baterie litowo-jonowe lub litowo-jonowe to rodzaj akumulatora, który jest używany w wielu aplikacjach, ale najczęściej w przemyśle elektronicznym. Akumulatory litowo-jonowe zapewniają przenośną energię elektryczną, zasilając elektroniczne gadżety, takie jak telefony komórkowe, laptopy i Tablety. Akumulatory litowo-jonowe są również wykorzystywane do dostarczania energii do sprzętu medycznego, pojazdów elektrycznych i elektronarzędzi.

Lit jest głównym źródłem akumulatorów litowo-jonowych, ponieważ jest bardziej stabilny i bezpieczniejszy w ładowaniu i rozładowywaniu energii w porównaniu z innymi minerałami.

oprócz przemysłu elektronicznego lit jest podstawowym minerałem w górnictwie, produkcji, magazynowaniu energii i wielu innych. Ze względu na liczne zastosowania w przemyśle nie można przecenić znaczenia baterii litowo-jonowych: jest to całkiem możliwe, jeden z najważniejszych wydarzeń we współczesnym świecie, bez którego XXI wiek nie byłby możliwy.

: Krótka historia

Akumulator Litowo-jonowy ma swoje początki w latach 70-tych, kiedy Brytyjski chemik M. Stanley Whittingham zaproponował stworzenie urządzenia do magazynowania energii wykorzystującego ogniwa litowe. Pierwsze baterie litowe wykorzystywały metale siarczkowe litu i tytanu(IV), które, choć funkcjonalne, były niepraktyczne z powodu kosztownych kosztów produkcji tytanu(IV) suflide (metale siarczkowe tytanu kosztowały około 1000 dolarów w latach 70.), nie wspominając o jego toksycznych produktach ubocznych po wystawieniu na działanie związków siarkowodoru.

przez większość lat 70.i 80. różni naukowcy i inżynierowie byli pionierami i udoskonalali baterię litową. W 1979 roku naukowcy John Goodenough, Ned A. Godshall et.al, i Koichi Mizushima, w oddzielnych próbach, stworzył i udoskonalił dwutlenek kobaltu litu, czyli LiCoO2. Ta bateria utorowała drogę do nowych akumulatorów, które stały się podstawą do rozwoju akumulatora litowo-jonowego w 1985 roku, kiedy Akira Yoshino zmontował prototyp baterii, która wykorzystywała zarówno jony litu, jak i dwutlenek litowo-kobaltu jako elektrody akumulatora.

w 1991 roku japońskie firmy Asahi Kasei i Sony rozpoczęły masową produkcję baterii litowo-jonowych i stosowanie ich w wielu swoich produktach elektronicznych, a więcej naukowców i inżynierów doskonali tę technologię w latach 90.i do dziś. W 2019 roku naukowcy Stanley Whittingham, Akira Yoshino i John Goodenough otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, szczególnie za pracę nad rozwojem akumulatorów litowo-jonowych.

skład Baterii Litowo-jonowych

akumulatory litowo-jonowe występują w różnych typach, ale zazwyczaj składają się z następujących elementów:

• katoda lub elektroda dodatnia: źródło jonów litu, które określa pojemność baterii i napięcie
• anoda lub elektroda ujemna: sekcja, która przechowuje i uwalnia jony przez jednostka zewnętrzna
• elektrolit: medium, które transportuje jony między katodą a anodą
• separator: Bariera, która zapobiega styczności katody i anody ze sobą

te główne elementy muszą być obecne w akumulatorze litowo-jonowym, aby działać prawidłowo.

Przenośne Zasilacze

jak wspomniano powyżej, akumulatory litowo-jonowe zapewniają przenośną energię elektryczną, która zasila gadżety elektroniczne. Baterie litowo-jonowe są lekkie i mogą być mniejsze niż inne typy baterii, co sprawia, że są wygodne do przenoszenia.

nieprzerwane zasilanie (UPS)

akumulatory litowo-jonowe zapewniają awaryjne zasilanie awaryjne w przypadku utraty zasilania lub wahań. Sprzęt Biurowy, taki jak komputery, a także serwery IT, muszą działać w przypadku przerwy w zasilaniu, aby zapobiec utracie danych. Zasilanie awaryjne jest również potrzebne w branży medycznej lub opieki zdrowotnej, aby zagwarantować Stałe zasilanie ratującego życie sprzętu medycznego.

pojazdy elektryczne

przemysł motoryzacyjny stwarza zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe do zasilania pojazdów elektrycznych, hybrydowych lub hybrydowych. Ponieważ akumulator litowo-jonowy może przechowywać duże ilości energii i może być wielokrotnie ładowany, oferuje lepszą pojemność ładowania i dłuższą żywotność.

