litiumjon-eller Li-Ion-batterier är en typ av uppladdningsbart batteri som används i många applikationer, men oftast inom elektronikindustrin. Li-Ion-batterier ger bärbar El, Driver elektroniska prylar som mobiltelefoner, bärbara datorer och surfplattor. Li-Ion-batterier används också för att leverera energi till medicinsk utrustning, elfordon och elverktyg.

litium är den primära källan för Li-Ion batteripaket eftersom det är stabilare och säkrare vid laddning och urladdning av energi jämfört med andra mineraler.

bortsett från elektronikindustrin är litium ett basmineral inom gruvdrift, tillverkning, energilagring och många andra. På grund av dess många branschanvändningar kan vikten av litiumjonbatterier inte överdrivas: det är ganska möjligt en av de mest avgörande utvecklingen i den moderna världen, utan vilken det 21: a århundradet inte skulle ha varit möjligt.

litiumjon: En kort historia

litiumjonbatteriet har sin början på 1970-talet, när den brittiska kemisten M. Stanley Whittingham föreslog att skapa en energilagringsenhet med litiumceller. De första litiumbatterierna använde litium och Titan(IV) sulfidmetaller som, medan de var operativa, var opraktiska på grund av Titan(IV) suflides dyra produktionskostnader (titansulfidmetaller kostar cirka 1 000 dollar tillbaka på 70-talet), för att inte tala om dess giftiga biprodukter när de utsätts för vätesulfidföreningar.

under större delen av 70-och 80-talet var olika forskare och ingenjörer pionjärer och perfekterade litiumbatteriet. 1979, forskare John Goodenough, Ned A. Godshall et.al., och Koichi Mizushima, i separata försök, skapade och perfekterade Litiumkoboltdioxiden, eller LiCoO2. Detta batteri banade väg för nya uppladdningsbara batterier som blev grunden för utvecklingen av litiumjonbatteriet 1985, då Akira Yoshino monterade ett prototypbatteri som använde både litiumjoner och litium koboltdioxid som batteriets elektroder.1991 började japanska företag Asahi Kasei och Sony massproducera litiumjonbatteriet och tillämpa det på många av sina elektroniska produkter, med fler forskare och ingenjörer som perfekterade tekniken under 90-talet och fram till idag. År 2019 tilldelades forskarna Stanley Whittingham, Akira Yoshino och John Goodenough Nobelpriset för kemi, speciellt för deras arbete med att utveckla Li-Ion-batterier.

Li-Ion Batterikomposition

Li-Ion batterier finns i olika typer, men de består vanligtvis av följande komponenter:

• katod eller den positiva elektroden: källa till litiumjoner som bestämmer batteriernas kapacitet och spänning
• anod eller den negativa elektroden: avsnitt som lagrar och frigör joner genom en extern enhet
• elektrolyt: medium som transporterar joner mellan katoden och anoden
• separator: Barriär som förhindrar att katoden och anoden kommer i kontakt med varandra

dessa huvudkomponenter måste vara närvarande i ett Li-Ion-batteri för att fungera korrekt.

bärbara kraftpaket

som nämnts ovan tillhandahåller uppladdningsbara li-ion-batterier bärbar el som driver elektronikgränssnitt. Li-ion-batterier är lätta och kan göras mindre än andra batterityper vilket gör dem praktiska att bära med sig.

oavbruten strömförsörjning (UPS)

Li-ion-batterier ger nödbackup vid strömförlust eller fluktuation. Kontorsutrustning som datorer, såväl som IT-servrar, måste fortsätta köra vid strömavbrott för att förhindra dataförlust. Reservkraft behövs också inom medicinsk eller hälsovårdsindustrin för att garantera konsekvent strömförsörjning till livräddande medicinsk utrustning.

elfordon

bilindustrin ställer en efterfrågan på li-ion batteripaket för att tillhandahålla strömkälla för elektriska, hybrid-eller plug-in hybrid elfordon. Eftersom li-ion-batteriet kan lagra stora mängder energi och kan laddas många gånger, erbjuder de bättre laddningskapacitet och längre livslängd.

