Lithium-Ion eller Li-Ion-batterier er en type genopladeligt batteri, der bruges i mange applikationer, men mest almindeligt i elektronikindustrien. Li-Ion-batterier leverer bærbar elektricitet, der driver elektroniske gadgets såsom mobiltelefoner, bærbare computere og tablets. Li-Ion-batterier bruges også til at levere energi til medicinsk udstyr, elektriske køretøjer og elværktøj.

Lithium er den primære kilde til Li-Ion-batteripakker, da det er mere stabilt og sikrere ved opladning og afladning af energi sammenlignet med andre mineraler.

bortset fra elektronikindustrien er lithium et basismineral i minedrift, fremstilling, energilagring og mange andre. På grund af dets mange industrianvendelser kan vigtigheden af Lithium-Ion-batterier ikke overvurderes: det er meget muligt en af de mest afgørende udviklinger i den moderne verden, uden hvilken det 21.århundrede ikke ville have været muligt.

Lithium-Ion: En kort historie

Lithium-Ion-batteriet har sin begyndelse i 1970 ‘ erne, da den britiske kemiker M. Stanley foreslog at oprette en energilagringsenhed ved hjælp af lithiumceller. De første lithiumbatterier brugte lithium-og Titan(IV) sulfidmetaller, som, mens de var operationelle, var upraktiske på grund af titanium(IV) suflides dyre produktionsomkostninger (titansulfidmetaller koster omkring $1.000 tilbage i 70 ‘erne), for ikke at nævne dets giftige biprodukter, når de udsættes for hydrogensulfidforbindelser.

i det meste af 70 ‘erne og 80’ erne var forskellige forskere og ingeniører banebrydende og perfektionerede lithiumbatteriet. I 1979, forskere John Goodenough, Ned A. Godshall et.al og Koichi Misushima, i separate forsøg, skabte og perfektionerede Lithiumkoboltdiokseneller LiCoO2. Dette batteri banede vejen for nye genopladelige batterier, der blev grundlaget for udviklingen af Lithium-Ion-batteriet i 1985, da Akira Yoshino samlede et prototypebatteri, der brugte både lithiumioner og lithiumkobolt som batteriets elektroder.

i 1991 begyndte japanske virksomheder Asahi Kasei og Sony at masseproducere lithium-ion-batteriet og anvende det på mange af deres elektroniske produkter, hvor flere forskere og ingeniører perfektionerede teknologien gennem 90 ‘ erne og frem til i dag. I 2019 blev forskerne Stanley, Akira Yoshino og John Goodenough Co-tildelt Nobelprisen for kemi, specifikt for deres arbejde med udvikling af Li-Ion-batterier.

Li-Ion Batterisammensætning

Li-Ion-batterier findes i forskellige typer, men de består generelt af følgende komponenter:

• katode eller den positive elektrode: kilde til lithiumioner, der bestemmer batteriets kapacitet og spænding
• Anode eller den negative elektrode: sektion, der lagrer og frigiver ioner gennem en ekstern elektrode, og som indeholder en enhed
• elektrolyt: medium, der transporterer ioner mellem katoden og anoden
• separator: Barriere, der forhindrer katoden og anoden i at komme i kontakt med hinanden

disse hovedkomponenter skal være til stede i et Li-Ion-batteri for at fungere korrekt.

bærbare strømforsyninger

som nævnt ovenfor leverer genopladelige li-ion-batterier bærbar elektricitet, der driver elektroniske gadgets. Li-ion batterier er lette og kan gøres mindre end andre batterityper, hvilket gør dem nemme at bære rundt.

uafbrudt strømforsyning (UPS)

li-ion-batterier giver nødbackup-strøm i tilfælde af strømtab eller udsving. Kontorudstyr som computere såvel som IT-servere skal fortsætte med at køre i tilfælde af strømafbrydelse for at forhindre datatab. Back-up magt er også nødvendig i den medicinske eller sundhedspleje industrien til at garantere konsekvent strømforsyning til livreddende medicinsk udstyr.

elektriske køretøjer

bilindustrien stiller et krav om li-ion-batteripakker til at levere strømkilde til elektriske, hybrid-eller plug-in hybrid-elektriske køretøjer. Da Li-ion-batteri kan lagre store mængder energi og kan genoplades mange gange, tilbyder de bedre opladningskapacitet og længere levetid.

