacitáshoz egy könnyebb akkumulátor -csomag van, ami kritikus jelentőségű azokban az alkalmazásokban, ahol a súly aggodalomra ad okot, például az elektromos járművek.

Ciklus élettartam
Az akkumulátor ciklus élettartama azt a töltési és kisülési ciklus számát jelenti, amelyen átmegy, mielőtt kapacitása egy meghatározott szintre esik.

A lítium-ion akkumulátorok általában hosszabb ciklusú élettartamúak, mint az ólom-sav akkumulátorok. A konkrét kémiától és a felhasználási feltételektől függően a lítium-ion akkumulátorok több száz-ezer töltési és kisülési ciklust ellenállnak.

Az ólom-sav akkumulátorok, bár robusztusok, általában rövidebb ciklus élettartamúak, különösen, ha mély kisülésnek vetik alá.

A lítium-ion akkumulátorok olyan alkalmazásokhoz alkalmasak, amelyek hosszú ciklusos élettartamot, nagy energia sűrűségű és könnyű súlyt igényelnek, például elektromos járművek, hordozható elektronika és energiatárolás. Az ólom-sav akkumulátorok továbbra is versenyképesek az alkalmazásokban, ahol a költséghatékonyság, a megbízhatóság és a meglévő újrahasznosítási infrastruktúra kritikus jelentőségű, például az autóipari kiindulási akkumulátorok és a statikus energiaellátó rendszerek.

Kisülési sebesség
Az akkumulátor kisülési sebessége arra utal, hogy a tárolt energiát felszabadítja, általában a C-sebességként mérik.

A lítium-ion akkumulátorok képesek magas kisülési sebességre, általában 1 ° C-tól 2 ° C-ig, a kémiától és a tervezéstől függően. A lítium-ion akkumulátorok feszültségének és kapacitásának magas kisülési sebességén is viszonylag stabil marad, ami fontos az alkalmazásoknál, amelyek azonnali nagy teljesítményt vagy tartós nagy teljesítményt igényelnek.

Az ólom-sav akkumulátorok általában nem alkalmasak a nagy kibocsátási sebességű alkalmazásokra. Az ólom-sav akkumulátorok általános kisülési aránya 0. Néhány AGM (abszorbeált üveg takaró) vagy nagy teljesítményű ólom-sav akkumulátorok képesek kezelni a mérsékelt kisülési sebességeket, akár 0,5 ° C-ig vagy valamivel magasabbig.

Magas kisülési sebességnél az ólom-sav akkumulátorok feszültségcsökkenést és kapacitáscsökkenést tapasztalhatnak, míg a lítium-ion akkumulátorok stabil kisülési sebességgel rendelkeznek, amely fokozatosan 60% -ra csökken az ólom-sav akkumulátorok esetében. Ez a korlátozás miatt az ólom-sav akkumulátorok kevésbé alkalmasak olyan alkalmazásokra, amelyek gyors energiaválasztást igényelnek vagy nagy teljesítményigényt igényelnek.

Az ólom-sav akkumulátorok jobban alkalmasak olyan alkalmazásokra, amelyek mérsékelt kisülési arányokat igényelnek, például autóipari kiindulási akkumulátorok, biztonsági mentési rendszerek és statikus alkalmazások. A feszültségcsökkenés és a hatékonyság csökkentése miatt a magas kisülési sebességnél kevésbé hatékonyak azokban az alkalmazásokban, amelyek gyors kisülést igényelnek.

A lítium-ion akkumulátorok magas a nagy kisülési sebesség mellett az ólom-sav akkumulátoroknál. Gyorsan és hatékonyan képesek jelentős energiateljesítményt szállítani, és alkalmas olyan alkalmazásokra, amelyek nagy teljesítményt igényelnek, például elektromos járműveket, elektromos eszközöket és néhány ipari berendezést.

Kisülési feszültség
A lítium-ion akkumulátorok viszonylag stabil feszültséget tartanak fenn a kisülési ciklus nagy részében, a kapacitás végéig. Ez alkalmassá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, amelyek stabil feszültséget és következetes teljesítményt igényelnek.

Az ólom-sav akkumulátorok cellánként alacsonyabb névleges feszültséggel bírnak, mint a lítium-ion akkumulátorok. A kisülés során feszültségük fokozatosan csökken, különösen a kapacitás vége közelében. Ez a tulajdonság gyakori azokban az alkalmazásokban, ahol az akkumulátor feszültségtartománya és a kisülési jellemzők kulcsfontosságú tényezők.

Gyakorlati alkalmazásokban ezen feszültségjellemzők megértése segíthet kiválasztani a megfelelő akkumulátor típusát a feszültségkövetelmények, a kisülési jellemzők igényei és az általános teljesítmény -elvárások alapján.

Töltési jellemzők
A lítium-ion akkumulátorok gyorsan feltölthetők, és bizonyos típusú lítium-ion akkumulátorok jelentős károk nélkül képesek gyors töltésre. Ugyancsak alacsonyabb az önmagasztási arányuk, mint az ólom-sav akkumulátorok.

