Pin lithium hiện nay đang trở thành một trong những công nghệ lưu trữ hàng đầu với nhiều ưu điểm vượt bậc có mức điện áp cao, đa dạng, cơ chế tự xả thấp và độ tin cậy đã được chứng minh.
Pin Lithium là gì?
Pin xe nâng Lithium 24V 206Ah FL24206
-
Pin Lithium còn được gọi là pin Li-on hoặc pin Lithi-on, viết tắt là LIB, đây là dòng pin nạp năng lượng thuộc loại pin sạc.
-
Pin lithium có nhiều ưu điểm vượt bậc, không chỉ mang lại hiệu suất hoạt động cao, mà còn bảo vệ môi trường sạch vì hạn chế thải ra kim loại nặng, đồng thời pin lithium nâng cao việc sử dụng an toàn (vì tránh dùng dung dịch điện ly chứa axit).
-
Pin Lithium có ứng dụng đa dạng, thường được dùng cho các thiết bị điện di động như điện thoại, máy chơi game, máy chụp hình, máy tính laptop,… loại pin này đang được chú trọng phát triển trong quân đội, các ứng dụng của phương tiện di chuyển chạy bằng điện (như xe đạp điện, xe máy điện,…) và kĩ thuật hàng không, năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng mặt trời, là bình điện xe nâng,...
Cấu tạo pin Lithium
Cấu tạo pin lithium
Cấu tạo pin lithium ion bao gồm: 1 cực dương, 1 cực âm, bộ phân tách, chất điện phân và hai bộ thu dòng điện.
|
Điện cực dương (Cathode) |
-
Vật liệu dùng làm điện cực dương trong cấu tạo của pin lithium là LicoO2 và LiMnO4.
-
Cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide Coban liên kết với nguyên tử Lithium.
-
Khi có dòng điện chạy qua, nguyên tử Lithium nhanh chóng tách khỏi cấu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+.
|
|
Điện cực âm (Anode) |
-
Cực âm được cấu tạo từ chất liệu chính là than chì (graphene) và các vật liệu Cacbon khác có chức năng lưu giữ các ion Lithium L+ trong tinh thể.
|
|
Bộ phân tách |
-
Bộ phân tách hay còn gọi là màng ngăn cách điện được làm bằng nhựa PE hoặc PP.
-
Bộ phận phân tách này trong cấu tạo của pin lithium nằm giữa cực dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ, có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm. Tuy nhiên, các ion Li+ vẫn được đi qua.
|
|
Chất điện phân |
-
Chất điện phân là chất lỏng lấp đầy hai cực và màng ngăn. Dung dịch điện phân có chứa LiPF6 và dung môi hữu cơ. Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ.
-
Chất điện phân là môi trường truyền ion lithium giữa 2 điện cực trong quá trình sạc và xả pin.
-
Nguyên tắc cơ bản trong dung dịch điện ly cho pin li-on là có độ dẫn ion tốt.
-
Cụ thể độ dẫn ion liti ở mức 1-2 S/cm ở nhiệt độ phòng. Tăng 30-40% khi nhiệt độ lên 40 độ và giảm nhẹ khi nhiệt độ xuống 0 độ C.
|
Pin lithium hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động của pin lithium
Trong cơ chế hoạt động pin lithium ion, cực âm, cực dương đóng vai trò là nguyên liệu trong phản ứng điện hóa. Dung dịch điện phân tạo môi trường dẫn cho ion liti di chuyển giữa 2 điện cực âm và dương. Dòng điện chạy ở mạch ngoài khi pin di chuyển. Quá trình này thể hiện ở quy trình sạc, xả.
Quy trình xả
Ion-liti mang điện tích dương trong cấu tạo của pin lithium di chuyển từ cực âm (thường là graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương và dương cực sẽ có phản ứng với ion liti. Mỗi ion Li dịch chuyển từ cực âm sang cực dương trong pin thì ở mạch ngoài, lại tiếp tục có 1 electron chuyển động từ cực âm sang cực dương, sinh ra dòng điện chạy từ cực dương sang cực âm. Điều này tạo ra cân bằng điện tích giữa 2 cực.
Quy trình sạc
Quá trình sạc trong nguyên lý hoạt động của pin lithium diễn ra ngược lại quá trình xả. Dưới điện áp sạc, electron bị buộc chạy từ điện cực dương của pin (trở thành cực âm), ion Li tách khỏi cực dương di chuyển trở về điện cực âm của pin (ở quy trình này đóng vai trò cực dương). Trong quá trình sạc và xả pin sẽ đảo chiều. Trong một chu kỳ phóng điện, những nguyên tử liti ở cực dương bị ion hóa và tách khỏi các điện tử của chúng. Các ion liti di chuyển từ cực dương và đi qua chất điện phân cho đến khi chúng đến được cực âm. Tại đây chúng tái kết hợp với các điện tử và trung hòa về điện.
