10.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~14 мин.

Литий-титанатные аккумуляторы ( LTO ) и его виды

Литий-титанатные аккумуляторы – это разновидность привычных всем литий-ионных батарей. Выделяются в отдельную группу они потому, что их положительный электрод, анод, выполняется из специального сплава, титаната лития (Li4Ti5O12). Материал имеет некристаллическую структуру, увеличивающую поверхность соприкосновения с электролитом: один грамм имеет площадь 1002 метров, что выгодно отличает его от углерода с 32 метрами. Новое вещество обеспечивает высокую плотность тока. Это важнейший параметр для источника питания.

Плюсы и минусы

Причиной поиска новых путей развития технологии стало несовершенство имевшихся свинцовых, литий-железо-фосфатных и литий-ионных батарей. Они недостаточно безопасны, недолговечны и способны полноценно работать в узком диапазоне температур.

Проводились исследования соединений лития и титана. Как наиболее перспективное вещество был выделен титанат.

Характеристики материала:

обеспечивает большую удельную емкость батарей, до 60 %;
предельный ток заряда 10С, при котором аккумулятор заряжается до 80 % за 5 минут, а лучшие модели за 1 минуту;
недорог и долговечен;
электроды, выполненные на его основе, значительно сокращают время заряда;
отличается высокими ионной и электронной проводимостью.

Характеристики соответствующих аккумуляторов очень высоки. Так, количество циклов зарядки-разрядки превышает 10 000. Емкость со временем снижается мало: на 20 % – при токе разряда 0,5С* после 10 миллионов циклов, а при токе разряда 3С после 10 тысяч.

Саморазряд не превышает 5 % от общей емкости в месяц.

Прямым следствием электрохимической и механической устойчивости структуры материала являются и показатели пожаро- и взрывобезопасности, которые несравнимо ниже, чем у литий-ионных элементов.

Еще одно преимущество связано со способностью электроемкостей с электродами из Li4Ti5O12 работать в широком диапазоне температур от -40 до +55 ˚C без потери функциональности.

Российские и зарубежные в производстве придерживаются схожих стандартов:

номинал напряжения – от нижней границы 2 V до 2,4 V (чаще 2,3 V);
предельное разрядное напряжение – от 1,5 V до 1,7 V;
удельная мощность при максимальной нагрузке – от 3000 до 5000 Вт/кг;
энергоемкость – от 30 до 110 Вт/кг;
низкое внутреннее сопротивление;
плотность заряда – до 115 Вт*ч/л.

Эффективность заряда-разряда колеблется пропорционально силе тока и составляет от 85 до 95 процентов. После 10 тысяч циклов она падает до 90, а после 20 – до 80 процентов.

Umax.pro — делаем точность доступной

Но и это не предел: более совершенные и дорогие образцы из новой генерации уже вдвое превосходят предшественников по этому параметру.

Из недостатков стоит отметить невысокое напряжение и относительную малораспространенность технологии и незначительные объемы производства.

Первую проблему решают добором активных элементов, и она не является серьезной в свете меньшего их веса по сравнению с литий-ионными. А вот второе обстоятельство более весомо: литий-титанатные все еще имеют большую стоимость, чем другие виды аккумуляторов.

Немного истории

Технология начала проходить обкатку еще в 2011 году. Lp-TO аккумуляторы были установлены в городских автобусах Японии, на самых протяженных маршрутах.

К 2016 году экспериментальный транспорт суммарно преодолел более 700 000 километров. За это время у самых первых машин количество циклов перезарядки достигло 2 000 при падении емкости в 3 %.

Напряжение этих батарей равно 560 В, а емкость – 100 ампер-часов. Зарядка происходит посредством 400-киловаттного выпрямителя на специально оборудованных станциях.

Сейчас титанатный аккумулятор встречается уже и в электромобилях и электробайках. Хороший пример таких транспортных средств – Mitsubishi i-MiEV или Honda Fit EV.

Устройство и механизм работы

Именно анод определяет длительность жизненного цикла и уровень безопасности аккумулятора.

