В данной статье предоставлена информация о том, что такое литий-титанатный аккумулятор.
Литий-титанатные аккумуляторы относятся к подразделу уже давно известных литий-ионных аккумуляторов. Для них отведена отдельная группа потому, что основной компонент — положительный электрод изготавливается из сплава титаната лития Li4Ti5O12.
Титанат литий не имеет кристаллическую структуру, которая увеличивает соприкосновенность с электролитом: один грамм составляет площадь 1002 метра, что в отличие от углерода намного выгодней.
Устройство литий-титанатных аккумуляторов
Подробное описание
Литий титанный аккумулятор имеет высокую плотность электричества. Данный параметр является очень важным для источника питания.
Создание литий титаного аккумулятора произошло по причине того что уже имеющиеся аккумуляторы были недостаточно совершенны. Во-первых, они были недостаточно безопасны, во-вторых, срок их работы был не таким значительным, и, в-третьих, старые образцы аккумуляторных батарей не могли функционировать при очень высоких и слишком низких температурах.
Было проведено немало лабораторных работ по исследованию лития и титана. В конечном итоге предпочтение отдали титану:
Характеристики материала:
- обеспечивает большую удельную емкость батарей, до 60 %;
- предельный ток заряда 10С, при котором аккумулятор заряжается до 80 % за 5 минут, а лучшие модели за 1 минуту;
- недорог и долговечен;
- электроды, выполненные на его основе, значительно сокращают время заряда;
- отличается высокими ионной и электронной проводимостью.
Параметры аккумулятора весьма впечатляющие
Количество циклов зарядки и разрядки более 10 000. Во время эксплуатации объем аккумулятора снижается незначительно всего на 20% при электричестве 0.5С после 10 миллионов циклов, а при уровне зарядка 3С после 10 тысяч.
Кроме того, литий титановый аккумулятор по сравнению с литий-ионным является очень стойким к самовозгоранию и взрывам.
Еще одним сильным преимуществом является способность аккумулятора работать при суровых температурах от -40 до +55 градусов.
Все производители литий-титановых аккумуляторов следуют установленным стандартам:
- номинал напряжения – от нижней границы 2 V до 2,4 V (чаще 2,3 V);
- предельное разрядное напряжение – от 1,5 V до 1,7 V;
- удельная мощность при максимальной нагрузке – от 3000 до 5000 Вт/кг;
- энергоемкость – от 30 до 110 Вт/кг;
- низкое внутреннее сопротивление;
- плотность заряда – до 115 Вт*ч/л.
Заряд и разряд аккумулятора колеблется в зависимости от силы электричества и составляет от 85 до 90 процентов. Например, после 10 тысячи циклов объем падает до 90%, а после 20 тысячи циклов до 80 процентов.
Свойства
К минусам данного аккумулятора можно отнести то, что он обладает низким напряжением и малоизвестен, а также производится в небольшом количестве.
Первый недостаток можно легко исправить при помощи использования активных элементов. Второй недостаток в виду малого производства и высокой цены остается мало решаемым.
Обратите внимание!
Запуск производства литий титановых аккумуляторов начался в 2011 году. Такие аккумуляторы в основном были установлены на автобусы в Японии.
В 2016 году автобусы, на которых был установлен данный аккумулятор, по итогам эксперимента суммарно проехали более 700 тысяч километров. За пять лет у первых машин, на которых был установлен данный аккумулятор, количество циклов заряда и разряда достигло лишь 2 тысяч раз, а объем при этом снизился лишь на 3 процента.
Уровень напряжения данных аккумуляторов составляет 560В, а объем около 100 ампер- часов. Процесс зарядки аккумулятора происходит при помощи 400-киловаттного выпрямителя.
На сегодняшний день титанатный аккумулятор устанавливается для автомобиля, а именно, на электромобили и электробайки. Одним из примеров может послужить электромобиль Mitsubishi i-MiEV и электробайк Honda Fit EV.
Внимание!
Благодаря аноду определяется время работы циклов и уровень безопасности аккумуляторной батареи.
Обслуживание
При помощи осаживания на подложку наносятся слои оксида титана, толщина которых составляет менее 15 нанометра. После обжига слои приобретают объемную структуру, высота которой составляет 30 нанометров, а ширину до 150 нанометров.
У трехмерной поверхности весьма немалая площадь для того, чтобы внутрь аккумуляторной батареи без труда проникал электролит, который взаимодействует с поверхностью материала и осуществляет транспортировку положительно заряженных ионов лития.
Данный процесс осуществляется по формуле:
Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- <–> Li7Ti5O12
Катод в свою очередь в основном делается из соединения кобальта LiCoO2. При взаимодействии с кислородом, ионы лития отдают заряд и становятся нейтральными и осаживаются на аноде.
Титанатные аккумуляторные батареи в основном применяют в электротранспорте как основной источник энергии, но также и в бензиновых автомобилях в качестве источника энергии для освещения или автозвука. Кроме того, данный аккумулятор также применяют при кораблестроении и авиастроении.
