Litij-ionske litij-ionske baterije. Li-ion baterije

Različite podvrste litij-ionskog elektrokemijskog sustava imenovane su prema vrsti njihove aktivne tvari, a mogu se u cijelosti označiti riječima, a u skraćenom obliku - kemijskim formulama. Ono što ujedinjuje litijeve baterije je ono na što se sve one odnose zatvorene baterije bez održavanja. Takve formule nisu baš prikladne za čitanje ili pamćenje zbog svoje složenosti, stoga su i pojednostavljene - na slovnu kraticu.

Primjerice, litij kobaltit, jedan od najčešćih materijala za litij-ionske baterije, ima kemijsku formulu LiCoO2 i kraticu LCO. Zbog jednostavnosti, može se koristiti i kratki glagolski oblik "litij kobalt". Kobalt je glavna aktivna tvar i po njemu se karakterizira vrsta baterije. Druge vrste litij-ionskog elektrokemijskog sustava također su na sličan način svedene na kratku formu. Ovaj odjeljak navodi šest najčešćih tipova Li-iona.

1. Litij kobaltna baterija (LiCoO2)

Visoka gustoća energije čini litij-kobalt bateriju popularnim izborom za mobilne telefone, prijenosna računala i digitalne fotoaparate. Baterija se sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima slojevitu strukturu, a tijekom pražnjenja litijevi ioni se kreću prema njoj s anode. Prilikom punjenja smjer je obrnut. Nedostatak litij-kobalt baterija je relativno kratak vijek trajanja, niska toplinska stabilnost i ograničen kapacitet opterećenja (gustoća snage). Slika 1 prikazuje strukturu takve baterije.

Slika 1: Struktura litij-kobaltne baterije. Tijekom pražnjenja, litijevi ioni se kreću od anode do katode, dok se pune - od katode do anode.

Litij-kobaltna baterija ne može se puniti ili prazniti pri struji većoj od njezine C ocjenom. To znači da se ćelija od 2400 mAh 18650 može puniti ili prazniti strujom koja ne prelazi 2400 mA. Forsiranje brzog punjenja ili spajanje opterećenja koje zahtijeva više od 2400 mA rezultirat će prekomjernim stresom i pregrijavanjem. Za brzo punjenje, proizvođači preporučuju C-ocjenu od 0,8C ili oko 2000 mA. Kada koristite sustav zaštite baterije, automatski ograničava punjenje i pražnjenje na sigurnu razinu - oko 1C.

Slika 2: Procjena prosječne litij-kobaltne baterije. Litij-kobalt elektrokemijski sustav ističe se svojom visokom gustoćom energije, ali nudi prosječnu gustoću snage, sigurnost i vijek trajanja.

Tablica karakteristika

Tablica 3: Specifikacije litij kobalt baterije.

2. Litij-manganska baterija (LiMn2O4)

Dizajn litij-ionske baterije s manganom spinelom prvi je put objavljen u časopisu Materials Research Bulletin 1983. godine. Godine 1996. Moli Energy je komercijalizirao litij-ionsku ćeliju s litij-mangan spinelom kao katodnim materijalom. Trodimenzionalna struktura spinele poboljšava protok iona na elektrodi, što rezultira smanjenjem unutarnjeg otpora i poboljšanim rukovanjem strujom. Još jedna prednost spinela je njegova visoka toplinska stabilnost, ali životni vijek i broj ciklusa su ograničeni.

Nizak unutarnji otpor takve ćelije osigurava brzo punjenje i visoku moguću struju pražnjenja. U veličini 18650, litij-manganska baterija može se prazniti strujom od 20-30 A uz umjereno stvaranje topline. Osim toga, sposoban je izdržati impulse do 50 A u trajanju od jedne do dvije sekunde. Kontinuirano opterećenje od 50 A dovest će do zagrijavanja baterije, koje ne smije prijeći 80 ° C kako bi se izbjegla degradacija. Litij-manganske baterije koriste se za moćne alate, medicinsku opremu, kao i u hibridnim i električnim vozilima.

