Свинцеві батареї та літій-іонні батареї

Давайте вивчимо відмінності між літій-іонними акумуляторами та свинцевими акумуляторами. Як свинцеві батареї, так і літій-іонні батареї є дуже поширеними джерелами резервного копіювання. Вибираючи, який акумулятор кращий для програми для вашого пристрою, потрібно розглянути кілька факторів, таких як напруга, ємність, кількість циклів тощо через різні характеристики двох батарей.

Хімія та структура
Літій-іонні батареї
Принцип роботи літій-іонних акумуляторів заснований на оборотній електрохімічній реакції між двома електродами (анодом та катодом) в електроліті. Електродні матеріали, що використовуються в літій-іонних акумуляторах, зазвичай є літієвими сполуками (наприклад, оксид кобальту літію, літієвий фосфат заліза тощо), а електроліт-неводальний електроліт (органічний розчинник, що містить літієві солі). Електроди зазвичай є тонкими шарами на електропровідному підкладці, що дозволяє досягти високої щільності енергії.

Схематична схема літієвої акумуляторної реакції
Негативний електрод зазвичай виготовляється з графіту. Анод у літій-іонному акумуляторі зберігає літієві іони (Li⁺) під час зарядки, а іони літію переходять від анода до катода під час розряду. Позитивний електрод також зазвичай виготовлений з графіту. Катод у літій-іонному акумуляторі зберігає літієві іони (Li⁺) під час зарядки, а іони літію переходять від анода до катода під час розряду.

Під час зарядки іони літію переміщуються від катода через електроліт і інтеркальтують (вбудовуються) в анодний матеріал. Під час розряду процес повертається: іони літію переходять від анода через електроліт до катода. У той час як іони літію мігрують через електроліт, електрони протікають через зовнішній ланцюг, створюючи електричний струм, який може живити пристрої.

Свинцеві батареї
Принцип роботи акумуляторів свинцю-кислоти включає електрохімічну реакцію між електродами свинцевого та свинцевого діоксиду в електроліті сірчаної кислоти, забезпечуючи надійне джерело електричної енергії. Завдяки характеристикам хімії на основі свинцю, свинцеві батареї мають товсті та об'ємні електроди.

Схематична схема схематичної схеми реакції акумулятора свинцевої кислоти
Щільність енергії
Літій-іонні батареї, як правило, мають більшу щільність енергії, ніж свинцеві акумулятори. Це означає, що він може зберігати більше енергії на одиницю об'єму або ваги, роблячи їх легшими та компактнішими для однієї енергетичної потужності.

Об'ємна щільність енергії літій-іонних акумуляторів значно вища, ніж у свинцево-кислотних батарей. Це означає, що літій-іонні батареї можуть зберігати більше енергії на одиницю об'єму, що забезпечує менші, більш компактні акумуляторні пакети.

Енергетична щільність свинцево-кислотних акумуляторів нижча, ніж у літій-іонних акумуляторів, що призводить до більших і важких батарей для тієї ж ємності для зберігання енергії.

Так само літій-іонні батареї мають більш високу гравіметричну щільність енергії, ніж свинцеві акумулятори. Це призводить до більш легкої акумуляторної батареї для даної енергетичної ємності, яка є критичною у застосуванні, де вага викликає занепокоєння, наприклад, електромобілі.

Життя циклу
Тимчасовий цикл акумулятора відноситься до кількості циклів заряду та розряду, які він може зазнати, перш ніж його ємність знизиться до визначеного рівня.

Літій-іонні батареї, як правило, мають довший термін експлуатації, ніж свинцеві акумулятори. Залежно від специфічної хімії та умов використання, літій-іонні батареї можуть витримувати сотні до тисяч циклів заряду та розряду.

Акумулятори свинцю-кислоти, хоча і міцні, зазвичай мають термін експлуатації циклу, особливо при підданні глибоких розрядів.

Літій-іонні акумулятори підходять для застосувань, які потребують тривалого циклу, високої щільності енергії та легкої ваги, таких як електромобілі, портативна електроніка та зберігання енергії. Акумулятори свинцю залишаються конкурентоспроможними у програмах, де є економічна ефективність, надійність та існуюча інфраструктура переробки, такі як автомобільні стартові батареї та статичні системи резервного копіювання живлення.

Швидкість викиду
Швидкість розряду акумулятора відноситься до швидкості, з якою вона вивільняє збережену енергію, зазвичай вимірюється як Часта С.

Літій-іонні батареї здатні до високих швидкостей розряду, як правило, від 1С до 2С або вище, залежно від хімії та конструкції. Навіть при високих швидкостях розряду напруга та ємність літій-іонних акумуляторів залишаються відносно стабільними, що важливо для застосувань, які потребують миттєвої високої потужності або стійкої високої потужності.

Акумулятори свинцю-кислоти, як правило, не підходять для застосування високої швидкості розряду. Загальні швидкості розряду для батарей свинцю-кислоти варіюються від 0. 0 5c до 0}. 2c, залежно від типу (наприклад, акумулятори свинцю-кислоти, AGM або гелеві акумулятори). Деякі AGM (поглинена скляна ковдра) або високопродуктивні свинцеві акумулятори можуть обробляти помірні швидкості розряду до 0,5 ° С або трохи вище.

При високих швидкостях розряду акумулятори-кислоти можуть відчувати падіння напруги та зменшення потужностей, тоді як літій-іонні акумулятори мають стабільну швидкість розряду, що поступово зменшується до 60% для свинцево-кислотних акумуляторів. Це обмеження робить батареї-кислоти свинцевими кислотами менш придатними для застосувань, які потребують швидкого вивільнення енергії або високих потреб у потужності.

