Lítium-ion akkumulátorok Li-ion akkumulátorok

A legerősebb elemek a lítium elemek. A legkisebb felépítésű energiasűrűségük a legnagyobb. A lítium cellák nagy energiasűrűsége miatt különösen alkalmasak mobil eszközökre. A lítium elemeket széles körben használják hordható eszközökben, okostelefonokban, táblagépekben, digitális fényképezőgépekben és noteszgépekben.
A lítium elemek azonban drágák, és sokkal érzékenyebbek a helytelen kezelésre, mint a többi elem. A környezetre is teljesen mérgezőek. De magas szintű kényelmet kínálnak. Körülbelül 5 évig működőképesek maradnak kapacitásvesztéssel.

A lítium cellák névleges feszültsége az elektróda anyagától függ és 3,6 vagy 3,7 V. A nagyobb feszültség miatt nem alkalmasak újratölthető akkumulátorok (1,2 V) és AA (1,5 V) elemek cseréjére AA-ban - vagy AAA kivitelben.

A kisméretű, akkumulátorral működtetett eszközök piacán a miniatürizálás felé mutat tendencia. Ugyanakkor az ilyen rendszerek energiaigénye növekszik. Éppen ezért még erősebb akkumulátorokkal foglalkoznak, bár itt csak apró fejlesztési lépések vannak.

Megjegyzés: A lítium cellákkal történő bütykölés nem kezdőknek és elektronikai kezdőknek szól. A helytelen vagy hibás töltőáramkörök miatti robbanásveszély túlságosan nagy.
Mivel a lítium akkumulátorok érzékenyek a túltöltésre és a mélykisütésre, az akkumulátorba elektronika van beépítve, hogy megvédje őket a túltöltéstől.

Áttekintés: lítium elemek

Lítium-ion (Li (NixCoyMnz) O2): elterjedt, káros a környezetre
Lítium-vas-foszfát (LiFePO4): ártalmatlan, memóriahatás, bonyolult töltési áramkör szükséges
Lítium-kobalt-oxid (LiCoO2): a legdrágább, a legnagyobb energiasűrűségű, veszélyes

Lítium-ion sejtek felépítése

A lítium-ion elem grafit elektródból (negatív) és lítium-fém elektródból (pozitív) áll. A lítium-fémoxid változó arányú nikkelt, mangánt és kobaltot tartalmazhat (pl. Li (NixCoyMnz) O2). Ezeknek az NMC anyagoknak nagy az energiasűrűsége, és ez az első választás a kis készülékeknél. Még akkor is, ha drágábbak és potenciálisan nem biztonságosak. A pontos összetétel befolyásolja a lítium-ion akkumulátor tulajdonságait, és a gyártótól és a fokozattól függően változik. Ezért nem lehet pontos kijelentéseket tenni a kapacitásról és az élettartamról.

A töltéshordozók a lítiumionok. Kis méretűek és nagyon mozgékonyak. Amikor a sejt töltődik, lerakódnak a grafit molekuláris rétegei között. Kibocsátáskor a lítiumionok visszavándorolnak a lítium-fém-oxid elektródához.

A lítium a legkönnyebb fém, és hevesen reagál a vízzel. Ezért használnak vízmentes, de gyúlékony oldószert elektrolitként. Az oldószer az oka annak, hogy alkalmanként jelentenek robbanó vagy égő lítium elemeket. Az elektrolit meggyulladt. A pontosabb okok változatosak. Rendszerint az akkumulátor visszahívása akkor fordul elő, ha hibás lítium elemeket fedeznek fel.
Az elektródákat elválasztó elválasztja, hogy megakadályozza az elektródák közötti rövidzárlatot. A szeparátor átjárja a lítiumionokat. A katód szivacsként viselkedik. Ilyen nagyszámú iont képes befogadni. Ez 180 Wh/kg és annál nagyobb energiasűrűséget eredményez.

