Li-ion batéria
Obsah
Lítium-iónová batéria alebo lítium-iónová batéria je typ lítiovej batérie
Nové technológie pre e-mobilitu
Smartfóny, palubné kamery, drony, elektrické náradie, elektrické motocykle, skútre... lítiové batérie sú dnes všadeprítomné v našom každodennom živote a spôsobili revolúciu v mnohých použitiach. Čo však vlastne prinášajú a môžu sa ešte vyvíjať?
Príbeh
Bolo to v sedemdesiatych rokoch minulého storočia, keď Stanley Whittingham predstavil lítium-iónovú batériu. V práci posledne menovaného budú v roku 1970 pokračovať John B. Goodenough a Akiro Yoshino. Až v roku 1986 uviedla spoločnosť Sony na trh prvú batériu svojho druhu a začala technologickú revolúciu. V roku 1991 bola trom spoluvynálezcom udelená Nobelova cena za chémiu.
Ako to funguje?
Lítium-iónová batéria je vlastne súbor niekoľkých lítium-iónových článkov, ktoré uchovávajú a vracajú elektrickú energiu. Batéria je založená na troch hlavných komponentoch: kladná elektróda nazývaná katóda, záporná elektróda nazývaná anóda a elektrolyt, vodivý roztok.
Keď je batéria vybitá, anóda emituje elektróny cez elektrolyt ku katóde, ktorá zase vymieňa kladné ióny. Pohyb sa počas nabíjania mení.
Princíp činnosti preto zostáva rovnaký ako pri „olovenej“ batérii, až na to, že tu je olovo a oxid olova nahradený katódou z oxidu kobaltu, ktorá obsahuje malú ľaliu a grafitovú anódu. Podobne kyselina sírová alebo vodný kúpeľ ustupuje elektrolytu lítiových solí.
Elektrolyt, ktorý sa dnes používa, je v tekutej forme, no výskum smeruje k pevnému, bezpečnejšiemu a odolnejšiemu elektrolytu.
Výhody
Prečo lítium-iónová batéria nahradila všetky ostatné za posledných 20 rokov?
Odpoveď je jednoduchá. Táto batéria poskytuje vynikajúcu hustotu energie, a preto poskytuje rovnaký výkon pre úsporu hmotnosti v porovnaní s oloveným, niklovým ...
Tieto batérie majú tiež relatívne nízke samovybíjanie (maximálne 10% za mesiac), sú bezúdržbové a nemajú pamäťový efekt.
Nakoniec, ak sú drahšie ako staršie technológie batérií, sú lacnejšie ako polymér lítium (Li-Po) a zostávajú účinnejšie ako fosforečnan lítny (LiFePO4).
Obmedzenie
Lítium-iónové batérie však nie sú ideálne a najmä pri úplnom vybití dochádza k väčšiemu poškodeniu článkov. Preto, aby príliš rýchlo nestratili svoje vlastnosti, je lepšie ich zaťažiť bez toho, aby ste čakali, kým sa vyrovnajú.
Po prvé, batéria môže predstavovať vážne bezpečnostné riziká. Keď je batéria preťažená alebo klesne pod -5 ° C, lítium tuhne cez dendrity z každej elektródy. Keď sú anóda a katóda spojené ich dendritmi, batéria sa môže vznietiť a explodovať. Veľa prípadov bolo hlásených s Nokiou, Fujitsu-Siemens či Samsungom, výbuchy sa vyskytli aj v lietadlách, takže dnes je zakázané nosiť lítium-iónovú batériu v nákladnom priestore a nastupovanie do kabíny je často výkonovo obmedzené (zakázané vyššie 160 Wh a na základe povolenia od 100 do 160 Wh).
V boji proti tomuto javu výrobcovia implementovali elektronické riadiace systémy (BMS), ktoré sú schopné merať teplotu batérie, regulovať napätie a v prípade anomálie fungovať ako ističe. Tuhý elektrolyt alebo polymérny gél sú tiež perspektívy, ktoré sa skúmajú na obídenie problému.
Aby sa predišlo prehriatiu, nabíjanie batérie sa za posledných 20 percent spomalí, takže časy nabíjania sa často uvádzajú len pri 80 % ...
Avšak vysoko praktická lítium-iónová batéria na každodenné používanie má zásadný vplyv na životné prostredie, najprv extrakciou lítia, čo si vyžaduje astronomické množstvo sladkej vody, a následnou recykláciou na konci svojej životnosti. Recyklácia alebo opätovné použitie sa však z roka na rok zvyšuje.
Aká je budúcnosť lítiových iónov?
Keďže sa výskum čoraz viac posúva smerom k alternatívnym technológiám, ktoré sú menej znečisťujúce, odolnejšie, lacnejšie na výrobu alebo bezpečnejšie, dosiahla lítium-iónová batéria svoj potenciál?
Lítium-iónová batéria, ktorá komerčne funguje už tri desaťročia, ešte nemala posledné slovo a vývoj pokračuje v zlepšovaní hustoty energie, rýchlosti nabíjania či bezpečnosti. Za tie roky sme to videli najmä v oblasti motorizovaných dvojkolesových vozidiel, kde pred 5 rokmi skúter existoval len asi päťdesiat kilometrov, niektoré motocykle dnes presahujú 200 dojazdových terminálov.
Sľubom revolúcie sú aj légie ako uhlíková elektróda Nawa, skladacia batéria Jenax, prevádzková teplota 105 °C v NGK ...
Bohužiaľ, výskum často čelí tvrdej realite ziskovosti a priemyselných imperatívov. V očakávaní vývoja alternatívnej technológie, najmä očakávanej lítium-vzduchovej, má lítium-iónová stále pred sebou svetlú budúcnosť, najmä vo svete elektrických dvojkolesových vozidiel, kde sú dôležitými kritériami zníženie hmotnosti a pôdorysu.
