Baterie Li-ion
Conținut
Bateria litiu-ion sau bateria litiu-ion este un tip de baterie cu litiu
Tehnologii emergente pentru mobilitatea electronică
Telefoane inteligente, camere de bord, drone, scule electrice, motociclete electrice, scutere... bateriile cu litiu sunt omniprezente în viața noastră de zi cu zi și au revoluționat multe utilizări. Dar ce aduc ele de fapt și mai pot evolua?
Poveste
În anii 1970, bateria litiu-ion a fost introdusă de Stanley Whittingham. Lucrarea celui din urmă va fi continuată de John B. Goodenough și Akiro Yoshino în 1986. Abia în 1991 Sony a lansat prima baterie de acest gen pe piață și a început o revoluție tehnologică. În 2019, trei co-inventatori au primit Premiul Nobel pentru Chimie.
Cum funcționează?
O baterie litiu-ion este de fapt un pachet de mai multe celule litiu-ion care stochează și returnează energie electrică. O baterie se bazează pe trei componente principale: un electrod pozitiv, numit catod, un electrod negativ, numit anod și un electrolit, o soluție conductivă.
Când bateria este descărcată, anodul emite electroni prin electrolit către catod, care la rândul său schimbă ioni pozitivi. Mișcarea se modifică în timpul încărcării.
Prin urmare, principiul de funcționare rămâne același ca și pentru bateria „plumb”, cu excepția faptului că aici plumbul și oxidul de plumb al electrozilor sunt înlocuite cu un catod de oxid de cobalt, care include puțin crin și un anod de grafit. La fel, acidul sulfuric sau baia de apă lasă loc unui electrolit de săruri de litiu.
Electrolitul folosit astăzi este în formă lichidă, dar cercetările se îndreaptă către un electrolit solid, mai sigur și mai durabil.
Avantaje
De ce bateria litiu-ion i-a înlocuit pe toți ceilalți în ultimii 20 de ani?
Răspunsul este simplu. Această baterie oferă o densitate excelentă a energiei și, prin urmare, oferă aceeași performanță pentru reducerea greutății în comparație cu plumbul, nichelul...
Aceste baterii au, de asemenea, auto-descărcare relativ scăzută (maximum 10% pe lună), fără întreținere și nu au efect de memorie.
În cele din urmă, dacă sunt mai scumpe decât tehnologiile mai vechi de baterii, sunt mai ieftine decât polimerul de litiu (Li-Po) și rămân mai eficiente decât fosfatul de litiu (LiFePO4).
Limitări
Cu toate acestea, bateriile litiu-ion nu sunt ideale și, în special, au mai multe daune celulare dacă sunt complet descărcate. Prin urmare, pentru ca acestea să nu-și piardă prea repede proprietățile, este mai bine să le încărcați fără a aștepta ca acestea să devină plate.
În primul rând, bateria poate prezenta riscuri serioase de siguranță. Când bateria este supraîncărcată sau scade sub -5 ° C, litiul se solidifică prin dendrite de la fiecare electrod. Când anodul și catodul sunt conectați prin dendrite, bateria poate lua foc și poate exploda. Au fost semnalate multe cazuri cu Nokia, Fujitsu-Siemens sau Samsung, exploziile au avut loc și la aeronave, așa că astăzi este interzisă transportul unei baterii litiu-ion în cală, iar îmbarcarea în cabină este adesea limitată din punct de vedere al puterii (interzisă mai sus 160 Wh și cu permisiunea de la 100 la 160 Wh).
Astfel, pentru a combate acest fenomen, producătorii au implementat sisteme electronice de control (BMS) capabile să măsoare temperatura bateriei, să regleze tensiunea și să acționeze ca întreruptoare în cazul unei anomalii. Electrolitul solid sau gelul polimeric sunt, de asemenea, perspective explorate pentru a evita problema.
De asemenea, pentru a evita supraîncălzirea, încărcarea bateriei este încetinită în ultimele 20%, astfel încât timpii de încărcare sunt adesea anunțați doar la 80%...
Cu toate acestea, o baterie litiu-ion extrem de practică pentru utilizarea de zi cu zi are un impact profund asupra mediului, mai întâi prin extragerea litiului, care necesită o cantitate astronomică de apă proaspătă, iar apoi reciclarea acestuia la sfârșitul duratei de viață. Cu toate acestea, reciclarea sau reutilizarea crește de la an la an.
Care este viitorul ionului de litiu?
Pe măsură ce cercetarea se îndreaptă din ce în ce mai mult către tehnologii alternative care sunt mai puțin poluante, mai durabile, mai ieftine de fabricat sau mai sigure, și-a atins potențialul bateria litiu-ion?
Bateria litiu-ion, care funcționează la scară industrială de trei decenii, nu a avut ultimul cuvânt, iar evoluțiile continuă să îmbunătățească densitatea energiei, viteza de încărcare sau siguranța. Am văzut asta de-a lungul anilor, mai ales în domeniul vehiculelor cu două roți motorizate, unde scuterul nu exista decât acum vreo cincizeci de kilometri cu 5 ani, unele motociclete depășesc acum 200 de terminale de gamă.
Promisiunile unei revoluții sunt și legiuni precum electrodul de carbon Nawa, bateria pliabilă Jenax, temperatura de funcționare de 105 ° C în NGK ...
Din păcate, cercetarea se confruntă adesea cu realitatea dură a rentabilității și imperativelor industriale. În așteptarea dezvoltării unei tehnologii alternative, în special a anticipatului litiu-aer, litiu-ionul are încă un viitor strălucit în față, mai ales în lumea vehiculelor electrice cu două roți, unde reducerea greutății și a amprentei la sol sunt criterii importante.
