Energiespeicher-Batterie

Was sind die Vor- und Nachteile der Lithium-Ionen-Batterie?

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Bevor die Lithium-Ionen-Batterie auf den Markt kam, war Nickel-Cadmium der Standard - Lithium hat eine etwa doppelt so hohe Energiedichte wie Nickel-Cadmium und ist damit eine viel leistungsfähigere Batterie.

Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien hat in der heutigen Zeit erheblich zugenommen. Dies liegt daran, dass Lithium-Ionen-Batterien lange halten, eine hohe Leistungsfrequenz aufweisen und kostengünstig herzustellen sind. Um das Beste aus der Lithium-Ionen-Batterie-Technologie herauszuholen, ist es notwendig, nicht nur die Vorteile, sondern auch die Grenzen und Nachteile zu kennen. Auf diese Weise können sie so eingesetzt werden, dass ihre Stärken optimal zur Geltung kommen.

Was sind die Vor- und Nachteile der Lithium-Ionen-Batterie?

Was sind die Vor- und Nachteile der Lithium-Ionen-Batterie?

Vorteile der Lithium-Ionen-Batterie:

  • Hohe Energiedichte - Lithium-Ionen-Akkus können eine hohe Leistungskapazität haben, ohne zu sperrig zu sein. Dies ist einer der Hauptgründe, warum sie in der Branche der tragbaren Geräte so beliebt sind.
  • Klein und leicht - Lithium-Ionen-Batterien sind leichter und kleiner als andere wiederaufladbare Batterien, wenn man die Batteriekapazität berücksichtigt. Dies macht sie praktischer für tragbare Unterhaltungselektronikgeräte, bei denen physikalische Eigenschaften wie Gewicht und Formfaktor als wichtige Verkaufsargumente gelten.
  • Geringe Selbstentladung - Der Lithium-Ionen-Akku hat eine extrem niedrige Selbstentladungsrate von etwa 1,5-3,0 Prozent pro Monat. Das bedeutet, dass die Batterie bei Nichtgebrauch länger haltbar ist, da sie sich langsamer entlädt als andere wiederaufladbare Batterien. Beachten Sie, dass eine Nickel-Metallhydrid-Batterie eine Selbstentladung von 20 % pro Monat aufweist.
  • Kein Memory-Effekt - Lithium-Ionen-Akkus haben keinen bis minimalen Memory-Effekt. Beachten Sie, dass der Memory-Effekt ein Phänomen ist, das bei wiederaufladbaren Batterien beobachtet wird, die ihre maximale Energiekapazität verlieren, wenn sie wiederholt aufgeladen werden, nachdem sie nur teilweise entladen wurden. Dieser Memory-Effekt tritt häufig bei wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Akkus auf.
  • Schnelles Aufladen - Die Lithium-Ionen-Batterie lässt sich schneller aufladen als andere wiederaufladbare Batterien. Im Vergleich zu anderen Akkus benötigt er nur einen Bruchteil der Zeit zum Aufladen.
  • Hohe Leerlaufspannung - Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Leerlaufspannung als andere wässrige Batterien wie Bleisäure, Nickel-Metallhydrid und Nickel-Cadmium.
  • Lange Lebensdauer - Lithium-Ionen-Akkus können Hunderte von Lade- und Entladezyklen überstehen. Einige Lithium-Ionen-Akkus verlieren nach 500 Zyklen 20 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität, während modernere Lithium-Ionen-Akkus auch nach 2000 Zyklen noch Kapazität haben.
  • Geringe Wartung - Lithium-Ionen-Batterien müssen nicht gewartet werden, um ihre Leistung zu gewährleisten, da sie keinen oder nur einen geringen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung aufweisen.
  • Keine Grundierung erforderlich - Einige wiederaufladbare Zellen müssen bei der ersten Aufladung vorgeladen werden. Bei Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien ist dies nicht erforderlich.
  • Eine Vielzahl von Typen verfügbar - Es gibt verschiedene Typen von Lithium-Ionen-Zellen in zylindrischer oder prismatischer Form. Dieser Vorteil der Lithium-Ionen-Batterie kann bedeuten, dass die richtige Technologie für die jeweils benötigte Anwendung verwendet werden kann.

