Baterie i akumulatory Li-Ion

Budowa akumulatorów i baterii Li-Ion

Baterie Li-Ion składają się z katody, anody, separatora oraz elektrolitu. Katoda może być wykonana z różnych tlenków metali, np. tlenku kobaltu (III) litu (LiCoO₂) lub tlenek manganu litu (LiMn₂O₄). Anoda natomiast, najczęściej wytwarzana jest z grafitu. Jednak kluczową rolę pełni tu lit, którego jony przemieszczają się między elektrodami w czasie rozładowywania i ładowania. Elektrolitem najczęściej jest ciecz, która zwiera sole litowe rozpuszczone w mieszaninie rozpuszczalników organicznych bądź ciało stałe. Do produkcji elektrolitu często stosowany jest węglan winylenu. Akumulatory litowo – jonowe  składają się z kilku takich małych ogniw, które są połączone w paczki. Można je dowolnie konfigurować, dzięki czemu uzyskujemy oczekiwane napięcie.

Zalety i wady technologii litowo – jonowej

Na początek przedstawmy zalety jakie posiadają baterie oraz akumulatory Li-Ion.

• Wysoka gęstość energii: Technologię Li-Ion charakteryzuje jedna z najwyższych gęstości energii, co pozwala na przechowywanie dużej energii w małej wielkości bateriach czy akumulatorach.
• Niewielkie samorozładowanie: W porównaniu do innych typów baterii, mają bardzo niski stopień samorozładowania, dzięki czemu mogą przechowywać energię przez długi czas bez znacznego spadku pojemności.
• Długa żywotność: Baterie i akumulatory litowo – jonowe charakteryzuje długi okres eksploatacji. Standardowe ogniwa najczęściej mają żywotność w granicach od 300 do 1000 cykli ładowania, ale zdarzają się też takie o wyższej żywotności.
• Brak „efektu pamięci”: W przeciwieństwie do niektórych, innych technologii, w akumulatorach Li-Ion praktycznie nie występuje efekt pamięci. Dzięki temu, nie muszą być one całkowicie rozładowane przed ponownym podłączeniem do ładowania.
• Szybkość ładowania: W porównaniu do innych popularnych akumulatorów, te litowo – jonowe charakteryzuje szybszy proces ładowania, co jest szczególną zaletą dla urządzeń, które zużywają dużo energii.
• Niski wpływ na środowisko: Technologia Li-Ion jest znacznie mniej szkodliwa dla środowiska względem innych rozwiązań, takich jak akumulatory ołowiowe czy niklowo – kadmowe. Przede wszystkim nie zawierają one metali ciężkich, które są niebezpieczne dla środowiska. Większa wydajność procesu ładowania i jego krótki czas sprawiają, że mniej energii jest marnowane.

Dzięki powyższym cechom, baterie oraz akumulatory Li-Ion są chętnie wykorzystywane i coraz częściej  spotykane w wielu urządzeniach codziennego użytku. Niestety technologia litowo – jonowa ma również wady, które nakładają pewne ograniczenia na ich stosowanie. Poniżej niektóre z nich.

• Wysoka cena: Koszt produkcji baterii Li-Ion jest wyższy w porównaniu do innych rozwiązań, co przekłada się na wysoką cenę sprzedaży.
• Problem z głębokim rozładowaniem: Rozładowywanie akumulatorów litowo – jonowych poniżej, zalecanego poziomu może wiązać się z trwałymi uszkodzeniami.
• Degradacja pojemności: Z czasem baterie typu Li-Ion tracą swoją pojemność, nawet mimo braku intensywnej eksploatacji. Proces ten wpływa na skrócenie czasu działania urządzeń wykorzystujących tego typu baterie.
• Bezpieczeństwo użytkowania: Uszkodzone akumulatory i baterie litowo – jonowe mogą stanowić ryzyko wybuchu bądź pożaru. Ekstremalnie wysokie temperatury lub nadmierne naładowanie również mogą prowadzić do wystąpienia takich zdarzeń.

Pomimo wad, którymi charakteryzują się baterie i akumulatory litowo-jonowe, znajdują one bardzo wiele różnych zastosowań.

Gdzie wykorzystuje się baterie i akumulatory Li-Ion?

Technologia Li-Ion jest obecnie jedną z najpopularniejszych metod produkcji baterii oraz akumulatorów. Szereg przedstawionych zalet i możliwość dostosowania ich do potrzeb konsumentów, sprawia że są chętnie wykorzystywane w różnego rodzaju urządzeniach.

Gdzie zatem możemy spotkać tego typu baterie i akumulatory?

Elektronika konsumencka

Baterie  litowo- jonowe znajdują przede wszystkim zastosowanie w elektronice konsumenckiej. Znajdziemy je w smartfonach, komputerach, telewizorach, laptopach, słuchawkach bezprzewodowych, zegarkach, w aparatach i  wielu innych urządzeniach elektronicznych. Bardzo często wykorzystuje się je w urządzeniach przenośnych codziennego żytku, min. przez wzgląd na wysoką gęstość energii, mały rozmiar oraz długą żywotność.

Samochody elektryczne

Popularną grupą urządzeń, gdzie wykorzystuje się akumulatory litowo – jonowe są samochody elektryczne i hybrydowe. Znajdują tu zastosowanie, ponieważ są lżejsze względem tradycyjnych baterii ołowiowych, ale też pozwalają przejechać dość długie dystanse pomiędzy ładowaniami. Wykorzystanie akumulatorów w nowoczesnych samochodach, pozwala ograniczyć emisję CO₂ pochodzącą ze spalin.

Magazynowanie energii

Coraz większą popularnością cieszą się systemy do magazynowania energii, zarówno w skali przemysłowej jak i domowej, które przechowują zapasy energii ze źródeł odnawialnych, np. energii wiatrowej czy słonecznej. Właśnie w takich systemach również wykorzystuje się akumulatory Li-Ion.

Narzędzia elektryczne

Wysoka wydajność i zdolność do szybkiego ładowania akumulatorów litowo – jonowych sprawia, że są chętnie stosowane w większości i bezprzewodowych narzędzi elektrycznych. Znajdziemy je między innymi w takich sprzętach jak: szlifierki, wiertarki, pilarki i wiele innych.

Urządzenia medyczne

Małe rozmiary akumulatorów Li-Ion dają możliwość zastosowania ich w specjalistycznych urządzeniach medycznych. Wykorzystuje się je między innymi w rozrusznikach serca, EKG, monitorach ciśnienia, wózkach medycznych i innych sprzętach, które ratują ludzkie życie.

To tylko niektóre z głównych zastosowań baterii oraz akumulatorów litowo – jonowych. Możemy je też często spotkać w systemach odpowiedzialnych za dostawy energii w przypadku różnych awarii, ale także w dronach oraz pojazdach zdalnie sterowanych. Trwają także eksperymenty nad wykorzystaniem ich w lotnictwie.