Kas kõik liitiumakud on laetavad?
Mitte kõik liitiumakud ei ole laetavad. Tegelikult on kaks peamist kategooriat-liitiumprimaarakud (ühekordsed{{2}) ja liitium-laetavad akud. Segadus on siin üsna tavaline, sest enamik inimesi kasutab tänapäeval peamiselt oma telefonides ja sülearvutites laetavate liitium{5}}ioonakudega, kuid liitiumprimaarpatareisid kasutatakse endiselt laialdaselt sellistes seadmetes nagu suitsuandurid, meditsiiniseadmed ja teatud tööstuslikud rakendused, kus vajate püsivat võimsust pika aja jooksul, kuid ei pea laadima.
Liitiumakud on mõeldud ühekordseks{0}}kasutamiseks ja nende laadimine võib olla ohtlik. Need akud kasutavad anoodina liitiummetalli ja kui keemiline reaktsioon on lõppenud, on see kõik{2}}aku valmis. Samal ajal kasutavad liitium-ioonakud (taaslaetavad akud) liitiumiühendeid ja võivad sõltuvalt kvaliteedist ja kasutusviisist läbida sadu või isegi tuhandeid laadimistsükleid.
Akutööstus on märkimisväärselt kasvanud. Bloombergi turu-uuringud näitavad, et ainuüksi liitium{0}}ioonakude turu väärtus oli 2022. aastal ligikaudu 44,2 miljardit dollarit ja 2030. aastaks prognoositakse see 116,7 miljardi dollarini. Selle põhjuseks on peamiselt elektrisõidukid, tarbeelektroonika ja võrgusalvestuslahendused. Samal ajal on liitiumprimaarpatareidel tööstuse aruannete kohaselt endiselt umbes 23% eripatareide turust.
Täiendage oma teadmisi Tellige Battery Tech Insights, et saada iganädalasi värskendusi energiasalvestuslahenduste ja akusektori uute tehnoloogiate kohta. Hankige uudiskiri
Miks see teie ettevõtte jaoks oluline on?
Kui tegelete hankimise, tootearendusega või akudel põhinevate seadmete haldamisega, on teadmine, et taaslaetavate ja mittelaetavate liitiumakude vahel on erinevus-, see ei ole ainult akadeemiline,{1}}sel on tegelikud kulud ja tegevused.
Kulude kaalutlused
Kuigi liitium-ioonakud on alghinnaga kõrgemad (mõnikord 3-5 korda rohkem kui esmased akud), saab neid laadida 500-2000+ korda olenevalt keemiast ja kasutusviisidest. Suure energiatarbega-seadmete puhul, mida kasutatakse igapäevaselt, eelistab matemaatika tavaliselt laetavaid seadmeid. Kuid vähese energiatarbega seadmete puhul, mis seisavad kasutuse vahel kuid või aastaid, on primaarakud sageli mõistlikumad, kuna neil on parem säilivusaeg (10–20 aastat vs. 2–3 aastat paljude laotavate akude puhul).
Toimimise efektiivsus
Tootmis- või tervishoiuasutuses võib vale akutüüp põhjustada ootamatuid seisakuid. Oleme näinud juhtumeid, kus rajatised vahetasid kogu oma hädaabivarustuse laetavate akude vastu, arvates, et säästavad raha, kuid avastasid, et pikemaks ajaks laadimata jäetud akud lagunesid kiiremini, kui esmaakud oleksid vastu pidanud. Vastupidi, ettevõtted, kes vahetasid igakuiselt primaarpatareisid suure-kasutusastmega seadmetes, kulutasid läbi eelarve, mida oleks saanud säästa taaslaetava lahendusega.
Ohutusprotokollid
Siin lähevad asjad tõsiseks. Liitiumprimaarpatareisid ei tohi kunagi laadida,{1}}need ei ole selleks ette nähtud ja võivad üle kuumeneda, lekkida või halvimal juhul süttida. Veenduge, et teie töötajad teaksid, millised patareid on. Soovitame mõlemat tüüpi asutustes värvide-kodeerimise või selge märgistamise süsteeme.