Marine køretøjer

Li-ion-batterier fortsætter med at dukke op som et alternativ til bensin-og blysyrebatterier i kraftarbejde eller slæbebåde og fritidsbåde som speedbåde og lystbåde. Li-ion-batterier giver stille og effektiv strømkilde og kan også bruges til at levere elektricitet til apparater inde i båden eller yachten, mens den er på dock.

personlig mobilitet

Lithium-ion-batterier bruges i kørestole, cykler, scootere og andre mobilitetshjælpemidler til personer med handicap eller mobilitetsbegrænsninger. I modsætning til cadmium-og blybatterier indeholder lithium-ion-batterier ingen kemikalier, der kan forårsage yderligere skade på en persons helbred.

opbevaring af solenergi

Li-ion-batterier bruges også til opbevaring af solenergi i solpaneler, da de hurtigt kan oplades. De er lettere, mere kompakte og kan rumme større mængder energi sammenlignet med blybatterier.

ovenstående applikationer er blot nogle få af de mange anvendelser af lithium-ion-batterier. Da lithium-ion-batterier er kompakte, bærbare og udstyret med hurtig opladning og stor lagerkapacitet, forbliver efterspørgslen efter lithium-ion-batterier eller kan endda stige i fremtiden.

sikkerheds-og miljøfarer ved Li-Ion-batteriet

På trods af dets udbredte anvendelse og energieffektive opbevaring er Li-Ion-batteriet ikke perfekt; det kan være en sikkerhedsrisiko, hvis det produceres, bruges og opbevares forkert. Fordi batteriet indeholder brandfarlige elektrolytter, har Li-Ion-batterier en tendens til at blive under tryk til eksploderingspunktet, hvis de opretholder strukturelle skader. Når Li-Ion-batterier oplades for hurtigt, kan de også risikere at kortslutte og forårsage en eksplosion.

på grund af dette og på grund af dets udbredte anvendelse i de fleste kommercielle produkter er sikkerhedsstandarderne og sikkerhedstesten af Li-Ion-batterier meget strengere end andre typer batterier. De brændbare elektrolytter, der findes i Li-Ion-batterier, betyder, at forkert produktion kan føre til ofte katastrofale resultater.

Li-Ion-batterier er også modtagelige for skader, når de oplades ud over deres spændingsgrænser. Normalt har et Li-Ion-batteri et spændingsområde på mellem 2,5 og 3,65 volt (eller op til 4,35 V afhængigt af cellens sammensætning). Overskridelse af denne spænding på grund af forkert opladning kan føre til en for tidlig ældning af batteriets celler, hvilket i bedste fald betyder, at batteriet lagrer energi mindre effektivt eller i værste fald får de reaktive komponenter i cellerne til at eksplodere.

Når Li-Ion-batterier opbevares for længe, kan de også nedbrydes for tidligt, hvilket betyder, at de ikke kan nå sit normale spændingsområde, når de endelig bruges. Dette udgør en risiko, fordi det løber chancerne for at blive overopladet på trods af at brugeren følger pakkeinstruktioner til opladning.

selvom Li-Ion-batterier bruger ‘mindre giftige’ metaller som jern, nikkel, kobber og kobolt (og er kategoriseret som sådan), kan deres produktion og bortskaffelsesmetode stadig udgøre en væsentlig fare for miljøet.

mens de metalliske komponenter i Li-Ion-batterier er genanvendelige og endda er sikre til både forbrænding og på lossepladser, er det en langvarig og dyr proces at genbruge dem til genbrug og reproduktion i andre produkter, hvilket igen fører producenterne til at give afkald på genbrug og i stedet bare mine nye komponenter.

indtil store forbedringer er banebrydende i produktionen af Li-Ion-batterier, vil de altid udgøre en trussel mod miljøet: det tager 67 megajoule energi at skabe et enkelt kilo Li-Ion.

fremtiden for Li-Ion-batteriet

selvom Li-Ion-batteriet nu er mere end 50 år gammelt, forbedres det stadig konstant: forskere skubber kontinuerligt grænserne og grænserne for den nuværende Li-Ion-teknologi ved at eksperimentere med nye måder at kombinere elektrolytter, anoder og katoder for at skabe et batteri, der er mere energieffektiv, mere omkostningseffektiv og meget sikrere end dens nuværende form.

fra at bruge relativt billigere (men sikrere) materialer som silicium og Vanadiumoksider til at skabe ‘nanostrukturer’ i cellerne for at skabe mere overfladeareal, tænker forskere på nye måder at forbedre de nuværende Li-Ion-batterier energikapacitet og sikkerhedsforanstaltninger.