Lítíumgeymdir byggja á þremur helstu hlutum sem virka saman, nafnlega ánóð, katóð og rafeðlisvari, til að geta starfað rétt og veitað góða afköst. Flestar ánóðar eru í dag gerðar úr grafitið, vegna þess að þær geta geymt lítíumjónir þegar rafgeymdurinn er hlaðinn. Þessi hæfileiki til að geyma svo margar jónir er það sem gefur lítíumgeymdunum mikla orkneyti, sem gerir þá fullkomna fyrir hluti eins og þær stóru rafmagnsgeymdir sem fólk notar á ferðalögum. Ef við skoðum katóðarnar eru þær venjulega gerðar úr ýmsum tegundum lítíummetallóxíða. Algengar tegundir eru lítíumkóboltóxíð og lítíumjárnoxyfósfat. Sérstæðan eiginleiki þessara efna er sá að þeir stuðla að miklu meira orkugeymslu meðan þær halda á öllu staðfestu jafnvel þegar umhverfisstuðlar breytast eða notkunarmynstur er óreglulegt.
Í rafhliðum veitir elektólýturinn leið sem liþíum-jónirnar ferðast á milli jákvæðra og neikvæðra rafhlaða. Algengast er að framleiða það með því að leysa liþíum-salt í eðlisfræðilegum leysiefnum, og hversu stöðug þessi blöndu er í gegnum ýmsar hitastig áhrifar beint á hversu lengi rafhliðin verður að starfa og hvort hún verður örugg að notast við. Fyrir hluti eins og rafmagnsvögnum eða raforkugeymslu á stórum vélum er mikilvægt að viðhalda slíkrri efnafræðilegri stöðugleika, þar sem enginn vill að tækið eða kerfið missi afköst eftir aðeins nokkra mánaða venjulega notkun. Allir þessir hlutar þurfa að virka rétt saman svo símar okkar geti verið hlaðnir í alla dögur, lækningatæki halda áfram að virka á áreiðanlegan hátt og endurheimanlegar orkugildur geti geymt raforku á skilvirkan hátt þegar mest er þarfnast.
Aðskiljari hefur mikilvæga hlutverk í því að gera lítíum rafhlaupa öruggar og virka rétt. Í grunninn þar sem hann gerir er að koma í veg fyrir að jákvæðu og neikvæðu hlutarnir í rafhlaupunni snertist beint, sem annars myndi valda hættulegum stutta liðslum og gæti jafnvel eyðilegt alla rafhlaupustokkinn. Flestar aðskiljarar eru í dag gerðar úr plastefnum eins og pólýeþylen eða pólýpropylen. Þessar efni leyfa lítíum jönunum að hreyfast frjálslega í gegnum þau en loka út elektrónum. Þeir hjálpa einnig til við að koma í veg fyrir þá erfiða dendríta sem myndast inni í rafhlaupunni. Dendríta líkjast því sér þegar lítil tré vaxa yfir aðskiljarann og ef þeir verða of stórir geta þeir raunverulega gert holur í efnið og valdið alvarlegum vandræðum.
Gæði skilnaðarins skipta miklu máli í framleiðsluheildum, eins og margvísleg rannsóknir og þessar áminningarnar í iðnaðinum sýna fram á sem hafa átt sér stað gagnsætt vegna gallaðra skilnaða. Að ná rétta blöndunni þar sem jónir geta færst frjálst án þess að eiga sér stað gall í öryggisatriðum er ennþá mikilvægt. Þegar það er verið að smíða batteri sem eru öryggisþol og virka á betri hátt er ekki hægt að sleppa því að greiða fyrir gæðamikla efni skilnaðarins. Það er í rauninni alveg rökstæð ákvörðun. Þessir skilnöð eru að meira en að sitja bara þar, þeir eru lykilhlutar í ýmsum orkugeymslukerfum. Hugsaðu um sólorkuver og þá litlu fyrirheit sem fólk býtur með sér alls staðar í dag. án réttra skilnaða myndu engin af þessum tækjum geta starfað örugglega eða á skilvirkum hátt í lengri tíma.
