Li-ion-batteri
Innhold
Litiumionbatteri eller litiumionbatteri er en type litiumbatteri
Nye teknologier for e-mobilitet
Smarttelefoner, kameraer om bord, droner, elektroverktøy, elektriske motorsykler, scootere ... litiumbatterier er allestedsnærværende i hverdagen vår i dag og har revolusjonert mange bruksområder. Men hva bringer de egentlig og kan de fortsatt utvikle seg?
Story
Det var på 1970-tallet at litium-ion-batteriet ble introdusert av Stanley Whittingham. Sistnevntes arbeid vil bli videreført av John B. Goodenough og Akiro Yoshino i 1986. Det var først i 1991 at Sony lanserte det første batteriet i sitt slag på markedet og startet en teknologisk revolusjon. I 2019 ble tre medoppfinnere tildelt Nobelprisen i kjemi.
Hvordan virker det?
Et litium-ion-batteri er faktisk en pakke med flere litium-ion-celler som lagrer og returnerer elektrisk energi. Et batteri er basert på tre hovedkomponenter: en positiv elektrode, kalt en katode, en negativ elektrode, kalt en anode, og en elektrolytt, en ledende løsning.
Når batteriet er utladet, sender anoden ut elektroner gjennom elektrolytten til katoden, som igjen utveksler positive ioner. Bevegelsen endres under lading.
Derfor forblir operasjonsprinsippet det samme som for "bly"-batteriet, bortsett fra at bly og blyoksid på elektrodene her erstattes av en koboltoksidkatode, som inkluderer en liten lilje og en grafittanode. På samme måte gir svovelsyre eller vannbad plass til en elektrolytt av litiumsalter.
Elektrolytten som brukes i dag er i flytende form, men forskningen går mot en solid, tryggere og mer holdbar elektrolytt.
Fordeler
Hvorfor har litium-ion-batteriet erstattet alle andre de siste 20 årene?
Svaret er enkelt. Dette batteriet gir utmerket energitetthet og gir derfor samme ytelse for vektbesparelser sammenlignet med bly, nikkel ...
Disse batteriene har også relativt lav selvutlading (maks 10 % per måned), vedlikeholdsfrie og har ingen minneeffekt.
Til slutt, hvis de er dyrere enn eldre batteriteknologier, er de billigere enn litiumpolymer (Li-Po) og forblir mer effektive enn litiumfosfat (LiFePO4).
Begrensninger
Litium-ion-batterier er imidlertid ikke ideelle og har spesielt mer celleskader hvis de er helt utladet. Derfor, slik at de ikke mister egenskapene for raskt, er det bedre å laste dem uten å vente på at de blir flate.
For det første kan batteriet utgjøre en alvorlig sikkerhetsrisiko. Når batteriet er overbelastet eller faller under -5 °C, størkner litium gjennom dendritter fra hver elektrode. Når anoden og katoden er forbundet med deres dendritter, kan batteriet ta fyr og eksplodere. Mange tilfeller ble rapportert med Nokia, Fujitsu-Siemens eller Samsung, eksplosjoner skjedde også på fly, så i dag er det forbudt å bære et litium-ion-batteri i lasterommet, og ombordstigning i kabinen er ofte begrenset når det gjelder strøm (forbudt ovenfor 160 Wh og med forbehold om tillatelse fra 100 til 160 Wh).
For å bekjempe dette fenomenet har produsenter derfor implementert elektroniske kontrollsystemer (BMS) som er i stand til å måle batteritemperatur, regulere spenning og fungere som strømbrytere i tilfelle avvik. Fast elektrolytt eller polymergel er også perspektiver som utforskes for å omgå problemet.
Dessuten, for å unngå overoppheting, bremses batteriladingen i løpet av de siste 20 prosentene, slik at ladetiden ofte bare annonseres til 80 % ...
Imidlertid har et svært praktisk litium-ion-batteri for daglig bruk en dyp innvirkning på miljøet, først ved å trekke ut litium, som krever en astronomisk mengde ferskvann, og deretter resirkulere det ved slutten av levetiden. Imidlertid øker resirkulering eller gjenbruk fra år til år.
Hva er fremtiden til litiumionet?
Ettersom forskningen i økende grad beveger seg mot alternative teknologier som er mindre forurensende, mer holdbare, billigere å produsere eller sikrere, har litium-ion-batteriet nådd sitt potensiale?
Litium-ion-batteriet, som har fungert kommersielt i tre tiår, har ikke hatt sitt siste ord, og utviklingen fortsetter å forbedre energitettheten, ladehastigheten eller sikkerheten. Vi har sett dette gjennom årene, spesielt innen motoriserte tohjulede kjøretøy, der scooteren bare eksisterte for rundt femti kilometer for 5 år siden, noen motorsykler overstiger nå 200 rekkeviddeterminaler.
Løftene om en revolusjon er også legioner som Nawa-karbonelektroden, Jenax sammenleggbart batteri, 105 ° C driftstemperatur i NGK ...
Dessverre står forskning ofte overfor den harde virkeligheten av lønnsomhet og industrielle imperativer. I påvente av utviklingen av alternativ teknologi, spesielt den forventede litium-luften, har litium-ion fortsatt en lys fremtid foran seg, spesielt i verden av elektriske tohjulinger, hvor vekt- og fotavtrykksreduksjon er viktige kriterier.
