Co je lithiová baterie?

Lithiové baterie se běžně používají ve spotřební elektronice, jako jsou mobilní telefony a přenosné počítače, a také v akumulátorovém nářadí a elektrických vozidlech. Mezi jejich výhody patří vysoká energetická hustota a dlouhá životnost ve srovnání s alkalickými bateriemi a také celková bezpečnost.

Tyto baterie mají kladný i záporný sběrač proudu, roztok elektrolytu a separátor. Jejich proces ukládání energie zahrnuje interkalaci iontů lithia do elektronicky vodivých pevných látek prostřednictvím reverzibilní interkalace iontů lithia do elektronicky vodivých materiálů.

Lithium-iontové baterie jsou typem dobíjecích baterií.

Lithium-iontové baterie jsou dobíjecí baterie, které k ukládání energie využívají ionty lithia a které se staly jedním z nejrozšířenějších typů baterií. S lithium-iontovými bateriemi se pravděpodobně setkáte v domácích spotřebičích, jako jsou budíky, svítilny, holicí strojky a bezdrátové telefony; využívají je také přenosné počítače a chytré telefony. Jejich obrovská popularita pramení z jejich vysoké hustoty energie, která umožňuje vměstnat více energie do menšího prostoru než u tradičních baterií - díky tomu se lithium-iontové baterie staly mnohem kompaktnějšími a přenosnějšími než jejich tradiční protějšky.

Tyto baterie obsahují dvě elektrody, mezi nimiž je elektrolyt. Při vybíjení uvolňuje záporná elektroda elektrony na kladnou elektrodu a tyto elektrony jsou shromažďovány externím obvodem pro sběr energie, než jsou uloženy jako chemická energie v baterii prostřednictvím procesů známých jako interkalace nebo deinterkalace.

Při nabíjení dochází k opačnému procesu: elektrony z jedné elektrody přecházejí na zápornou elektrodu prostřednictvím spojení kladná-zemní, čímž vznikají ionty, které se přesouvají elektrolytickými kanály do vnějšího světa, kde je mohou shromažďovat kolektory, než se znovu nabije kladná elektroda. Tento proces se opakuje při každém cyklu nabíjení/vybíjení.

Lithium-iontové baterie mají oproti jiným chemickým bateriím mnoho výhod, včetně nižších nákladů, vyšší hustoty energie a delší životnosti. Kromě toho jsou lithium-iontové baterie bezpečnější než olověné a šetrnější k životnímu prostředí - přesto stále představují riziko požáru kvůli snadnému zkratu a také riziko tepelného vybití, které by mohlo způsobit přehřátí baterie a její následné prasknutí.

Tyto baterie se dodávají v různých formách pro různá zařízení. Mezi běžné příklady lithiových baterií patří válcové velikosti AAA, AA, C nebo D a také přizpůsobené tvary používané v některých digitálních fotoaparátech a noteboocích. Kromě toho se lithiové baterie nacházejí také v malých spotřebičích, dětských hračkách, elektronických cigaretách a mohou dokonce pomáhat pohánět elektromobily! Ačkoli lithiové baterie lze někdy těžko rozpoznat od jiných typů baterií, obvykle je na nich někde vytištěno slovo "lithium", což pomáhá jejich snadné identifikaci.

Mají vysokou energetickou hustotu

Lithiové baterie se vyznačují hustotou energie, která jim umožňuje uchovávat energii na objem nebo hmotnost, takže jsou menší, lehčí a mohou poskytovat více energie než jejich tradiční alkalické protějšky. Díky delší životnosti jsou také oblíbené mezi notebooky, mobilními telefony, hybridními automobily i elektromobily.

Hustota energie udává množství elektrické energie uložené v baterii a vyjadřuje se ve watthodinách na kilogram (Wh/kg). Neměla by být zaměňována s hustotou výkonu, která měří, kolik energie lze dodat v průběhu času; hustota výkonu je důležitější, pokud se jedná o zařízení, která vyžadují okamžitou energii, jako jsou světla nebo spotřebiče, které vyžadují okamžitou dodávku energie.

Energetická hustota lithiových baterií závisí na zvoleném materiálu katodové i anodové elektrody, elektrolytu a dalších pomocných komponentách. Anody by měly být tvořeny nekovy, jako je uhlík, které mohou chemicky interagovat s lithiem, zatímco katody by měly být tvořeny kovy schopnými přijímat ionty lithia během procesů vybíjení/nabíjení. Tím je zajištěno, že ionty lithia proudí mezi elektrodami různou rychlostí během nabíjecích/vybíjecích cyklů.

Při vybíjení baterie se záporné ionty lithia přesouvají z anody do katody prostřednictvím elektrolytu a spojují se s katodovými materiály ve vnitřní redukční poloreakci, přičemž se uvolňují elektrony, které dokončují vnější obvod a vykonávají práci.

Kovové lithium je příliš reaktivní pro použití jako anoda, ale lze ho interkalovat do nekovových katodových materiálů a vytvořit tak tzv. interkalační elektrodu. Vzhledem k vysoké reaktivitě lithia musí být anodové a katodové materiály odděleny pomocí pevného polymerního elektrolytu, aby se zabránilo působení iontů lithia na vodu, která by se při napětí v článku rozkládala a způsobovala vnitřní zkraty.

