Ionikus lítium akkumulátorok

Az ionos lítium akkumulátorok és cellák egyre népszerűbbé válnak az elektronikai tervezésben. A 3 volt feletti cellafeszültséggel ezek a legtöbb akkumulátoros eszközben felhasználhatók. Az ionos lítium akkumulátorok egy anódból és egy katódból állnak, amelyeket egy elválasztó és egy elektrolit választ el egymástól. Működésük során a lítiumionok az elektródák között oxidációs félreakción keresztül mozognak, amely szabad elektronokat hoz létre, amelyek az anód áramszedője mentén az anód áramszedőjébe jutnak.

Hosszú élettartamú teljesítmény

Az ionos lítium akkumulátorok sokkal könnyebbek, nagyobb teljesítményűek és hosszabb élettartamúak, mint ólomsavas társaik. Ráadásul akár függőlegesen, akár az oldalukon tárolhatók, miközben még mindig megtartják a teljes töltést - így helyet takarítanak meg a szerszámos padokon vagy a garázs padlóján, miközben kiküszöbölik a hát megterhelését, amelyet a nehezebb akkumulátorok szállítása okoz, amelyek nem tartják meg olyan hatékonyan a töltést, vagy nem tartják meg az energiát olyan sokáig.

A lítiumionok kisütés és töltés közben interkaláció és extrakció útján mozognak az elektródák között, amely folyamat biztosítja, hogy térfogatváltozás nélkül, egyenletesen oszlanak el mindkét elektródán, ami alacsony feszültséget és kiváló teljesítményt eredményez. A grafit anódok lehetővé teszik, hogy a lítiumionok fizikailag a grafén 2D-s rétegei közé kerüljenek anélkül, hogy töltés vagy kisütés közben jelentős térfogattágulás következne be; más anyagok, például a szilícium, sokkal nagyobb számban képesek befogadni, de töltés vagy kisütés közben jelentős térfogattágulás tapasztalható, ami jelentősen csökkenti a kapacitást és a ciklikus stabilitást.

A lítium-ion akkumulátorok kiemelkednek társaik közül rendkívül alacsony, mindössze havi 1,5%-2% önkisülési rátájukkal - így kiváló választásnak bizonyulnak vészhelyzeti tartalék áramellátó rendszerek, kempingezések és rádióamatőrök számára. Az ólomsavas és nikkel alapú akkumulátorok akár 10%-t is veszíthetnek havonta, ha nem használják őket; ehhez képest az ionos lítium akkumulátorok előnye, hogy még kedvezőtlen hőmérsékleti körülmények között is használhatóak maradnak.

Nagy energiasűrűség

Az ionos lítium akkumulátorok számos modern elektronikus eszköz energiaellátására váltak a legjobb választássá, mivel több tényező kombinációja - viszonylag alacsony költségek, nagy töltéstároló kapacitás és újrahasznosítás-barát jelleg - miatt az iparági szabványnak számítanak a nagy energiatárolási igényű akkumulátorok esetében.

A lítiumion-akkumulátorok külső áramkört használnak az elektromos energia előállításához, amely minden egyes cellára külső feszültséget kapcsol, és az elektronokat a negatív elektródáról az elektroliton keresztül a pozitív elektródára kényszeríti, miközben a lítiumionok a pozitív elektródáról a negatív elektródára mozognak az interkalációs folyamat révén.

A kisütés akkor történik, amikor az elektronok és a lítiumionok szétválnak és újra egyesülnek a katódban lévő elektromos töltéseikkel, majd áthaladnak az elektroliton, amíg el nem érik az anódot, ahol újra feltöltődnek. Ez a reverzibilis folyamat a lítium kis atomsugarának és magas standard redukciós potenciáljának köszönhetően következik be, ami miatt a lítium rendkívül reaktív a különböző anyagokkal.