So sánh pin Lithium với ắc quy chì
|
|
Pin Lithium |
Ắc quy axit chì |
|
Độ bền |
-
Có tuổi thọ lâu dài, dùng lâu bền trong khoảng thời gian từ 5-10 năm
|
-
Thời gian sử dụng ngắn chỉ khoảng 3-5 năm
|
|
Mật độ năng lượng sạc - xả |
-
20 Wh/kg, chịu được dòng xả lớn dạng xung (trong thời gian ngắn) và chịu tải cao.
|
-
32 Wh/kg nhưng chỉ chịu được dòng xả nhỏ và khả năng chịu tải kém.
|
|
Thời gian sạc |
-
Nhanh, 3 - 4 tiếng, thậm chí vài chục phút.
-
Sử dụng hết pin (gọi là xả), không lo bị hỏng pin sau một thời gian sử dụng.
|
-
Ắc quy chì sạc chậm, thời gian sạc từ 6 - 8 tiếng.
-
Nếu bị xả quá 50% mà không được sạc đầy, thì ắc quy chì dễ bị hỏng chỉ sau 1 - 2 tháng sử dụng.
-
Nếu bị xả tới tận đáy sẽ xuất hiện PbSO4 gây hỏng bản cực và chết
|
|
Khối lượng |
|
|
|
Khả năng chống nước |
|
|
|
Bảo hành |
-
Tùy nhà sản xuất sẽ có thời gian bảo hành khác nhau nhưng thông thường là khá lâu, ít nhất trong thời gian từ 2-3 năm.
|
-
Tùy nhà sản xuất nhưng thường chỉ trong khoảng thời gian ngắn khoảng 12- 18 tháng.
|
|
Khả năng chống cháy nổ |
-
Khả năng chống cháy cao, an toàn cho người dùng.
|
-
Dễ xảy ra cháy nổ nguy hiểm khi sử dụng.
|
|
Ảnh hưởng môi trường |
-
Ít ảnh hưởng, giúp bảo vệ môi trường.
-
Vì được cấu tạo bởi những cell rắn lithium, không có chì hoặc axit.
|
-
Ảnh hưởng nhiều đến môi trường.
-
Vì được cấu tạo bởi chì và axit.
|
Ưu nhược điểm của pin lithium
|
Ưu điểm |
Nhược điểm |
-
Pin lithium có ưu điểm với khối lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn.
-
Chu kỳ nạp và xả pin lớn, khoảng 500-1000 lần.
-
Pin lithium có ưu điểm tuổi thọ dùng lâu, khoảng 2 - 5 năm.
-
Mật độ năng lượng cao, trên 500Wh/kg. Một số loại pin còn có thể đạt đến 1800Wh/kg.
-
Pin lithium có thể sạc bất kỳ khi nào mà không cần phải đợi sử dụng hết dung lượng pin.
-
Dòng xả pin lớn, có thể lên đến 30-35 lần dung lượng (C) trong thời gian ngắn.
-
Dòng nạp tức thời có thể lớn đến 10C.
|
-
Xuất hiện hiệu ứng tự xả trong quá trình hoạt động khi dung lượng bị giảm 5 - 10%/ tháng (tùy theo chế độ sử dụng pin ra sao) sau khi có thể chịu được số lần chu kỳ xả- nạp.
-
Khi điện áp pin ở mức thấp dưới 3V hoặc cao quá 4,2V có thể làm hỏng pin do đó người dùng nên tham khảo hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất.
-
Giá thành pin lithium tương đối cao, tùy vào mỗi thương hiệu mà giá pin Lithium sẽ dao động mức giá khác nhau.
-
Pin này thường nhạy cảm và dễ hư hỏng bởi nhiệt, chỉ nên dùng pin ở nhiệt độ nhỏ hơn 60 độ C.
|
Hướng dẫn sử dụng pin lithium an toàn
Các loại pin lithium cho xe nâng (1)
-
Sạc nhiều lần thay vì sạc đầy
-
Không nên xả cạn pin
-
Pin hoạt động tốt nhất ở 40%
-
Bảo quản pin cao và khô
-
Tránh nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp
-
Không để pin cạn kiệt năng lượng quá lâu