Nachteile der Lithium-Ionen-Batterie:

  • Teuer - Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien kann eine ziemlich teure Angelegenheit sein. Die Gesamtproduktionskosten dieser Batterien sind etwa 40% höher als bei Nickel-Metallhydrid-Batterien.
  • Schutz erforderlich - Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien sind nicht so robust wie einige andere wiederaufladbare Technologien, sie müssen vor Überladung und Entladung geschützt werden.
  • Alterungseffekt - Ein Lithium-Ionen-Akku verschlechtert sich natürlich mit der Alterung. Normalerweise kann ein Lithium-Ionen-Akku nur 500 bis 1000 Lade- und Entladezyklen überstehen, bevor seine Kapazität auf 50% fällt.
  • Verkehrsprobleme - Dieser Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien ist in den letzten Jahren in den Vordergrund getreten. Für den Transport von Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere von großen Mengen auf dem Luftweg, gibt es zahlreiche Beschränkungen.
  • Tiefentladung - Der Lithium-Ionen-Akku hat eine geringe Selbstentladung. Die allgemeine Integrität dieser Batterie bleibt auch bei teilweiser Entladung intakt. Bei einer Tiefentladung oder wenn die Spannung einer Lithium-Ionen-Zelle unter einen bestimmten Wert fällt, wird sie jedoch unbrauchbar.
  • Sicherheitsbedenken - Lithium-Ionen-Batterien können bei Überhitzung oder Überladung explodieren. Dies liegt daran, dass die durch die Zersetzung des Elektrolyts gebildeten Gase den Innendruck der Zelle erhöhen. Eine Überhitzung oder ein interner Kurzschluss kann auch den Elektrolyt entzünden und einen Brand verursachen.
  • Empfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen - Ein Lithium-Ionen-Akku ist anfällig für zu viel Hitze, die durch Überhitzung des Geräts oder Überladung entsteht. Hitze führt dazu, dass die Zellen oder Packs dieses Akkus schneller abbauen als normalerweise.

Arbeitsprinzip der Lithium-Ionen-Batterie

Grundlegende Struktur: Eine Lithium-Ionen-Batterie ist eine wiederaufladbare Batterie, die aus einer oder mehreren Zellen besteht (eine Zelle ist ein stromerzeugendes Fach der Batterie), und jede Zelle hat folgende wesentliche Bestandteile: eine Anode, eine Kathode, einen Separator, einen Elektrolyten und zwei Stromabnehmer, einen positiven und einen negativen. Die positive Elektrode besteht aus Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) oder Lithiumeisenphosphat (LiFePO4). Die negative Elektrode besteht aus Kohlenstoff (Graphit).

Die allgemeine Funktionsweise einer LIB ist wie folgt:

  • Lithium wird in Anode und Kathode gespeichert.
  • Der Elektrolyt transportiert die positiv geladenen Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode und umgekehrt durch einen Separator.
  • In der Anode entstehen durch die Bewegung der Lithium-Ionen freie Elektronen.
  • Dies wiederum erzeugt Ladung am positiven Stromabnehmer.
  • Der elektrische Strom fließt dann durch ein Gerät, z. B. ein Mobiltelefon, zum negativen Kollektor.
  • Der Separator verhindert den Stromfluss innerhalb der Batterie.

Aufladen und Entladen: Beim Entladen der Batterie gibt die Anode Lithium-Ionen an die Kathode ab, wodurch ein Elektronenfluss von einer Seite zur anderen entsteht und während dieses Vorgangs elektrischer Strom fließt.

Das Gegenteil passiert, wenn ein Gerät angeschlossen wird und die Lithium-Ionen von der Kathode abgegeben und von der Anode aufgenommen werden; genau auf diese Weise wird eine Lithium-Ionen-Akku funktioniert.

Typen von Lithium-Ionen-Batterien

Die Lithium-Ionen-Batterien werden auf der Grundlage der in ihrer Chemie verwendeten aktiven Materialien klassifiziert. Jede Art von Lithium-Ionen-Batterie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Grundsätzlich gibt es 6 Arten von Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt, sie sind:

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) oder LFP-Batterie

Phosphat wird als Kathode und Graphit als Anode verwendet. LFP bietet eine gute thermische Stabilität und Leistung.

  • Verwendungszwecke: LFPs sind die am häufigsten verwendeten Lithium-Ionen-Batterien, die die herkömmlichen Bleisäurebatterien ersetzen.
  • Vorteile: Sicherheit, Haltbarkeit und lange Lebensdauer.
  • Nachteilig: Die Leistung leidet bei niedrigen Temperaturen und sie haben eine niedrige spezifische Energie.

Lithium-Kobalt-Oxid (LCO)

Diese Batterien haben eine hohe spezifische Energie, aber eine geringe spezifische Leistung.

  • Verwendungszwecke: Kleine tragbare elektronische Geräte wie Handys, Laptops, Kameras usw.
  • Vorteile: LCO-Batterien liefern aufgrund ihrer hohen spezifischen Energie über einen langen Zeitraum hinweg Strom.
  • Nachteilig: Kostspielig, kürzere Lebensdauer, nicht für hohe Belastungen geeignet.