Az ólom-sav akkumulátorok általában lassabban töltik fel, mint a lítium-ion akkumulátorok, különösen, ha közel van a teljes töltéshez. A gyors töltés fűtést okozhat, és gondos megfigyelést igényel.

Például egy 3 0 00 milliamp órás (MAH) lítium-ion akkumulátor 1500 milliampuson (1,5a) feltöltött akkumulátor elméletileg kb. 2 órát vesz igénybe a teljes töltéshez (feltételezve, hogy egy 1 ° C töltési sebesség). A 12- Volt ólom-sav akkumulátor 100 amperóra (AH) kapacitással kb. 10 órát vesz igénybe, hogy teljes mértékben töltse fel a 10 amper (kb. 0,1 ° C) töltési sebességet.

Hőmérsékleti hatások
A lítium-ion akkumulátorok a 0 fokig terjedő hőmérsékleten 45 fokig (32 fok és 113 fok) élnek. Az ólom-sav akkumulátorok jobban tolerálják a hőmérsékleti szélsőségeket, mint a lítium-ion akkumulátorok. Hatékonyan működhetnek a -20 fokos tartományban 50 fokig (-4 F -fok F -fokig).

A lítium-ion akkumulátorok érzékenyebbek a hőmérsékleti szélsőségekre, és gondos hőkezelést igényelnek a biztonság és az optimális teljesítmény biztosítása érdekében. A hideg hőmérsékletek (0 alatt) ideiglenesen csökkenthetik az akkumulátor kapacitását és teljesítményét. A rendkívül alacsony hőmérsékletek miatt az akkumulátor lassúvá válhat, és a nagyon alacsony hőmérsékleten történő töltés vagy ürítés visszafordíthatatlan károkat okozhat.

Az ólom-sav akkumulátorok szélesebb üzemi hőmérsékleti tartományban vannak, és jobban képesek ellenállni mind a magas, mind az alacsony hőmérsékleteknek. Noha az ólom-sav akkumulátorok jobban képesek ellenállni a magas hőmérsékleteknek, a túlmelegedés továbbra is felgyorsíthatja az akkumulátor öregedését és növelheti a vízvesztést.

Mindkét akkumulátor típusához a biztonságos működés és a meghosszabbított élettartam biztosítása érdekében a hőmérsékleti iránymutatások ellenőrzését és betartását igénylik.

Alkalmazások és felhasználások
A lítium-ion akkumulátorokat széles körben használják a hordozható elektronikus eszközökben, elektromos járművekben és energiatároló rendszerekben, nagy energiájuk miatt, amelyek nagy energiát igényelnek egységnyi vagy súlyonként.

A lítium-ion akkumulátorokat általában hordozható elektronikus eszközökben (pl. Laptopok, okostelefonok), elektromos járművekben (EV-k) és megújuló energia tárolórendszereiben használják, nagy energiájuk és alacsony súlyuk miatt.

Az ólom-sav akkumulátorokat hagyományosan használják az autóindító akkumulátorokban, a tartalék energiarendszerekben (UPS) és az ipari alkalmazásokban (pl. Tarlifek, golfkocsik) tartósságuk, olcsó költségük és a nagy áramkimenethez való alkalmasság miatt. Az alacsonyabb energia sűrűségük ellenére az ólom-sav akkumulátorok versenyképesek az alkalmazásokban, ahol a költséghatékonyság, a tartósság, valamint a meglévő újrahasznosítási és ártalmatlanítási infrastruktúra elsőbbséget élvez a súly és a térfogat felett.

Karbantartás
A lítium-ion akkumulátorok általában kevesebb karbantartást igényelnek, mint az ólom-sav akkumulátorok. Nem igényelnek elektrolit -ellenőrzéseket vagy periodikus kiegyenlítési díjakat. A lítium-ion akkumulátorokat általában könnyebben telepíthetik könnyű, kompakt méretük és rugalmas szerelésük miatt. Kevesebb szerkezeti támogatást igényelnek, és alacsonyabb szellőztetési igényekkel rendelkeznek, mint az ólom-sav akkumulátorok.

Az ólom-sav akkumulátorok periódusos karbantartást igényelnek, például az elektrolitszintek ellenőrzését, a specifikus gravitációt és a megfelelő töltés biztosítását a szulfáció megelőzése érdekében. Nehéz súlyuk és a gázok töltése során történő felszabadulása miatt az ólom-sav akkumulátorok erős rögzítőszerkezetet és megfelelő szellőzést igényelnek. Ezenkívül speciális karbantartási látogatásokat igényelnek az időszakos ellenőrzésekhez és a szolgáltatásokhoz.

Összefoglalás
A lítium-ion és az ólom-sav akkumulátorok közötti választáskor vegye figyelembe a konkrét alkalmazási igényeket, ideértve az energiaigényt, a térbeli korlátozásokat, a költségmeghatározásokat és a környezeti tényezőket. Minden akkumulátor típusú egyedi előnyei vannak, amelyek alkalmassá teszik a különböző iparágak és alkalmazások számára.