Что такое литий титанатные аккумуляторы

Технологии и особенности литий-титанатных (ЛТА) аккумуляторов

Одной из модификаций Li-Ion-ных АКБ считаются литий-титанатные аккумуляторы (сокращенно – ЛТА).

В данных типах батарей в качестве электрического проводника первого рода, который имеет соединение с анодом (+), служит титанат лития (Li4Ti5O12 (LTO)). Впервые о литий-титанатных батареях заговорили сорок лет назад.

Что из себя представляют ЛТА

Нынче литий-титанатные аккумуляторы считаются редким видом из батарей. О них мало говорят и практически ничего не знают.

Но постепенно спрос на них начинает расти, ведь сферы применения у них многочисленные. Многие отрасли находят свое применение в таких АКБ.

Литий-титанатные аккумуляторы (ЛТА) чаще всего используются для разного рода гаджетов, электромобилей, бытовой техники. Энергетические системы также применяют их в своем пользовании.

Как производят ЛТА

С помощью современной LTO-технологии известные компании — такие как «Seiko», «YABO», «Toshiba», «Altair Nanotechnologies» — постепенно выводят на рынок труда литий-титанатные аккумуляторы.

Наноструктурированный анод (+) является главным достоинством ЛТА.

В основу производства литиевых батарей входит пористый углерод. В наноструктуре литий-титанатных изделий многочисленная площадь анода (+) становится продуктивной, что положительно отражается на процессе всей работы поверхности.

К примеру, батареи, сделанные по LTO-технологии, имеют полезную площадь анода (+) — около ста квадратных метров на грамм (в отличие от углеродных анодов (+)). Площадь последних составляет приблизительно три квадратных метра на грамм.

За счет большой площади анода (+) заряд передвигается в быстром темпе (что увеличивает характеристику предельных токов). Все эти параметры хорошо отражаются на литий-титанатном аккумуляторе. Работа изделия становится продолжительнее, стабильнее и безопаснее.

Начинка и работа ЛТА

С внешней стороны литий-титанатные аккумуляторы сделаны в виде призмы либо цилиндра. Контакт (+) находится вверху АКБ, а (-) – в нижней части изделия. Покрыт аккумулятор пластиком, композитом, редко когда цветным металлом.

На многих типах таких батарей установлены металлические клеммы. Через них происходит контакт стержней с (+) и (-) напряжением внутри изделия, а также потребителем энергии.

Во время работы АКБ, ток копится и уходит в одно время. Запасы тока и его подача значительно больше у таких батарей, чем произведенных по другим методам технологий.

В течение десяти минут изделие будет полностью заряжено. Положительным свойством литий-титанатного аккумулятора считается и то, что батарея не перегревается. В остальном такие АКБ по принципу работы схожи с другими.

Катод напоминает слоеный графит. В нем постоянно кипит работа. Беспорядочное движение атомов, пропитанных электроэнергией, и перемещающихся по матрице, дают сохранность напряжению.

Когда происходит разряд, Li-ионы начинают сольватировать с кислородом, затем проходят через отрицательный электрод и выводятся на поверхность.

После зарядки напряжение в Li-ионах уменьшается, они остаются на поверхности положительного электрода до будущей зарядки. Во время зарядки внутри аккумулятора может происходить накопление газов. Пары от них благополучно покидают пристанище через выхлопы или отверстия.

Основные черты литий-титанатных аккумуляторов (ЛТА)

Производители России и других стран изготавливают данный тип батарей по одному стандарту.

Поэтому характеристика товара одна:

Литий-титанатные аккумуляторы благоприятно переносят работу в условиях как при минусовых температурах (ниже -40°С), так и в более жарких условиях (до +50°С). В течение месяца такие батареи саморазряжаются в пределах от двух до пяти %.

Гарантия на товар производителем выдается в зависимости от модели изделия: это может быть лет десять, а у некоторых типов АКБ доходит и до двадцати лет.

(+) и (-) литий-титанатных аккумуляторов (ЛТА)

К достоинствам LTO-аккумуляторов можно приписать:

• бесперебойность и долговечность работы;
• маленькое сопротивление внутри;
• быстрый заряд батареи;
• отличные харак-ки зарядных и разрядных токов;
• сравнительно большую работоспособность в непростых метеоусловиях;
• постоянство;
• надежность и безопасность.

Многие АКБ – экологически чистый продукт. Благодаря использованию титаната лития в изготовлении положительного электрода, продолжительность жизни аккумуляторной батареи стала значительно выше.

Количество циклов (заряд/разрядов) в нем осуществляется в пределах двадцати тысяч. При этом в качестве недостатка выступает то, что падение напряжения зависит у них от емкости изделия.