Поэтому главное ноу-хау «титановой» технологии – положительный электрод, который создается специальным образом.

Все типы SMD-светодиодов их технические характеристики и маркировки

На подложку методом осаждения наносятся атомарные слои оксида титана толщиной менее 15 нанометров. После обжига они приобретают объемную полую структуру, состоящую из большого количества полых лент и больших полостей высотой до 30 и шириной до 150 нанометров.

Трехмерная поверхность имеет огромную площадь и рассчитана так, чтобы внутрь легко проникал электролит, взаимодействуя со всей поверхностью материала и осуществляя транспорт положительно заряженных ионов лития.

Формула протекающей электрохимической реакции такова:

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- <–> Li7Ti5O12

Катод обычно изготавливается из соединения кобальта LiCoO2. Взаимодействуя с кислородом, катода ионы лития отдают заряд и становятся нейтральными, вновь осаждаясь на аноде.

Внешне титановый аккумулятор выглядит стандартно. Для упаковки всех элементов используется пластик, композиты или цветной металл. Корпуса имеют форму призмы с прямыми углами или цилиндра. Для улучшения контакта и упрощения соединения многие модели снабжены клеммами.

Применение

Используют титанатные АКБ не только в электротранспорте в качестве основного источника энергии, но и в бензиновых автомобилях как замену обычному аккумулятору для стартера, освещения и автозвука.

Имеется значительный спрос на технологию и в сферах кораблестроения, авиастроения.

Применяют такие элементы питания также и в устройствах, для которых важна как бесперебойность работы, так и высокая степень автономности или мобильности: в светофорах, в телекоммуникационном и связном оборудовании, в резервных цепях питания.

Штекеры типа банан (banana plug), коннекторы диаметром 4 мм

Еще одна область применения – организация освещения в сочетании с солнечными батареями. Таким способом возможно обеспечить электроэнергией как улицу, так и внутренние помещения.

Постепенно литий-титанатные накопители проникают и в бытовые устройства: нередки теперь оснащенные ими телефоны, планшеты, ноутбуки, фотоаппараты, видеокамеры, мобильное медицинское оборудование и даже велосипеды.

Особенности эксплуатации и утилизация

В эксплуатацию литий-титанатные аккумуляторы поступают уже готовыми для подключения к нагрузке, так как первоначальный заряд обусловлен электрохимической реакцией между электродами плюса и минуса.

Зарядка производится специальным устройством постоянного тока.

Поврежденная или бракованная батарея в виду сложности и высокотехнологичности строения восстановлению не подлежит: вскрытие корпуса необратимо разрушает пластины.

Согласно приказу № 511 Министерства природных ресурсов от 15.06.2001 различают 5 классов опасности отходов. Отработанные аккумуляторы относятся ко второму классу, что предполагает специальную процедуру утилизации.

Фирмы-производители и предлагаемый ассортимент

Новизной технологии объясняется ее нераспространенность.

На рынке литий-титанатные аккумуляторы представлены небольшим количеством производителей, среди которых явно лидирует японский концерн Toshiba. Маркетинговое название соответствующей продукции – Super Charge Ion Battery, или сокращенно SCiB.

Сортамент таков:

емкость – от 2,9 до 23 А/ч;
цикл заряд-разряд – до 40 тысяч с падением емкости не более 70 %;
возможность буферного режима работы: время, затрачиваемое на заряд, – от 1 до 6 минут.

Собственные разработки позволили японской компании усовершенствовать анод, добавив в его состав оксид ниобия.

Литий-титанат с добавкой позволяет заряжать аккумуляторы за 5 минут до 90 %. Их удельная емкость вдвое выше титанатных, что позволяет уменьшить размер элементов питания и приблизить их по удельной энергии к литий-полимерным.

Для своих наручных кинетических часов производит батареи малого размера и Seiko, заменив ими конденсаторы.

Не отстают и швейцарцы. Компания Leclanché, которая с 1939 года выпускает аккумуляторы, освоила передовой техпроцесс после приобретения в 2006 году немецкой фирмы Bullith AG. Их продукт называется TiBox и представляет собой многоразовые источники питания с литий- титанатным анодом, мощностью 3,2 кВт и ресурсом работы до 20 тысяч циклов.

