Насколько велика удельная энергоемкость Li-ion аккумуляторов

Удельная энергоемкость аккумулятора служит показателем того, сколько энергии (в Втч) он запасает относительно своего веса (в кг). Эта характеристика также известна как «гравиметрическая плотность энергии». Чтобы иметь лучшее представление о литий-ионных батареях, нужно понять, почему высокая энергоемкость считается важной. Во-первых, она позволяет увеличить время автономной работы электрической техники; во-вторых, она дает возможность снижать массу батареи.

Значения удельной энергоемкости популярных типов АКБ:

  • никель-кадмиевые –– 45-65 Втч/кг.
  • никель-металлгидридные –– 60-72 Втч/кг
  • свинцово-кислотные –– 30-50 Втч/кг.
  • литий-ионные –– 50-260 Втч/кг

Удельная энергоемкость разных Liion аккумуляторов

Большинство элементов Liion батарей схожи по конструкции: катод с алюминиевой подложкой, углеродный или графитовый анод с медной подложкой, пористый сепаратор и электролит из соли лития в органическом растворителе. Многие производители экспериментируют с материалами катода и анода, несколько изменяют состав электролита. В связи с этим литий-ионные батареи разных типов различаются по уровню плотности энергии.

В таблице ниже приведены популярные химические составы liion АКБ.

Тип Li-ion аккумулятора Удельная энергоемкость (Вт⋅ч/кг) Плюсы Минусы
Литий-титанатные (LTO) 50-100 Долговечность – до 25 лет (15000-25000 циклов), высокая стабильность, сверхбыстрая зарядка Сравнительно низкая плотность энергии, высокая стоимость
Литий-кобальт-оксидные (LCO) 150-200 Запасают много энергии Нестабильные, дорогие
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (NMC) 150-220 Немного безопаснее и дешевле, чем LCO батареи
Литий-железо-фосфатные (LFP) 90 -160 Безопасность, надежность, доступность, стабильность «Средняя» удельная плотность энергии

Из таблицы видно, что аккумуляторы LTO не выделяются выдающейся удельной энергоемкостью, но зато они самые безопасные и долговечные. Титанат лития позволяет электронам быстрее входить и выходить из анода. Такие литиевые АКБ очень быстро заряжаются, выдерживают большие токи. Обычно их устанавливают в электромобили, промышленные приборы, мобильные медицинские устройства.

Аккумуляторы LCO отличаются высокой плотностью энергии – до 200 Втч/кг. Они хорошо подходят для компактных устройств: смартфонов, планшетов, ноутбуков. В последнее время их применяют также в электромобилях. Однако кобальт – дорогой материал, его запасы быстро истощаются. Литий-ионные батареи LCO не могут работать с большими токами из-за риска перегрева.

NMC аккумуляторы также характеризуются высокой удельной энергоёмкостью – до 220 Вт-ч/кг. Для улучшения стабильности в катоде, кроме дорогого кобальта, содержатся никель и марганец. Литиевые батареи NMC используются в большинстве выпускаемых сегодня электромобилей, в электровелосипедах, медицинских приборах. Благодаря добавлению недорогого никеля, их стоимость более доступная, чем у LCO батарей. Кроме того, они выдерживают большие токи заряда и больший диапазон температур.

Удельная плотность энергии LFP аккумуляторов несколько ниже, чем NMC или LCO. Однако этот недостаток компенсируется высокой стабильностью, способностью выдерживать значительные нагрузки. Это разумный выбор для тяжелого промышленного электрооборудования, складской техники (например, вилочных электропогрузчиков). Благодаря номинальному напряжению ячейки в 3,2 В, литий-ионные батареи LFP становятся хорошей альтернативой устаревающим свинцово-кислотным АКБ.

Итоги

Важно понимать, какие Liion батареи подходят для ваших задач. Учитывайте не только удельную энергоемкость, но и другие характеристики. Если нужна подходящая АКБ для погрузочно-разгрузочного оборудования, то литий-железо-фосфатная АКБ будет правильным выбором. Она отличается наилучшим балансом между безопасностью и производительностью.