Показатель удельной энергии будет снижен при U=2,4 V в рабочем состоянии. Зато если взять работоспособность в трудных метеоусловиях, то им нет равных. Они по максимуму обеспечивают поток энергии и по праву являются самыми мощными среди своих аналогов.

Медленное введение ЛТА на рынок труда, является минусом для них. Но все же многие производители уже начали вводить подобные агрегаты, сделанные по принципу нанотехнологий.

Где используют ЛТА

Литий-титанатные АКБ имеют широкую сферу своего применения.

Обладая особыми преимуществами, они используются: в светофорах, электростанциях, электротранспортных средствах, на яхтах, в радарах, в ИБП, в вилочных погрузчиках и в другом оборудовании, которые могут работать благодаря этим АКБ.

Потихоньку переходит внедрение таких аккумуляторов и в медицинские приборы, наручные часы, видеокамеры, разного вида гаджеты и цифровые аппараты.

Как правильно эксплуатировать и утилизировать данный продукт

Такие аккумуляторы относят к необслуживаемым. Зарядить их возможно только при наличии постоянного тока, при котором напряжение будет постоянным до полного заряда батареи.

Самая первая зарядка АКБ происходит в результате химической реакции между электродами со знаками (+) и (-). Последующая зарядка уже будет осуществляться строго через внешний прибор с постоянной силой тока.

В случае выхода батареи из строя либо какого другого механического повреждения ее утилизируют. Ремонту такие изделия не подлежат. При открытии крышки АКБ сразу произойдет нарушение функций пластин, находящихся внутри аккумулятора.

Необходимость в проверке заряда обязательна. Мастерам предписаны обязательства по осмотру корпуса изделия. В случае загрязнения клемм их надо счищать от грязи и не допускать окисления АКБ.

Данные модели АКБ принадлежат ко второму классу опасности. Утилизацией литий-титанатных аккумуляторов занимаются специальные заводы и компании, которые смогут безопасно переработать изделие.

Литий-титанатные АКБ надежны, эффективны и безопасны. Их не красит всего лишь один изъян: дорогая цена и дефицит на рынке.

Источник

Литий-Титанатные аккумуляторы

Разновидностью литий-ионных аккумуляторов считаются литий титанатные аккумуляторы, у которых в качестве электрода, соединяемого с положительным источником питания (анода) используется титанат лития, химическая формула которого Li4Ti5O12. Разработкой подобных устройств начали заниматься еще в далеких 80-х.

Что такое литий титанатный аккумулятор

На сегодняшний день литий титанатные аккумуляторы представляют собой достаточно редкий вид электрических батарей, именно поэтому о них мало кто слышал. Однако массовое распространение постепенно набирает обороты и подобные изделия находят широкое применение во многих отраслях.

Основное предназначение электрического накопителя энергии – использование в современной бытовой технике, электромобилях, энергетических системах и современных гаджетах.

Как осуществляется производство LTO аккумуляторов

Многие производители (Seiko, YABO, Toshiba, Altair Nanotechnologies) постепенно начинают внедрять производство Lithium Titanium Oxide, на основе современной LTO (оксид титана) технологии. Работая по данной технологии производители сумели получить достаточно развитую нанокристаллическую структуру анода, что собственно и стало основным преимуществом изделий.

В отличие от пористого углерода, используемого при создании других видов литиевых аккумуляторов, нанокристаллическая структура позволяет большую площадь анода сделать «полезной», обеспечивая стабильность работы поверхности. Например, LTO технология позволяет получить эффективную площадь поверхности анода приблизительно в 100 м²/г, в то время как при углеродных анодах данный показатель около 3 м²/г.

Благодаря высокой площади анода, заряд переносится намного быстрее, характеристики допустимых токов выше. Все это обеспечивает продолжительность работы устройства, стабильность и безопасность эксплуатации.

Принцип работы и устройство литий титанатного аккумулятора

Внешняя оболочка конструкции – пластик, композиционный материал, реже цветной металл. Многие модели имеют металлические клеммы, через которые выполняется контакт внутренних стержней с положительным, отрицательным напряжением и потребителем энергии. Внешне устройство напоминает призму, цилиндр. Плюсовой контакт размещен вверху, а минусовой внизу батареи.

При работе батареи, в ней протекает определенная реакция. Ток накапливается и отдается одновременно, причем накопление и подача намного выше, чем в устройствах, созданных по другим технология производства. Подобные устройства можно зарядить до предела всего за 6 – 10 минут. При работе батарея не нагревается, поэтому перегрев полностью исключен. Основной принцип работы мало отличается от литий ионных батарей.