Lítíumrafar virka því að lítíumjónir ferðast fram og til baka á milli anóðar og katóðar. Þegar rafmagnsæring á sér stað fer þeim jónum frá anóðinni yfir á katóðina þar sem þær geyma orkuna. Og þegar við þurfum orkuna fer þeim aftur á anóðina og búa til rafmagn á leiðinni. Hversu vel þessi ferli virkar ákvarðar hversu gott rafritið er í heild sinni. Rannsóknir sýna að að halda þessum jónum á floti gerir allan muninn til að ná mest úr rafritinu áður en það byrjar að deyja. Því betri jónastraumurinn er, því lengra verður haldið á rafritinu og því betri verður traustanleikinn. Þess vegna eru svo mörg tæki háð lítíumtækni í þessu leiki til að mæta orkunotkun sinni.
Rænir efni, þ.e. efnafræðilegir breytingar þar sem hlutir verða leystir upp eða oxuðir, á sér stað inni í litíumgeymdarum og leyfa þeim að losa afl. Aðalatriði er að þessar efni á sér stað í báðum endum geymdarans - anóðanum og katóðanum - þ während elektrónur hreyfast um og litíumjónir hoppa fram og til baka. Að skilja hvernig þessi efni virka er mikilvægt þegar kemur að þróun á betri geymdarefnum sem geyma meira orkufyrirheitilega. Rannsakendur hafa átt á merkum sínum fyrir mörgum árum að rétta efnafræði er það sem gerir mögulegt allskonar nýja geymdatækni sem við heyrðum oft af. Betra skilningur á ræniefnum þýðir betri geymdari í dag og opnar dyrum fyrir enn flottari nýjungum á framtíðinni bæði fyrir tæki okkar og rafaleg ökutæki.
Batteristjórnkerfi eða BMS eru mjög mikilvæg til að halda litíum-jónabatteríum stöðugum vegna þess að þau fylgjast með spennunni í hverju einstaka frumur. Þegar þetta fylgst með á réttan hátt, er haldið á öryggisbilum fyrir hverja frumu, svo að koma í veg fyrir hluti eins og ofhleðslu sem myndi gera afköst batteríanna verri með tímanum og að lokum draga úr hversu lengi þau haldast. Ein mikilvæg hluti af því sem BMS gerir er kölluð frumujöfnun. Aðalatriðið er að tryggja að allar frumur hafi um það bil sama magn hleðslu. Flerir framleiðendur hafa komist að þeirri niðurstöðu að þegar frumur eru rétt jafnaðar, þá heldur heildarbatteríið yfirleitt lengur og virkar betur á meðan það er í notkun. Sumar rannsóknir hafa jafnvel sýnt fram á að góð jöfnun getur bætt heildarafköstum batteríanna um það bil 15% í raunverulegum aðstæðum.
Rannsóknir sýna að þegar frumur eru rétt í jafnvægi, þá halda batteríum um 25% lengra en þeim sem án þessara eiginleika. Þess vegna hafa stjórnkerfi battería (BMS) orðið svo mikilvæg í dag, sérstaklega fyrir þessi nýju litíum pökk sem við sjáum alls staðar, hvort sem um ræðir rafhlögg og sólarafköfnunarkerfi. Þegar spennan er vélrænt stjóruð og frumurnar eru í jafnvægi, þá gerir það raunverulega mun í því hversu áreiðanleg og skilvirk hýsikerfi þessi eru. Taktu til dæmis flutafæri rafmagnsþurftar, sem virka betur og lengur vegna þess að innri hlutirnir eru ekki að berjast við hvort annað stöðugt.
