Pliihapete akud ja liitium-ioonakud

Uurime erinevusi liitium-ioonpatareide ja pliiakude vahel. Nii pliihappe akud kui ka liitium-ioonakud on väga levinud varuallikad. Kui valite, milline aku on teie seadmerakenduse jaoks parem, peate kahe aku erinevate omaduste tõttu arvestama mitmete teguritega, näiteks pinget, mahutavust, tsüklite arvu jne.

Keemia ja struktuur
Liitium-ioon akud
Liitium-ioonpatareide tööpõhimõte põhineb pöörduval elektrokeemilisel reaktsioonil kahe elektrolüüdi (anood ja katood) vahel elektrolüüdis. Liitium-ioonakudes kasutatavad elektroodimaterjalid on tavaliselt liitiumühendid (näiteks liitiumkoobaltoksiid, liitium-raudfosfaat jne) ja elektrolüüt on mitte-a-vesilahune elektrolüüt (orgaaniline lahusti sisaldav liitiumsoolad). Elektroodid on tavaliselt juhtiva substraadi õhukesed kihid, mis võimaldab suure energiatihedust.

Liitiumaku aku reaktsioonide skeem liitiumaku aku reaktsiooni skeem
Negatiivne elektrood on tavaliselt valmistatud grafiidist. Litium-ioonaku anood salvestab laadimise ajal liitiumioonid (Li⁺) ja liitiumioonid liiguvad anoodilt katoodile tühjenemise ajal. Positiivne elektrood on tavaliselt ka grafiidist. Liitium-ioonaku katood salvestab laadimise ajal liitiumioonid (Li⁺) ja liitiumioonid liiguvad anoodilt katoodile tühjenemise ajal.

Laadimise ajal liiguvad liitiumioonid katoodilt läbi elektrolüüdi ja interkalaatide (manustatud) anoodmaterjali. Tühjendamise ajal pöördub protsess: liitiumioonid liiguvad anoodilt elektrolüüdi kaudu katoodile. Kui liitiumioonid rändavad läbi elektrolüüdi, voolavad elektronid läbi välise vooluringi, luues elektrivoolu, mis võib seadmeid toiteallikaks.

Pliihappe akud
Pliihappe akude tööpõhimõte hõlmab väävelhappe elektrolüüdi plii ja plii dioksiidi elektroodide vahelist elektrokeemilist reaktsiooni, pakkudes usaldusväärset elektrienergiaallikat. Pliipõhise keemia omaduste tõttu on pliiakudel paksud ja mahukad elektroodid.

Pliihappe aku reaktsiooni skemaatiline skeem pliihappe aku reaktsiooni skeem
Energiatihedus
Liitium-ioonakudel on üldiselt suurem energiatihedus kui pliihapete akudel. See tähendab, et see võib hoida rohkem energiat mahu või kaaluühiku kohta, muutes need sama energiamahuks kergemaks ja kompaktsemaks.

Liitium-ioonakude mahuenergia tihedus on oluliselt kõrgem kui pliihappe akude oma. See tähendab, et liitium-ioonakud saavad mahu ühiku kohta rohkem energiat hoida, võimaldades väiksemaid kompaktsemaid aku.

Pliihappe akude energiatihedus on madalam kui liitium-ioonakude oma, mille tulemuseks on suuremad ja raskemad akud sama energiasalvestuse jaoks.

Samamoodi on liitium-ioonpatareidel suurem gravimeetriline energiatihedus kui pliihappe akudel. Selle tulemuseks on antud energiavõimsuse jaoks kergem akupakk, mis on kriitiline rakendustes, kus kaal on murettekitav, näiteks elektrisõidukid.

Tsüklielu
Aku tsükli tööiga viitab laadimis- ja tühjendustsüklite arvule, mille ta võib läbi viia, enne kui selle maht langeb kindlaksmääratud tasemele.

Liitium-ioonakudel on tavaliselt pikem tsükkel kui pliiakudel. Sõltuvalt konkreetsest keemiast ja kasutustingimustest taluvad liitium-ioonakud sadu tuhandeid laadimis- ja tühjendustsüklit.

Pliihapete patareidel, kuigi vastupidavad, on tavaliselt lühem tsükli eluiga, eriti kui need on sügava tühjenemise korral.

