Liitiumi aku toimimiseks on vajalikud kolm põhikomponenti, mis koos töötavad: anood, katood ja elektrolüüt, et tagada hea toimivus ja jõudlus. Tänapäeval on enamik anoode valmistatud grafiidist, kuna see suudab hoida liitiumioone aku laadimisel. Just see võime hoida palju ioone annab liitiumakudele suure energiatiheduse, mis muudab need suurepäraseks valikuks suurtete portabelsete toitepakkude jaoks, mida kasutatakse kempingu käigus. Kui aga vaadata katoodi, siis need sisaldavad tavaliselt erinevaid liitium metalli oksiide. Levinud variantide hulka kuuluvad liitiumkoboltoksiid ja liitiumraudfosfaat. Just need materjalid suurendavad salvestatud energiahulka ja hoiavad kõikvõimalikult stabiilset olekut, isegi kui temperatuur muutub või kasutusmustris esineb kõikumisi.
Aku puhul teenib elektrolüüt liitiumioonide liikumise teena positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Kõige sagedamini valmistatakse see liitiumsoola lahustamisel orgaaniliste lahustitega, kusjuures segu stabiilsus erinevates temperatuuritingimustes mõjutab otseselt nii aku eluiga kui ka selle ohutust käibimise ajal. Elektriautode või võrgutasemel toimuva energiasalvestuse puhul on selle tüüpi keemilise stabiilsuse säilitamine absoluutselt oluline, kuna keegi ei taha, et seade või süsteem peaks paari kuu pärast rikkuma. Kõik need komponendid peavad koos korralikult toimima, et meie telefonid säiliks kogu päeva jooksul laetuna, meditsiiniseadmed töötaksid usaldusväärselt ning taastuvenergiaallikad suudaks vajadusel tõhusalt salvestada elektrit.
Separator mängib olulist rolli liitiumi aku ohutuses ja korras toimimises. Põhimõtteliselt takistab see aku positiivse ja negatiivse osa vahetut puudutamist, mis põhjustaks ohtlike lühise ja võib kogu aku paketi kahjustada. Tänapäeval on enamik separeteid valmistatud plastikust, näiteks polüetüleenist või polüpropüleenist. Need materjalid võimaldavad liitiumioonidel vabalt liikuda, kuid takistavad elektronide liikumist. Need aitavad ka vältida tõsiseid dendriitide teket aku sees. Dendriitideks on väikesed, separaatori kaudu kasvavad puud ja kui need liiga suureks kasvavad, võivad nad materjali kaudu augud tekitada ning põhjustada tõsiseid probleeme.
Separatori kvaliteet on tootmisringides väga oluline, sellele annab toetust palju uuringuid ja tööstusseeri tagasikõnede kogemus, mille põhjuseks on aastate jooksul ilmnenud vigased separatorid. On siiski väga oluline saavutada õige tasakaal, kus ioonid saaks liikuda vabalt, kuid ohutust ei ohverdata. Pika elueaga ja hästi toimivate aku puhul on kulutused head kvaliteediga separatori materjalidele nüüd juba kohustuslikud. See on tegelikult üsna mõistlik äriintress. Need separatorid teevad rohkem kui lihtsalt seista – need on kriitilised komponendid erinevates energiasalvestuse süsteemides. Mõelge päikesepaiklustele või nendele väikestele kandlike laaduritele, mida inimesed kanduvad kõikjal nüüdseks. Ilma sobivate separatoriteta ei saaks ükski neist tehnoloogiatest ohutult või tõhusalt pikemas perspektiivis töötada.
Liitiumi aku toimib seetõttu, et liitiumioonid liiguvad edasi-tagasi anoodi ja katoodi vahel. Laadimisel liiguvad need ioonid anoodist katoodi poole, kus nad salvestavad energiat. Kui vajame energiat, teevad nad tagasitee anoodi suunas, tekitades sellega elektrit. Selle tantsu tõhusus määrab aku üldist toimivust. Uuringud näitavad, et ioonide sujuv liikumine on peamine tegur, mis määrab, kui kaua aku enne lagunemist kestab. Mida parem on ioonide liikumise vool, seda kauem aku kestab ja usaldusväärsemaks ta saab. Seetõttu loodetakse tänapäeval paljude seadmete puhul liitiumi tehnoloogiale, et rahuldada energiavajadusi.
Redoksi reaktsioonid, need keemilised muutused, kus asjad vähenevad või hapnikustuvad, toimuvad liitiumi aku sees ja võimaldavad sellel energiat vabastada. Põhimõtteliselt toimuvad need reaktsioonid mõlemas otsas aku sees – anoodis ja katoodis – samal ajal kui elektronid liiguvad ringikujuliselt ning liitiumi ioonid põrkuvad edasi-tagasi. Hea arusaam sellest, kuidas need reaktsioonid toimivad, on väga oluline, et luua paremaid aku materjale, mis salvestavad energiat tõhusamalt. Uurijad on viimased aastad maininud, et just selle keemia õige toimimise tagamine võimaldab kõiki nende uusi aku tehnoloogiaid, millest järjepidevalt kuuleme. Parev redoksi arusaam tähendab tänapäevastele aku seadmetele parandatud aku tööd ja avab uksed veelgi põnevamate innovatsioonide edendamiseks meie seadmete ja elektriautode jaoks.
