Литий-титанатный аккумулятор

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Литий-титанатный аккумулятор (LTO) — вариант литий-ионных аккумуляторов, использующий пентатитанат лития (Li4Ti5O12) в качестве анода вместо графита, применяемого в большинстве других вариантов. Для увеличения площади анод имеет нанокристаллическое строение. Такое решение позволяет обеспечить площадь поверхности анода до 100 м²/г по сравнению с 3 м²/г для углерода, что позволяет значительно увеличить скорость перезарядки и обеспечить высокую плотность тока. По состоянию на 2017 год литий-титанатные батареи способны обеспечить плотность энергии до 177 Вт*ч/л[1]. Кроме того, эти аккумуляторы имеют высокую надёжность и могут без потерь работать при более низких температурах до минус 30 градусов, в отличие от классических литий-ионных, которые уже при минус 5 градусах снижают свои показатели на 20 %.

Недостатком литий-титанатных аккумуляторов является более низкая ЭДС (2,4 В), что приводит к меньшей удельной энергии (около 30—110 Вт*ч/кг[1]), чем у обычных литий-ионных батарей, имеющих стандартную ЭДС в 3,7 В. Это ограничивает их применение в электротехнике и в ноутбуках, мобильных телефонах и смартфонах, которые стремятся к минимизации объёма и веса аккумуляторов, и для которых критическим параметром является удельная энергоёмкость.

Типичные пороги защиты от перезаряда и переразряда составляют 2,8 В и 1,8 В соответственно. В теории, это позволяет заменить два NiCd- или NiMH-аккумулятора (в устройстве без балансировки ячеек, например, в домашней телефонной радиотрубке) на один литий-титанатный аккумулятор. С другой стороны, многие подобные устройства не обладают достаточно точным контролем уровня напряжения на аккумуляторе, жертвуя его ресурсом — но в случае с литиевыми аккумуляторами цена такого схемотехнического упрощения значительно возрастает из-за риска пожара.

Характеристики

  • Напряжение
    • максимальное: 2.8 В (полностью заряжен)
    • номинальное: 2,3 ~ 2,4 В
    • минимальное: 1,5 В (полностью разряжен)

Производители

Altairnano

Altairnano производит литий-титанатные аккумуляторы в линии «Nanosafe», в основном позиционирует их для электромобилей. Среди производителей электромобилей о намерениях использовать аккумуляторы Altairnano заявляли Lightning Car Company (автомобиль Lightning GT)[2][3] Phoenix Motorcars[4], Proterra (для микроавтобуса EcoRide BE35)[5].

Altairnano также устанавливает свои батареи в системах бесперебойного питания[6] и предлагает их для военных[7].

Toshiba

Toshiba выпустила литий-титанатный аккумулятор под маркой Super Charge Ion Battery (SCiB)[8][9], которая отличается сверхбыстрой зарядкой — до 90 % ёмкости за 6 минут[10], и длительным сроком службы — до 25 лет. Число циклов заряд/разряд: более 25000[11][10]. Также новый тип батарей безопасней распространенных сейчас Li-ion батарей. Энергетическая плотность — 60—100 Вт*ч/кг при цене порядка 1—2 тысячи долларов за кВт*ч (для сравнения: бытовые Li-ion на кобальтите лития обладают энергетической плотностью 120—180 Вт*ч/кг при ценах 300—500 долларов за кВт*ч)[12][13].

Усовершенствованная технология SCiB, анонсированная Toshiba в октябре 2017 года, позволяет обеспечить заряд аккумулятора на уровне 90 % в течение 5 минут. Таких показателей удалось достичь путём использования в качестве анодного материала оксида титана-ниобия, который более эффективно обеспечивает хранение и транспорт ионов лития и позволяет двукратно повысить удельную ёмкость анода[14].

Leclanché

Leclanché — швейцарский производитель аккумуляторов, основанный в 1909 году. В 2006 году фирма приобрела немецкую фирму Bullith AG для создания литий-ионной производственной линии в Германии. В 2014 году на рынке появился продукт «TiBox» с литий-титанатным анодом. Мощность батареи «TiBox» составляет 3,2 кВт и она выдерживает 20 000 циклов перезарядки.

Seiko

Seiko использует батареи на основе титаната лития в кинетических наручных часах. Ранее ими для хранения энергии использовался конденсатор, но батарея позволяет обеспечить большую ёмкость, более длительный срок службы и удобство ремонта.

YABO

YABO Power Technology выпустила батарею на основе титаната лития в 2012 году. Стандартная модель аккумуляторной батареи YB-LITE2344 — 2,4 В/15 А×ч используется в электромобилях и системах хранения энергии.

Использование

Благодаря возможности зарядки при отрицательных температурах аккумулятор на основе титаната лития перспективнее чем литий-железо-фосфатный аккумулятор для применения в автомобилях. Данная технология позволяет устанавливать аккумулятор, который будет работать дольше, чем сам автомобиль, и многих автопроизводителей это ставит в тупик, так как этим они увеличивают потребительский ресурс своих автомобилей, сокращая их потребительскую оборачиваемость.

SCiB-аккумуляторы используются в велосипедах Schwinn Tailwind electric bike[15], в некоторых японских версиях электромобиля Mitsubishi i-MiEV[16], электромобиле Honda Fit EV[17] и электроскутере Honda EV-neo[18]. Этот тип аккумуляторов имеет большой потенциал использования в общественном транспорте. Например, в проекте TOSA используется высокая скорость зарядки SCiB-батареи для 15-секундной подзарядки аккумулятора на автобусных остановках.[19]

Литий-титанатные аккумуляторы очень выгодно используются в альтернативной энергетике как накопители и хранители энергии, вырабатываемой солнечными панелями и ветряными генераторами, ввиду высокого КПД сохранения энергии, равному 96 %, и очень низкому саморазряду, равному 0,02 % в сутки.