marina fordon

Li-ion-batterier fortsätter att dyka upp som ett alternativ till bensin-och blybatterier för att driva arbets-eller bogserbåtar och fritidsbåtar som fartbåtar och yachter. Li-ion-batterier ger tyst och effektiv strömkälla och kan också användas för att ge el till apparater inuti båten eller båten medan den är på bryggan.

personlig rörlighet

litiumjonbatterier används i rullstolar, cyklar, skotrar och andra mobilitetshjälpmedel för personer med funktionshinder eller rörelsebegränsningar. Till skillnad från kadmium-och blybatterier innehåller litiumjonbatterier inga kemikalier som kan orsaka ytterligare skada på människors hälsa.

solenergi Lagring

Li-ion batterier används också för lagring av solenergi i solpaneler eftersom de kan laddas snabbt. De är lättare, mer kompakta och kan hålla högre mängder energi jämfört med blybatterier.

ovanstående applikationer är bara några av de många användningarna av litiumjonbatterier. Eftersom litiumjonbatterier är kompakta, bärbara och utrustade med snabbladdning och stor lagringskapacitet förblir efterfrågan på litiumjonbatterier eller kan till och med öka i framtiden.

säkerhets-och miljörisker för Li-Ion-batteriet

trots sin utbredda användning och energieffektiva lagring är Li-Ion-batteriet inte perfekt; det kan vara en säkerhetsrisk om det produceras, används och lagras felaktigt. Eftersom batteriet innehåller brandfarliga elektrolyter har Li-Ion-batterier en tendens att bli trycksatta till explosionspunkten om de skulle upprätthålla någon strukturell skada. När de laddas för snabbt kan Li-Ion-batterier också riskera kortslutning och orsaka explosion.

på grund av detta och på grund av dess utbredda användning i de flesta kommersiella produkter är säkerhetsstandarderna och säkerhetstestningen av Li-Ion-batterier mycket strängare än andra typer av batterier. De brandfarliga elektrolyterna som finns i Li-Ion-batterier innebär att felaktig produktion kan leda till ofta katastrofala resultat.

Li-Ion-batterier är också känsliga för skador när de laddas utöver sina spänningsgränser. Normalt har ett Li-Ion-batteri ett spänningsområde mellan 2,5 och 3,65 volt (eller upp till 4,35 V beroende på cellens sammansättning). Överskridande av denna spänning på grund av felaktig laddning kan leda till en för tidig åldrande av batteriets celler, vilket i bästa fall innebär att batteriet lagrar energi mindre effektivt eller i värsta fall får de reaktiva komponenterna i cellerna att explodera.

När det lagras för länge kan Li-Ion-batterier också försämras för tidigt, vilket innebär att det inte kommer att kunna nå sitt normala spänningsområde när det äntligen används. Detta utgör en risk eftersom det löper risken att bli överladdad trots att användaren följer paketinstruktioner för laddning.

Även om Li-Ion-batterier använder ”mindre giftiga” metaller som järn, nickel, koppar och kobolt (och kategoriseras som sådana), kan deras produktion och bortskaffningsmetod fortfarande utgöra en väsentlig fara för miljön.

medan metallkomponenterna i Li-Ion-batterier är återvinningsbara och till och med säkra för både förbränning och deponier, är det en lång och dyr process att återanvända dem för återanvändning och reproduktion i andra produkter, vilket i sin tur leder tillverkare att avstå från återvinning och istället bara bryta nya komponenter.

tills stora förbättringar är banbrytande i produktionen av Li-Ion-batterier, kommer de alltid att utgöra ett hot mot miljön: det tar 67 megajoule energi för att skapa ett enda kilo Li-Ion.

framtiden för Li-Ion-batteriet

även om det nu är mer än 50 år gammalt förbättras Li-Ion-batteriet ständigt: forskare pressar kontinuerligt gränserna och gränserna för nuvarande Li-Ion-teknik genom att experimentera med nya sätt att kombinera elektrolyter, anoder och katoder för att skapa ett batteri som är mer energieffektivt, mer kostnadseffektivt och mycket säkrare än dess nuvarande form.från att använda relativt billigare (men säkrare) material som kisel och Vanadinoxider till att skapa nanostrukturer inom cellerna för att skapa mer yta, tänker forskare på nya sätt att förbättra nuvarande Li-Ion-batterier energikapacitet och säkerhetsåtgärder.