Li-ion-batteri
Innehåll
Litiumjonbatteri eller litiumjonbatteri är en typ av litiumbatteri
Nya teknologier för elektrisk mobilitet
Smartphones, kameror ombord, drönare, elverktyg, elektriska motorcyklar, skotrar... idag finns litiumbatterier helt enkelt överallt i våra dagliga liv och har revolutionerat många användningsfall. Men vad ger de egentligen och kan de fortfarande utvecklas?
Story
Det var på 1970-talet som litiumjonbatteriet introducerades av Stanley Whittingham. Den senares arbete skulle fortsätta av John B. Goodenow och Akiro Yoshino 1986. Det var inte förrän 1991 som Sony lanserade det första batteriet i sitt slag på marknaden och startade en teknisk revolution. Under 2019 tilldelades tre meduppfinnare Nobelpriset i kemi.
Hur fungerar det?
Ett litiumjonbatteri är faktiskt ett paket med flera litiumjonceller som lagrar och returnerar elektrisk energi. Ett batteri är baserat på tre huvudkomponenter: en positiv elektrod som kallas katod, en negativ elektrod som kallas anod och en elektrolyt, en ledande lösning.
När batteriet är urladdat avger anoden elektroner genom elektrolyten till katoden, som i sin tur byter ut positiva joner. Rörelsen ändras under laddning.
Därför förblir funktionsprincipen densamma som för "bly"-batteriet, förutom att här ersätts elektrodernas bly- och blyoxid med en koboltoxidkatod, inklusive lite lilja och en grafitanod. På liknande sätt ger svavelsyra eller ett vattenbad plats för en elektrolyt som består av litiumsalter.
Idag är elektrolyten som används i flytande form, men forskningen går mot en solid, säkrare och mer hållbar elektrolyt.
Fördelar
Varför har litiumjonbatteriet ersatt alla andra under de senaste 20 åren?
Svaret är enkelt. Detta batteri erbjuder utmärkt energitäthet och ger därför samma viktbesparande prestanda jämfört med bly, nickel...
Dessa batterier har även relativt låg självurladdning (max 10% per månad), är underhållsfria och har ingen minneseffekt.
Slutligen, även om de är dyrare än äldre batteritekniker, är de billigare än litiumpolymer (Li-Po) och förblir effektivare än litiumfosfat (LiFePO4).
Begränsningar
Litiumjonbatterier är dock inte idealiska och har i synnerhet mer cellskador om de är helt urladdade. Därför, för att de inte ska förlora sina egenskaper för snabbt, är det bättre att ladda dem utan att vänta tills de blir platta.
Först och främst kan batteriet utgöra allvarliga säkerhetsrisker. När batteriet är överbelastat eller faller under -5°C stelnar litiumet genom dendriterna från varje elektrod. När anoden och katoden är förbundna med sina dendriter kan batteriet fatta eld och explodera. Många fall har rapporterats av Nokia, Fujitsu-Siemens eller Samsung, explosioner har även inträffat på flygplan, så idag är det förbjudet att bära ett litiumjonbatteri i lastrummet, och landning i kabinen är ofta begränsad vad gäller effekt ( förbjudet över 160 Wh och med tillstånd från 100 till 160 Wh).
För att bekämpa detta fenomen har tillverkare därför infört elektroniska styrsystem (BMS) som kan mäta batteritemperaturen, reglera spänningen och fungera som strömbrytare i händelse av en anomali. Fast elektrolyt eller polymergel är också möjligheter som utforskas för att kringgå problemet.
Dessutom, för att undvika överhettning, saktar batteriladdningen ner under de sista 20 procenten, så laddningstiden annonseras ofta bara till 80 %...
Men mycket praktiskt för dagligt bruk har ett litiumjonbatteri en stark miljöpåverkan, först genom att utvinna litium, som kräver astronomiska mängder färskvatten, och sedan genom att återvinna det i slutet av sin livslängd. Återvinning eller återanvändning ökar dock från år till år.
Vad är framtiden för litiumjonen?
När forskningen alltmer går mot alternativa tekniker som är mindre förorenande, mer hållbara, billigare att producera eller säkrare, har litiumjonbatteriet nått sina gränser?
Litiumjonbatteriet, som har fungerat i industriell skala i tre decennier, har inte fått sitt sista ord, och utvecklingen fortsätter att förbättra energitätheten, laddningshastigheten eller säkerheten. Vi har sett detta genom åren, särskilt inom området motoriserade tvåhjulingar där skotern höll bara cirka fem mil för 5 år sedan, vissa motorcyklar överstiger nu 200 terminal räckvidd.
Revolutionära löften är också legio, som Nawa kolelektrod, Jenax hopfällbart batteri, 105°C driftstemperatur i NGK...
Tyvärr står forskningen ofta inför den hårda verkligheten med lönsamhet och industriella imperativ. I avvaktan på utvecklingen av alternativ teknik, särskilt litium-luft, som alla väntar på, har litiumjon fortfarande en ljus framtid framför sig, särskilt i världen av elektriska tvåhjulingar, där vikt- och fotavtrycksminskning är viktiga kriterier.