Liitium-ioonakud sobivad rakenduste jaoks, mis nõuavad pikka tsükli tööaega, suure energiatihedust ja kerget raskust, näiteks elektrisõidukid, kaasaskantavad elektroonikat ja energia salvestamist. Pliihappe akud on konkurentsivõimelised rakendustes, kus on kriitilised kulutasuvus, töökindlus ja olemasolev ringlussevõtu infrastruktuur, näiteks autotööstuslikud akud ja staatilised toite varundussüsteemid.

Tühjendusmäär
Aku tühjenemiskiirus viitab ladustatud energia vabastamise kiirusele, mida tavaliselt mõõdetakse C-kiirusena.

Liitium-ioonakud on võimelised kõrgele tühjenduskiirusele, tavaliselt vahemikus 1 ° C kuni 2C või kõrgem, sõltuvalt keemiast ja disainist. Isegi kõrge tühjenemiskiiruse korral jäävad liitium-ioonpatareide pinge ja mahutavus suhteliselt stabiilsena, mis on oluline rakenduste jaoks, mis nõuavad hetkelist suurt väljundit või püsivat suurt väljundit.

Pliihapete akud ei sobi üldiselt kõrge tühjenduskiiruse rakendamiseks. Pliihappe akude tavalised tühjenduskiirused on vahemikus 0. 0 5c kuni 0. 2C, sõltuvalt tüübist (näiteks pliihappe akud, AGM või geelpatareid). Mõned AGM (neeldunud klaasist tekk) või suure jõudlusega pliiakud saavad hakkama mõõduka tühjenduskiirusega kuni 0,5 ° C või pisut kõrgemale.

Kõrge tühjenduskiirusel võivad pliihappe akud esineda pinge langust ja mahutavuse vähendamist, samas kui liitium-ioonakudel on stabiilne tühjenemiskiirus, mis järk-järgult väheneb pliihappe akude puhul 60% -ni. See piirang muudab pliihapete akud vähem sobivaks rakenduste jaoks, mis nõuavad kiiret energiat vabanemist või suure võimsusega nõudeid.

Pliihapete akud sobivad paremini rakenduste jaoks, mis nõuavad mõõdukaid tühjenduskiirusi, näiteks autotööstuse akud, varundussüsteemid ja staatilised rakendused. Pingelanguse ja kõrge efektiivsuse vähenemise tõttu on need kiiret tühjenemist vajavates rakendustes vähem efektiivsed.

Liitium-ioonakud on paremad kui pliihapete akud kõrge tühjenduskiirusega. Nad saavad märkimisväärset väljundvõimsust kiiresti ja tõhusalt pakkuda ning sobivad rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt energiat, näiteks elektrisõidukid, elektririistad ja mõned tööstusseadmed.

Tühjenduspinge
Liitium-ioonakud säilitavad suurema osa tühjendustsükli jaoks suhteliselt stabiilset pinget kuni mahu lõpuni. See muudab need sobivaks rakendusteks, mis nõuavad stabiilset pinget ja järjepidevat jõudlust.

Pliihappe akudel on raku kohta madalam nominaalne pinge kui liitium-ioonakud. Väljalaske ajal väheneb nende pinge järk -järgult, eriti mahutavuse lõpu lähedal. See omadus on tavaline rakendustes, kus peamised tegurid on aku pingevahemik ja tühjendusomadused.

Praktilistes rakendustes võib nende pingeomaduste mõistmine aidata valida sobiva aku tüübi, mis põhineb pingenõuetel, tühjendusomaduste vajadustel ja üldistel jõudlusootustel.

Laadimisomadused
Liitium-ioonakusid saab kiiresti laadida ja teatud tüüpi liitium-ioonakud on võimelised kiiresti ilma oluliste kahjustusteta laadima. Neil on ka madalam enesetunde määr kui pliihappe akudel.

Pliihapete akud laadivad tavaliselt aeglasemalt kui liitium-ioonakud, eriti kui see on peaaegu täis laadimisel. Kiire laadimine võib põhjustada kuumutamist ja nõuab hoolikat jälgimist.

