Литий-ионный аккумулятор
Содержание
Литий-ионный аккумулятор или литий-ионный аккумулятор — это тип литиевой батареи
Появившихся технологий для электрической мобильности
Смартфоны, бортовые камеры, беспилотники, электроинструменты, электрические мотоциклы, скутеры… сегодня литиевые батареи просто вездесущи в нашей повседневной жизни и произвели революцию во многих случаях использования. Но что они на самом деле приносят и могут ли они все еще развиваться?
История
Именно в 1970-х годах литий-ионный аккумулятор представлял Стэнли Уиттингем. Работа последнего будет продолжена Джоном Б. Гуденау и Акиро Ёсино в 1986 году. Только в 1991 году Sony выпустила на рынок первую в своем роде батарею и начала технологическую революцию. В 2019 году трое соизобретателей были удостоены Нобелевской премии по химии.
Как это работает?
Литий-ионный аккумулятор на самом деле представляет собой пакет, состоящий из нескольких литий-ионных элементов, которые позволяют хранить и возвращать электрическую энергию. Аккумулятор основан на трех основных компонентах: положительном электроде, называемом катодом, отрицательном электроде, называемом анодом, и электролите, проводящем растворе.
Когда батарея разряжается, анод излучает электроны через электролит в катод, который, в свою очередь, обменивается положительными ионами. Движение меняется во время зарядки.
Поэтому принцип работы остается таким же, как и у «свинцовой» батареи, за исключением того, что здесь свинец и оксид свинца электродов заменяются катодом оксида кобальта, включающим немного лилия и графитового анода. Аналогичным образом, серная кислота или водяная ванна уступает место электролиту, состоящему из солей лития.
Сегодня используемый электролит находится в жидкой форме, но исследования движутся в направлении твердого, более безопасного и долговечного электролита.
Преимущества
Почему литий-ионный аккумулятор вытеснил все остальные за последние 20 лет?
Ответ прост. Этот аккумулятор обеспечивает отличную плотность энергии и, следовательно, обеспечивает ту же производительность для снижения веса по сравнению со свинцом, никелем…
Эти батареи также имеют относительно низкий саморазряд (максимум 10% в месяц), не требуют обслуживания и не имеют эффекта памяти.
Наконец, если они дороже, чем старые аккумуляторные технологии, они дешевле, чем литий-полимер (Li-Po), и остаются более эффективными, чем литий-фосфат (LiFePO4).
Недостатки
Однако литий-ионные батареи не идеальны и, в частности, имеют большее повреждение элементов в случае полного разряда. Поэтому, чтобы они не потеряли свои свойства слишком быстро, лучше загрузить их, не дожидаясь, пока они станут плоскими.
Прежде всего, аккумулятор может представлять серьезные риски для безопасности. Когда батарея перегружается или падает ниже -5°C, литий затвердевает через дендриты от каждого электрода. Когда анод и катод соединены их дендритами, батарея может загореться и взорваться. Многие случаи были зарегистрированы в Nokia, Fujitsu-Siemens или Samsung, взрывы также произошли на самолетах, поэтому сегодня запрещено носить литий-ионный аккумулятор в трюме, а посадка в салоне часто ограничена с точки зрения мощности (запрещено выше 160 Втч и при условии разрешения от 100 до 160 Втч).
Таким образом, для борьбы с этим явлением производители внедрили электронные системы управления (BMS), способные измерять температуру батареи, регулировать напряжение и выступать в качестве автоматических выключателей в случае аномалии. Твердый электролит или полимерный гель также являются перспективами, изученными для обхода проблемы.
Также во избежание перегрева зарядка батареи замедляется в течение последних 20 процентов, поэтому время зарядки часто объявляется только на 80%…
Однако очень практичный для повседневных нужд литий-ионный аккумулятор оказывает сильное воздействие на окружающую среду, сначала за счет извлечения лития, который требует астрономического количества пресной воды, а затем путем его переработки в конце срока службы. Однако переработка или повторное использование растет из года в год.
Какое будущее у иона лития?
По мере того, как исследования все чаще переходят к альтернативным технологиям, менее загрязняющим, более долговечным, более дешевым в производстве или более безопасным, литий-ионный аккумулятор достиг своих возможностей?
Литий-ионный аккумулятор, работающий в промышленных масштабах в течение трех десятилетий, не сказал своего последнего слова, и разработки продолжают улучшать плотность энергии, скорость зарядки или безопасность. Мы видим это на протяжении многих лет, особенно в области моторизованных двухколесных автомобилей, где скутер просуществовал всего около пятидесяти километров 5 лет назад, некоторые мотоциклы теперь превышают 200 терминалов дальности.
Обещания революции также являются легионами, такими как углеродный электрод Nawa, складная батарея Jenax, рабочая температура 105 °C в NGK…
К сожалению, исследования часто сталкиваются с суровой реальностью прибыльности и промышленных императивов. В ожидании разработки альтернативной технологии, особенно лития-воздуха, которого все ожидают, у лития-иона все еще впереди светлое будущее, особенно в мире электрических двухколесных автомобилей, где снижение веса и занимаемой площади являются важными критериями.