Slika 4 je grafička ilustracija trodimenzionalnog kristalnog okvira katodnog materijala. Ovaj materijal je spinel, u kojem se početna struktura rešetke u obliku dijamanta pretvara u trodimenzionalnu.

Slika 4: Struktura litij-manganske baterije. Kristalna litij-mangan spinel katoda ima trodimenzionalnu skeletnu strukturu koja se pojavljuje nakon početne formacije. Spinel pruža nisku otpornost, ali ima umjereniju gustoću energije od kobalta.

Kapacitet litij-manganske baterije je oko trećinu manji od litij-kobalt baterije. Fleksibilnost dizajna omogućuje vam da optimizirate bateriju za različite zadatke i kreirate modele s poboljšanom izdržljivošću, gustoćom snage ili gustoćom energije. Na primjer, verzija 18650 s poboljšanim nazivnim snagama ima kapacitet od samo 1100 mAh, dok verzija s optimiziranim kapacitetom ima 1500 mAh.

Slika 5 prikazuje heksagonalni dijagram tipične litij-manganske baterije. Izvedba se možda ne čini osobito impresivnom, ali najnoviji razvoji poboljšali su performanse u smislu gustoće snage, sigurnosti i životnog vijeka.

Slika 5: Karakteristike konvencionalne litij-manganske baterije. Unatoč umjerenim ukupnim performansama, novi modeli pokazuju poboljšanu gustoću snage, sigurnost i životni vijek.

Većina litij-manganskih baterija kombinirana je s litij-nikl-mangan-kobalt (NMC) baterijama kako bi se povećala gustoća energije i produžio vijek trajanja. Ova unija iskorištava prednosti oba sustava i naziva se LMO (NMC). Upravo se te kombinirane baterije koriste u većini električnih vozila kao što su Nissan Leaf, Chevy Volt i BMW i3. LMO je dio takve baterije, koja iznosi oko 30%, osigurava visoke ubrzane sposobnosti elektromotora, a NMC dio je odgovoran za veličinu autonomnog rada.

Istraživanja u litij-ionskom sustavu uvelike su težila kombiniranju litij-manganskih stanica sa stanicama nikal-mangan-kobalta. Ova tri aktivna metala mogu se jednostavno kombinirati kako bi se postigao željeni rezultat, bilo da se radi o povećanju gustoće snage, karakteristikama opterećenja ili trajanju baterije. Ovaj široki raspon mogućnosti potreban je kako bi se zadovoljio pristup jedinstvenoj tehnologiji i tržište potrošačkih baterija, gdje je kapacitet na prvom mjestu; i industrije koje zahtijevaju baterijske sustave s dobrim karakteristikama opterećenja, dugim vijekom trajanja i pouzdanim sigurnim radom.

Tablica karakteristika

Tablica 6: Karakteristike litij-manganske baterije.

3. Litij-nikl-mangan-kobalt oksid baterija (LiNiMnCoO2 ili NMC)

Jedna od najuspješnijih implementacija litij-ionskog elektrokemijskog sustava je kombinacija nikla, mangana i kobalta (NMC) u katodi. Slično litij-mangan sustavima, ovi se sustavi mogu optimizirati za kapacitet ili snagu. Na primjer, NMC baterija u ćeliji srednjeg opterećenja 18650 ima kapacitet od 2800 mAh i može isporučiti 4-5 A struje; a verzija u istoj veličini, ali optimizirana za indikatore snage, ima kapacitet od samo 2000 mAh, ali mu je maksimalna struja pražnjenja 20 A. Indikator kapaciteta može se povećati do 4000 mAh ako se na anodu doda silicij. No, s druge strane, to će značajno smanjiti karakteristike opterećenja i trajnost takve baterije. Ovakva dvosmislena svojstva silicija pojavljuju se zbog njegovog širenja i smanjenja tijekom punjenja i pražnjenja, što dovodi do mehaničke nestabilnosti dizajna baterije.

