Fordele ved litiumbatterier

Litiumbatterier er blevet vigtige komponenter i mobil elektronik, e-mobilitet og energilagring i elnettet og har mange fordele i forhold til andre batterityper.

Litium-ion-batterier har katoder af litiumkoboltoxid eller litiumjernfosfat som katoder og en anode af grafit som anoder, adskilt af en separator af porøst materiale, der er designet til at lade litiumioner passere og samtidig forhindre direkte kontakt mellem elektroderne.

Høj energitæthed

Litiumbatterier har en af de højeste energitætheder blandt batterityper (målt i Watt-timer pr. kg), hvilket betyder, at de kan lagre mere strøm end andre batterityper. Deres opfindelse og kommercialisering er blevet fejret som en af de største bedrifter i menneskets historie; de muliggjorde bærbar forbrugerelektronik (såsom digitale kameraer, bærbare computere og mobiltelefoner) samt elbiler (e-mobilitetsrevolutionen). De er endda blevet brugt til energilagring på nettet og i militæret og rumfarten.

Litiumbatterier opnår deres imponerende energitæthed takket være interkalering; i denne proces indlejres litiumioner fysisk mellem lag af 2D-kulstofgitter via interkalering. Det giver mulighed for reversible opladnings- og afladningsreaktioner, uden at kapaciteten eller levetiden forringes.

Forskere, der ønsker at øge energitætheden i litiumbatterier, skal optimere anodematerialerne, katodematerialerne og elektrolytten, samtidig med at batteriets størrelse mindskes. Men desværre er det ikke nogen enkel opgave at øge energitætheden og samtidig forbedre cyklisk ydeevne og termisk stabilitet.

Energitæthed giver bærbare elektroniske enheder lange driftstider, samtidig med at systemomkostningerne sænkes. En mindre batteripakke kan bruge mindre stål og andre konstruktionsmaterialer, kabler og ledninger og kølesystemer end dens større modstykke.

Selv om litiumbatteriers energitæthed uden tvivl er afgørende, skal den ikke forveksles med effekttæthed, som måler deres evne til at levere korte energiudbrud. Batteriets kemi og struktur spiller den største rolle i bestemmelsen af effekttætheden - snarere end dets specifikke energiudbytte.

Nikkel-kobolt-mangan-lithiumbatterier (NCM) har en imponerende energitæthed, men deres lave termiske stabilitet og begrænsede belastningsevne begrænser deres egnethed til mobile anvendelser. En undtagelse fra denne regel er litiumjernfosfatbatterier, der bruges i e-scootere og lignende små motoriserede køretøjer for at opnå ekstremt høj energitæthed med høj belastningskapacitet; de findes ofte i scootere og lignende små køretøjer med motorer. Desværre er sådanne batterikemier uegnede til anvendelser, hvor enheder skilles ad eller knuses, da der vil ske en nedbrydning, som kan føre til brand eller eksplosion.

Lang levetid

Litiumbatterier er en integreret komponent i mange af de elektroniske enheder, vi er afhængige af i dag, med lange levetider, der ofte varer mere end et årti under ideelle forhold. Fra bærbare solenergianlæg og elektriske køretøjer til små powerbanks og bærbare solenergianlæg giver litiumbatterier pålidelig ydeevne til vores mest vitale værktøjer og tilbehør. Litiumbatterier skal dog plejes korrekt for at forlænge deres levetid betydeligt; brug af korrekte opladningsmønstre, undgåelse af dybe afladninger og forsigtighedsforanstaltninger under opbevaring vil alt sammen bidrage til at forlænge deres levetid betydeligt.

Et vigtigt skridt til at øge lithiumbatteriers levetid er at forstå antallet af opladnings- og afladningscyklusser. Mens nogle batteriproducenter henviser til deres batteriers udløbsdatoer baseret på antal cyklusser, kan det være misvisende, da specifikke batterier måske aldrig når dette slutpunkt på grund af eksterne faktorer. Tænk i stedet på et batteris livscyklus i forhold til, hvor mange opladnings- og afladningscyklusser det kan udføre, før dets ydeevne begynder at falde.

Et eksempel er et batteri, der regelmæssigt aflades dybt (DOD) for at bringe kapaciteten ned på 80%, og som typisk kun vil overleve 500 op- og afladningscyklusser, før dets ydeevne begynder at blive mærkbart forringet. Hvis du derimod holder dine batterier sunde ved kun at aflade dem til 70% eller 80%, før du genoplader dem, vil du forlænge deres levetid betydeligt ud over 500 cyklusser.

Temperaturen kan også spille en vigtig rolle for batteriets levetid, da den fremskynder den interne modstand og tabet af kapacitet over tid. Derfor skal litiumbatterier opbevares ved en ideel temperatur for at minimere ekstreme varme- eller kuldeforhold, der kan true deres levetid.

