Как работают литий-ионные аккумуляторы и их преимущества перед свинцово-кислотными

Из практики, специалисты нашей компании выявили что наиболее подходящими для использования в системах солнечных электростанций являются аккумуляторные батареи литий-ионного типа. Они имеют более длительные цикли разряда и высокое напряжение системы, что позволяет им надежно работать в 5 раз дольше, обычных, например, свинцово-кислотных аккумуляторов.

В чем же секрет литий-ионных батарей?   

Литий-ионным аккумуляторам всего 50 лет, они считаются довольно новой технологией в индустрии хранения энергии. Аккумуляторная батарея имеет катод, анод, электролит и сепаратор. Катод батареи обычно состоит из комбинации лития и кислорода. Анод батареи обычно состоит из графита, который известен хорошей структурной стабильностью и низкой электрохимической реакционной способностью. Сепаратор в батарее обычно состоит из полиолефина, так как он обладает отличными механическими свойствами, хорошей химической стабильностью и более низкими затратами. Литий-ионный аккумулятор работает по принципу электронно-ионного обмена, аналогично большинству аккумуляторов.


Рисунок 1 : Типичная литий-ионная батарея

Рассмотрим несколько существующих аккумуляторных технологий.

1. Литий-кобальт-оксид (LCO).

Одним из самых ранних (в 1985 году) химикатов для литий-ионных аккумуляторов были батареи LCO. Они обладали высокой стабильной энергетической емкостью, что позволяло их использовать в составе ноутбуков, мобильных телефонах и т. д. Однако эти аккумуляторы имели более высокий термический разгон, а это означало, что имелась большая вероятность того, что аккумулятор может взорваться, если его повредить.

2. Литий-фосфат железа (LFP).

Разработанные в 1996 году батареи LFP показали хорошие электрохимические характеристики с пониженным сопротивлением, превосходной безопасностью и длительным сроком службы, но более низким напряжением, чем другие литиевые батареи. Их превосходная термическая стабильность и повышенная безопасность позволила использовать аккумуляторы в системах, где требовалась более высокая нагрузка и выносливость, например: электромобили, солнечные фотоэлектрические установки, ИБП.

3. Литий-никель-марганцевый оксид кобальта (NMC).

Одним из наиболее сбалансированных литий-ионных аккумуляторов является NMC. Соотношение катодной комбинации, которое обычно составляет одну треть никеля, одну треть марганца и одну треть кобальта, означает, что стоимость сырья ниже, чем у других типов батарей. Их применяют в электромобилях, медицинских приборах, промышленности и т. д


Рисунок 2: Сравнение различных технологий литиевых батарей

Какие есть преимущества у литий-ионных аккумуляторов перед свинцово-кислотными.

1. Легкий вес и удобство переноски.

Меньший вес литий-ионного аккумулятора вероятно, является одним из его основных преимуществ. В первую очередь это связано с тем, что в качестве основных компонентов в батарее используется литий, который имеет как более низкую плотность, так и самый высокий электрохимический потенциал.

2. Более короткое время зарядки и высокая скорость доставки энергии.

По сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами время зарядки литий-ионного аккумулятора может быть уменьшено на 60%.

3. Более длительный срок службы.

Одной из основных проблем при хранении является продолжительность его использования. Известно, что батарея становится бесполезной, если ее емкость достигает 80% от ее номинальной емкости. Типичная свинцово-кислотная батарея работает от 300 до 500 циклов, что означает, что ее необходимо заменять каждые 1-2 года. С другой стороны, литий-ионный аккумулятор работает от 1500 до 2500 циклов, что почти в 5 раз больше.

4. Лучшая производительность в экстремальных климатических условиях. 

Сравнивая батареи обоих типов, доступная емкость литий-ионной батареи лучше, чем у свинцово-кислотной батареи при обеих экстремальных температурах. Это прямо указывает на то, что литий-ионная батарея может использоваться на гораздо лучших уровнях во всех диапазонах температур

Вышеуказанные факторы проясняют, что литий-ионная батарея (и ее варианты) имеет явный потенциал, охватывающий практически все области применения, в которых используется свинцово-кислотная батарея.

Стоимость батареи в 2019 году резко снизилась до примерно 83% по сравнению с ценой в 2010 году. Ожидается, что в дальнейшем эта стоимость сократится на 65% и останется на уровне около 60 долл. / КВтч к 2030 году. Такое снижение цен будет способствовать росту литий-ионных аккумуляторов на рынке.
Специалисты компании Термотехнологии помогут подобрать качественные аккумуляторы для Вашей солнечной станции.