Töltési és kisütési funkció

A töltés az I/U töltési folyamat segítségével történik, amelynek során az akkumulátort először állandó árammal, majd állandó feszültséggel töltik fel. A lítiumionok a grafitba vándorolva összegyűlnek a molekuláris szintek között. Kibocsátáskor a lítiumionok visszavándorolnak a lítium-fém-oxid elektródához.

A töltés végi feszültsége 4,1 vagy 4,2 volt, és ezt 50 millivolt pontossággal kell betartani. Ellenkező esetben a sejt elpusztul. A legalacsonyabb feszültséghatár 2,5 volt. A sejt megsérült alatta.
A cellák károsodásának elkerülése érdekében minden akkumulátornak megvan a saját töltő és védő elektronikája. A be- és kirakodás során ellenőrzi a határértékek betartását. A lítiumsejtekhez igazodik.
A lítium-ion akkumulátor minőségétől függően csak néhány száz töltési ciklussal képes megbirkózni, amíg a tárolókapacitás jelentősen nem csökken. A félig feltöltött akkumulátor rendszeres töltése nem befolyásolja a teljes kapacitást.

Az akkumulátor kímélése érdekében, ha lehetséges, ne töltse fel 90% -nál nagyobb mértékben, vagy 10% -nál kisebb mértékben. Egyes notebookok erre beállítási lehetőséget kínálnak. Azt azonban nem lehet pontosan megbecsülni, hogy az akkumulátor mennyi ideig fog élni. Talán még egy évig használhatja.

Öregedés

A lítium-ion akkumulátorok öregedését a sejtek oxidációja okozza. Az elektródok oxidálódnak. Ezek elveszítik a lítiumionok tárolásának képességét, amelyek szükségesek a villamos energia áramlásához. A sejtek oxidációját különféle tényezők befolyásolják. Például az akkumulátor hőmérsékletén és töltöttségi állapotán keresztül. A sejtek oxidációja különösen gyorsan alakul ki magas hőmérsékleten és teljesen feltöltött akkumulátorral. Ez az állapot pl. B. noteszgépekben ez gyakran akkor fordul elő, amikor az akkumulátor teljesen fel van töltve, az eszköz működik és egyszerre melegszik. A hő átkerül az akkumulátorra.

tárolás

Ha lítium-ion akkumulátort szeretne tárolni, akkor félig töltse fel. Az optimális töltöttségi szint 50% és 80% között van. A tárolás szobahőmérsékleten történik, jobban védve a hűtőszekrény nedvességétől (nem hűtőtér). Közvetlenül az újbóli használat előtt töltse fel szobahőmérsékleten.

Ha egy lítium-ion akkumulátort hosszabb ideig kell tárolni, a töltés állapotát rendszeresen ellenőrizni kell. A havi 1% önkisülés rendkívül alacsony, de erősen függ a hőmérséklettől. A teljes lemerülés elkerülése érdekében a lítium-ion akkumulátorokat 3-4 hónaponként fel kell tölteni. Ha egy cella eléri a 2 volt alatti feszültséget, a cella megsemmisülhet.

A lítium-ion akkumulátorok vásárlásakor mindig számítani kell arra, hogy az elemek idő előtt lemondanak. Különösen a Távol-Keletről érkező vagy hosszabb ideje úton lévő elemekkel. Ez vonatkozik azokra a csereakkumulátorokra is, amelyeket esetleg hosszú ideig tároltak. Ha az akkumulátor elromlott, megjavítható. Ha nem, akkor az akkumulátort a viszonteladónál vagy veszélyes hulladékként kell megsemmisíteni.

Az akkumulátor gondozása

Az elektrolit kémiai változásai és az elektródok oxidációja az öregedés fő oka. A lítium-ion akkumulátorok 2-3 év elteltével elvesztik kapacitásukat, csak ökölszabály. Az, hogy a lítium akkumulátor csak 1 vagy 5 évig tart-e, a feldolgozástól, a felhasználástól és az üzemi hőmérséklettől függ. A körültekintő kezelés a hosszabb élettartamú lítium elemeket díjazza.