Американская компания из Невады Altairnano выпускает линейку элементов питания Nanosafe для электромобилей. Их титанат и производимые АКБ по официальным заявлениям готовы установить под капот многие производители автомобилей. Это английская фирма Lightning Car Company, известная своими спорткарами.

Также американская студия Phoenix Motorcars, которая переделывает корейские авто от SsangYong в электромобили. И, наконец, калифорнийская фирма Proterra, в своем микроавтобусе EcoRide BE35.

Выпускают литий-титановые аккумуляторы и в Китае. Компания YABO Power Technology выпустила первый экземпляр еще в 2012 году. Изделия преимущественно применяются в автотранспорте.

Типичный представитель – батарея YB-LITE2344, рассчитанная на штатное напряжение 2,4 V и емкость 15 ампер-часов.

Где купить

Самая популярная емкость для титанат-батарей, используемых в различных АКБ, – 40 АЧ. Чаще всего такие модели имеют стандартное количество циклов перезаряда (20 700) и годятся для последовательного соединения в банки больших размеров.

Купить источники питания можно в интернет-магазинах. По отзывам, качественный товар приобрести проще на eBay (иБэй), а на Aliexpress (Алиэкспресс) весь ассортимент дешевле.

Перед покупкой стоит убедиться в добросовестности продавца. Иногда под видом новых продают списанные аккумуляторы.

Быстро найти необходимый ассортимент на сайтах торговых площадок можно по поисковому запросу LTO или Lithium-Titanate.

Помимо стандартных и распространенных типоразмеров присутствуют и более нишевые: в виде плоских гибких или защищенных жесткими листами ячеек, в форме стандартных батареек. Есть также уже готовые собранные аккумуляторы и блоки питания в корпусах.

Там же нетрудно найти и специальные зарядные устройства, рассчитанные на постоянный ток, нужные напряжение и силу тока.

Сколько стоит конкретный титанат-литиевый аккумулятор, зависит еще и от цены доставки: продавцы пользуются услугами различных почтовых организаций и курьерских служб. Поэтому стоимость в итоге может серьезно отличаться.

Заключение

Потенциальный рынок литий-титанатных аккумуляторов велик. Поэтому перспективы развития данной технологии более чем обнадеживающие. Продукция уже выпускается серийно, становится доступнее, так как цена на нее снижается. Растет и ассортимент.

Разновидностью литий-ионных аккумуляторов считаются литий титанатные аккумуляторы, у которых в качестве электрода, соединяемого с положительным источником питания (анода) используется титанат лития, химическая формула которого Li4Ti5O12. Разработкой подобных устройств начали заниматься еще в далеких 80-х.

Что такое литий титанатный аккумулятор

На сегодняшний день литий титанатные аккумуляторы представляют собой достаточно редкий вид электрических батарей, именно поэтому о них мало кто слышал. Однако массовое распространение постепенно набирает обороты и подобные изделия находят широкое применение во многих отраслях.

Основное предназначение электрического накопителя энергии – использование в современной бытовой технике, электромобилях, энергетических системах и современных гаджетах.

Как осуществляется производство LTO аккумуляторов

Многие производители (Seiko, YABO, Toshiba, Altair Nanotechnologies) постепенно начинают внедрять производство Lithium Titanium Oxide, на основе современной LTO (оксид титана) технологии. Работая по данной технологии производители сумели получить достаточно развитую нанокристаллическую структуру анода, что собственно и стало основным преимуществом изделий.

В отличие от пористого углерода, используемого при создании других видов литиевых аккумуляторов, нанокристаллическая структура позволяет большую площадь анода сделать «полезной», обеспечивая стабильность работы поверхности. Например, LTO технология позволяет получить эффективную площадь поверхности анода приблизительно в 100 м²/г, в то время как при углеродных анодах данный показатель около 3 м²/г.

