Μπαταρία Li-ion
περιεχόμενο
Η μπαταρία ιόντων λιθίου ή η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ένας τύπος μπαταρίας λιθίου
Αναδυόμενες Τεχνολογίες για την Ηλεκτρική Κινητικότητα
Smartphone, ενσωματωμένες κάμερες, drones, ηλεκτρικά εργαλεία, ηλεκτρικές μοτοσικλέτες, σκούτερ… σήμερα οι μπαταρίες λιθίου είναι απλά πανταχού παρούσες στην καθημερινότητά μας και έχουν φέρει επανάσταση σε πολλές περιπτώσεις χρήσης. Τι φέρνουν όμως στην πραγματικότητα και μπορούν ακόμα να εξελιχθούν;
Ιστορία
Ήταν τη δεκαετία του 1970 που η μπαταρία ιόντων λιθίου εισήχθη από τον Stanley Whittingham. Το έργο του τελευταίου θα συνεχιστεί από τους John B. Goodenow και Akiro Yoshino το 1986. Μόλις το 1991 η Sony παρουσίασε την πρώτη μπαταρία του είδους της στην αγορά και ξεκίνησε μια τεχνολογική επανάσταση. Το 2019, τρεις συν-εφευρέτες τιμήθηκαν με το Νόμπελ Χημείας.
Πώς λειτουργεί;
Μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι στην πραγματικότητα ένα πακέτο πολλών στοιχείων ιόντων λιθίου που σας επιτρέπουν να αποθηκεύετε και να επιστρέφετε ηλεκτρική ενέργεια. Μια μπαταρία βασίζεται σε τρία κύρια συστατικά: ένα θετικό ηλεκτρόδιο που ονομάζεται κάθοδος, ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο που ονομάζεται άνοδος και έναν ηλεκτρολύτη, ένα αγώγιμο διάλυμα.
Όταν η μπαταρία αποφορτιστεί, η άνοδος εκπέμπει ηλεκτρόνια μέσω του ηλεκτρολύτη στην κάθοδο, η οποία με τη σειρά της ανταλλάσσει θετικά ιόντα. Η κίνηση αλλάζει κατά τη φόρτιση.
Επομένως, η αρχή λειτουργίας παραμένει η ίδια με αυτή της μπαταρίας "μόλυβδου", με τη διαφορά ότι εδώ το μόλυβδο και το οξείδιο του μολύβδου των ηλεκτροδίων αντικαθίστανται από μια κάθοδο οξειδίου του κοβαλτίου, που περιλαμβάνει λίγο κρίνο και μια άνοδο γραφίτη. Ομοίως, το θειικό οξύ ή ένα λουτρό νερού δίνει τη θέση του σε έναν ηλεκτρολύτη που αποτελείται από άλατα λιθίου.
Σήμερα, ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται είναι σε υγρή μορφή, αλλά η έρευνα κινείται προς έναν στερεό, ασφαλέστερο και πιο ανθεκτικό ηλεκτρολύτη.
Πλεονεκτήματα
Γιατί η μπαταρία ιόντων λιθίου έχει αντικαταστήσει όλες τις άλλες τα τελευταία 20 χρόνια;
Η απάντηση είναι απλή. Αυτή η μπαταρία προσφέρει εξαιρετική ενεργειακή πυκνότητα και επομένως προσφέρει την ίδια απόδοση εξοικονόμησης βάρους σε σύγκριση με τον μόλυβδο, το νικέλιο…
Αυτές οι μπαταρίες έχουν επίσης σχετικά χαμηλή αυτοεκφόρτιση (μέγιστο 10% ανά μήνα), δεν χρειάζονται συντήρηση και δεν έχουν αποτέλεσμα μνήμης.
Τέλος, ενώ είναι ακριβότερες από τις παλαιότερες τεχνολογίες μπαταριών, είναι φθηνότερες από το πολυμερές λιθίου (Li-Po) και παραμένουν πιο αποτελεσματικές από το φωσφορικό λίθιο (LiFePO4).
Περιορισμοί
Ωστόσο, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν είναι ιδανικές και συγκεκριμένα έχουν μεγαλύτερη ζημιά στα κύτταρα εάν αποφορτιστούν πλήρως. Επομένως, για να μην χάσουν πολύ γρήγορα τις ιδιότητές τους, καλύτερα να τα φορτώσετε χωρίς να περιμένετε μέχρι να γίνουν επίπεδα.