Selvom litiumbatterier ikke kræver samme pleje som blybatterier, skal de stadig oplades til omkring 80% ladetilstand (SoC) hver sjette til tolvte måned for at få optimal ydeevne. Det sikrer øjeblikkelig brug og forhindrer opbygning af intern modstand, som ellers kan føre til for tidlig nedbrydning af cellerne. For at få optimale vedligeholdelsesmetoder skal du kigge efter opladere, der automatisk opretholder en konstant spænding, mens de automatisk supplerer deres opladningstilstand efter behov.

Høj genopladelighed

Litiumbatterier bruger en særlig separator til at lade litiumioner bevæge sig frem og tilbage mellem katoden og anoden, hvilket aktiverer frie elektroner ved anoden og skaber elektrisk strøm, der driver enheder som bærbare computere eller mobiltelefoner. Litiumbatterier kan genoplades mange gange uden at miste kapacitet eller blive forringet.

Litiumbatteriers lave selvafladningshastighed og deres unikke kemiske sammensætning gør dette muligt sammen med deres høje energitæthed, som gør, at de kan holde på mere opladning i længere tid end andre batterikemier - hvilket gør litium til et fremragende valg til at drive bærbar elektronik, elektriske køretøjer og elværktøj.

Litiumbatteriernes kemiske sammensætning gør dem sikrere og enklere at håndtere i modsætning til blybatterier, som frigiver skadelige gasser under opladning eller afladning og producerer ætsende brint- eller iltemissioner, hvilket gør dem sikrere at opbevare på steder med begrænset plads.

Der findes forskellige litiumbatterier på markedet, men litiumjernfosfat (LiFePO4) skiller sig ud som en populær løsning på grund af sin overlegne termiske stabilitet, høje strømstyrke, lange cykluslevetid og tolerance over for misbrug. LiFePO4-batterier bruges ofte i applikationer til vedvarende energi, da de giver optimal energitæthed med hensyn til omkostninger pr. cyklus og sikkerhedshensyn.

Litiumbatterier har lav indre modstand, hvilket gør dem til det perfekte valg til enheder med høj strømstyrke som hybrid- og elbiler. Desuden genoplades litiumbatterier hurtigt, hvilket forlænger deres levetid og øger levetiden for disse enheder.

Litiumbatterier kan opbevares i op til et år ved stuetemperatur uden skadelige virkninger, men hvis de opbevares for længe eller ved ekstreme temperaturer, kan det resultere i, at de går til grunde før tid.

Litiumbatterier og elektroniske enheder, der indeholder dem, bør aldrig smides ud sammen med husholdningsaffaldet eller genbrugsspanden, da det udgør en brandfare. I stedet skal disse genstande genbruges korrekt for at beskytte miljøet og samtidig mindske risikoen for affalds-, genbrugs- og skrotvirksomheder.

Lav selvafladning

Litiumbatterier er blevet en uundværlig strømkilde i vores hverdagsenheder, fra bærbare computere og mobiltelefoner til elbiler og industrielle anvendelser. Litiumbatterier er kendt for deres høje energitæthed, lange levetid, genopladelighed og lave selvafladningshastighed - vigtige egenskaber for langtidsopbevaring af batterier, der gør det muligt for batterier at bevare fuld kapacitet over måneder og år uden at oplade eller aflade flere gange.

Selv om litiumbatterier har mange fordele, er der mange, der ikke forstår, at de skal vedligeholdes omhyggeligt for at give maksimal ydelse og levetid. Desværre bliver mange litiumbatterier ikke udnyttet fuldt ud på grund af dårlig brug og opbevaring - men der er nogle skridt, du kan tage for at maksimere værdien af din investering i batterier.

Selvafladning af litiumbatterier er uundgåelig på grund af sidereaktioner mellem positive og negative elektrodematerialer og elektrolytter, der producerer uopløselige produkter, som reducerer de tilgængelige litiumioner og forårsager uoprettelig forringelse af ydeevne og kapacitet.

Ud over negative sidereaktioner kan andre faktorer også påvirke litiumbatteriers ydeevne og kapacitet negativt, herunder produktionsproces, opbevaringsforhold og batteridesign. Grater på polstykker på grund af problemer i produktionsmiljøet eller urenheder, der tilføres gennem produktionsmiljøet, kan forårsage interne kortslutninger, der øger selvafladningshastigheden.

Aldring af litiumbatterier er en anden faktor. Denne proces begynder under fremstillingen, når de oplades og opbevares i længere perioder, hvor anodematerialer interagerer med elektrolytter for at danne passiveringslag, der øger impedansen og mindsker cyklisk kapacitet. Desuden kan langvarig opbevaring resultere i dannelse af metallisk litium på en anode, hvilket skaber alvorlige sikkerhedsproblemer i krævende miljøer.