Tajna NMC tehnologije leži u kombinaciji nikla i mangana. Kao analogija može poslužiti obična kuhinjska sol, gdje su odvojeno njezine komponente, natrij i klor, vrlo otrovne, ali njihova kombinacija tvori korisnu prehrambenu tvar. Nikl je poznat po svojoj visokoj gustoći energije, ali niskoj stabilnosti; mangan, s druge strane, ima prednost spinelne strukture, koja osigurava nizak unutarnji otpor, ali također dovodi do mana niskog specifičnog energetskog intenziteta. Kombinacija ovih metala omogućuje vam da nadoknadite jedni druge nedostatke i u potpunosti iskoristite prednosti.

NMC baterije se koriste za električne alate, električne bicikle i druge pogonske sklopove. Sastav katode, u pravilu, kombinira nikal, mangan i kobalt u jednakim dijelovima, odnosno svaki metal zauzima trećinu ukupnog volumena. Ova distribucija je također poznata kao 1-1-1. Kombinacija u ovom omjeru povoljna je zbog svoje cijene, budući da je sadržaj skupog kobalta relativno mali u usporedbi s drugim verzijama baterije. Još jedna uspješna NMC kombinacija sadrži 5 dijelova nikla, 3 dijela kobalta i 2 dijela mangana. Eksperimenti za pronalaženje uspješnih kombinacija ovih aktivnih tvari još su u tijeku. Slika 7 prikazuje karakteristike NMC baterije.

Slika 7: Procjena karakteristika NMC baterije. NMC ima dobre ukupne performanse i izvrsnu gustoću energije. Ova baterija je poželjan izbor za električna vozila i ima najnižu stopu samozagrijavanja.

Nedavno je NMC obitelj litij-ionskih baterija koja je postala najpopularnija, jer je zahvaljujući mogućnosti kombiniranja aktivnih tvari postalo moguće dizajnirati ekonomičnu bateriju s dobrim performansama. Nikl, mangan i kobalt mogu se lako pomiješati kako bi se ispunili široki rasponi zahtjeva za električna vozila ili sustave za pohranu energije koji zahtijevaju redovitu vožnju biciklom. Obitelj NMC baterija aktivno se razvija u svojoj raznolikosti.

Tablica karakteristika

Tablica 8: Specifikacije baterije litij-nikl-mangan-kobalt oksida (NMC).

4. Litij-željezo-fosfatna baterija (LiFePO4)

Godine 1996. provedeno je istraživanje na Sveučilištu u Teksasu, uslijed čega je otkriven novi materijal za katodu. litij-ionska baterija- željezni fosfat. Sustav litij fosfata ima dobra elektrokemijska svojstva i nizak unutarnji otpor. Glavne prednosti takvih baterija su visoka amperaža i dug radni vijek, osim toga, imaju dobru toplinsku stabilnost, povećanu sigurnost i otpornost na zlouporabu.

Litij-fosfatne baterije su otpornije na prekomjerno punjenje; ako se na njih primjenjuje visoki napon dulje vrijeme, tada će učinci degradacije biti osjetno manji u usporedbi s drugim litij-ionskim baterijama. Ali napon ćelije od 3,20 V smanjuje specifičnu gustoću energije na razinu čak nižu od one kod litij-manganske baterije. Za većinu električnih baterija, niske temperature smanjuju performanse, a visoke skraćuju život, litij-fosfatni sustav nije iznimka. Također ima veću stopu samopražnjenja od ostalih litij-ionskih baterija. Slika 9 prikazuje karakteristike litij-fosfatne baterije.