Πρώτα απ 'όλα, η μπαταρία μπορεί να εγκυμονεί σοβαρούς κινδύνους για την ασφάλεια. Όταν η μπαταρία υπερφορτωθεί ή πέσει κάτω από τους -5°C, το λίθιο στερεοποιείται μέσω των δενδριτών από κάθε ηλεκτρόδιο. Όταν η άνοδος και η κάθοδος συνδέονται με τους δενδρίτες τους, η μπαταρία μπορεί να πάρει φωτιά και να εκραγεί. Πολλές περιπτώσεις έχουν αναφερθεί από τη Nokia, τη Fujitsu-Siemens ή τη Samsung, εκρήξεις έχουν συμβεί και σε αεροσκάφη, επομένως σήμερα απαγορεύεται η μεταφορά μπαταρίας ιόντων λιθίου στο αμπάρι και η προσγείωση στην καμπίνα είναι συχνά περιορισμένη από άποψη ισχύος ( απαγορεύεται πάνω από 160 Wh και υπόκειται σε άδεια από 100 έως 160 Wh).
Έτσι, για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, οι κατασκευαστές έχουν εισαγάγει συστήματα ηλεκτρονικού ελέγχου (BMS) ικανά να μετρούν τη θερμοκρασία της μπαταρίας, να ρυθμίζουν την τάση και να λειτουργούν ως διακόπτες κυκλώματος σε περίπτωση ανωμαλίας. Στερεός ηλεκτρολύτης ή γέλη πολυμερούς είναι επίσης προοπτικές που διερευνώνται για την παράκαμψη του προβλήματος.
Επίσης, για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση, η φόρτιση της μπαταρίας επιβραδύνεται κατά το τελευταίο 20 τοις εκατό, επομένως ο χρόνος φόρτισης συχνά διαφημίζεται μόνο στο 80%…
Ωστόσο, πολύ πρακτική για καθημερινή χρήση, μια μπαταρία ιόντων λιθίου έχει ισχυρό περιβαλλοντικό αντίκτυπο, πρώτα με την εξαγωγή λιθίου, το οποίο απαιτεί αστρονομικές ποσότητες γλυκού νερού, και στη συνέχεια με την ανακύκλωσή του στο τέλος της ζωής του. Ωστόσο, η ανακύκλωση ή η επαναχρησιμοποίηση αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο.
Ποιο είναι το μέλλον του ιόντος λιθίου;
Καθώς η έρευνα κινείται όλο και περισσότερο προς εναλλακτικές τεχνολογίες που είναι λιγότερο ρυπογόνες, πιο ανθεκτικές, φθηνότερες στην παραγωγή ή ασφαλέστερες, έχει φτάσει η μπαταρία ιόντων λιθίου στα όριά της;
Η μπαταρία ιόντων λιθίου, η οποία λειτουργεί σε βιομηχανική κλίμακα εδώ και τρεις δεκαετίες, δεν έχει πει την τελευταία της λέξη και οι εξελίξεις συνεχίζουν να βελτιώνουν την ενεργειακή πυκνότητα, την ταχύτητα φόρτισης ή την ασφάλεια. Το έχουμε δει όλα αυτά τα χρόνια, ειδικά στον τομέα των μηχανοκίνητων δίτροχων, όπου το σκούτερ άντεξε μόνο περίπου πενήντα χιλιόμετρα πριν από 5 χρόνια, ορισμένες μοτοσυκλέτες ξεπερνούν πλέον την αυτονομία των 200 τερματικών.
Οι επαναστατικές υποσχέσεις είναι επίσης λεγεώνα, όπως το ηλεκτρόδιο άνθρακα Nawa, η πτυσσόμενη μπαταρία Jenax, η θερμοκρασία λειτουργίας 105°C στο NGK…
Δυστυχώς, η έρευνα συχνά αντιμετωπίζει τη σκληρή πραγματικότητα της κερδοφορίας και τις βιομηχανικές επιταγές. Εν αναμονή της ανάπτυξης εναλλακτικής τεχνολογίας, ειδικά λιθίου-αέρα, που όλοι περιμένουν, τα ιόντα λιθίου έχει ακόμη ένα λαμπρό μέλλον μπροστά, ειδικά στον κόσμο των ηλεκτρικών δίτροχων, όπου η μείωση του βάρους και του αποτυπώματος είναι σημαντικά κριτήρια.