Að stjórna hita er ein af þeim nauðsynlegu verkefnum sem rafmagnsgeymisstjórnkerfi (BMS) takast á við til að halda öllu öruggu. Í þessum kerfum eru notuð til að greina hvenær geymir byrja að hitast of mikið inni í pökkunum sínum, og þau virkja síðan stjórnunartæki til að annað hvort færa hitann á annan stað eða farga honum alveg. Að halda geymjunum á rétta hitastigi er mjög mikilvægt fyrir hversu vel þeir virka og að öllu sé varðveitt. Flestir geymjar virka best þegar hitastigið er á bilinu 0°C til 45°C. En þegar hitastigið hækkar of mikið, þá virka geymjar ekki lengur jafn vel. Og til að segja það eins og er, geta mjög há hitastig orsakað að geymjunum missist alveg, sem enginn vill sjá, sérstaklega ekki í mikilvægum aðgerðum eins og neyðarafköstunarréttum.
Virkja hitaregling er lykill til að forðast hitaleit, sem er eitt af stærstu ásbyrðum við eldur í rafmagnsvæðum, sérstaklega tengdu við vélavöru akkar og önnur litjum-svæðis notkun. Rannsóknir merka á mikilvægina hlutverk hitareglunar í að lækka þessar áhugamöguleikar, með kraftfullt aðstoð frá vel virkjun BMS í öryggisástandum akkanna.
Stjórnkerfi fyrir rafhlöður (BMS) eru útbúin mikilvægum verndarhætti gegn hlutum eins og ofhleðslu og djúprunni. Flest nútíma hönnun BMS hefur í raun tvo gerðir af afköllunum sem vinna saman – harðir afköllun sem hættir ferlinum geisladlega þegar það er þörf á og hversni hlýðni sem aðeins hægir á áður en hlutirnir verða of miklir. Þessar öryggisáætlanir eru mikilvægar fyrir að halda rafhlöðunum heilbrigðar á langan tíma og vernda þá sem eru að nota þær. Hugsaðu um það sem gerist ef rafhlöður í síma verður of heit – hún gæti tekið eldinn! BMS virkar í raun sem varnarkerfi sem uppgötvar vandamál áður en þau verða stórir óhapp eins og puffðir frumur eða algerlega áfall.
Tölurnar staðfesta hversu góð þessi verndarkerfi í raun eru. Samkvæmt iðnæðargögnum úr ýmsum rannsóknum, þá missfaila ekki svo oft og siður er á fullgæslum með sterka BMS uppsetningu. Þetta er ekki því lítið mál þegar maður hugsaði um það, þar sem eftirlitskerfið náum í vandamál áður en þau verða alvarleg. Fyrir alla sem leita að langtíma áreiðanleika, þá borgar það sig stórt í öryggi og líftíma að greiða fyrir gæði BMS tæknina. Við sjáum þetta mest á ljósum í sólagerðar lausnum þar sem ónæði kostar peninga, og einnig í þessum stórhúsa útivistavélum sem fólk treystir á á ferðalögum eða í neyðarafstæðum.
Líþríanir í dag geta fæst miklu meiri orkugagn í minni rými samanborið við eldri gerðir af rafspönum. Þessvegna virka þeir svo vel í þeim flutranlegu orkustöðvum sem fólk notar alls staðar núna dags. Þar sem þeir tekur minna pláss geta framleiðendur sett þá inn í ýmis konar tæki og búnað. Hugsaðu um rafmagnsbíla, fyrir ferðalög, jafnvel auðlindakerfi fyrir heimili á meðan rafmagnsleysi er á ferð. Í samræmi við sumar markaðsrannsóknir geta þessar einingar sem eru rafdrifnar af líþríanum haldið á um það bil tíu sinnum meiri hleðslu en hefðbundnar bensín rafspennur. Þetta er skiljanlegt þegar skoðað er hversu miklu betur þeir virka í heildinni þegar um er að ræða gagnlegt geymslu á raforku.