Благодаря высокой площади анода, заряд переносится намного быстрее, характеристики допустимых токов выше. Все это обеспечивает продолжительность работы устройства, стабильность и безопасность эксплуатации.

Принцип работы и устройство литий титанатного аккумулятора

Внешняя оболочка конструкции – пластик, композиционный материал, реже цветной металл. Многие модели имеют металлические клеммы, через которые выполняется контакт внутренних стержней с положительным, отрицательным напряжением и потребителем энергии. Внешне устройство напоминает призму, цилиндр. Плюсовой контакт размещен вверху, а минусовой внизу батареи.

Читайте также: Аккумулятор HR20

При работе батареи, в ней протекает определенная реакция. Ток накапливается и отдается одновременно, причем накопление и подача намного выше, чем в устройствах, созданных по другим технология производства. Подобные устройства можно зарядить до предела всего за 6 – 10 минут. При работе батарея не нагревается, поэтому перегрев полностью исключен. Основной принцип работы мало отличается от литий ионных батарей.

Отрицательный электрод сделан в виде слоеного графита. В нем идут беспорядочные процессы, атомы, заряженные электричеством перемещаются по матрице, сохраняя напряжение. При разряде ионы лития взаимодействуют с кислородом, пройдя через катод направляются наружу. Заряжаясь ионы лития утрачивают первоначальное напряжение и оседают на поверхности анода до следующей зарядки. Заряжаясь процесс повторяется, но в обратном порядке. При работе, внутри корпуса могут скапливаться газы, их пары выводятся через специальные отверстия или выхлопы.

Технические характеристики литий титанатных аккумуляторов

30 – 110 Вт/кг – накопление энергии;
при максимальной нагрузке устройство выдает удельную мощность от 3 000 до 5 100 Вт/кг;
не более 177 Вт*ч/л плотность заряда;
номинальное напряжение – 1,9 – 2,4 В, предельное разрядное – 1,5 В – 1,7 В;
циклическая эффективность «заряд-разряд» при низких токах колеблется в пределах 95%, при более высоких понижается до 85%;
100 000 сохраняет 90% емкости батареи, 20 000 – 80%, некоторые производители сумели поднять последний показатель до 40 000 циклов разряд-заряд.

Аккумуляторы, произведенные на основе LTO способны работать при условиях сильного мороза (от минус 40 °С) и при сильной жаре (до плюс 55 °C). Саморазряд батареи за месяц от 2% до 5%. Гарантийный срок службы некоторые производители определяют более 10, а то и 20 лет, в зависимости от модели.

Литий титанатный аккумулятор: плюсы и минусы

Плюсами можно считать:

невысокое внутреннее сопротивление;
очень быстрая зарядка;
бесперебойное и долгое время работы;
высокие характеристики разрядных и зарядных токов;
высокие эксплуатационные характеристики в сложных метеоусловиях;
стабильность;
безопасность.

Читайте также: Аккумуляторные батареи Delta HR

Многие называют подобные изделия «зеленые» источники энергии, благодаря тому, что работу устройств можно считать экологически чистой. Жизненный цикл аккумулятора существенно увеличен за счет использования титанат лития при изготовлении анода. Устройство выдает более 20 000 циклов заряд-разрядов. При этом недостаток в том, что напряжение таких батарей падает в зависимости от их емкости. Пониженное рабочее напряжение 2,4 В из-за которого снижается показатель удельной энергии. Однако говоря о критических условиях работы данные аккумуляторы самые мощные среди аналогов, так как способны обеспечивать максимальный поток энергии.

Самым большим минусом LTO АКБ считается их медленное внедрение. Однако большая часть производителей начинает постепенно вводить сравнительно новую технологию производства электрических источников питания при создании подобных агрегатов.

Где применяются LTO АКБ

Явное преимущество LTO АКБ от других источников питания, позволяет широко использовать данный вид батарей в электрических транспортных средствах, светофорах, электростанциях, яхтах, зарядных станциях. Финансовых объектах, больницах, системах резервного питания, станциях связи, центрах телекоммуникации, самоуправляющихся метеостанциях, общественном транспорте.

