Li-ion baterie
Obsah
Lithium-iontová baterie nebo lithium-iontová baterie je typ lithiové baterie
Nové technologie pro e-mobilitu
Smartphony, palubní kamery, drony, elektrické nářadí, elektrické motocykly, skútry... lithiové baterie jsou dnes všudypřítomné v našem každodenním životě a způsobily revoluci v mnoha způsobech použití. Co ale vlastně přinášejí a mohou se ještě vyvíjet?
Příběh
Bylo to v 1970. letech, kdy Stanley Whittingham představil lithium-iontovou baterii. V posledně jmenované práci budou v roce 1986 pokračovat John B. Goodenough a Akiro Yoshino. Až v roce 1991 uvedla společnost Sony na trh první baterii svého druhu a zahájila technologickou revoluci. V roce 2019 byla třem spoluvynálezcům udělena Nobelova cena za chemii.
Jak to funguje?
Lithium-iontová baterie je ve skutečnosti sada několika lithium-iontových článků, které uchovávají a vracejí elektrickou energii. Baterie je založena na třech hlavních součástech: kladné elektrodě zvané katoda, záporné elektrodě zvané anoda a elektrolytu, vodivém roztoku.
Když je baterie vybitá, anoda emituje elektrony přes elektrolyt ke katodě, která zase vyměňuje kladné ionty. Pohyb se během nabíjení mění.
Princip činnosti tedy zůstává stejný jako u „olověné“ baterie, až na to, že zde je olovo a oxid olova u elektrod nahrazeno katodou z oxidu kobaltu, která obsahuje malou lilii a grafitovou anodu. Podobně kyselina sírová nebo vodní lázeň uvolňují cestu elektrolytu solí lithia.
Elektrolyt, který se dnes používá, je v kapalné formě, ale výzkum směřuje k pevnému, bezpečnějšímu a odolnějšímu elektrolytu.
Výhody
Proč lithium-iontová baterie nahradila všechny ostatní za posledních 20 let?
Odpověď je jednoduchá. Tato baterie poskytuje vynikající hustotu energie, a proto poskytuje stejný výkon pro úsporu hmotnosti ve srovnání s olovem, niklem ...
Tyto baterie mají také relativně nízké samovybíjení (maximálně 10 % za měsíc), jsou bezúdržbové a nemají paměťový efekt.
A konečně, pokud jsou dražší než starší technologie baterií, jsou levnější než lithium polymer (Li-Po) a zůstávají účinnější než fosforečnan lithný (LiFePO4).
Omezení
Lithium-iontové baterie však nejsou ideální a zejména při úplném vybití dochází k většímu poškození článků. Proto, aby neztratily své vlastnosti příliš rychle, je lepší je zatížit, aniž byste čekali, až zploští.
Za prvé, baterie může představovat vážná bezpečnostní rizika. Když je baterie přetížená nebo klesne pod -5 °C, lithium tuhne skrz dendrity z každé elektrody. Když jsou anoda a katoda spojeny svými dendrity, baterie se může vznítit a explodovat. Mnoho případů bylo hlášeno u Nokie, Fujitsu-Siemens nebo Samsungu, k výbuchům došlo i v letadlech, takže dnes je zakázáno vozit v nákladovém prostoru lithium-iontovou baterii a nastupování v kabině je často omezeno i z hlediska výkonu (zakázáno výše 160 Wh a s výhradou povolení od 100 do 160 Wh).
V boji proti tomuto jevu výrobci implementovali elektronické řídicí systémy (BMS), které jsou schopné měřit teplotu baterie, regulovat napětí a fungovat jako jističe v případě anomálie. Pevný elektrolyt nebo polymerní gel jsou také perspektivami prozkoumanými, jak problém obejít.
Aby se zabránilo přehřátí, nabíjení baterie je zpomaleno na posledních 20 procent, takže časy nabíjení jsou často inzerovány pouze na 80 % ...
Vysoce praktická lithium-iontová baterie pro každodenní použití má však hluboký dopad na životní prostředí, a to nejprve extrakcí lithia, která vyžaduje astronomické množství sladké vody, a následnou recyklací na konci své životnosti. Recyklace nebo opětovné použití se však rok od roku zvyšuje.
Jaká je budoucnost lithium-iontu?
Jak se výzkum stále více posouvá směrem k alternativním technologiím, které jsou méně znečišťující, odolnější, levnější na výrobu nebo bezpečnější, dosáhla lithium-iontová baterie svého potenciálu?
Lithium-iontová baterie, která v průmyslovém měřítku funguje už tři desetiletí, ještě neřekla své poslední slovo a vývoj pokračuje ve zlepšování hustoty energie, rychlosti nabíjení nebo bezpečnosti. V průběhu let jsme to viděli zejména v oblasti motorových dvoukolových vozidel, kde skútr existoval jen před cca padesáti kilometry, některé motocykly dnes přesahují 5 dojezdových terminálů.
Slibem revoluce jsou také legie jako uhlíková elektroda Nawa, skládací baterie Jenax, provozní teplota 105 °C v NGK ...
Výzkum se bohužel často potýká s tvrdou realitou ziskovosti a průmyslových imperativů. Až do vývoje alternativní technologie, zejména očekávané lithium-vzduchové, má lithium-ion stále před sebou světlou budoucnost, zejména ve světě elektrických dvoukolek, kde jsou důležitými kritérii snížení hmotnosti a stopy.