Líþrín battarar geta verið notaðir þúsundir sinnum áður en þeir sýna merki á sliti, stundum allt að 5000 hlekkjum áður en þeir þurfa að skiptast út. Vegna þess að þeir eru svo varanlegir, eru þessir battarar mjög hæfilegir fyrir geymslu á sólarorku. Lengri notanalíftíminn þýðir að hýsnir og fyrirtæki þurfa ekki að skipta battum jafn oft og það spara peninga á langan tíma. Margir sem hafa skipt yfir á líþrín batta fyrir sólarkerfi sín segja að upphaflega fjárfestingin hafi borgað sig af mun hraðar en búið var til. Þessi samsetning af varanleika og kostnaðsþáttum gerir líþrín batta að rökréttum vali fyrir alla sem horfa til lausna fyrir orkugeymslu á langan tíma, sérstaklega í samhengi við sólafleti.
Að ná mest úr litíum-batteríum byrjar á því að hlaða á rólegan hátt. Þegar fólk fylgir grunnreglum eins og notkun rétta hleðslu fyrir tækið sitt og geymir batterí á stað þar sem það er ekki of heitt eða kalt, þá fá þeir yfirleitt mun betri árangur á langan tíma. Rannsóknir hafa sýnt að hægilegri hleðsla hjálpar batteríunum til að lifa lengur og halda áfram góðri afköstum í gegnum allan notkunar tíma þeirra. Flestir ráðgjafar um batterí munu segja fólk það sama, og aftur á sama máli, hversu mikilvægt er að hlaða reglulega til að ná mest úr batteríunum. Að innleiða þessa einföldu aðferð er gagnlegt bæði fyrir fjármál og umhverfi. Í lokum, þegar flutafærsla rafmagns geymir lengur, þá spara neytendur peninga á skiptingum og minnka ruslag í öllu frá snjallsímum til neyðarbúnaðar sem treysta á örugga geymslu á rafmagni.
Öryggisreglur eru mikilvægar til að koma í veg fyrir hitaleysingu, sem á sér stað á meðal stærstu áhyggjum varðandi litíum rafhlaða. Notendur verða að halda sér við hleðsla sem hefur réttindi og tryggja að rafhlaðar séu ekki kastaðir eða samþrýstir í meðferð. Margir hlutir gerast einfaldlega vegna þess að fólk geymir þá ranglega heima, oft nálægt hitaveitum eða í rökum svæðum. Raunveruleg gögn sýna samt eitthvað áhugaverð - þegar fólk fylgir þessum grunnreglum, lækkar áhrifin markaðslega. Fyrir framleiðendur sem eru að vinna að orðunum lausnum, að einbeita sér við öruggleikar reglur í raunverulegu heimi er ekki lengur aðeins um samræmi. Það er orðið nauðsynlegt til að byggja traust á markaðnum á meðan bæði neytendur og stofnanir eru verndaðar á móti mögulegum hættum.
Þekking á því hvernig litíum-batterí eru gerð innan og útan gerir raunverulegan mun þegar um er að ræða orkustjórnun í hlutum eins og aflnetum og farsælum tækjum. Þegar fyrretæki notast við aðferðir eins og spár um orkuhleðslu og hámarka á hleðsluhópum, verða geymslukerfi þeirra miklu skilvirkari. Þetta þýðir að þau fá meiri árangur fyrir pengana meðan samað veltur minna orku í heild. Skoðaðu það sem fer fram á markaðnum í dag - fyrretæki sem raunverulega setja þessar aðferðir í verk tilgreina að uppfærsla getur verið allt að 30% betri. Með því að sameina þessar hugmyndir inn í núverandi orkustjórnunarkerfi geta fyrretæki nýtt sér allt það sem litíum-batterí hafa upp á að bjóða. Afleiðingin? Geymslulausnir sem ekki bara ná hæðri eftirspurn heldur standast líka tímann á meðan óvæntar meiðslur á kerfum minnka.
