В чем разница между плотностью энергии свинцово-кислотных аккумуляторов и литий-ионных аккумуляторов?

В свинцово-кислотных батареях в качестве положительного электрода используется диоксид свинца, в качестве отрицательного электрода – губчатый металлический свинец, а в качестве электролита – серная кислота. Химические реакции включают превращение свинца в диоксид свинца во время циклов зарядки и разрядки. Химический состав элементов аккумуляторной батареи сильно влияет на плотность их энергии. Различные химические вещества имеют разную способность хранить энергию.

Свинцово-кислотные батареи обычно имеют меньшую плотность энергии по сравнению с литий-ионными батареями. Литий-ионные аккумуляторы обладают более высокой плотностью энергии, обеспечивая большую емкость хранения энергии при том же объеме или весе.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут потребовать более тщательного обслуживания, включая регулярную доливку воды для затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов. В большинстве случаев литий-ионные батареи, как правило, не требуют технического обслуживания и не нуждаются в обслуживании электролита.

Свинцово-кислотные аккумуляторы содержат свинцовые пластины, погруженные в сернокислый электролит. Эти пластины подвергаются химическим реакциям во время зарядки и разрядки.

Литий-ионные батареи обычно имеют более длительный срок службы по сравнению со свинцово-кислотными батареями. Под циклом понимается один полный цикл зарядки и разрядки. Способность выдерживать большее количество циклов без существенного ухудшения качества является важным фактором долговечности батареи. Свинцово-кислотные батареи обычно имеют меньший срок службы по сравнению с литий-ионными батареями.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, как правило, больше и громоздче. Литий-ионные аккумуляторы имеют более компактную и универсальную конструкцию, что позволяет использовать аккумуляторные блоки меньшего размера и легче.

Что касается стабильности напряжения, свинцово-кислотные аккумуляторы имеют относительно стабильное напряжение во время разряда. Литий-ионные аккумуляторы могут поддерживать более постоянное напряжение на протяжении всего цикла разрядки.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Проблема защиты окружающей среды

Как свинцово-кислотные, так и литий-ионные аккумуляторы создают проблемы для защиты окружающей среды, но они различаются по своему воздействию на окружающую среду.

Свинец является токсичным тяжелым металлом, и неправильная утилизация может привести к загрязнению окружающей среды и риску для здоровья. Во время зарядки свинцово-кислотные аккумуляторы выделяют газообразный водород, который может быть легковоспламеняющимся и требует надлежащей вентиляции в закрытых помещениях. Серная кислота в аккумуляторах вызывает коррозию и представляет опасность раздражения кожи и глаз. Перезарядка, перегрев или физическое повреждение могут привести к выходу из строя литий-ионных аккумуляторов и вызвать пожар. Итак, меры безопасности имеют решающее значение при транспортировке литий-ионных аккумуляторов из-за их чувствительности к повреждениям.

Что касается переработки, свинцово-кислотные аккумуляторы легко перерабатываются, и для них существует хорошо налаженная инфраструктура по переработке. Свинец в этих батареях можно эффективно утилизировать и повторно использовать в новых батареях.

Что касается литий-ионных аккумуляторов, инфраструктура переработки улучшается, но остаются проблемы с эффективным восстановлением ценных материалов. Кроме того, возросший спрос на литий, кобальт и никель вызывает обеспокоенность по поводу истощения ресурсов и этичного выбора источников.

Что касается вариантов использования, свинцово-кислотные аккумуляторы обычно используются в приложениях, где стоимость является первоочередной задачей, а вес и размер менее важны. Их часто можно встретить в автомобильных стартовых батареях, системах резервного питания и стационарных накопителях энергии.

Зависимость от ресурсов также может иметь негативные последствия для нашей окружающей среды. Производство литий-ионных батарей зависит от ограниченных ресурсов, таких как литий, кобальт и никель, что приводит к беспокойству по поводу доступности ресурсов и этичности их выбора. Процесс производства литий-ионных аккумуляторов включает в себя энергоемкие и экологически вредные процессы, способствующие выбросам углекислого газа.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Мы не можем сказать, что существуют проблемы с безопасностью использования или использования литий-ионных батарей. Редкие случаи теплового выхода из-под контроля и пожаров вызывают обеспокоенность по поводу безопасности, особенно в отношении некоторых химических веществ. Достижения в области средств безопасности и материалов направлены на решение этих проблем.