Näiteks 3 0 00 Milliamp-Hour (MAH) liitium-ioon aku, mis on laetud 1500 milliampi (1,5a) juures, kulub teoreetiliselt umbes 2 tundi laadimiseks (eeldades, et 1C laadimiskiirus). A 12- Volt pliihappe aku mahuga 100 ampere-tundi (AH) kulub umbes 10 tundi, et laadida laadimiskiirusel 10 amprit (umbes 0,1 ° C).

Temperatuuriefektid
Liitium-ioon patareid toimivad kõige paremini temperatuuride osas vahemikus 0 kraadi kuni 45 kraadi (32 kraadi F kuni 113 kraadi F). Pliihappe akud on temperatuuride suhtes tolerantsemad kui liitium-ioonakud. Need saavad tõhusalt töötada vahemikus -20 kuni 50 kraadi (-4 kraad F kuni 122 kraadi F).

Liitium-ioonakud on tundlikumad temperatuuride äärmuste suhtes ja vajavad turvalisuse ja optimaalse jõudluse tagamiseks hoolikat termilist majandamist. Külmad temperatuurid (alla 0 kraadi) võivad aku mahtu ja väljundit ajutiselt vähendada. Äärmiselt madalad temperatuurid võivad põhjustada aku aeglaseks ning väga madalatel temperatuuridel laadimine või tühjendamine võib põhjustada pöördumatuid kahjustusi.

Pliihapete akudel on laiem töötemperatuurivahemik ja nad on paremini võimelised vastu pidama nii kõrgele kui ka madalale temperatuurile. Ehkki pliihappe akud suudavad paremini taluda kõrgeid temperatuure, võib ülekuumenemine siiski kiirendada aku vananemist ja suurendada veekadu.

Mõlemad akutüübid vajavad ohutu töö ja pikema eluea tagamiseks temperatuuri juhiste jälgimist ja järgimist.

Rakendused ja kasutusalad
Liitium-ioonakusid kasutatakse laialdaselt kaasaskantavates elektroonikaseadmetes, elektrisõidukites ja energiasäästusüsteemides nende suure energiatiheduse tõttu, mis nõuab energia maksimeerimist mahu või kaalu ühiku kohta.

Liitium-ioon patareid kasutatakse tavaliselt kaasaskantavates elektroonikaseadmetes (nt sülearvutid, nutitelefonid), elektrisõidukid (EV) ja taastuvenergia salvestussüsteemides tänu nende suure energiatihedusele ja madalale kaalule.

Pliihappe akusid kasutatakse traditsiooniliselt autotööstuse akude, varundussüsteemi (UPS) ja tööstuslike rakenduste (nt kahvlid, golfikärud) nende vastupidavuse, odavate kulude ja sobivuse tõttu kõrge voolu toodangu tõttu. Vaatamata madalamale energiatihedusele on pliihappe akud konkurentsivõimelised rakendustes, kus kulutõhusus, vastupidavus ning olemasolev ringlussevõtu- ja kõrvaldamise infrastruktuur on tähtsus kaalu ja mahu suhtes ülimuslik.

Hooldus
Liitium-ioonakud vajavad tavaliselt vähem hooldust kui pliihappe akud. Need ei vaja elektrolüütide kontrolli ega perioodilisi võrdsustamislaenguid. Liitium-ioonakusid on üldiselt lihtsam paigaldada nende kerge kaalu, kompaktse suuruse ja painduva paigaldamise tõttu. Need vajavad vähem struktuurilist tuge ja neil on väiksemad ventilatsiooni nõuded kui pliihappe akudel.

Pliihappe akud vajavad perioodilist hooldust, näiteks elektrolüütide taseme kontrollimist, spetsiifilise gravitatsiooni ja väävel vältimiseks nõuetekohase laadimise tagamist. Nende raske kaalu ja gaaside vabastamise tõttu laadimise ajal vajavad pliihapete akud tugevat kinnitusstruktuuri ja piisavat ventilatsiooni. Lisaks vajavad nad perioodiliste kontrollide ja teenuste jaoks konkreetseid hoolduskülastusi.

Kokkuvõte
Liitium-iooni ja pliihappe akude vahel valimisel kaaluge konkreetseid rakendusvajadusi, sealhulgas energiavajadust, ruumipiiranguid, kulude kaalutlusi ja keskkonnategureid. Igal akutüübil on ainulaadsed eelised, mis muudavad selle sobivaks erinevatele tööstusharudele ja rakendustele.