Pojazdy Morskie

akumulatory litowo-jonowe nadal pojawiają się jako alternatywa dla akumulatorów benzynowych i kwasowo-ołowiowych w zasilaniu łodzi roboczych lub holowników i łodzi rekreacyjnych, takich jak łodzie motorowe i jachty. Akumulatory litowo-jonowe zapewniają ciche i wydajne źródło zasilania, a także mogą być używane do dostarczania energii elektrycznej do urządzeń wewnątrz łodzi lub jachtu, gdy jest on w doku.

mobilność osobista

akumulatory litowo-jonowe są stosowane w wózkach inwalidzkich, rowerach, skuterach i innych urządzeniach ułatwiających poruszanie się dla osób niepełnosprawnych lub z ograniczeniami ruchowymi. W przeciwieństwie do akumulatorów kadmowych i ołowiowych, akumulatory litowo-jonowe nie zawierają substancji chemicznych, które mogą powodować dalsze szkody dla zdrowia człowieka.

magazynowanie energii słonecznej

akumulatory litowo-jonowe są również używane do magazynowania energii słonecznej w panelach słonecznych, ponieważ można je szybko ładować. Są lżejsze, bardziej kompaktowe i mogą pomieścić większe ilości energii w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

powyższe aplikacje to tylko kilka z wielu zastosowań baterii litowo-jonowych. Ponieważ baterie litowo-jonowe są kompaktowe, przenośne i wyposażone w szybkie ładowanie i dużą pojemność, zapotrzebowanie na baterie litowo-jonowe pozostaje lub może nawet wzrosnąć w przyszłości.

zagrożenia dla bezpieczeństwa i środowiska akumulatora Li-Ion

pomimo powszechnego stosowania i energooszczędnego przechowywania, Bateria Litowo-jonowa nie jest idealna; może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa, jeśli zostanie wyprodukowana, użyta i przechowywana w niewłaściwy sposób. Ponieważ bateria zawiera łatwopalne elektrolity, akumulatory litowo-jonowe mają tendencję do zwiększania ciśnienia do momentu wybuchu, jeśli ulegną uszkodzeniu strukturalnemu. Zbyt szybkie ładowanie akumulatorów litowo-jonowych może również wiązać się z ryzykiem zwarcia i wybuchu.

z tego powodu i ze względu na szerokie zastosowanie w większości produktów komercyjnych, standardy bezpieczeństwa i testy bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych są znacznie bardziej rygorystyczne niż inne typy akumulatorów. Łatwopalne elektrolity obecne w akumulatorach litowo-jonowych oznaczają, że niewłaściwa produkcja może prowadzić do często katastrofalnych rezultatów.

akumulatory litowo-jonowe są również podatne na uszkodzenia po naładowaniu poza granice napięcia. Zwykle akumulator litowo-jonowy ma zakres napięcia od 2,5 do 3,65 V (lub do 4,35 V w zależności od składu ogniwa). Przekroczenie tego napięcia z powodu niewłaściwego ładowania może prowadzić do przedwczesnego starzenia się ogniw akumulatora, co w najlepszym przypadku oznacza, że akumulator mniej efektywnie magazynuje energię, a w najgorszym, powoduje wybuch reaktywnych komponentów w ogniwach.

gdy są przechowywane zbyt długo, akumulatory litowo-jonowe mogą również przedwcześnie ulec degradacji, co oznacza, że nie będą w stanie osiągnąć normalnego zakresu napięcia, gdy zostaną ostatecznie użyte. Stwarza to ryzyko, ponieważ ma szanse na przeładowanie, mimo że użytkownik postępuje zgodnie z instrukcjami dotyczącymi ładowania pakietu.

chociaż akumulatory litowo-jonowe wykorzystują „mniej toksyczne” metale, takie jak żelazo, nikiel, miedź i kobalt (i są klasyfikowane jako takie), ich produkcja i sposób usuwania mogą nadal stanowić poważne zagrożenie dla środowiska.

podczas gdy metalowe elementy akumulatorów litowo-jonowych nadają się do recyklingu, a nawet są bezpieczne zarówno do spalania, jak i na składowiskach, ponowne wykorzystanie ich i reprodukcja w innych produktach jest długotrwałym i kosztownym procesem, który z kolei prowadzi producentów do rezygnacji z recyklingu i zamiast tego do wydobycia nowych komponentów.

dopóki nie zostaną wprowadzone ogromne ulepszenia w produkcji akumulatorów litowo-jonowych, zawsze będą one stanowić zagrożenie dla środowiska: potrzeba 67 megadżuli energii, aby stworzyć jeden kilogram Li-Ion.

przyszłość akumulatora litowo-jonowego

chociaż obecnie ma ponad 50 lat, Akumulator Litowo-jonowy wciąż się ulepsza: naukowcy nieustannie przesuwają granice obecnej technologii litowo-jonowej, eksperymentując z nowymi sposobami łączenia elektrolitów, anod i katod w celu utworzenia akumulatora litowo-jonowego jest to bardziej energooszczędne, bardziej opłacalne i znacznie bezpieczniejsze niż w obecnej formie.

od stosowania stosunkowo tańszych (ale bezpieczniejszych) materiałów, takich jak tlenki krzemu i wanadu, po tworzenie „nanostruktur” w komórkach w celu stworzenia większej powierzchni, naukowcy zastanawiają się nad nowymi sposobami poprawy obecnej pojemności energetycznej akumulatorów litowo-jonowych i środków bezpieczeństwa.