Li-ion akkumulátor
Tartalom
A lítium-ion akkumulátor vagy a lítium-ion akkumulátor egy lítium-akkumulátor
Feltörekvő technológiák az e-mobilitás érdekében
Okostelefonok, fedélzeti kamerák, drónok, elektromos szerszámok, elektromos motorkerékpárok, robogók... A lítium akkumulátorok ma mindenütt jelen vannak mindennapi életünkben, és számos felhasználást forradalmasítottak. De mit hoznak valójában, és fejlődhetnek-e még?
Történet
A lítium-ion akkumulátort az 1970-es években mutatta be Stanley Whittingham. Utóbbi munkáját John B. Goodenough és Akiro Yoshino folytatja 1986-ban. A Sony csak 1991-ben dobta piacra az első ilyen akkumulátort, és elindított egy technológiai forradalmat. 2019-ben három feltalálótárs kapott kémiai Nobel-díjat.
Hogyan működik?
A lítium-ion akkumulátor valójában több lítium-ion cellából álló csomag, amelyek elektromos energiát tárolnak és visszaadnak. Az akkumulátor három fő összetevőn alapul: egy pozitív elektródán, amelyet katódnak neveznek, egy negatív elektródán, amelyet anódnak neveznek, és egy elektroliton, egy vezetőképes oldaton.
Amikor az akkumulátor lemerül, az anód elektronokat bocsát ki az elektroliton keresztül a katódra, ami viszont pozitív ionokat cserél. Töltés közben a mozgás megváltozik.
Ezért a működési elv ugyanaz marad, mint az "ólom" akkumulátornál, azzal a különbséggel, hogy itt az elektródák ólmát és ólom-oxidját egy kobalt-oxid katód váltja fel, amely egy kis liliomot és egy grafit anódot tartalmaz. Hasonlóképpen, a kénsav vagy vízfürdő átadja helyét a lítium-sók elektrolitjának.
A ma használt elektrolit folyékony halmazállapotú, de a kutatás egy szilárd, biztonságosabb és tartósabb elektrolit felé halad.
Előnyei
Miért váltott fel mindenki mást a lítium-ion akkumulátor az elmúlt 20 évben?
A válasz egyszerű. Ez az akkumulátor kiváló energiasűrűséget biztosít, és ezért ugyanolyan teljesítményt nyújt a súlycsökkentés érdekében, mint az ólom, nikkel ...
Ezeknek az akkumulátoroknak viszonylag alacsony az önkisülésük (maximum 10% havonta), nem igényelnek karbantartást és nincs memóriahatásuk.
Végül, ha drágábbak, mint a régebbi akkumulátortechnológiák, akkor olcsóbbak, mint a lítium-polimer (Li-Po), és hatékonyabbak maradnak, mint a lítium-foszfát (LiFePO4).
Korlátozások
A lítium-ion akkumulátorok azonban nem ideálisak, és különösen, ha teljesen lemerülnek, jobban károsítják a sejteket. Ezért, hogy ne veszítsék el tulajdonságaikat túl gyorsan, jobb, ha meg kell tölteni őket anélkül, hogy megvárnák, hogy lapossá váljanak.
Először is, az akkumulátor komoly biztonsági kockázatokat jelenthet. Amikor az akkumulátor túlterhelt vagy -5 °C alá süllyed, a lítium az egyes elektródák dendritein keresztül megszilárdul. Ha az anódot és a katódot dendritjeik kötik össze, az akkumulátor meggyulladhat és felrobbanhat. Sok esetet jelentettek a Nokiával, a Fujitsu-Siemensszel vagy a Samsunggal, repülőgépeken is történtek robbanások, így ma tilos lítium-ion akkumulátort szállítani a raktérben, az utastérbe való beszállás pedig gyakran korlátozott teljesítményű (feljebb tilos) 160 Wh és engedélyhez kötött 100-160 Wh).
Így e jelenség leküzdésére a gyártók olyan elektronikus vezérlőrendszereket (BMS) vezettek be, amelyek képesek mérni az akkumulátor hőmérsékletét, szabályozni a feszültséget, és anomália esetén megszakítóként működnek. A szilárd elektrolit vagy polimer gél szintén a probléma megkerülésének lehetősége.
Ezenkívül a túlmelegedés elkerülése érdekében az akkumulátor töltése lelassul az utolsó 20 százalékban, így a töltési időket gyakran csak 80 százalékon hirdetik...
A rendkívül praktikus, mindennapi használatra szánt lítium-ion akkumulátor azonban jelentős hatással van a környezetre, először a lítium kivonásával, amelyhez csillagászati mennyiségű édesvíz szükséges, majd élettartama végén újrahasznosítják. Az újrahasznosítás vagy újrafelhasználás azonban évről évre növekszik.
Mi a lítium-ion jövője?
Ahogy a kutatás egyre inkább a kevésbé szennyező, tartósabb, olcsóbb gyártású vagy biztonságosabb alternatív technológiák felé mozdul el, a lítium-ion akkumulátor elérte a benne rejlő lehetőségeket?
A kereskedelmi forgalomban három évtizede működő lítium-ion akkumulátor nem mondta ki az utolsó szót, a fejlesztések pedig folyamatosan javítják az energiasűrűséget, a töltési sebességet vagy a biztonságot. Ezt láthattuk az évek során, különösen a motoros kétkerekű járművek terén, ahol a robogó 5 éve még csak körülbelül ötven kilométerre létezett, egyes motorkerékpárok mára meghaladja a 200 hatótávolságot.
A forradalom ígéretei olyan légiók is, mint a Nawa szénelektróda, Jenax összecsukható akkumulátor, 105 °C üzemi hőmérséklet NGK-ban ...
Sajnos a kutatás gyakran szembesül a jövedelmezőség és az ipari kényszerek rideg valóságával. Az alternatív technológia – különösen a várható lítium-levegő – kifejlesztéséig a lítium-ion még fényes jövő előtt áll, különösen az elektromos kétkerekűek világában, ahol a súly és a lábnyom csökkentése fontos kritérium.
