Литий-титанатные аккумуляторы или Lithium Titanium Oxide (LTO) батареи и их преимущества

Комплектующие, радиокомпоненты / Накопители энергии / Батареи
Administrator
6 067
7-05-2017, 21:07
0

Технология LTO быстро распространяется благодаря ряду преимуществ.

Среди основных преимуществ литий титанатных аккумуляторов стоит выделить следующие:

- низкое внутреннее сопротивление;
- сверхбыстрая зарядка;
- высокие допустимые токи разряда и заряда;
- очень большой жизненный цикл;
- отличная переносимость критических условий эксплуатации;
- безопасность.

Преимущества литий титанатной технологии (оксид титана) также включают ряд экономических и экологических достоинств, которые имеют важное значение для будущего развития возобновляемых зеленых источников энергии.

На данный момент этот вид аккумуляторов уже нашел свое применение в первую очередь в электрических транспортных средствах, а также системах накопления и хранения энергии. Также с этим типом аккумуляторов уже выпускаются даже наручные часы фирмы Seiko. Кроме того, в последнее время, LTO аккумуляторы все чаще начинают применяться в мобильных медицинских устройствах по причине их высокой безопасности.

Среди компаний-первопроходцев стоит отметить Toshiba, YABO и Altair Nanotechnologies.

Одной из главных причин выдающихся характеристик этой технологии является то, что анод имеет развитую нанокристаллическую структуру. Такая структура обеспечивает гораздо более эффективную площадь и стабильность поверхности по сравнению с пористым углеродом, который применяется в других типах литиевых батарей. Для сравнения, площадь поверхности анода на основе LTO составляет около 100 квадратных метров на грамм, а обычные углеродные аноды литиевых батарей имеют площадь порядка 3 квадратных метров на грамм, что более чем в 30 раз меньше LTO. Высокая площадь позволяет заряду переносится из анода гораздо быстрее, что положительно сказывается на допустимых токах. Также титанатная структура обладает высокой стабильностью, что улучшает долговечность и безопасность батареи.

Такой вид анода (литий титана оксид), позволяет увеличить жизненный цикл батарей до 20000 и более циклов заряд-разряд, в то время как лучшие традиционные литиевые батареи выдерживают до 2000 циклов. К сожалению, рабочее напряжение LTO батарей немного ниже, чем в других видах литиевых батарей и это приводит к падению емкости Вт/кг веса. Но среди батарей которые могут эксплуатироваться в жестких климатических условиях, а также в местах с высокими требованиями к токам, литий титанатные батареи обеспечивают самый высокий запас энергии на килограмм веса. Примерами таких мест являются легковые автомобили, электрические машины, вилочные погрузчики, тяговые системы и т.д.

Кроме того, LTO технология в плане накопления и хранения энергии позволяет обеспечить эффективность цикла заряд-разряд до 98%, что намного выше, чем у обычных механизмов накопления энергии.

На данный момент усредненные характеристики литий-титанатных аккумуляторов следующие:

Удельный запас энергии: 30-110 Вт/кг
Плотность заряда: до 177 Вт*ч/л
Удельная мощность: 3 000-5 100 Вт/кг (при пиковой нагрузке)
Эффективность цикла заряд-разряд: от 85% при высоких токах, более 95% при низких токах
Время работы на отказ или срок годности: >10 лет (отдельные производители дают гарантию до 20 лет)
Саморазряд: 2-5%/месяц
Гарантированное количество циклов заряд-разряд: 10 000 циклов - сохранение 90% емкости, 20 000 циклов - сохранение 80% емкости (отдельные производители заявляют о 40 000 циклов)
Номинальное напряжение одной ячейки: от 1,9 до 2,4 В (аккумуляторы Toshiba SCIB работают в диапазоне 1.5-2.7 В; при номинальном напряжении 2.3 В)
Предельное напряжение разряда: 1,5 В (некоторые необходимо ограничивать 1,7 В)
Диапазон рабочих температур: от -40 до + 55 ° C (может варьироваться в зависимости от модели)
Метод зарядки: В начале постоянным током, а затем постоянным напряжением пока не будет достигнуто пороговое значение тока.

Процесс выращивания структуры запатентован, но в основе лежит нанокристаллическая структура из Li4Ti5O12

Схема протекания реакции в батарее следующая:

Li4Ti5O12 + 6LiCoO2 ↔ Li7Ti5O12 + 6Li0.5CoO2 (E = 2.1V)

Большое преимущество LTO аккумуляторов также в том, что они способны накапливать и отдавать пиковые токи, которые в 30-100 раз выше, чем допустимые токи в обычных литиевых батареях аналогичной емкости.

Благодаря таким преимуществам литий титанатных аккумуляторов, как высокая безопасность, высокая стабильность, длительный срок эксплуатации, батареи из литий титаната могут получить широкое применение в электрических транспортных средствах, зарядных станциях, туристических и городских электроавтобусах, яхтах, накопителях энергии для ветряных и солнечных электростанций, светофоров , уличному освещению с подзарядкой от солнечных панелей, UPS источники питания, для домашнего хранения электроэнергии, в погодных радарах и автономных метеостанциях, в базовых станциях связи, больницах, финансовых объектах, телекоммуникационных центрах, системах резервного питания и т.д.

В данный момент литий титанатные аккумуляторы находятся в стадии акивного распространения на новые и новые отрасли. Ограничевающим является лишь тот фактор, что об этом виде аккумуляторов известно еще не многим.

Источник: https://ndft.com.ua

Обсудить на форуме