Kerülje a 40 ° C feletti hőmérsékletet
Kerülje a teljes be- és kirakodást
Minél ritkábban töltse kapacitásának több mint 90 százalékát
Ha lehetséges, hagyjon kevesebb mint 10 százalékot üresjáraton

Ezeknek a tippeknek a folyamatos követése azonban nagyon nehézkes. A terhelés tekintetében egyes operációs rendszerek ennek megfelelően beállíthatók. Mivel az elektronikus eszközök jelentősen felmelegednek működés közben, a felhasználó kevésbé befolyásolja őket.
Ennek ellenére, ha megfelelő gondossággal kezeli az akkumulátort, az élettartam talán 3-ról 4 évre meghosszabbítható.

Energia sűrűség

Más elemekhez képest a lítium akkumulátorok energiasűrűsége a legnagyobb. Csaknem kétszer annyi energiát tárolnak, mint az azonos méretű és súlyú NiMH elemek.
A lítium-ion akkumulátorok energiasűrűségét elsősorban a katód anyaga határozza meg. A kobalt-oxid legfeljebb 180 Wh/kg energiasűrűségű. Lítium-kobalt-nikkel (LiNiCo) segítségével akár 240 Wh/kg-ot is elérhet. Hajlamos az alacsonyabb, akár 170 Wh/kg energiasűrűség felé. Másrészt az akkumulátorok lényegesen több mint 500 töltési ciklust képesek kibírni, és így hosszabb az élettartamuk.

Lítium-polimer elemek (Li-Pol)

A lítium-polimer elemek tovább fejlesztik a lítium-ion akkumulátorokat. Nem tartalmaznak semmilyen folyékony vegyszert, csak szilárd vagy gélszerű összetevőket. Ezért szivárgásmentesek, és megteheti védő fémház nélkül is. Ennek eredményeként még több olyan terv jön létre, amelyben 1 milliméter vastagabb cellák lehetségesek. Például a hordozható eszközök üregei optimálisan használhatók. Például hordható és különösen lapos okostelefonokkal.

Lítium levegő akkumulátor

A lítium-levegő akkumulátorok 10-20-szor több energiát (11 kWh/kg) tárolhatnak, mint az azonos súlyú lítium-ion akkumulátorok.
Lítium-levegő akkumulátorokban a levegőből származó oxigén néhány nanométeres mezoporózus szénelektród pórusaiban reagál Li + -val lítium-peroxid Li2O2 képződésére. Az ellenelektróda elemi lítiumból áll. Az étert elektrolitként használják, pl. B. tetrahidrofurán, amelyben a lítiumionok feloldódhatnak.
A szénelektróda azonban néhány töltési ciklus után korrodálódik. Ezenkívül az elektrolit folyadék nagyon gyorsan lebomlik. Ez korlátozza gyakorlati alkalmazását.

Lítium-ion akkumulátor a jövőben

Az utóbbi években a fejlesztés lítium-ion és lítium-polimer akkumulátorokhoz vezetett, amelyek egyre több energiát képesek tárolni. Ez az energiasűrűség korántsem elegendő a kis mobil eszközök követelményeinek kielégítésére.
Alternatív megoldásként kutatást végeztek üzemanyagcellákon, metanol üzemanyaggal (DMFC). Sajnos a prototípusok nem lépik túl a fejlesztési státuszt. Nyilvánvaló, hogy a gyártók megelégszenek a helyhez kötött szünetmentes tápegységek (UPS) fejlesztésével.
Tehát elegendő fejlesztés van a bevált lítium-ion és lítium-polimer akkumulátorok terén. Különösen a nanotechnológia (kis részecskékkel végzett munka) ad új lendületet.
A lítium-ion akkumulátorok fejlesztésében elért korábbi sikerek arra utalnak, hogy hibrid járművekkel 500 kilométert lehet majd megtenni, mielőtt tankolni kellene. Akkor már nincs szüksége üzemanyagcellákra.