Літій-іонний акумулятор
Зміст
Літій-іонний акумулятор або літій-іонний акумулятор – це тип літієвої батареї
З'явилися технології для електричної мобільності
Смартфони, бортові камери, безпілотники, електроінструменти, електричні мотоцикли, скутери… сьогодні літієві батареї просто всюдисущі в нашому повсякденному житті та зробили революцію у багатьох випадках використання. Але що вони дійсно приносять і чи можуть вони все ще розвиватися?
Історія
Саме у 1970-х роках літій-іонний акумулятор представляв Стенлі Уіттінґем. Роботу останнього буде продовжено Джоном Б. Гуденау та Акіро Йосіно у 1986 році. Тільки в 1991 році Sony випустила на ринок першу свого роду батарею і почала технологічну революцію. У 2019 році трьох винахідників було удостоєно Нобелівської премії з хімії.
Як це працює?
Літій-іонний акумулятор насправді є пакетом, що складається з декількох літій-іонних елементів, які дозволяють зберігати і повертати електричну енергію. Акумулятор заснований на трьох основних компонентах: позитивному електроді, званому катодом, негативному електроді, званому анодом, і електроліті, що проводить розчин.
Коли батарея розряджається, анод випромінює електрони через електроліт катод, який, своєю чергою, обмінюється позитивними іонами. Рух змінюється під час заряджання.
Тому принцип роботи залишається таким же, як і у «свинцевої» батареї, за винятком того, що тут свинець та оксид свинцю електродів замінюються катодом оксиду кобальту, що включає трохи лілію та графітового анода. Аналогічним чином, сірчана кислота або водяна ванна поступається місцем електроліту, що складається з солей літію.
Сьогодні електроліт знаходиться в рідкій формі, але дослідження рухаються в напрямку твердого, безпечнішого і довговічнішого електроліту.
Переваги
Чому літій-іонний акумулятор витіснив решту за останні 20 років?
Відповідь проста. Цей акумулятор забезпечує відмінну щільність енергії і, отже, забезпечує ту ж продуктивність для зниження ваги порівняно зі свинцем, нікелем.
Ці батареї мають відносно низький саморозряд (максимум 10% на місяць), не вимагають обслуговування і не мають ефекту пам'яті.
Нарешті, якщо вони дорожчі, ніж старі акумуляторні технології, вони дешевші, ніж літій-полімер (Li-Po), і залишаються ефективнішими, ніж літій-фосфат (LiFePO4).
Недоліки
Проте літій-іонні батареї не ідеальні і, зокрема, мають більше пошкодження елементів у разі повного розряду. Тому, щоб вони не втратили своїх властивостей занадто швидко, краще завантажити їх, не чекаючи, поки вони стануть плоскими.
Перш за все, акумулятор може становити серйозні ризики для безпеки. Коли батарея перевантажується або падає нижче -5°C, літій твердне через дендрити від кожного електрода. Коли анод і катод з'єднані їх дендритами, батарея може спалахнути і вибухнути. Багато випадків було зареєстровано в Nokia, Fujitsu-Siemens або Samsung, вибухи також сталися на літаках, тому сьогодні заборонено носити літій-іонний акумулятор у трюмі, а посадка в салоні часто обмежена з точки зору потужності (заборонено вище 160 Втч і за умови дозволу від 100 до 160 Втч).
Таким чином, для боротьби з цим явищем виробники впровадили електронні системи управління (BMS), здатні вимірювати температуру батареї, регулювати напругу та виступати як автоматичні вимикачі у разі аномалії. Твердий електроліт або полімерний гель є перспективами, вивченими для обходу проблеми.
Також, щоб уникнути перегріву заряджання батареї, сповільнюється протягом останніх 20 відсотків, тому час зарядки часто оголошується лише на 80%.
Однак дуже практичний для повсякденних потреб літій-іонний акумулятор сильно впливає на навколишнє середовище, спочатку за рахунок вилучення літію, який вимагає астрономічної кількості прісної води, а потім шляхом його переробки в кінці терміну служби. Проте переробка чи повторне використання зростає рік у рік.
Яке майбутнє у іона літію?
У міру того, як дослідження все частіше переходять до альтернативних технологій, менш забруднюючих, довговічніших, дешевших у виробництві або безпечніших, літій-іонний акумулятор досяг своїх можливостей?
Літій-іонний акумулятор, що працює в промислових масштабах протягом трьох десятиліть, не сказав свого останнього слова, і розробки продовжують покращувати густину енергії, швидкість зарядки або безпеку. Ми бачимо це протягом багатьох років, особливо в області моторизованих двоколісних автомобілів, де скутер проіснував лише близько п'ятдесяти кілометрів п'ять років тому, деякі мотоцикли перевищують 5 терміналів дальності.
Обіцянки революції також є легіонами, такими як вуглецевий електрод Nawa, складна батарея Jenax, робоча температура 105 ° C в NGK.
На жаль, дослідження часто стикаються із суворою реальністю прибутковості та промислових імперативів. В очікуванні розробки альтернативної технології, особливо літію-повітря, на яке всі очікують, у літію-іона все ще попереду світле майбутнє, особливо у світі електричних двоколісних автомобілів, де зниження ваги та займаної площі є важливими критеріями.