Battery Pro partnerite programm Liituge juhtivate tootjatega akulahenduste optimeerimisel. Siit saate teada, kuidas meie konsultatsiooniteenused aitasid Acme Corpil vähendada akukulusid 34%, parandades samal ajal seadmete tööaega. Lisateavet leiate juba täna
Liitiumaku keemia tüübid
Et mitte liiga sügavale umbrohtu sattuda, kuid erinevate keemiate mõistmine aitab selgitada, miks mõned liitiumakud on laetavad ja teised mitte.
Liitiumakud (mitte{0}}laetavad)
Need kasutavad anoodimaterjalina liitiummetalli. Levinud tüübid hõlmavad järgmist:
Liitium-tionüülkloriid (Li-SOCl2): kõrge energiatihedus, sobib suurepäraselt pikaajalisteks-rakendusteks, nagu kommunaalarvestid ja mälu varundamine. Nende säilivusaeg võib ületada 20 aastat, mis on üsna tähelepanuväärne.
Liitium-mangaandioksiid (Li-MnO2): CR2032 mündielemendid, mida näete kõikjal, kuuluvad sellesse kategooriasse. Väiksem võimsus kui Li-SOCl2, kuid ohutum ja parem tarbijarakenduste jaoks.
Liitium-rauddisulfiid: Energizeri Ultimate liitiumakud kasutavad seda keemiat. Need töötavad äärmuslikel temperatuuridel paremini kui leelispatareid ja kestavad oluliselt kauem.
Mis muudab need mitte-taaslaetavaks, on keemiline reaktsioon põhimõtteliselt üks-suunaline. Liitiummetall oksüdeerub tühjenemise ajal ja pole praktilist viisi selle protsessi ümberpööramiseks ilma termilise põgenemise riskita.
Liitiumioon{0}}laetavad akud
Need kasutavad liitiumiühendeid (mitte puhast liitiummetalli) ja liitiumioonid liiguvad laadimise ja tühjendamise ajal anoodi ja katoodi vahel. Peamised tüübid hõlmavad järgmist:
Liitiumkoobaltoksiid (LiCoO2): kõrge energiatihedusega, kasutatakse nutitelefonides ja sülearvutites. Need on need, mis aeg-ajalt ülekuumenemise korral uudiseid edastavad, kuigi kaasaegsed akuhaldussüsteemid on muutnud need palju turvalisemaks.
Liitiumraudfosfaat (LiFePO4): stabiilsem, pikem tööiga (2000+ tsüklit), kasutatakse elektrisõidukites ja elektritööriistades. Tesla kasutab nüüd mõnes oma sõidukis selle varianti. Kaubandus-on väiksem energiatihedus kui koobalt{5}}põhinevatel akudel.
Liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid (NMC): tasakaalustatud keemia, mida kasutatakse paljudes elektrisõidukites. Pakub head energiatihedust, korralikku eluiga ja mõistlikke kulusid. See on praegu elektrisõidukites ilmselt kõige levinum keemia.
Liitiumnikkel-koobalt-alumiiniumoksiid (NCA): suure jõudlusega, kasutatakse Tesla vanemates mudelites ja mõnes tipptasemel{0}}rakenduses. Kallis, kuid suur energiatihedus.
Taaslaetavus tuleneb asjaolust, et liitiumioonid võivad elektroodide vahel korduvalt edasi-tagasi liikuda. Anoodile moodustuv tahke elektrolüüdi liidese (SEI) kiht on piisavalt stabiilne, et võimaldada seda korduvat tsüklit, kuigi see aja jooksul laguneb, mistõttu laetavad akud kaotavad lõpuks oma mahu.
Liitiumpolümeer akud
Tehniliselt on need liitium{0}}ioonakud, kuid need kasutavad vedela elektrolüüdi asemel polümeerset elektrolüüti. Need on laetavad ja leiate neid õhukestes seadmetes, nagu tahvelarvutid ja mõned nutitelefonid. Peamine eelis on vormitegur,{3}}neid saab teha väga õhukeseks ja kohandatud kujuga. Negatiivne külg on see, et need on üldiselt kallimad ja ülelaadimise või kahjustamise korral võivad need paisuda.
