Li-ion to akumulator wymagający niewielkiej konserwacji, a to zaleta, której nie może pochwalić się większość innych produktów chemicznych. Bateria nie ma pamięci i nie wymaga ćwiczeń (celowego pełnego rozładowania), aby utrzymać ją w dobrym stanie. Samorozładowanie jest o ponad połowę mniejsze w przypadku systemów na bazie niklu, co jest przydatne w zastosowaniach związanych ze wskaźnikiem poziomu paliwa. Nominalne napięcie ogniwa wynoszące 3,60 V może bezpośrednio zasilać telefony komórkowe, tablety i aparaty cyfrowe, co zapewnia uproszczenia i redukcje kosztów w porównaniu z konstrukcjami wieloogniwowymi. Wadami są konieczność stosowania obwodów zabezpieczających, aby zapobiec nadużyciom, a także wysoka cena.
Rodzaje akumulatorów litowo-jonowych
Rysunek 1 ilustruje ten proces.
Li-ion to akumulator wymagający niewielkiej konserwacji, a to zaleta, której nie może pochwalić się większość innych produktów chemicznych. Bateria nie ma pamięci i nie wymaga ćwiczeń (celowego pełnego rozładowania), aby utrzymać ją w dobrym stanie. Samorozładowanie jest o ponad połowę mniejsze w przypadku systemów na bazie niklu, co jest przydatne w zastosowaniach związanych ze wskaźnikiem poziomu paliwa. Nominalne napięcie ogniwa wynoszące 3,60 V może bezpośrednio zasilać telefony komórkowe, tablety i aparaty cyfrowe, co zapewnia uproszczenia i redukcje kosztów w porównaniu z konstrukcjami wieloogniwowymi. Wadami są konieczność stosowania obwodów zabezpieczających, aby zapobiec nadużyciom, a także wysoka cena.
W oryginalnym akumulatorze litowo-jonowym firmy Sony jako anodę zastosowano koks (produkt węglowy). Od 1997 r. większość producentów litowo-jonowych, w tym Sony, przeszło na grafit, aby uzyskać bardziej płaską krzywą rozładowania. Grafit jest formą węgla charakteryzującą się długoterminową stabilnością cyklu i jest stosowany w ołówkach ołówkowych. Jest to najpopularniejszy materiał węglowy, zaraz po nim znajdują się węgle twarde i miękkie. Węgle nanorurkowe nie znalazły jeszcze komercyjnego zastosowania w litowo-jonowych, ponieważ mają tendencję do splątania i wpływania na wydajność. Przyszłościowym materiałem, który może zwiększyć wydajność akumulatorów litowo-jonowych, jest grafen.
Rysunek 2 ilustruje krzywą napięcia rozładowania nowoczesnego akumulatora litowo-jonowego z anodą grafitową i wczesnej wersji koksowej.
Wypróbowano kilka dodatków, w tym stopy na bazie krzemu, w celu poprawy wydajności anody grafitowej. Do związania się z pojedynczym jonem litu potrzeba sześciu atomów węgla (grafitu); pojedynczy atom krzemu może związać się z czterema jonami litu. Oznacza to, że anoda krzemowa mogłaby teoretycznie zgromadzić ponad 10 razy więcej energii niż grafit, ale problemem jest rozszerzanie się anody podczas ładowania. Dlatego anody z czystego silikonu nie są praktyczne i zwykle do anody na bazie krzemu dodaje się tylko 3–5 procent krzemu, aby osiągnąć dobrą trwałość cyklu.
Zastosowanie nanostrukturalnego tytanianu litu jako dodatku do anody zapewnia obiecującą trwałość cyklu, dobre możliwości obciążenia, doskonałe działanie w niskich temperaturach i doskonałe bezpieczeństwo, ale energia właściwa jest niska, a koszt wysoki.
Eksperymentowanie z materiałami katod i anod pozwala producentom wzmocnić wewnętrzne właściwości, ale jedno ulepszenie może zagrozić drugiemu. Tak zwane „ogniwo energetyczne” optymalizuje energię właściwą (pojemność), aby osiągnąć długi czas pracy, ale przy niższej mocy właściwej; „Power Cell” oferuje wyjątkową moc właściwą, ale przy mniejszej wydajności. „Hybrid Cell” jest kompromisem i oferuje jedno i drugie.
Producenci mogą stosunkowo łatwo uzyskać wysoką energię właściwą i niski koszt, dodając nikiel zamiast droższego kobaltu, ale powoduje to, że ogniwo jest mniej stabilne. Chociaż firma rozpoczynająca działalność może skupić się na wysokiej energii właściwej i niskiej cenie, aby szybko zyskać akceptację rynku, nie można narażać bezpieczeństwa i trwałości. Renomowani producenci przywiązują dużą wagę do bezpieczeństwa i trwałości.
Większość akumulatorów litowo-jonowych ma podobną konstrukcję, składającą się z elektrody dodatniej (katody) z tlenku metalu nałożonej na aluminiowy kolektor prądu, elektrody ujemnej (anody) wykonanej z węgla/grafitu pokrytej miedzianym kolektorem prądu, separatora i elektrolitu wykonany z soli litowej w rozpuszczalniku organicznym. Więcej informacji znajdziesz na stronie teda Battery.com.
Tabela 3 podsumowuje zalety i ograniczenia technologii litowo-jonowej.
Czas publikacji: 26 czerwca 2022 r