Постоянно открываются различные передовые свинцово-кислотные технологии, призванные уменьшить негативное воздействие, которое эти батареи могут оказывать на окружающую среду. Продолжающиеся исследования направлены на улучшение производительности и срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов за счет усовершенствования материалов и дизайна. Промышленность также изучает способы решения экологических проблем посредством ответственной переработки и совершенствования аккумуляторных технологий.

Приложение

Давайте рассмотрим некоторые конкретные области применения, в которых обычно используются свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы.

Батареи могут использоваться в качестве резервного питания для телекоммуникаций. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются для обеспечения резервного питания телекоммуникационных систем, обеспечивая непрерывную работу во время перебоев в подаче электроэнергии.

В некоторых солнечных энергосистемах свинцово-кислотные батареи используются для хранения избыточной энергии, вырабатываемой в часы пик солнечного света, для использования в периоды слабого солнечного света или его отсутствия. Свинцово-кислотные аккумуляторы, особенно варианты с глубоким разрядом, используются в устройствах, требующих длительного и глубокого разряда, таких как гольф-кары, электрические инвалидные коляски и морское оборудование.

Свинцово-кислотные аккумуляторы служат резервным источником питания в системах ИБП, обеспечивая непрерывное электропитание во время перебоев в работе и защищая критически важное электронное оборудование.

Свинцово-кислотные аккумуляторы широко используются в традиционных транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания для обеспечения начальной мощности, необходимой для запуска двигателя. Эти батареи также используются в системах аварийного освещения, обеспечивая освещение во время перебоев в подаче электроэнергии.

Они также важны в морских приложениях. Свинцово-кислотные аккумуляторы используются на лодках и других морских судах для запуска двигателей и питания вспомогательного оборудования.

Литий-ионные аккумуляторы питают широкий спектр портативных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки, планшеты, камеры и носимые устройства, благодаря их высокой плотности энергии и легкому весу. Во многих медицинских устройствах, таких как портативные мониторы и электронные медицинские инструменты, используются литий-ионные аккумуляторы из-за их компактных размеров и надежной работы.

Литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях. Литий-ионные аккумуляторы питают электромобили, мотоциклы и велосипеды, обеспечивая более высокую плотность энергии и больший запас хода по сравнению с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами. С другой стороны, свинцово-кислотные аккумуляторы обычно используются в традиционных транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания для обеспечения начальной мощности, необходимой для запуска двигателя.

В аккумуляторных электроинструментах часто используются литий-ионные аккумуляторы из-за их высокой плотности энергии, возможности быстрой зарядки и небольшого веса.

Контраст плотности энергии

Давайте углубимся в концепцию плотности энергии как для свинцово-кислотных, так и для литий-ионных аккумуляторов.

В зависимости от применения оба типа батарей функционируют как устройства хранения энергии со своими уникальными преимуществами и недостатками.

Ряд электрохимических ячеек, каждый из которых имеет катод из диоксида свинца (PbO2), свинцовый анод (Pb) и электролитный раствор серной кислоты (H2SO4), составляют свинцово-кислотную батарею. Свинец и диоксид свинца подвергаются электрохимическим реакциям в ячейках, в результате которых образуется сульфат свинца (PbSO4) при разрядке и противоположная реакция при зарядке.

Оксид металлического лития, такой как LiFePO4,?LiCoO2 или LiNiMnCoO2, служит катодом в литий-ионных батареях, тогда как графит часто используется в качестве анода. Электролит в этих батареях состоит из солей лития, растворенных в растворителе, обычно в смеси органических карбонатов. Обратимая деинтеркаляция и «интеркаляция» ионов лития между материалами катода и анода является основным электрохимическим процессом в этих батареях.

По сравнению с литий-ионными батареями, которые имеют более высокую плотность энергии (150–200 Втч/кг и 250–670 Втч/л соответственно), свинцово-кислотные батареи имеют меньшие удельную энергию (20–50 Втч/л) и плотность энергии ( 30–50 Втч/кг). Это говорит о том, что литий-ионные батареи больше подходят для легких и портативных устройств, поскольку они имеют более высокую емкость хранения энергии на единицу веса и пространства.