Litij fosfatne baterije se često koriste kao zamjena za starter olovne baterije. Četiri ćelije takve baterije dat će napon od 12,8 V - sličan naponu šest dvovoltnih olovno-kiselinskih ćelija. Alternator vozila puni olovni akumulator na 14,40 V (2,40 V po ćeliji). Za četiri litij-fosfatne ćelije, granica napona će biti 3,60V, nakon punjenja treba ga isključiti, što se ne događa u konvencionalnom vozilu. Litij-fosfatne baterije otporne su na prekomjerno punjenje, ali čak i one degradiraju ako se dugo drže na visokom naponu. Niske temperature također mogu predstavljati problem pri korištenju litij-fosfatne baterije kao zamjene za konvencionalni starter.

Slika 9: Procjena performansi litij-fosfatne baterije. Litij-fosfatni elektrokemijski sustav pruža izvrsnu sigurnost i dug život, ali je gustoća energije umjerena, a samopražnjenje je visoko.

Tablica karakteristika

Većina modernih elektroničkih uređaja, poput prijenosnog računala, telefona ili playera, opremljena je litij-ionskim baterijama, koje djeluju kao autonomni izvori energije. Ove ionske baterije razvijene su relativno nedavno, ali su zbog svojih karakteristika stekle veliku popularnost među dizajnerima i proizvođačima gadgeta. Sada, uz razne kućanske aparate, mnogi alati za ukrašavanje i popravak, odvijači ili strojevi za rezanje opremljeni su takvim izvorima energije. Ovaj članak govori o vrstama litij-ionskih baterija, njihovom opsegu i principu rada.

Vrste litij-ionskih baterija

Postoji nekoliko vrsta punjivih baterija koje rade na principu pohranjivanja energije i pražnjenja do potrošenog uređaja koji se može spojiti u jednu litij-ionsku jedinicu. Ove baterije uključuju:

1. Litij kobalt baterija. Takav se uređaj sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima strukturu ploče s razmacima između dijelova, pa kada se troši energija, litijevi ioni se dovode do ploča s anode, dolazi do elektromagnetske reakcije, a napon se primjenjuje na terminale. Nedostatak takvog sustava je slaba otpornost mehanizma na promjene temperature, jer se s negativnim vrijednostima baterija prazni, čak i ako nije spojena na potrošača. Tijekom ponovnog punjenja proizvoda mijenja se smjer struje, a litijevi ioni ulaze kroz katode do anoda, akumuliraju se, a napon raste. Strogo je zabranjeno spajati punjač na bateriju čiji je nazivni napon veći od nazivnog dijela, inače se baterija može pregrijati, ploče će se rastopiti i kućište će puknuti;
2. Litij-mangan baterija. Također se odnosi na litij-ionske baterije čiji je radni medij izrađen od manganskog spinela u obliku trodimenzionalnih tunela u obliku križa. Za razliku od kobaltnog sustava, ova vrsta baze osigurava nesmetan prolaz litijevih iona od anode do katode i dalje do kontakata uređaja. Glavna prednost litij-ionskih manganskih baterija je njihova niska otpornost materijala, zbog čega se često koriste u hibridnim vozilima, električnim alatima ili samostalnoj medicinskoj opremi. Dopušteno je zagrijavanje baterije tijekom punjenja do 80 stupnjeva, a nazivna struja može biti do 20-30 A. Ne preporučuje se djelovanje na bateriju strujom čiji je napon veći od 50A dulje od dvije sekunde, inače se spineli mogu pregrijati i otkazati;