Levinud väärarusaamad
Seal on palju segadust ja ausalt öeldes tuleb osa sellest turundusest, mis pole alati selge. Siin on see, mida me palju kuuleme:
"Kõik liitiumakud on ühesugused"-Kindlasti pole tõsi. Nagu oleme käsitlenud, on olemas suur valik keemiat ja rakendusi. Teie auto võtmehoidjas olev liitiummündielement erineb täielikult teie elektriauto liitium-ioonpaketist.
"Peate alati enne uuesti laadimist liitium-ioonakud täielikult tühjendama"-See kehtis vanade nikkel-kaadmiumakude kohta, kuid liitium-ioonakude puhul on see tegelikult halb. Nad eelistavad osalise tühjenemise tsükleid. Liitium-ioonaku 20–80% laetuse hoidmine pikendab tegelikult selle eluiga.
"Taaslaetavad akud on alati keskkonnale paremad"-Üldiselt jah, kuid see sõltub kasutusharjumustest. Kui kasutate seadet vaid kaks korda aastas, ei pruugi laetava aku valmistamiseks kulunud energia ja ressursid (pluss selle laadimiseks kuluv elekter) korvata keskkonnakulusid võrreldes kauakestva primaarakuga. Elutsükli analüüs võib olla keeruline.
Tööstuse rakendused ja trendid
Erinevatel sektoritel on akutehnoloogia osas erinevad vajadused ja pole ühtegi -suuruses-sobivat-lahendust.
Meditsiiniseadmed
Südamestimulaatorid ja siirdatavad meditsiiniseadmed kasutavad peaaegu eranditult liitiumakusid. Põhjus on lihtne,-kellegi rindkeresse paigaldatud akut ei saa lihtsalt laadida ja vajate absoluutset töökindlust. Need akud võivad kesta 5-10 aastat või kauem. Mõned uuemad seadmed uurivad induktiivset laadimist, kuid see pole endiselt tavapärane. Samal ajal liiguvad kaasaskantavad meditsiiniseadmed, nagu infusioonipumbad ja kaasaskantavad hapnikukontsentraatorid, kulude kokkuhoiu eesmärgil laetavate liitiumioonakude poole.
Tööstuslikud ja IoT andurid
Industrial Battery Consortiumi 2023. aasta aruande kohaselt kasutab umbes 67% kauganduritest endiselt primaarseid liitiumakusid. Need on raskesti ligipääsetavates--kohtades olevad seadmed,-torustiku monitorid, keskkonnaandurid, struktuuride tervise jälgimise süsteemid. Nendele seadmetele akude vahetamiseks või laadimiseks regulaarselt juurde pääsemise logistika muudab sageli-pika elueaga primaarakud ainsaks praktiliseks võimaluseks.
Tarbeelektroonika
See on praegu peaaegu täielikult liitiumioon{0}}laetav territoorium. Nutitelefonid, sülearvutid, tahvelarvutid, juhtmeta kõrvaklapid, elektrilised hambaharjad{2}}need kõik kasutavad laetavaid liitium{3}}ioonakusid. Nihe on olnud dramaatiline. 2005. aastal kasutas enamik kaasaskantavaid elektroonikaseadmeid leelis- või NiMH-akusid. Nüüd on haruldane leida moodsat tarbijaseadet, millel pole sisseehitatud-laetavat akut.
Elektrisõidukid
Siin toimub tõesti suur raha ja innovatsioon. EV akud on sisuliselt hiiglaslikud liitium-ioonelementide massiivid (tavaliselt 18650 või uuemad 2170 formaadis elemendid Tesla sõidukitel või prismaatilised elemendid paljudes teistes elektrisõidukites). Tüüpiline EV aku võib sisaldada 5000–7000 üksikut elementi. Akuhaldussüsteem on uskumatult keerukas, jälgides iga elemendi või elementide rühma temperatuuri, pinget ja voolutugevust, et maksimeerida jõudlust ja ohutust.
