Bateria litowo-jonowa
Zawartość
Bateria litowo-jonowa lub bateria litowo-jonowa to rodzaj baterii litowej
Nowe technologie dla mobilności elektrycznej
Smartfony, kamery pokładowe, drony, elektronarzędzia, motocykle elektryczne, skutery… dziś baterie litowe są po prostu wszechobecne w naszym codziennym życiu i zrewolucjonizowały wiele zastosowań. Ale co tak naprawdę wnoszą i czy wciąż mogą ewoluować?
Historia
Akumulator litowo-jonowy został wprowadzony w latach 1970. przez Stanleya Whittinghama. Dzieło tego ostatniego kontynuowali John B. Goodenow i Akiro Yoshino w 1986 roku. Dopiero w 1991 roku Sony wprowadziło na rynek pierwszą tego typu baterię i zapoczątkowało rewolucję technologiczną. W 2019 roku trzech współtwórców otrzymało Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.
Jak to działa?
Akumulator litowo-jonowy to w rzeczywistości zestaw kilku ogniw litowo-jonowych, które przechowują i zwracają energię elektryczną. Bateria składa się z trzech głównych elementów: elektrody dodatniej zwanej katodą, elektrody ujemnej zwanej anodą oraz elektrolitu, roztworu przewodzącego.
Kiedy akumulator jest rozładowany, anoda emituje elektrony przez elektrolit do katody, która z kolei wymienia jony dodatnie. Ruch zmienia się podczas ładowania.
Dlatego zasada działania pozostaje taka sama jak w przypadku baterii „ołowiowej”, z wyjątkiem tego, że tutaj ołów i tlenek ołowiu w elektrodach są zastąpione katodą z tlenku kobaltu, w tym trochę lilii i anody grafitowej. Podobnie kwas siarkowy lub kąpiel wodna ustępują elektrolitowi składającemu się z soli litu.
Obecnie stosowany elektrolit ma postać płynną, ale badania zmierzają w kierunku stałego, bezpieczniejszego i trwalszego elektrolitu.
Zalety
Dlaczego bateria litowo-jonowa wyparła wszystkie inne w ciągu ostatnich 20 lat?
Odpowiedź jest prosta. Ta bateria zapewnia doskonałą gęstość energii, dzięki czemu zapewnia taką samą oszczędność masy w porównaniu z ołowiem, niklem…
Akumulatory te charakteryzują się również stosunkowo niskim samorozładowaniem (maksymalnie 10% miesięcznie), są bezobsługowe i nie mają efektu pamięci.
Wreszcie, chociaż są droższe niż starsze technologie akumulatorów, są tańsze niż litowo-polimerowy (Li-Po) i pozostają bardziej wydajne niż fosforan litu (LiFePO4).
Ograniczenia
Jednak akumulatory litowo-jonowe nie są idealne, aw szczególności powodują większe uszkodzenia ogniw, jeśli są całkowicie rozładowane. Dlatego, aby zbyt szybko nie straciły swoich właściwości, lepiej je ładować bez czekania, aż staną się płaskie.
Przede wszystkim akumulator może stanowić poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Kiedy akumulator jest przeciążony lub spada poniżej -5°C, lit krzepnie przez dendryty z każdej elektrody. Kiedy anoda i katoda są połączone dendrytami, akumulator może się zapalić i eksplodować. Wiele przypadków zgłosiły takie firmy jak Nokia, Fujitsu-Siemens czy Samsung, wybuchy zdarzały się też w samolotach, więc dziś zakazane jest noszenie w luku bagażowym baterii litowo-jonowej, a lądowanie w kabinie jest często ograniczone pod względem mocy ( zabronione powyżej 160 Wh i za zezwoleniem od 100 do 160 Wh).
Dlatego, aby walczyć z tym zjawiskiem, producenci wprowadzili elektroniczne systemy sterowania (BMS) zdolne do pomiaru temperatury baterii, regulacji napięcia i działania jako wyłączniki automatyczne w przypadku anomalii. Stały elektrolit lub żel polimerowy to również perspektywy badane w celu obejścia problemu.
Ponadto, aby uniknąć przegrzania, ładowanie akumulatora spowalnia w ciągu ostatnich 20 procent, więc czas ładowania jest często reklamowany tylko na poziomie 80%…
Jednak bardzo praktyczna w codziennym użytkowaniu bateria litowo-jonowa ma silny wpływ na środowisko, najpierw poprzez wydobywanie litu, który wymaga astronomicznych ilości świeżej wody, a następnie poprzez recykling pod koniec okresu eksploatacji. Jednak recykling lub ponowne użycie rośnie z roku na rok.
Jaka jest przyszłość litowo-jonowej?
Ponieważ badania coraz bardziej zmierzają w kierunku alternatywnych technologii, które są mniej zanieczyszczające środowisko, trwalsze, tańsze w produkcji lub bezpieczniejsze, czy bateria litowo-jonowa osiągnęła swoje granice?
Akumulator litowo-jonowy, który działa na skalę przemysłową od trzech dekad, nie miał jeszcze swojego ostatniego słowa, a postępy w zakresie poprawy gęstości energii, szybkości ładowania czy bezpieczeństwa są kontynuowane. Widzieliśmy to przez lata, zwłaszcza w dziedzinie jednośladów silnikowych, gdzie skuter wytrzymał tylko około pięćdziesięciu kilometrów 5 lat temu, a niektóre motocykle przekraczają obecnie 200 terminali.
Rewolucyjnych obietnic jest też legion, takich jak elektroda węglowa Nawa, składany akumulator Jenax, temperatura pracy 105°C w NGK…
Niestety, badania często stają w obliczu trudnej rzeczywistości związanej z rentownością i imperatywami przemysłowymi. W oczekiwaniu na rozwój alternatywnych technologii, zwłaszcza litowo-powietrznych, na które wszyscy czekają, litowo-jonowe wciąż mają przed sobą świetlaną przyszłość, zwłaszcza w świecie elektrycznych jednośladów, gdzie zmniejszenie masy i zajmowanej powierzchni jest ważnymi kryteriami.
