Akumulatory litowo-jonowe – duża energia w małym opakowaniu

Technologia litowo-jonowa staje się coraz popularniejszym sposobem na przechowywanie i dostarczanie energii do różnego typu urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Akumulatory Li-Ion stosowane są nie tylko w elektronice użytkowej (laptopy, aparaty cyfrowe, telefony komórkowe), ale także w nowoczesnych elektronarzędziach, a w ostatnich latach również do zasilania pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Ponadto, akumulatory litowo-jonowe są doskonałym źródłem energii dla różnego rodzaju układów elektronicznych, zwłaszcza tych o niewielkich rozmiarach, do podtrzymywania pracy mikrokontrolerów lub stanów pamięci. Są one także stosowane w modelarstwie do zasilania silników elektrycznych.

Budowa akumulatorów litowo-jonowych

Pierwsze akumulatory litowe opracowano już w latach siedemdziesiątych XX wieku, jednak ze względu na zawartość metalicznego litu były one bardzo podatne na samozapłon. Zastąpienie czystego litu jego związkami, które w taki sam sposób mogły akumulować i oddawać energię, pozwoliło na stworzenie bezpiecznych w użyciu akumulatorów litowo-jonowych. Jako pierwsza na rynku, użyła ich firma Sony – w kamerze SONY CCD TR1.

Tlenki litu oraz innych metali, składające się siatkę krystaliczną (podobną do tej w kryształach oliwinu lub spinelu), tworzą katodę akumulatorów litowo-jonowych, natomiast anoda jest najczęściej wykonana z którejś z odmian węgla lub (rzadziej) innego materiału. Zastosowanie mieszaniny tlenków pozwala na zachowanie struktury krystalicznej w czasie ładowania akumulatora, kiedy to następuje uwalnianie się jonów litowych i ich łączenie z jonami węgla na anodzie. Pierwszym tlenkiem stosowanym powszechnie w akumulatorach litowo-jonowych był tlenek kobaltu, jednak ze względu na cenę oraz wymagania technologiczne wykorzystuje się go jedynie w niewielkich źródłach zasilania, stosowanych głównie w elektronice. Innym, dobrym materiałem do budowy katod jest mangan, który daje jednak mniejszą gęstość od kobaltu. Połączenie tych dwóch metali, a także dodanie niklu pozwoliło na stworzenie akumulatorów o parametrach optymalnych do różnych zastosowań. Modele oparte na tych metalach charakteryzują się napięciem rzędu 3,6-3,7 V.

Z kolei akumulatory, w których zastosowano pochodną litu połączonego z żelazem i jonami fosforanowymi, często domieszkowane itrem, cechuje napięcie 3,2 V. Oczywiście cały czas trwają prace nad udoskonalaniem akumulatorów litowo-jonowych, w ramach których testowane są związki aluminium, pozwalające na bardzo szybkie ładowanie lub też siarka, która ma umożliwić osiągnięcie gęstości energii ponad dwa razy wyższej niż w najbardziej wydajnych obecnie akumulatorach, opartych na kobalcie.

 

Zastosowanie akumulatorów litowo-jonowych

Akumulatory litowo-jonowe dostępne są w różnych formach. Najbardziej uniwersalne wydają się te w formie cylindrycznej lub płaskich „guziczków”, których duży wybór znaleźć można na stronie www.micros.com.pl. Jednak postęp technologiczny pozwolił na stworzenie akumulatorów dedykowanych konkretnym modelom urządzeń, np. telefonom komórkowym i innej drobnej elektronice. Akumulatory litowo-jonowe wykorzystywane są też w modelarstwie, elektronarzędziach, układach zasilających pojazdy elektryczne, a w ostatnich latach również jako zamienniki tradycyjnych akumulatorów ołowiowo-kwasowych stosowanych w autach. Na rynku dostępne są też duże akumulatory wykorzystywane jako magazyny energii, pochodzącej z systemów fotowoltaicznych lub innych źródeł odnawialnych.

 

Zalety akumulatorów Li-Ion

Wśród licznych zalet akumulatorów litowo-jonowych należy wymienić takie ich cechy jak:

  • pojemność trzykrotnie wyższa i prawie 4 razy większa gęstość energii w porównaniu do akumulatorów NiCd,
  • mniejsze rozmiary i objętość w stosunku do akumulatorów niklowych,
  • brak efektu pamięci, dzięki czemu istnieje możliwość doładowania ich w dowolnym momencie
  • niski prąd samorozładowania, co czyni je idealnymi do urządzeń, które muszą przez długi czas pozostawać w gotowości do użycia,
  • możliwość pracy w temperaturach od -20°C do +50°C (w ekstremalnych temperaturach będą pracować nieco krócej).

 

Materiał zewnętrzny