Акумулятори свинцю-кислоти краще підходять для додатків, які потребують помірних швидкостей розряду, таких як автомобільні стартові батареї, резервні системні систем та статичні програми. Через падіння напруги та зниження ефективності при високих швидкостях розряду вони менш ефективні у застосуванні, які потребують швидкого розряду.

Літій-іонні батареї перевершують акумулятори, що кидають свинцю з високою швидкістю розряду. Вони можуть швидко та ефективно забезпечити значну потужність потужності та підходять для застосувань, які потребують великого сплеску електроенергії, таких як електромобілі, електроінструменти та деяке промислове обладнання.

Напруга розряду
Літій-іонні батареї підтримують відносно стабільну напругу для більшості циклу розряду, до кінця ємності. Це робить їх придатними для додатків, які потребують стабільної напруги та послідовної продуктивності.

Акумулятори свинцю мають нижчу номінальну напругу на клітинку, ніж літій-іонні акумулятори. Під час розряду їх напруга поступово зменшується, особливо в кінці потужності. Ця характеристика поширена в програмах, де діапазон напруги акумулятора та характеристики розряду є ключовими факторами.

У практичних додатках розуміння цих характеристик напруги може допомогти вибрати відповідний тип акумулятора на основі вимог напруги, характеристик розряду та загальних очікувань ефективності.

Характеристики зарядки
Літій-іонні акумулятори можна швидко зарядити, а деякі види літій-іонних акумуляторів здатні швидко зарядитись без значних пошкоджень. Вони також мають меншу швидкість самообанктора, ніж батареї-кислоти.

Акумулятори свинцю, як правило, заряджаються повільніше, ніж літій-іонні акумулятори, особливо коли він знаходиться в межах повного заряду. Швидка зарядка може спричинити нагрівання і вимагає ретельного моніторингу.

Наприклад, 3 0 00 Milliamp-Hour (MAH) літій-іонний акумулятор, заряджений на 1500 міліампс (1,5А), теоретично знадобиться близько 2 годин, щоб повністю зарядитись (якщо припустити, що швидкість заряду 1C). A 12- Volt свинцево-кислотна акумулятор потужністю 100 амперних годин (AH) знадобиться близько 10 годин, щоб повністю зарядитись зі швидкістю заряду 10 ампер (приблизно 0,1 ° С).

Температурні ефекти
Літій-іонні батареї найкраще працюють у температурах, починаючи від 0 ступеня до 45 градусів (від 32 градусів F до 113 градусів f). Акумулятори свинцю-кислоти більш толерантні до температурних крайнощів, ніж літій-іонні акумулятори. Вони можуть ефективно працювати в діапазоні -20 ступінь до 50 градусів (-4 градус F до 122 градусів f).

Літій-іонні батареї більш чутливі до температурних крайнощів і потребують ретельного теплового управління для забезпечення безпеки та оптимальних показників. Холодні температури (нижче 0 градус) можуть тимчасово зменшити потужність та потужність акумулятора. Надзвичайно низькі температури можуть призвести до того, що акумулятор стане млявим, а заряджання або розрядження при дуже низьких температурах може спричинити незворотну шкоду.

Акумулятори свинцю-кислоти мають більш широкий діапазон робочої температури і краще здатні витримати як високу, так і низьку температуру. Хоча акумулятори свинцю-кислоти краще здатні витримувати високі температури, перегрівання все ще може прискорити старіння акумулятора та збільшити втрату води.

Обидва типи акумуляторів потребують моніторингу та дотримання рекомендацій температури для забезпечення безпечної роботи та тривалого терміну експлуатації.

Програми та використання
Літій-іонні акумулятори широко використовуються в портативних електронних пристроях, електромобілях та системах зберігання енергії завдяки їх високій щільності енергії, які потребують максимізації енергії на одиницю об'єму або ваги.

Літій-іонні батареї зазвичай використовуються на портативних електронних пристроях (наприклад, ноутбуках, смартфонах), електромобілів (EVS) та системах зберігання відновлюваної енергії через їх високу щільність енергії та низьку вагу.

Акумулятори свинцю-кислоти традиційно використовуються в автомобільних стартових акумуляторах, резервних системах живлення (ДБЖ) та промислових додатках (наприклад, навантажувачі, візках для гольфу) через їх довговічність, низьку вартість та придатність для високого поточного виходу. Незважаючи на меншу щільність енергії, свинцеві батареї є конкурентоспроможними у програмах, де економічна ефективність, довговічність та існуюча інфраструктура для переробки та утилізації мають перевагу над вагою та обсягом.

Технічне обслуговування
Літій-іонні акумулятори, як правило, потребують менше обслуговування, ніж свинцеві акумулятори. Вони не потребують перевірок електролітів або періодичних зарядів вирівнювання. Літій-іонні акумулятори, як правило, простіше встановити завдяки їх легкій вазі, компактному розміру та гнучкому монтажу. Вони потребують менш структурної підтримки та мають вимоги до нижньої вентиляції, ніж батареї-кислоти.

Акумулятори свинцю потребують періодичного обслуговування, наприклад, перевірка рівня електроліту, питома вага та забезпечення належної зарядки для запобігання сульфації. Через їх велику вагу та вивільнення газів під час зарядки акумулятори-кислоти потребують міцної кріпильної конструкції та адекватної вентиляції. Крім того, вони потребують конкретних відвідувань технічного обслуговування для періодичних перевірок та обслуговування.

Резюме
Вибираючи між літій-іонними та свинцевими акумуляторами, розглянемо конкретні потреби застосування, включаючи потреби в живлення, обмеження простору, міркування витрат та фактори навколишнього середовища. Кожен тип акумулятора має унікальні переваги, які роблять його придатним для різних галузей та застосувань.