1. Litij-ionske baterije sa željezno-fosfatnom katodom. Takva baterija je rijetka zbog relativno visoke cijene proizvodnje, konačna cijena joj je nešto viša od ostalih litij-ionskih baterija. Fosfatna katoda ima veliku prednost: životni vijek proizvoda i učestalost punjenja znatno su bolji od sličnih uređaja. Najčešće ove baterije imaju jamstvo od 10 do 50 godina ili oko 500 ciklusa punjenja. Zbog ovih karakteristika, željezofosfatne baterije se često koriste u industriji kada je potrebno dobiti visoki izlazni napon;
2. Litij-nikl-mangan-kobalt oksid ionske baterije. Ovo je najpraktičnija, u smislu troškova proizvodnje i pouzdanosti gotovog proizvoda, kombinacija materijala za izradu katode. Zbog elektrokemijskih svojstava navedenih tvari, katoda izrađena od njih ima niske vrijednosti otpora, stoga će tijekom dugog mirovanja baterije pražnjenje biti minimalno. Također, povećanjem veličine staklene ili katodne ćelije možete povećati ukupni kapacitet baterije ili povećati napon. Tajna leži u kombinaciji mangana i nikla, koji, kada se pravilno kombiniraju, stvara lanac s visokim elektrokemijskim svojstvima;
3. Litij-titanatna baterija. Razvijen početkom 80-ih, za razliku od ionskih baterija s grafitnom jezgrom, katoda ovog uređaja izrađena je od nanokristala litij-titanata. Katoda izrađena od ovog materijala omogućuje vam da napunite bateriju u kratkom vremenskom razdoblju i održavate napon s nultim otporom. Ova se jedinica često koristi u autonomnim sustavima ulične rasvjete, kada je potrebno akumulirati energiju u kratkom vremenu i dati je potrošaču dugo vremena. Nedostatak takvog sustava je relativno visoka cijena gotove baterije, ali se brzo isplati zbog produljenog vijeka trajanja dijela.

Važno! Sve navedene litij-ionske baterije su baterije koje se ne mogu servisirati, stoga, u slučaju oštećenja ili kvara, neće biti moguć popravak ili servis za dodavanje elektrolita. Bilo kakve manipulacije za otvaranje poklopca baterije dovest će do uništenja ploča baterije i potpunog kvara.

Princip rada litij-ionskih baterija

Sve litij-ionske baterije imaju sličnu strukturu, koja ima nekoliko manjih razlika koje ne utječu na princip rada dijela. Vanjska je školjka izrađena od kompozitnog materijala, plastike ili tankog obojenog metala, što je vrlo rijetko. Najčešće se baterija sastoji od plastičnog kućišta, metalnih terminala za kontakt s potrošačem i unutarnjih šipki s pozitivnim i negativnim naponom. Unutarnji litij se puni spajanjem vanjskog uređaja sa stabilnom strujom, ali svaki proizvod ima primarni naboj, koji nastaje zbog kemijske reakcije između anode i katode.

Procesi na negativnoj elektrodi, izrađenoj od ugljičnog materijala, koji ima izgled prirodnog puff grafita, su nasumični, atomi nabijeni električnom energijom kreću se duž matrice bez gubitka napona. Svi pokazatelji u ovom sektoru su negativni.

Pozitivna elektroda litij baterije izrađena je isključivo od oksida kobalta ili nikla, kao i od litij-mangan spinela. Tijekom pražnjenja, litijevi ioni se udaljavaju od ugljične jezgre i, reagirajući s kisikom, prodiru u katodu i izlete van, ali ne mogu napustiti tijelo baterije. Nabijeni litijevi ioni gube napon i ostaju na površini anode sve dok se litij ne napuni. Tijekom punjenja cijeli se proces odvija obrnutim redoslijedom.

Dizajn Li-ion baterije

Kao alkalna baterija, litijeva baterija se proizvodi u obliku cilindra ili može imati prizmatični oblik. U cilindričnoj bateriji kao jezgra se koriste elektrode smotane u rolu, izolirane posebnim omotačem i smještene u metalno kućište koje je spojeno na negativno nabijene ćelije. Da bi se održao polaritet, negativni kontakt se nalazi na dnu, a pozitivni kontakt nalazi se na vrhu dijela, a ti elementi ne bi se trebali dodirivati, inače će struja cirkulirati kroz vodič, što će dovesti do spontanog pražnjenja .