A kereskedelmi forgalomban kapható LIB-ek gyakran grafit interkalációs anódokra támaszkodnak, hogy a lítiumionokat az egyes 2D rétegek között tárolják, amelyek ömlesztett grafitot alkotnak, amelynek elméleti töltési kapacitását 339 mAh g-1-re becsülik, és amely gyors töltési és kisütési ciklusokat biztosít. Sajnos azonban a lítiumionok hosszú diffúziós útvonala feszültségcsökkenést eredményez. E probléma leküzdésére a kutatók különböző, a lítiumnál nagyobb ionrádiusszal rendelkező átmeneti fém-kalkogenideket tartalmazó beillesztési katódokat vizsgálnak.

Alacsony önkisülési ráta

Az akkumulátorok idővel természetes módon elveszítik töltésük egy részét, ha nem használják őket, ezt a hatást önkisülésnek nevezik. Ez az arány olyan tényezőktől függ, mint a hőmérséklet, az életkor és a tárolási körülmények - az ionos lítium akkumulátorok önkisülési aránya más akkumulátor-típusokhoz képest alacsony, így hosszabb ideig tarthatnak, mielőtt cserére szorulnának.

Az ionos lítiumakkumulátorok a lítiumionokat interkalációval tárolják, amely során a lítiumionokat ömlesztett grafitba helyezik be olyan szénrácsrétegeken keresztül, amelyek ömlesztett grafitot alkotnak, és töltéskor visszafordíthatók. Ez az eljárás csökkenti az anód méretét, és több lítiumion tárolását teszi lehetővé.

Ha az akkumulátorokat hosszabb ideig nem használják, az anódjuk grafitfelületén szilárd elektrolit-felületi réteg (SEI) képződik, amely minden egyes töltéskor fokozatosan regenerálódik; ez a folyamat magasabb hőmérsékleten vagy az anód nedvességnek való kitételével felgyorsítható.

A vékony SEI-rétegek mikro-rövidzárlatokhoz vezethetnek, amelyek rontják az akkumulátor teljesítményét és élettartamát, míg a nedvesség elektrolit oldószer- vagy vízszivárgást okozhat, ami a kémiai reakciók egyensúlyának felborulásához és tűzveszélyhez vezethet.

Környezetbarát

Az ionos lítium akkumulátorok környezeti hatása a nyersanyagoktól függ. A lítium a leggyakrabban használt nem fém, és mint ilyen, alacsony toxicitású az emberi szervezetre és az ökoszisztémákra egyaránt; bányászata azonban kihívást jelenthet és potenciálisan környezeti károkat okozhat; jellemzően sós síkságokból nyerik ki, amelyek szennyezik a vízforrásokat, valamint ökológiai problémákat okoznak a környező területeken; emellett a bányászati folyamatok általában veszélyesek és munkaigényesek, sőt egyes műveletek során gyermekmunkát is alkalmaztak.

Míg a fogyasztók általában a lítium-ion akkumulátorokat a hulladéklerakókban helyezik el, a cellák újrahasznosítása optimális megoldás. Mivel a lítium-ion akkumulátorok nemesfémeket tartalmaznak, amelyeket megfelelően és biztonságosan kell újrahasznosítani. Sajnos azonban az újrahasznosítási folyamatok bonyolultak és gyakran költségesek. Mivel ezek az akkumulátorok lítium-kobalt-oxidot és más vegyi anyagokat tartalmaznak, amelyek reakcióba léphetnek az oxigénnel, és meggyulladhatnak, ennek elkerülése érdekében műanyagba kell csomagolni és össze kell ragasztani őket, hogy a csatlakozók ne érjenek egymáshoz vagy fémtárgyakhoz. Ez azt is megakadályozza, hogy a csatlakozók egymáshoz érjenek vagy szabadon maradjanak. A lítium-ion akkumulátorok iránti kereslet növekedésével a gyártóknak ritka fémeket nem tartalmazó konstrukciókat kell keresniük, hogy csökkentsék az ezen ásványi anyagok bányászata által okozott hulladékot és szennyezést. Ezenkívül kritikus fontosságú a közvélemény figyelmének felhívása ezeknek az akkumulátoroknak az újrahasznosítására.

Ionikus lítium akkumulátorok


Közzétéve

itt:

, írta:

Cimkék:

hu_HUHungarian