При освещении улиц где основная подзарядка источника питания выполняется за счет солнечных панелей, накапливающих энергию от солнца. Увидеть подобную конструкцию можно в погодных радарах, источниках бесперебойного питания, для домашнего использования, вилочных погрузчиках.

Постепенно данный вид батарей начинают внедрять и в другие отрасли. Их можно увидеть в мобильных медицинских устройствах, наручных часах, видеокамерах, цифровых аппаратах и даже в сотовых телефонах и ноутбуках.

Правила эксплуатации и утилизация

Первичная зарядка устройства определена химической реакцией катода и анода. Дальнейший заряд возможен через подключение внешнего прибора. Заряжают LTO батареи только при условии подачи постоянного тока, устанавливается постоянное напряжение до полного заряда. Подобные устройства считаются необслуживаемые. Если батарея повреждена либо отказала в работе, отремонтировать ее нельзя. Открытие крышки устройства, сразу же разрушает пластины батареи.

Читайте также: Аккумулятор HR03

Заряд нужно периодически проверять специальными приборами. Специалисты обязаны просматривать корпус на сохранность, клеммы, при необходимости счищать окисления, грязь. Замыкание контактов недопустимо.

Аккумуляторы считаются отходами 2 класса опасности. Утилизация таких батарей должна выполняться по особым правилам. Поэтому производители рекомендуют при утилизации литий титанатных батарей сдавать их специальным заводам, компаниям, которые могут выполнить их правильную переработку.

Подобные накопители энергии стали прорывом в современном производстве аккумуляторов. Их по праву можно назвать совершенными, эффективными, безопасными. Однако их большой недостаток определен высокой стоимостью и рыночным дефицитом.

Аккумулятор Li-Titanate — титанат лития принадлежит к четвертому поколению литиевых устройств, которое считается последним. Такое устройство имеет сразу несколько актуальных наименований, под которыми его можно встретить в продаже — LTO или Li4Ti5012.

Первое появление этой модели на современном рынке — это 2012 год. Перед тем, как купить литий-титанатный аккумулятор, необходимо учитывать некоторые «исторические» данные. Изначально представленные изделия активно использовали для полноценного функционирования электромобилей, а также применяли в качестве системы хранения энергии.

Если прочесть основные технические характеристики Li-Titanate аккумулятора, можно подумать, что все его особенности — это нечто из разряда невозможного и фантастического. Однако в реальном мире современное устройство уже успело зарекомендовать себя с лучшей стороны и подтвердить все свои преимущества.

К примеру, купив Li-Titanate для электромобилей, изделие может эксплуатироваться в условиях рабочей температуры от -45 до +60 градусов. На сегодняшний день — эта модель считается самой безопасной среди других поколений аккумуляторных устройств.

Основные достоинства

Среди базового набора преимуществ литий-титанатной технологии важно также отметить экологические и экономические характеристики, которые играют далеко не последнюю роль для активного развития «зеленых» источников энергии.

Купив Li-Titanate аккумулятор для медицинских устройств недорого, важно заранее знать об основных преимуществах этих устройств: — незначительное внутреннее сопротивление; — количество разрядов/зарядов варьируется от 15000 до 24000; — высокая скорость заряда — всего за 10 минут подзарядка до 90%; — продолжительный эксплуатационный срок службы, который достигает порядка 50 лет; — возможность использовать в критических условиях работы; — безопасная эксплуатация.

Купив аккумулятор Li-Titanate для электровелосипеда, цена которого отличается демократичностью, пользователи должны помнить о том, что сфера применения этих устройств активно расширяется. Особенно востребованы данные изделия для электрических транспортных средств, однако все чаще их используют и для работы медицинского оборудования.

Теперь, выбрать и купить аккумулятор Li-Titanate для электротранспорта в Украине можно на сайте магазина ProBattery. Наши специалисты помогут каждому покупателю подобрать необходимую модель в представленном каталоге товаров.

Сравнение товаров (0)

<label>Сортировать:</label><label>Показывать:</label>