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 1980-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

Эта статья прочитана 11666 раз(а)!

Продолжить чтение