Siin on huvitav areng{0}}Akuvahetus on mõnel turul tagasi tulemas. Sellised ettevõtted nagu Nio Hiinas ehitavad akuvahetusjaamade võrgustikke, kus saate tühjenenud aku umbes 5 minutiga täielikult laetud aku vastu vahetada. See käsitleb üht peamist kaebust elektrisõidukite kohta (pikad laadimisajad), kuid nõuab olulisi infrastruktuuriinvesteeringuid.
Lennundus ja kaitse
Mõlemat tüüpi segatakse sõltuvalt rakendusest. Avariimajakad ja teatud sõjavarustus kasutavad töökindluse ja säilivusaja tagamiseks primaarpatareisid. Kuid üha enam võetakse kasutusele laetavaid süsteeme, kus kaal ja korduv kasutamine õigustavad kõrgemaid algkulusid.
Energia salvestamise süsteemid
Võrgu{0}}mastaabis aku salvestamine kasvab plahvatuslikult, kuna taastuvenergia kasutuselevõtt kasvab. Need on massiivsed liitium-ioonakud (kasutades mõnikord ohutuse ja pikaealisuse tagamiseks LFP keemiat), mis salvestavad liigse päikese- või tuuleenergia ja vabastavad selle vajaduse korral. Ainuüksi Californias on 2024. aasta seisuga paigaldatud üle 5000 MW aku salvestusmahtu. Need süsteemid võivad töötada iga päev ja peavad vastu pidama 10–15 aastat, seega on keemia ja akuhaldus kriitilise tähtsusega.
Ohutuskaalutlused ja eeskirjad
Aku ohutus on muutunud peamiseks fookuseks, eriti pärast mõningaid kõrgetasemelisi{0}}intsidente liitium-ioonakudega seadmetes ja elektrisõidukites.
Saatmine ja transport
Nii primaar- kui ka taaslaetavad liitiumakud kehtivad saatmisel ranged eeskirjad. IATA (Rahvusvaheline Lennutranspordi Assotsiatsioon) ja DOT (transpordiministeerium) on need klassifitseerinud ohtlikeks kaupadeks. Kui saadate tooteid liitiumakudega, vajate korralikku märgistust, pakkimist ja dokumentatsiooni. Seadmetesse paigaldatud akude ja üksi tarnitavate akude reeglid on pisut erinevad. Selle valesti eksimine võib kaasa tuua märkimisväärseid trahve ja tarneviivitusi.
Ladustamise nõuded
Liitiumakusid tuleks hoida mõõdukal temperatuuril (tavaliselt 15-25 kraadi on ideaalne) ja osaliselt laetuna (liitium-ioonide puhul 40-60%). Kõrge temperatuur kiirendab lagunemist ja liitiumioonakude pikaajaline täislaadimisel hoidmine vähendab ka nende eluiga. Ettevõtete jaoks, kellel on laoseisu, on see oluline – halvad hoiutingimused võivad tähendada, et teie akud võivad laguneda juba enne nende müümist või kasutuselevõttu.
Kõrvaldamine ja ringlussevõtt
See muutub järjest olulisemaks. Liitium-ioonakud sisaldavad väärtuslikke materjale (liitium, koobalt, nikkel), mida saab taaskasutada. Paljud jurisdiktsioonid nõuavad nüüd liitiumakude nõuetekohast ringlussevõttu, selle asemel, et need tavalise prügi hulka visata. Sellised ettevõtted nagu Redwood Materials (mille asutas Tesla endine tehnoloogiadirektor) ehitavad{4}}suure ulatusega akude ringlussevõtu rajatisi. Praegu on liitium{6}}ioonakude ringlussevõtu määr maailmas vaid umbes 5%, kuid eeskirjade karmistades ja ringlussevõtu ökonoomika paranedes eeldatakse, et see suureneb oluliselt.
Primaarsete liitiumakude puhul on ringlussevõtt vähem levinud, kuid siiski oluline keskkonnakaitselistel põhjustel. Paljudes omavalitsustes on patareide kogumise programmid.