Akupakkide juhtimissüsteemid ehk BMS on väga olulised liitiumioonakude stabiilsuse tagamiseks, kuna need jälgivad iga üksiku aku pinge. Kui see jälgimine toimub korralikult, hoiab see iga aku ohutuspiirides, vältides näiteks ülelaadimist, mis aja jooksul halvendaks aku tööd ja lühendaks selle eluiga. Üks BMS-i funktsioonide olulisemaid osi on aku tasakaalustamine. Põhimõtteliselt tähendab see, et kõik akud peaksid olema umbes sama laetud. Enamik tootjad on leidnud, et kui akud on korralikult tasakaalus, siis kogu aku komplekt kestab kauem ja töötab oma elu jooksul stabiilsemalt. Mõned uuringud viitavad isegi sellele, et hea tasakaalustamine võib parandada aku tõhusust kuni 15% võrra reaalseid olukordi arvestades.
Uuringud näitavad, et kui akude rakud on korralikult tasakaalus, on nende eluiga umbes 25% pikem kui neil akudel, millel seda omadust pole. Seetõttu on tänapäeval akude juhtimise süsteemid (BMS) muutunud väga oluliseks, eriti just liitiumi aku pakkumise puhul, mida me näeme igal pool elektriautodest kuni päikesekogujahutuslahendusteni. Kui pinge jälgitakse tõhusalt ja rakud säilitavad tasakaalu, siis see mõjutab tõeliselt oluliselt nende energiasalvestussüsteemide usaldusväärsust ja tõhusust. Võtke näiteks kõrvalt võetavad energiasalvestid – need töötavad lihtsalt paremini pikema aja jooksul, kuna nende sisemised komponendid ei pea pidevalt üksteise vastu võitlema.
Soojuse haldamine on üks neist olulistest ülesannetest, mille käib aku juhtimise süsteemid (BMS) ohutuse tagamiseks. Neis süsteemides on sisseehitatud andurid, mis tuvastavad, kui akud hakkavad oma pakendis liiga kuumaks minema, seejärel lülitatakse sisse regulaatorid, mis kas kõrvaldavad soojust või liigutavad seda mujale. Akude õige temperatuuri hoidmine on väga oluline nende töökindluse ja ohutuse tagamiseks. Enamik akusid töötavad kõige paremini siis, kui temperatuur jääb vahemikku 0°C kuni 45°C. Kui aga temperatuur tõuseb liiga kõrgeks, siis akud ei tööta enam nii tõhusalt. Ja ausalt öeldes võivad liiga kõrged temperatuurid põhjustada akude täielikku läbikukkumist, mida keegi ei taha, eriti mitte kriitiliste operatsioonide ajal, näiteks hädaolukordlike elektrivarvarisüsteemide puhul.
Tõhus temperatuuriregelamine on oluline terviseks, et vältida temperatuuri ülekaiku, mis on oluline põhjus akustulepurtuste tekkimiseks, eriti elektriratturite akude ja teiste liitium-ion rakenduste puhul. Uurimused rõhutavad temperatuuriregelamise tähtsust neid riske vähendamisel ning rõhutavad hea töötava BMS rolli akute turvalisusjuhtudel.
Akupakkude juhtimissüsteemid (BMS) on varustatud oluliste kaitsetega, näiteks ülelaadimise ja sügava laadimise vastu. Enamikul kaasaegsetel BMS disainidel on tegelikult kaks tüüpi lülitusmechanismi, mis töötavad koos: kõrged lülitid, mis vajadusel füüsiliselt protsessi peatavad, ja pehmemad lülitid, mis lihtsalt aeglustavad toiminguid enne, kui olukord muutub liiga äärmuslikuks. Sellised ohutusmeetodid on väga olulised akude pikaajalise tervise ja nende kasutajate ohutuse tagamiseks. Mõelge, mis juhtub, kui telefoni aku liiga kuumaks saab – see võib süttida! BMS toimib põhimõtteliselt varajase hoiatussüsteemina, mis tuvastab probleemid enne, kui need muutuvad suurte katastroofideks, näiteks paisunud elementideks või täielikuks ebaõnnestumiseks.
Numbrid kinnitavad, kui head on need kaitse süsteemid tegelikult. Akud, millel on korralik BMS seadistus, lihtsalt ei kao nii sageli, nagu näitab mitmete uuringute põhjal kogutud tööstuse andmed. Kui sellest kõigest kuidagi mõista, siis järelevalve süsteem märkab probleeme enne, kui need muutuvad tõsiseks probleemiks. Kui keegi otsib pikemas perspektiivis usaldusväärsust, siis kulutused kvaliteetse BMS tehnoloogiale tasuvad suurel määral nii ohutuse kui ka eluea poolest. Näeme seda kõige selgemalt päikesepargi ladustuslahendustes, kus seismise kulud on kallid, samuti neis kõrbades väljakutseliste elektrikatkestustepakkujates, millele inimesed toetuvad telkimise või hädaolukorra ajal.