Prizmatični oblik litij-ionske baterije prilično je uobičajen. U ovom dizajnu, jezgra se formira preklapanjem posebnih ploča jedna na drugu, koje se nalaze na minimalnoj udaljenosti između njih. Takav sustav omogućuje veće tehničke performanse, ali zbog čvrstog prianjanja ploča tijekom punjenja baterija moguće je pregrijavanje jezgre i taljenje mreže, što dovodi do smanjenja produktivnosti dijela.

Nije rijetkost pronaći kombinirani sustav za uređaj litij-ionske baterije, kada se elektrode uvijene u rolu formiraju u ovalni cilindar. Istodobno se poštuju pravila glatkog prijelaza, a istovremeno ravni dio oponaša lamelarni oblik. Takve baterije imaju karakteristike obje vrste proizvoda, njihov radni vijek je mnogo veći.

Tijekom kemijske reakcije i rada baterije unutar kućišta nastaju plinovi koji sadrže štetne tvari. Za brzo uklanjanje ovih para postoji izlaz u slučaju litij-ionskih baterija, koji ima vezu s bankama i na vrijeme uklanja nakupljeni plin iz šupljine baterije. Neke baterije velike snage opremljene su posebnim ventilom koji radi tijekom kritičnog nakupljanja para.

Provjera Li-ion baterije

Napunjenost litija unutar baterije potrebno je povremeno provjeravati, unatoč činjenici da se navedena baterija smatra neupotrebljivom, budući da je njeno kućište zapečaćeno, bateriju još uvijek treba provjeravati posebnim uređajem.

Pregled uvijek počinje vanjskim pregledom, tijekom kojeg se tijelo dijela provjerava na pukotine i deformacije. Također se pregledavaju terminali baterije, čiste se od oksidacije i drugih onečišćenja.

Važno! Potrebno je održavati bateriju čistom, izbjegavajući kontakte između kontakata, jer to može dovesti do potpunog pražnjenja baterije, bit će vrlo problematično vratiti je.

Za provjeru unutarnjeg stanja jezgre koristi se utikač za opterećenje, koji je spojen na stezaljke i mjeri nazivni napon u mreži. Zatim se na bateriju primjenjuje pražnjenje, a uređaj očitava indikatore za zadržavanje struje unutar dijela. Važno je uzeti u obzir da u vrijeme testiranja baterija mora biti potpuno napunjena, inače će očitanja biti netočna.

Primjena litij-ionskih baterija

Litij-ionske baterije koriste se u mnogim aplikacijama ovisno o njihovoj konfiguraciji, obliku i nazivnom naponu. Najčešća upotreba baterija je u automobilskoj industriji, svako vozilo ima svoj izvor napajanja, koji je odgovoran za pokretanje automobila i obavljanje ostalih funkcija.

Ove baterije se također koriste u mobilnim uređajima, prijenosnim računalima i drugim napravama. Uređaj takvih baterija sličan je automobilskim baterijama, jedina razlika su dimenzije proizvoda, koje mogu biti veličine kutije šibica.

U posljednje vrijeme postalo je popularno uvođenje litij-ionskih baterija u sustave neprekidnog napajanja kod kuće i kao hitne izvore električne energije, dok je baterija trajno spojena na centralnu mrežu. Tijekom rada uređaja iz jednostavne elektrane baterija se puni, a kada se napajanje isključi automatski počinje davati struju potrošaču. U tom slučaju, punjiva baterija mora biti pravilno postavljena i opremljena sustavima zaštite od pregrijavanja.

Video

Koji se široko koristi u modernoj potrošačkoj elektronici i nalazi svoju primjenu kao izvor energije u električnim vozilima i uređajima za pohranu energije u energetskim sustavima. Ovo je najpopularnija vrsta baterije u uređajima kao što su Mobiteli , prijenosna računala , električna vozila , digitalni fotoaparati i video kamere. Prvu litij-ionsku bateriju objavila je korporacija Sony v 1991. godine.