Lithium-Magnesium-Oxid (LMO)

LMOs verwenden MgO2 als Kathodenmaterial, was den Ionenfluss verbessert.

  • Verwendungszwecke: Tragbare Elektrowerkzeuge, Elektro- und Hybridfahrzeuge, medizinische Instrumente.
  • Vorteile: Schnelles Laden, hohe Stromabgabe, bessere Thermostabilität, Sicherheit.
  • Nachteile: Die kurze Lebensdauer ist der größte Nachteil der LMO.

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC)

Die Kombination von Nickel, Mangan und Kobalt führt zu einer stabilen Chemie mit hoher spezifischer Energie.

  • Verwendungszwecke: Elektrowerkzeuge, elektrische Antriebe für E-Bikes und einige Elektrofahrzeuge.
  • Vorteile: Hohe Energiedichte, längerer Lebenszyklus und geringere Kosten.
  • Nachteilig: Geringere Ausgangsspannung als bei Batterien auf Kobaltbasis.

Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA)

Kann über einen längeren Zeitraum eine hohe Stromstärke liefern.

  • Verwendungszwecke: Am beliebtesten auf dem Markt für Elektrofahrzeuge, z. B. Tesla Cars.
  • Vorteile: Hohe Energie bei angemessener Lebensdauer und hohe Belastbarkeit.
  • Nachteilig: NCA-Batterien sind teuer und vergleichsweise weniger sicher.

Lithium-Titanat/Lithium-Titan-Oxid (LTO)

Alle oben genannten Batterietypen haben unterschiedliche Kathodenmaterialien, aber die LTOs verwenden "Lithiumtitanat" als Anode, während LMO oder NMC als Kathode verwendet wird.

  • Verwendungszwecke: Elektrofahrzeuge, Ladestationen, USV, Wind- und Solarenergiespeicher, Straßenbeleuchtung, militärische Ausrüstung, Luft- und Raumfahrt, Telekommunikationssysteme.
  • Vorteile: Schnelles Laden, hohe Betriebstemperaturen, lange Lebensdauer, sehr sicher.
  • Nachteilig: Geringe Energiedichte, sehr teuer.

Anwendungen der Lithium-Ionen-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien sind in verschiedenen Formen und Größen erhältlich. Sie eignen sich daher ideal zur Deckung des Energiebedarfs eines jeden Systems, unabhängig von dessen Größe und Art. Einige der wichtigsten Anwendungen von Lithium-Ionen-Batterien sind

  • Stromversorgung/ Notstrom/ UPS: Lithium-Ionen-Batterien liefern im Notfall sofortige Notstromversorgung und ermöglichen es uns, lebenswichtige Geräte in einer Notsituation sicher abzuschalten oder in Betrieb zu halten. Diese Batterien werden häufig in der Computer-, Kommunikations- und Medizintechnik eingesetzt.
  • Solarstrom-Speichereinheiten: Lithium-Ionen-Batterien eignen sich am besten für die Speicherung von Strom in einer Solarstromanlage, da sie sich sehr schnell aufladen und so das Speicherpotenzial des Solarstroms maximieren und es uns ermöglichen, den größtmöglichen Strom aus der Sonne zu gewinnen.
  • Als tragbare Stromquelle: In der Unterhaltungselektronik werden heute alle unsere elektronischen Geräte wie Mobiltelefone, Bluetooth-Lautsprecher, Laptops, Digitalkameras, Taschenlampen usw. mit wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus betrieben, die es uns ermöglichen, diese Geräte überall frei zu benutzen.
  • Elektroautos/ Mobilität: Der Ausstoß von fossilen Brennstoffen durch Fahrzeuge ist einer der Hauptgründe für die zunehmende Umweltverschmutzung. Mit Lithium-Ionen-Batterie betriebene Fahrzeuge reduzieren die Umweltverschmutzung erheblich und verringern so unseren ökologischen Fußabdruck.

VORTEILE VON LITHIUMELON gegenüber BLEISÄURE

Eingebautes Batterieschutzsystem (BPS)

  • Unterspannungsschutzschalter - Schaltet sich bei 10,5 V automatisch ab.
  • Überspannungsschutzschalter - Schaltet sich bei 15,8 V automatisch ab.
  • Kurzschlussschutzschalter - Schaltet im Falle eines Kurzschlusses automatisch ab.
  • Verpolungsschutzschalter - trennt automatisch die Verbindung, wenn die Polarität versehentlich vertauscht wird.
  • Interner Zellausgleich - gleicht die Zellen automatisch aus.
  • Charge Balancing - Unabhängiges Balancing für mehrere parallel oder in Reihe geschaltete Batterien.