Tänapäeval suudavad liitiumi akud mahutada palju rohkem energiat väiksematesse ruumidesse võrreldes vanemate aku tüüpidega. Seetõttu sobivad nad suurepäraselt inimeste igal pool kasutatavatesse kanduvatesse elektrijaamadesse. Kuna nad hõivavad vähem ruumi, saavad tootjad neid paigaldada erinevatesse seadmetesse ja varustusse. Mõelge elektriautodele, kempinguvarustusele ja isegi kodude varajõuallikatele elektrikatkestuste ajal. Mõne turauuringu kohaselt hoiavad liitiumiakkudega seadmed tegelikult umbes kümme korda rohkem laengut kui tavapärased pliiaakud. See on loogiline, kui hinnata, kui palju paremini nad elektri talletamisel üldiselt toimivad.
Liitumpatareid saab tuhandeid kordi laadida ja tühjendada, enne kui need hakkavad kanduma, mõnel juhul ületades isegi 5000 laadimistsüklit enne vahetamise vajadust. Kuna need patareid on väga vastupidavad, sobivad nad suurepäraselt päikesepaistest salvestamiseks. Pikk eluiga tähendab seda, et koduomanikud ja ettevõtted ei pea patareisid nii sageli vahetama, mis pikemas perspektiivis säästab raha. Paljud inimesed, kes on oma päikeseenergia süsteemis liitumpatareidele üle lükanud, teatavad, et esialgne investeering tasub end ära kiiremini kui ooteti. Vastupidavuse ja kuluefektiivsuse kombinatsioon muudab liitumpatareid targaks valikuks kõigile, kes kaaluvad pikaajalisi energiasalvestuslahendusi, eriti kui need on kooskõlastatud päikesepaneelidega.
Liitiumi aku maksimaalne ära kasutamine algab tarkade laadimisharjumetega. Kui inimesed järgivad põhireegleid, näiteks seadmele vastava laadija kasutamist ja aku hoidmist liiga kuumast või külma keskkonnast eest, siis saavad nad tavaliselt palju paremaid tulemusi aja jooksul. Uuringud on näidanud, et aeglasema kiirusega laadimine aitab akude elu pikendada, säilitades samas nende hea toimivuse kogu eluea jooksul. Enamikus akujuhendites mainitakse juba ammu sama asja uuesti ja uuesti, justkui regulaarsete laadimismustrite tähtsust maksimaalse kasutuse tagamiseks. Selliste lihtsate lähenemisviiside rakendamine on mõistlik nii majanduslikult kui ka keskkonnahoidlikult. Lõppude lõpuks säästavad tarbijad raha aku vahetustest ja vähendavad jäätmeid alates nutikate telefonide ja kuni hädaolukordade varuvõrgusüsteemideni, mis sõltuvad usaldusväärse aku salvestamisest.
Ohutusreeglid on väga olulised soojuslahengu ennetamisel, mis jääb üheks suurimaks mureks liitiumi aku puhul. Kasutajad peaksid kinni pidama laadimisseadmetest, millel on vastavad sertifikaadid, ja tagama, et aku ei langeks ega surutaks kokku käsitsemise ajal. Paljud probleemid tekivad lihtsalt seetõttu, et inimesed hoiavad neid kodus ebatasaselt, sageli sojuseallikate või niiske koha lähedal. Reaalse maailma andmed näitavad siiski midagi huvitavat – kui inimesed järgivad neid põhijuhiseid, vähenevad õnnetused dramatiliselt. Energiasalvestuslahendusi töötavatele tootjatele pole reaalse maailma ohutusprotokollidele kesklemine enam tegelikult seotud ainult vastavusega. See on turu usalduse loomiseks hädavajalik, samuti aitab see hoida nii tarbijaid kui ka hoondeid võimalike ohtude eest.
Liitiumi aku põhimõtete täpne tundmine annab suure eelise energiahaldamisel näiteks võrgustikes ja mobiilsetes seadmetes. Kui ettevõtted rakendavad meetodeid, näiteks energiakoormuse ennustamist ja laadimistsüklite optimeerimist, muutuvad nende salvestusjuhtimissüsteemid palju tõhusamaks. See tähendab, et nad saavad rohkem väärtust oma raha eest ja raiskavad kokku vähem energiat. Vaata, mis toimub praegu turul – ettevõtted, kes neid praktikaid tegelikult rakendavad, teatavad kuni 30% parematest jõudluskriteeriumitest. Selliste ideede integreerimine olemasolevasse energiahalduse süsteemi võimaldab ettevõtetele täiel määral ära kasutada liitiumakude võimalusi. Tulemus? Salvestuslahendused, mis ei suuda mitte ainult järgida kasvavat nõudlust, vaid ka vastu pidada aja jooksul ilma ootamatult lagunemata.