Развитие семейства

Карбон[]-титанатный аккумулятор (Carbon titanate cell LPCO) является вторым поколением литий-титанатных аккумуляторов, разработанных американской компанией Microvast(USA) и изготовленных на основе пористого углерода титаната лития (Li4Ti5O12) (porous carbon).

В качестве анода в химии карбон титанатного аккумулятора использован модифицированный пористый углерод с размером частиц и морфологией, сходной с классическим графитом, и площадью поверхности, в 20 раз превышающей площадь поверхности графита. Большая площадь поверхности обеспечивает увеличенный канал, который значительно увеличивает подвижность и инжекцию литий-иона, что помогает аккумулятору добиться высокой скорости зарядки и длительной работы.

Благодаря таким технологиям удалось значительно увеличить плотность накапливаемой энергии, уменьшить массу и габариты карбон-титанатного аккумулятора. При этом произошло незначительное, по сравнению с литий-титанатным аккумулятором, снижение ресурса, который в карбон-титанате составляет 10 000 циклов.

Рабочий диапазон напряжений карбон-титанатного аккумулятора составляет 2,7-4,3 В, что соответствует диапазону стандартного литий-ионного аккумулятора. Это позволяет использовать широко распространенные платы защиты BMS (battery management system), разработанные для литий-ионных батарей. Но, несмотря на преимущество карбон-титанатной технологии, литий-титанатная разработка от Toshiba SCiB остается на сегодня аккумулятором с самым высоким сроком службы среди всех серийно производимых технологий, где ресурса 25 000 полных циклов заряда разряда никто из производителей до сих пор не превзошёл.[]

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 All About Batteries, Part 12: Lithium Titanate (LTO). EETimes. Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано из оригинала 26 июня 2018 года.
  2. ↑ Page, Lewis (2008-07-22). "Blighty's electro-supercar 2.0 uncloaked today". The Register. Архивировано 24 июля 2008. Дата обращения: 22 июля 2008.
  3. ↑ Welcome to Lightning Car Company. Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано из оригинала 27 мая 2008 года.
  4. ↑ The All-New Phoenix SUV. Phoenix Motorcars. Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано из оригинала 10 марта 2008 года.
  5. ↑ Proterra - Cost effective solutions for clean transportation. Proterraonline.com. Дата обращения: 6 июля 2010. Архивировано из оригинала 11 октября 2008 года.
  6. ↑ "Altair Nanotechnologies Announces Successful PJM Market Acceptance of the First Grid-Scale, Battery Energy Storage System" (Press release). Altair Nanotechnologies. 2008-11-21. Дата обращения: 6 июля 2010. {{cite press release}}: |archive-url= требует |archive-date= ()
  7. ↑ "Altair Nanotechnologies Power Partner - The Military" (Press release). Altair Nanotechnologies. Архивировано 16 июля 2011. Дата обращения: 6 июля 2010.
  8. ↑ Kouji Kariatsumari. Toshiba's New Secondary Battery Squashed ... No Explosion, Fire ... Why? Nikkei Electronics (12 декабря 2007). Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано 1 мая 2012 года.
  9. ↑ TOSHIBA - Rechargeable battery SCiB. Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано из оригинала 1 мая 2012 года.
  10. ↑ 1 2 Toshiba unveils new battery prototype — PC & Tech Authority. Дата обращения: 22 мая 2012. Архивировано 28 августа 2012 года.
  11. ↑ SCiB™ Cells | Products | TOSHIBA Rechargeable battery SCiB™. www.scib.jp. Дата обращения: 28 ноября 2016. Архивировано 28 ноября 2016 года.
  12. ↑ The Lithium Ion Battery Market Supply and Demand Архивная копия от 3 апреля 2015 на Wayback Machine // ARPA E RANGE Conference, January 28, 2014 (англ.): «Lithium Titanate (LTO) › Energy density: 60 Wh/kg to 105 Wh/kg»
  13. ↑ Toshiba. Дата обращения: 7 февраля 2011. Архивировано из оригинала 2 октября 2009 года.
  14. ↑ "Toshiba разрабатывает литий-ионную батарею следующего поколения с новым анодным материалом" (Press release). Toshiba. 2017-10-03. Архивировано 3 октября 2017. Дата обращения: 14 октября 2010.
  15. ↑ Schwinn Electric Bikes | 2009 Tailwind | Electric Bike Technology. Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано из оригинала 17 марта 2009 года.
  16. ↑ "Mitsubishi Chooses Super-Efficient Toshiba SCiB Battery For EVs". Integrity Exports. 2011-06-18. Архивировано 5 апреля 2016. Дата обращения: 14 октября 2017.
  17. ↑ Toshiba’s SCiB battery for the Fit EV. Green Car Congress (17 ноября 2011). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 18 января 2017 года.
  18. ↑ Honda begins European demonstration program of EV-neo electric scooter. Green Car Congress (15 июня 2011). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 11 октября 2018 года.
  19. ↑ TOSA2013 Архивная копия от 25 мая 2014 на Wayback Machine: The project aims to introduce a new system of mass transport with electric «flash» recharging of the buses at selected stops.

Ссылки