Удельная энергоемкость аккумулятора служит показателем того, сколько энергии (в Вт⋅ч) 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 Вт⋅ч/кг.
- никель-металлгидридные –– 60-72 Вт⋅ч/кг
- свинцово-кислотные –– 30-50 Вт⋅ч/кг.
- литий-ионные –– 50-260 Вт⋅ч/кг
Удельная энергоемкость разных Li—ion аккумуляторов
Большинство элементов Li—ion 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 li—ion 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 Li—ion 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.