Termilised põgenemisriskid
See on hirmutav. Kui liitium-ioonaku on kahjustatud, üle laetud või sisemiselt{2}}lühises, võib see sattuda termiliselt-ahelreaktsiooni, mille käigus aku kuumeneb, mis võib põhjustada tulekahju või plahvatuse. Kaasaegsetel akudel on mitu turvaelementi (voolupiirikud, termokaitsmed, rõhuavad), kuid see on siiski risk. Seetõttu näete hoiatusi liitiumakusid mitte läbi torgata ega purustada.
Primaarsetel liitiumakudel ei ole päris sama termilise löögi ohtu, kuid need võivad väärkasutamise korral siiski ohtlikud olla. Nende laadimise katse on eriti riskantne.
Kulude analüüs ja ROI
Räägime numbritest, sest see on tavaliselt{0}}otsustajate jaoks kõige olulisem.
Tüüpiline liitiumaku (näiteks CR123A) maksab sõltuvalt kvaliteedist ja ostukohast umbes 2-5 dollarit. See on hea võib-olla 1500 mAh mahu jaoks. Taaslaetav liitiumioon-RCR123A maksab 8–15 dollarit, kuid seda saab laadida 500+ korda ja selle võimsus on sarnane. Kui kasutate seda akut seadmes, mis tühjendab seda kord kuus, tasub aku end ära 3–4 kuuga.
Kuid see matemaatika muutub, kui kasutusmustrid on erinevad. Suitsuanduri puhul, mis kasutab akut 5+ aastat, on liitiumpatarei mõistlikum. Peaksite seda laetavat akut perioodiliselt laadima, isegi kui te seadet ei kasuta, kuna isetühjenemine ja kalendri vananemine halvendavad seda.
Tööstuslike rakenduste puhul muutuvad numbrid suuremaks, kuid loogika on sarnane. Töötasime laohoonega, mis kulutas igal aastal umbes 40 000 dollarit oma pihuskannerite primaarpatareidele. Nad läksid üle taaslaetavate liitium-ioonakudega seadmetele (uute seadmete puhul suurem eelhind, umbes 80 000 dollarit), kuid akukulud vähenesid praktiliselt nullini (ainult elekter laadimiseks). Tasuvusaeg oli alla 2 aasta ning need kaotasid ka tuhandete akude tellimise ja haldamise logistilise tüli.
Teisest küljest otsustas kommunaalettevõte, kellega konsulteerisime, kasutada oma kaugloetavate arvestite lugejate jaoks primaarseid liitiumakusid. Seadmed olid kohtades, kuhu pääses hoolduseks ligi kord 5-10 aasta tagant. Nende regulaarse juurdepääsu kulud ja logistika, et vahetada laetavaid akusid või rakendada mingi laadimislahendus (päikesepaneelid jne), ei olnud lihtsalt majanduslikult mõttekad. Primaarakud, mille eluiga on 15–20 aastat, olid selge võitja.
Edasised arengud
Akutehnoloogia areneb kiiresti ja mõned arengud võivad taaslaetava ja mittelaetava{0}}piiri veelgi hägustada.
Tahkis{0}}akud
Need asendavad liitium{0}}ioonakude vedela elektrolüüdi tahke elektrolüüdiga. Võimalike eeliste hulka kuuluvad suurem energiatihedus, parem ohutus (väiksem tuleoht) ja potentsiaalselt pikem eluiga. Toyota, Samsung ja teised investeerivad sellesse tehnoloogiasse palju. Kaubandustooteid on oodata järgmise 2-5 aasta jooksul, kuigi need on juba mõnda aega "nurga taga".
Liitium{0}}väävelakud
Võib pakkuda palju suuremat energiatihedust kui praegused liitium{0}}ioonakud. Endiselt uurimisfaasis, kuid lubab.
Naatrium{0}}ioonakud
Need võivad olla odavamad kui liitium{0}}ioonakud ja kasutada rohkem materjale. CATL (Contemporary Amperex Technology Co.) Hiinas hakkab juba kaubanduslikult tootma naatrium-ioonakusid. Need ei asenda liitiumioone suure jõudlusega-rakendustes, kuid võivad olla konkurentsivõimelised statsionaarsete salvestusseadmete ja madalamate{7}}elektrisõidukite jaoks.