Tehnički podaci

Ovisno o elektro-kemijskom krugu, litij-ionske baterije pokazuju sljedeće karakteristike:

• Napon jedne ćelije je 3,6 V.
• Maksimalni napon 4,2 V, minimalni 2,5-3,0 V. Punjači podržavaju napon u rasponu 4,05-4,2 V
• Gustoća energije: 110 … 230 Wh/kg
• Unutarnji otpor: 5 … 15 mΩ/1 Ah
• Broj ciklusa punjenja/pražnjenja prije gubitka 20% kapaciteta: 1000-5000
• Brzo vrijeme punjenja: 15 min - 1 sat
• Samopražnjenje na sobnoj temperaturi: 3% mjesečno
• Trenutno opterećenje u odnosu na kapacitet (C):
  • konstantna - do 65C, pulsna - do 500C
  • najprihvatljivije: do 1C
• Raspon radne temperature: -0 ... +60 °C (baterije se ne mogu puniti na niskim temperaturama)

Uređaj

Litij-ionska baterija sastoji se od elektroda (katodni materijal na aluminijskoj foliji i anodni materijal na bakrenoj foliji) razdvojenih poroznim separatorima impregniranim elektrolitom. Paket elektroda smješten je u zatvorenom kućištu, katode i anode su spojene na stezaljke strujnog kolektora. Tijelo ima sigurnosni ventil koji oslobađa unutarnji tlak u hitnim situacijama i kršenju radnih uvjeta. Litij-ionske baterije razlikuju se po vrsti materijala katode. Nosač struje u litij-ionskoj bateriji je pozitivno nabijeni litijev ion, koji ima sposobnost interkaliranja (interkalacije) u kristalnu rešetku drugih materijala (na primjer, u grafit, metalne okside i soli) uz stvaranje kemikalije vezu, na primjer: u grafit uz stvaranje LiC6, oksida (LiMO 2) i metalnih soli (LiM RON). U početku se kao negativne ploče koristio metalni litij, zatim koks od ugljena. Kasnije se počeo koristiti grafit. Donedavno su se kao pozitivne ploče koristili litijevi oksidi s kobaltom ili manganom, ali ih sve više zamjenjuje litijev ferofosfat koji se pokazao sigurnim, jeftinim i neotrovnim te se može zbrinuti na ekološki prihvatljiv način. Litij-ionske baterije koriste se u kompletu sa sustavom za nadzor i kontrolu - SKU ili BMS (sustav upravljanja baterijama) i posebnim uređajem za punjenje/pražnjenje. Trenutačno se u masovnoj proizvodnji litij-ionskih baterija koriste tri klase katodnih materijala: - litij kobaltat LiCoO 2 i krute otopine na bazi litijevog nikelata koji mu je izostrukturan - litij-mangan spinel LiMn 2 O 4 - litij ferofosfat LiFePO 4 . Elektrokemijski krugovi litij-ionskih baterija: litij-kobalt LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 litij-ferofosfat LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Zbog niskog samopražnjenja i velikog broja ciklusa punjenja-pražnjenja, Li-ion baterije su najpoželjnije za korištenje u alternativnoj energiji. Istodobno, osim BMS sustavom (SKU), opremljeni su i sa pretvarači(pretvarači napona).

Prednosti

• Visoka gustoća energije.
• Nisko samopražnjenje.
• Odsutnost memorijski efekt.
• Bez održavanja.

Nedostaci

Li-ionske baterije prve generacije bile su podvrgnute eksplozivnom učinku. To su objasnili činjenicom da su koristili anodu izrađenu od metalnog litija, na kojoj su se tijekom više ciklusa punjenja/pražnjenja pojavljivale prostorne formacije (dendriti), što je dovelo do kratkog spoja elektroda i, kao posljedica, požara ili eksplozije. Taj je problem konačno riješen zamjenom materijala anode grafitom. Slični procesi odvijali su se i na katodama litij-ionskih baterija na bazi kobalt oksida kada su bili narušeni (napunjeni) uvjeti rada. Litij-fero-fosfatne baterije potpuno su lišene ovih nedostataka. Osim toga, sve moderne litij-ionske baterije opremljene su ugrađenim elektroničkim sklopom koji sprječava prekomjerno punjenje i pregrijavanje uslijed prepunjenja.