Отрицательный электрод сделан в виде слоеного графита. В нем идут беспорядочные процессы, атомы, заряженные электричеством перемещаются по матрице, сохраняя напряжение. При разряде ионы лития взаимодействуют с кислородом, пройдя через катод направляются наружу. Заряжаясь ионы лития утрачивают первоначальное напряжение и оседают на поверхности анода до следующей зарядки. Заряжаясь процесс повторяется, но в обратном порядке. При работе, внутри корпуса могут скапливаться газы, их пары выводятся через специальные отверстия или выхлопы.

Технические характеристики литий титанатных аккумуляторов

Зарубежные и российские производители стараются придерживаться одного стандарта, этим определены следующие характеристики:

• 30 – 110 Вт/кг – накопление энергии;
• при максимальной нагрузке устройство выдает удельную мощность от 3 000 до 5 100 Вт/кг;
• не более 177 Вт*ч/л плотность заряда;
• номинальное напряжение – 1,9 – 2,4 В, предельное разрядное – 1,5 В – 1,7 В;
• циклическая эффективность «заряд-разряд» при низких токах колеблется в пределах 95%, при более высоких понижается до 85%;
• 100 000 сохраняет 90% емкости батареи, 20 000 – 80%, некоторые производители сумели поднять последний показатель до 40 000 циклов разряд-заряд.

Аккумуляторы, произведенные на основе LTO способны работать при условиях сильного мороза (от минус 40 °С) и при сильной жаре (до плюс 55 °C). Саморазряд батареи за месяц от 2% до 5%. Гарантийный срок службы некоторые производители определяют более 10, а то и 20 лет, в зависимости от модели.

Литий титанатный аккумулятор: плюсы и минусы

Плюсами можно считать:

• невысокое внутреннее сопротивление;
• очень быстрая зарядка;
• бесперебойное и долгое время работы;
• высокие характеристики разрядных и зарядных токов;
• высокие эксплуатационные характеристики в сложных метеоусловиях;
• стабильность;
• безопасность.

Многие называют подобные изделия «зеленые» источники энергии, благодаря тому, что работу устройств можно считать экологически чистой. Жизненный цикл аккумулятора существенно увеличен за счет использования титанат лития при изготовлении анода. Устройство выдает более 20 000 циклов заряд-разрядов. При этом недостаток в том, что напряжение таких батарей падает в зависимости от их емкости. Пониженное рабочее напряжение 2,4 В из-за которого снижается показатель удельной энергии. Однако говоря о критических условиях работы данные аккумуляторы самые мощные среди аналогов, так как способны обеспечивать максимальный поток энергии.

Самым большим минусом LTO АКБ считается их медленное внедрение. Однако большая часть производителей начинает постепенно вводить сравнительно новую технологию производства электрических источников питания при создании подобных агрегатов.

Где применяются LTO АКБ

Явное преимущество LTO АКБ от других источников питания, позволяет широко использовать данный вид батарей в электрических транспортных средствах, светофорах, электростанциях, яхтах, зарядных станциях. Финансовых объектах, больницах, системах резервного питания, станциях связи, центрах телекоммуникации, самоуправляющихся метеостанциях, общественном транспорте.

При освещении улиц где основная подзарядка источника питания выполняется за счет солнечных панелей, накапливающих энергию от солнца. Увидеть подобную конструкцию можно в погодных радарах, источниках бесперебойного питания, для домашнего использования, вилочных погрузчиках.

Постепенно данный вид батарей начинают внедрять и в другие отрасли. Их можно увидеть в мобильных медицинских устройствах, наручных часах, видеокамерах, цифровых аппаратах и даже в сотовых телефонах и ноутбуках.

Правила эксплуатации и утилизация

Первичная зарядка устройства определена химической реакцией катода и анода. Дальнейший заряд возможен через подключение внешнего прибора. Заряжают LTO батареи только при условии подачи постоянного тока, устанавливается постоянное напряжение до полного заряда. Подобные устройства считаются необслуживаемые. Если батарея повреждена либо отказала в работе, отремонтировать ее нельзя. Открытие крышки устройства, сразу же разрушает пластины батареи.

Заряд нужно периодически проверять специальными приборами. Специалисты обязаны просматривать корпус на сохранность, клеммы, при необходимости счищать окисления, грязь. Замыкание контактов недопустимо.

Аккумуляторы считаются отходами 2 класса опасности. Утилизация таких батарей должна выполняться по особым правилам. Поэтому производители рекомендуют при утилизации литий титанатных батарей сдавать их специальным заводам, компаниям, которые могут выполнить их правильную переработку.

Подобные накопители энергии стали прорывом в современном производстве аккумуляторов. Их по праву можно назвать совершенными, эффективными, безопасными. Однако их большой недостаток определен высокой стоимостью и рыночным дефицитом.

Источник