Lithium-iontové baterie mají vysokou hustotu energie, takže mají všestranné využití a jsou bezpečnější než alkalické baterie, které mohou při přebíjení vytvářet nadměrné teplo nebo se vznítit. Lithium-iontové baterie navíc vydrží čtyřikrát déle.

Lze je rychle dobíjet

Lithiové baterie mají vyšší hustotu energie než alkalické baterie a rychleji se dobíjejí, takže jsou ideální pro elektrické nářadí, přenosná nositelná zařízení, hybridní a elektrická vozidla atd. Jejich životnost však závisí na více faktorech, včetně teploty a způsobu nabíjení - abyste z lithiové baterie získali maximální hodnotu, je nezbytné používat kvalitní nabíječku a důsledně dodržovat její pokyny; rovněž nabíjení při pokojové teplotě pomáhá zabránit předčasnému stárnutí jejího obsahu.

Lithium-iontové baterie se skládají z jednoho nebo více článků vybavených anodou, katodou, separátorem a elektrolytem; tyto prvky společně ukládají kladné a záporné ionty lithia. Když baterií prochází vnější elektrický proud, ionty lithia se přesouvají elektrolytem z anody do katody a vytvářejí mezi elektrodami rozdíl elektrických potenciálů, který napájí napájená zařízení.

Životnost baterie závisí na mnoha proměnných, například na teplotě a způsobu používání. Počet cyklů a vnitřní odpor hrají také důležitou roli, ale jsou méně rozhodující. Mnozí výrobci zařízení doporučují výměnu baterií po určitém počtu cyklů (ve vědeckém jazyce známém jako počet cyklů), tento přístup se však může lišit do hloubky (podrobnější informace naleznete v části BU-501: Základy o vybíjení). Proto je lepší posuzovat výkon podle kapacity jako ukazatele stavu.

Správné nabíjení baterie vyžaduje jak konstantní proud (CC), tak konstantní napětí (CV). Nabíjení CC přivádí baterii k cílovému limitu napětí na článek; po dosažení tohoto limitu nabíjení CV postupně snižuje proud, aby se zabránilo přebíjení, které by mohlo zkrátit životnost baterie a zkrátit její životnost. Nabíjení lze provádět buď pomocí síťového adaptéru, nebo speciální nabíječky baterií; pro optimální výsledky použijte druhou jmenovanou nabíječku, abyste zabránili předčasnému stárnutí anody a katody.

Jsou bezpečné

Lithiové baterie se skládají z anody a katody oddělených vrstvou elektrolytu, které jsou při zapnutí propojeny elektrony proudícími mezi elektrodami. Při tomto procesu proudí elektrony po své dráze mezi elektrodami a vytvářejí elektrický proud a zahřívají anodu; katoda zároveň uvolňuje ionty lithia, které se k ní vracejí. Hustota energie závisí jak na množství použitého lithia, tak na napětí článku; například baterie s úrovní nabití 3,5 Ah obsahuje 41,7 kJ na gram lithia, což převyšuje hodnotu obsaženou v benzínu!

Lithiové baterie mohou být extrémně citlivé na vysoké teploty. Proto je důležité, aby uživatelé dodržovali pokyny k výrobku, vyhýbali se fyzickému zneužívání a pravidelně kontrolovali stav nabití baterie. Kromě toho budou používat nabíječku speciálně přizpůsobenou pro svůj typ lithium-iontové baterie, která bude kontrolovat, kolik náboje do ní vstupuje, a zabrání přebíjení, které může vést k tepelnému vybití.

Dalším zásadním bezpečnostním opatřením je uchovávat lithium-iontové baterie v dobře větraných prostorách, aby nedošlo k jejich přehřátí a vzniku požáru, který se může rychle rozšířit po celém podniku, budově i okolním prostředí a stát se nebezpečným a nekontrolovatelným pro všechny zúčastněné.

Jakmile dojde ke vznícení lithiové baterie, je nutné zachovat klid a rychle jednat. Pokud je požár dostatečně malý, zkuste ho uhasit suchými práškovými hasicími přístroji nebo vodou. Větší požáry však vyžadují okamžitou evakuaci a volání na tísňovou linku - v obou případech se však snažte nepanikařit!

Výbuch lithium-iontových baterií je mimořádně nebezpečný a je třeba k němu tak přistupovat. Věnujte pozornost výstražným příznakům, jako je otok, podivné syčení nebo praskání, nadměrné teplo nebo neobvyklý zápach; pokud se takové příznaky objeví, okamžitě baterii vyjměte z provozu a v případě, že je horká, ji co nejdříve umístěte na nevodivý povrch mimo hořlavé materiály. Pokud je baterie horká na dotek, pravděpodobně došlo k jejímu vnitřnímu poškození, které by mohlo mít za následek její explozi při aktivaci.

Pokud cestujete s lithium-iontovými bateriemi, je nezbytné, abyste znali pravidla pro leteckou přepravu. Pokud máte pochybnosti o tom, co je třeba udělat, obraťte se na leteckou společnost nebo na zástupce pro přepravu nebezpečného zboží, kteří vám poradí a pomohou.