Li-ion baterije s nekontroliranim pražnjenjem mogu imati kraći životni vijek u usporedbi s drugim vrstama baterija. Kada se potpuno isprazne, litij-ionske baterije gube sposobnost punjenja kada je priključen napon punjenja. Taj se problem može riješiti primjenom impulsa višeg napona, ali to negativno utječe na daljnje karakteristike litij-ionskih baterija. Maksimalni "život" Li-ion baterije postiže se kada je punjenje ograničeno odozgo na razini od 95%, a pražnjenje je 15-20%. Ovaj način rada podržava BMS sustav nadzora i upravljanja (SKU), koji je uključen u bilo koju litij-ionsku bateriju.

Optimalni uvjeti skladištenja za Li-ion baterije postižu se kada se napune na razini od 40-70% kapaciteta baterije i na temperaturi od oko 5 °C. Pritom je niska temperatura važniji čimbenik za male gubitke kapaciteta tijekom dugotrajnog skladištenja. Prosječni vijek trajanja (radni vijek) litij-ionske baterije je u prosjeku 36 mjeseci, iako može varirati od 24 do 60 mjeseci.

Gubitak skladišnog kapaciteta:

Prema svim važećim propisima za skladištenje i rad litij-ionskih baterija, kako bi se osiguralo dugotrajno skladištenje, potrebno ih je napuniti do razine od 70% kapaciteta jednom svakih 6-9 mjeseci.

vidi također

Bilješke

Književnost

• Khrustalev D. A. Akumulatori. M: Emerald, 2003.
• Jurij Filipovski Pokretna hrana. Dio 2. (RU). ComputerraLab (26. svibnja 2009.). - Detaljan članak o Li-ion baterijama. Preuzeto 26. svibnja 2009.

Linkovi

• GOST 15596-82 Termini i definicije.
• GOST 61960-2007 Litijeve baterije i punjive baterije
• Litij-ionske i litij-polimerske baterije. iXBT (2001.)
• Litij-ionske baterije domaće proizvodnje

Prvi pokusi stvaranja litij-galvanskih ćelija zabilježeni su već 1012. godine. Pravi radni model nastao je 1940. godine, prve serijske kopije (nepunjive!), pojavile su se 70-ih godina, a trijumfalni pohod ove vrste baterija započeo je početkom 90-ih, kada je japanska tvrtka Sony uspjela ovladati svojim komercijalna proizvodnja.

Trenutno se vjeruje da je ovo jedno od najperspektivnijih područja za stvaranje autonomnih izvora električne energije, unatoč njihovoj prilično visokoj (na trenutnoj razini) cijeni.

Glavna prednost ove vrste baterija je velika gustoća energije (oko 100 W/h po 1 kg težine) i mogućnost izvođenja velikog ciklusa punjenja/pražnjenja.

Novostvorene baterije također karakterizira tako izvrstan pokazatelj kao niska stopa samopražnjenja (samo od 3 do 5% u prvom mjesecu, s naknadnim smanjenjem ovog pokazatelja). To omogućuje

I to nije sve - u usporedbi s raširenim Ni-Cd, novi sklop istih dimenzija daje tri puta bolje performanse bez praktički nikakvog negativnog memorijskog učinka.

Negativne karakteristike

litij-ionske baterije.

Prije svega - visoka cijena, potreba da se baterija drži u napunjenom stanju i takozvani "efekt starenja", koji se očituje čak i kada galvanska ćelija nije bila u pogonu. Posljednje neugodno svojstvo očituje se u stalnom smanjenju kapaciteta, što za dvije godine može dovesti do potpunog kvara proizvoda.