Li-ionska baterija
Vsebina
Litij-ionska baterija ali litij-ionska baterija je vrsta litijeve baterije
Nastajajoče tehnologije za e-mobilnost
Pametni telefoni, vgrajene kamere, droni, električna orodja, električni motorji, skuterji ... litijeve baterije so danes vseprisotne v našem vsakdanjem življenju in so spremenile številne uporabe. Toda kaj pravzaprav prinašajo in ali se lahko še razvijajo?
Zgodba
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je litij-ionsko baterijo predstavil Stanley Whittingham. Delo slednjega bosta leta 1970 nadaljevala John B. Goodenough in Akiro Yoshino. Šele leta 1986 je Sony na trg predstavil prvo tovrstno baterijo in začel tehnološko revolucijo. Leta 1991 so trije soizumitelji prejeli Nobelovo nagrado za kemijo.
Kako deluje?
Litij-ionska baterija je pravzaprav paket več litij-ionskih celic, ki hranijo in vračajo električno energijo. Baterija temelji na treh glavnih komponentah: pozitivni elektrodi, imenovani katoda, negativni elektrodi, imenovani anoda, in elektrolitu, prevodni raztopini.
Ko se baterija izprazni, anoda oddaja elektrone skozi elektrolit do katode, ki nato izmenjuje pozitivne ione. Gibanje se med polnjenjem spreminja.
Zato ostaja princip delovanja enak kot pri "svinčevi" bateriji, le da se tu svinec in svinčev oksid elektrod zamenjata s katodo iz kobaltovega oksida, ki vključuje malo lilije in grafitno anodo. Podobno žveplova kislina ali vodna kopel odstopa od elektrolita litijevih soli.
Elektrolit, ki se danes uporablja, je v tekoči obliki, vendar se raziskave premikajo v smeri trdnega, varnejšega in trajnejšega elektrolita.
Prednosti
Zakaj je litij-ionska baterija v zadnjih 20 letih nadomestila vse druge?
Odgovor je preprost. Ta baterija zagotavlja odlično gostoto energije in zato zagotavlja enako zmogljivost za prihranek teže v primerjavi s svincem, nikljem ...
Te baterije imajo tudi relativno nizko samopraznjenje (največ 10 % na mesec), ne potrebujejo vzdrževanja in nimajo spominskega učinka.
Nazadnje, če so dražji od starejših baterijskih tehnologij, so cenejši od litijevega polimera (Li-Po) in ostajajo učinkovitejši od litijevega fosfata (LiFePO4).
Omejitve
Vendar litij-ionske baterije niso idealne in imajo zlasti več poškodb celic, če so popolnoma izpraznjene. Zato, da ne izgubijo svojih lastnosti prehitro, je bolje, da jih naložite, ne da bi čakali, da postanejo ploščati.
Prvič, baterija lahko predstavlja resno varnostno tveganje. Ko je baterija preobremenjena ali pade pod -5 °C, se litij strdi skozi dendrite iz vsake elektrode. Ko sta anoda in katoda povezani z dendriti, se lahko baterija vname in eksplodira. O številnih primerih so poročali pri Nokii, Fujitsu-Siemensu ali Samsungu, eksplozije so se pojavljale tudi na letalih, zato je danes prepovedano prenašati litij-ionsko baterijo v prtljažniku, vkrcanje v kabini pa je pogosto omejeno z močjo (prepovedano zgoraj 160 Wh in z dovoljenjem od 100 do 160 Wh).
Tako so za boj proti temu pojavu proizvajalci uvedli elektronske krmilne sisteme (BMS), ki lahko merijo temperaturo baterije, uravnavajo napetost in delujejo kot odklopniki v primeru anomalije. Trden elektrolit ali polimerni gel sta tudi raziskana perspektiva za izogibanje težavi.
Da bi se izognili pregrevanju, je polnjenje baterije v zadnjih 20 odstotkih upočasnjeno, zato se čas polnjenja pogosto oglašuje le pri 80 % ...
Vendar zelo praktična litij-ionska baterija za vsakodnevno uporabo močno vpliva na okolje, najprej z ekstrakcijo litija, ki zahteva astronomsko količino sveže vode, in nato z recikliranjem na koncu svoje življenjske dobe. Vendar se recikliranje ali ponovna uporaba iz leta v leto povečuje.
Kakšna je prihodnost litijevih ionov?
Ker se raziskave vse bolj premikajo k alternativnim tehnologijam, ki so manj onesnaževalne, trajnejše, cenejše za proizvodnjo ali varnejše, je litij-ionska baterija dosegla svoj potencial?
Litij-ionska baterija, ki komercialno deluje že tri desetletja, še ni imela zadnje besede, razvoj pa še naprej izboljšuje gostoto energije, hitrost polnjenja ali varnost. To smo videli v preteklih letih, predvsem na področju motornih dvokolesnih vozil, kjer je skuter pred 5 leti obstajal le kakšnih petdeset kilometrov, nekateri motorji danes presegajo 200 terminalov dosega.
Revolucijo obljubljajo tudi legije, kot so ogljikova elektroda Nawa, zložljiva baterija Jenax, delovna temperatura 105 °C v NGK ...
Žal se raziskave pogosto soočajo s kruto realnostjo dobičkonosnosti in industrijskih imperativov. V pričakovanju razvoja alternativne tehnologije, zlasti litij-zračne, ki jo vsi pričakujejo, je litij-ionska še vedno svetla prihodnost, zlasti v svetu električnih dvokolesnikov, kjer sta pomembna merila zmanjšanje teže in odtisa.