Dieses Batterieschutzsystem ist für die gesamte Lebensdauer der Batterie ausgelegt und liefert zuverlässig Strom für Tausende von Zyklen.

Erheblich weniger Gewicht

Normalerweise sind sie etwa 70% leichter als eine gleich große Bleibatterie.

Orientierung

Ein LiT-Akku kann in jeder Richtung montiert und betrieben werden.

Schnell-Ladung

Eine Lithium Ion Technologies®-Batterie kann in nur 1 Stunde vollständig aufgeladen werden, wenn sie völlig entladen ist. Wenn Sie eine Lithium-Ionen-Batterie mit 100 Amperestunden und ein 100-Ampere-Ladegerät haben, dauert es nur 1 Stunde, bis die Batterie wieder vollständig aufgeladen ist.

Kein Spannungsabfall

Die Spannungskurve ist nahezu flach und gibt über den gesamten Entladezyklus eine höhere Spannung und Leistung ab. A 12V Lithium-Ionen-Akku hat wenig bis keinen Spannungsabfall beim Anlassen des Motors. Dies ermöglicht einen rund 25% schnelleren Start als bei einer Bleibatterie. Beim Anlassen des Motors mit einer Bleibatterie kann die Spannung bis auf 9 V abfallen, was dazu führt, dass der Anlasser langsamer dreht.

Effizienz der Ladung

Beim Laden einer Bleibatterie können zwischen 15 und 30% der Energie zwischen Ihrem Ladegerät und der Batterie aufgrund von Wärmeverlusten verloren gehen. Eine Lithium-Ionen-Batterie hat einen Wirkungsgrad von 99,1% und nimmt fast 100% der Energie von Ihrem Ladegerät, von Sonnenkollektoren oder anderen Energieerzeugungstechnologien auf.

Algorithmus der Aufladung

Lithium-Ionen-Akkus können mit konstantem Strom und konstanter Spannung (CC, CV) geladen werden. Das bedeutet, dass fast jedes Ladegerät, unabhängig vom Algorithmus, eine Lithium-Ionen-Batterie von Technologies® laden kann. Ein Algorithmus verlangsamt normalerweise den Strom, der vom Ladegerät in die Batterie fließt. Blei-Säure-Batterien erhitzen sich und schwellen an, wenn sie mit konstantem Strom versorgt werden, weshalb die Hersteller von Ladegeräten Algorithmen entwickeln, um den Strom zu verlangsamen und die Batterie vor Überhitzung zu schützen. Ein LiT®-Akku erwärmt sich beim Laden nicht.

Bulk-, Absorb- und Float-Charging

Wenn Ihr Ladegerät für verschiedene Batterietypen oder benutzerdefinierte Einstellungen programmierbar ist, müssen Sie es wie folgt einstellen: Bulk 14,4 V, Absorb 14,6 V und Float 13,6 V.

Keine Selbstentladung

Lithium-Ionen-Technologien®-Batterien entladen sich weniger als 3% pro Monat. Ein Lithium-Ionen-Akku® kann eine volle Ladung über 1 Jahr lang halten und hat praktisch keine Selbstentladung. Bleibatterien können aufgrund von Selbstentladung bis zu 30% ihrer Kapazität pro Monat verlieren.

Vibrationsbeständig

LiT®-Zellen sind miteinander verschraubt und solide gebaut.

Es gibt keine zerbrechlichen oder spröden Bleiplatten, die mit der Zeit durch Vibrationen beschädigt werden können.

Ampere-Stunden

Vielen Batteriebesitzern ist nicht bewusst, dass die Kapazität (Ah) einer Bleibatterie in der Regel mit einer Entladungsrate von 20 Stunden angegeben wird. Bei hohen Entladeraten über 20 A kann die nutzbare Kapazität aufgrund des "Peukert-Effekts" auf weniger als die Hälfte reduziert werden. Eine 225-AH-Bleisäurebatterie kann bei einer Entladungsrate von 80 A nur 53 Minuten lang betrieben werden.

Höhere Energiedichte

4-mal höhere Energiedichte als Bleibatterie.

Überlegene "nutzbare" Kapazität:

Eine Lithium-Ionen-Batterie kann vollständig entladen werden, ohne die Batterie zu beschädigen. Bleibatterien bieten in der Regel nur 50% nutzbare Kapazität aus der Amperestundenzahl. Das heißt, wenn Ihre Anwendung eine nutzbare Kapazität von 400 Amperestunden erfordert, müssten Sie eine Bleibatteriebank mit 800 Amperestunden dimensionieren.

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