Taaslaetavad liitiumakud
Mõned uurimisrühmad töötavad selle nimel, et muuta traditsiooniliselt mitte{0}}laetavad liitiumkeemiatooted taaslaetavaks. See on algusaeg, kuid laborites on palju paljulubavaid tulemusi. Kui see õnnestub, võib see ühendada primaarakude suure energiatiheduse ja säilivusaja liitium-ioonide taaslaetavusega.
Akuhaldussüsteemid
Ka akuhaldussüsteemid muutuvad targemaks, kasutades laadimismustrite optimeerimiseks ja aku seisundi ennustamiseks tehisintellekti ja masinõpet. See võib pikendada aku tööiga ja parandada ohutust.
Teie rakenduse jaoks õige valiku tegemine
Nii et tagasi algse küsimuse juurde,{0}}kas kõik liitiumakud on laetavad? Ei. Aga kas peaksite oma konkreetse rakenduse jaoks kasutama taaslaetavaid või primaarseid liitiumakusid? See sõltub mitmest tegurist:
Kasutussagedus:Kõrgsagedus{0}}kasutus eelistab laetavaid akusid. Madala-sageduse kasutamine eelistab sageli primaarpatareisid.
Juurdepääsetavus:Kui seade on raskesti ligipääsetavas--kohas, on pika tööeaga primaarakud mõttekam. Kui see on kergesti ligipääsetav, on laetavad akud tavaliselt säästlikumad.
Kõlblikkusaja nõuded:Peamised liitiumakud võidavad siin, mõned tüübid peavad hoiule 20+ aastat. Laetavad akud lagunevad isegi siis, kui neid ei kasutata.
Keskkonnaeesmärgid:Kui jäätmete minimeerimine on prioriteet ja kasutusharjumused seda toetavad, on laetavad akud üldiselt paremad. Kuid võtke arvesse kogu elutsüklit, sealhulgas tootmist ja kõrvaldamist.
Eelarve:Esialgne eelarve soosib primaarpatareisid; pikaajaline eelarve-soosib tavaliselt taaslaetavat-kasutamise korral.
Ohutus- ja reguleerivad tegurid:Kaaluge saatmis-, ladustamis- ja kõrvaldamisnõudeid oma konkreetse tööstuse ja asukoha jaoks.
Temperatuuri nõuded:Mõned primaarsed liitiumakud töötavad äärmuslikel temperatuuridel paremini kui enamik laetavaid liitium{0}}ioonakusid.
Üks suurus ei sobi kindlasti kõigile. Oleme näinud, et ettevõtted säästavad märkimisväärselt raha, analüüsides oma aku kasutust, selle asemel, et lihtsalt vaikimisi kasutada seda, mida nad on alati kasutanud, või valides alguses kõige odavama võimaluse.
Kas vajate abi akustrateegia optimeerimisel? Võtke ühendust meie energiasalvestuskonsultantidega, et analüüsida teie konkreetseid kasutusjuhtumeid ja teha kindlaks kulude{0}}säästuvõimalused. Tasuta esialgne hindamine kvalifitseeruvatele organisatsioonidele. Planeeri konsultatsioon
Alumine rida
Taaslaetavate ja mitte{0}}laetavate liitiumakude erinevuste mõistmine on midagi enamat kui lihtsalt tehniline teadmine,-see puudutab teadlike otsuste tegemist, mis mõjutavad teie kasumit, töötõhusust ja keskkonnamõju. Kuna akutehnoloogia areneb edasi ning akude utiliseerimise ja ringlussevõtu eeskirjad muutuvad karmimaks, on kursis püsimine üha olulisem.
Olenemata sellest, kas määrate akusid uue tootekujunduse jaoks, haldate suure rajatise hankeid või proovite lihtsalt oma ettevõtte jaoks targemaid valikuid teha, võib paremate tulemusteni jõuda teadmine, millal kasutada taaslaetavaid või primaarseid liitiumakusid. Ja kuna akutööstus liigub sama kiiresti kui praegu, tasub neid otsuseid perioodiliselt üle vaadata, kui uued võimalused muutuvad kättesaadavaks ja majandus muutub.
