Liitiumpatareide keskkonnaalased eelised

Liitiumpatareisid leidub paljudes seadmetes, alates sülearvutitest ja digitaalkaameratest kuni elektriautode ja mänguasjadeni. Kahjuks kujutavad liitiumakud endast mitmeid ohutusriske, sealhulgas ülekuumenemine või plahvatamine ja tohutu kuumuse teke, mis võib põhjustada kustutamatut tulekahju.

Liitiumakud pakuvad suurt energiatihedust ja vastupidavust võrreldes plii- või niklipõhiste analoogidega, kuna nende keemiline koostis võimaldab suuremat energiatihedust tsükli kohta ja pikemat kasutusiga. Liitiumaku komponentide hulka kuuluvad anood- ja katoodelektroodid, separaator ja elektrolüütlahus.

Liitium-ioonakud on ohutud

Liitiumioonakud toidavad mitmesuguseid seadmeid alates pihuelektroonikast ja elektrisõidukitest kuni koduste energiasalvestussüsteemide ja koduste energiajaotusvõrkudeni. Kahjuks võivad liitium-ioonakud olla ohtlikud, kui neid kahjustatakse või kasutatakse valesti - liitium-ioonakude põhjustatud tulekahjud levivad sageli kiiresti läheduses asuvate mööbliesemete kaudu, enne kui neid saab kustutada vee või traditsiooniliste tulekustutitega; seega peaksid liitiumakusid alati käsitsema ainult koolitatud töötajad, kes mõistavad nende võimeid korralikult.

Liitium-ioonaku tulekahju võib olla põhjustatud ülekuumenemisest, liigsest soojuse tekkimisest või füüsilisest kahjustusest, mis on tekkinud ebaõigel laadimisel, ladustamisel või transportimisel. Tänu suurele energiatihedusele on need akud eriti tulekahju- ja plahvatusohtlikud.

Kuna liitiumioonakud lähenevad jätkuvalt oma teoreetilise energiatiheduse piirile, töötavad tootjad tootmismeetodite täiustamise ja ohutuse suurendamise kallal. See hõlmab uute testide rakendamist, mis võimaldavad varakult tuvastada probleeme - näiteks naeltestid, mis võivad põhjustada aku sisemise struktuuri purunemise ja plahvatuse.

Liitiumioonakud, mis kuumenevad üle, võivad ülekuumeneda ja plahvatada, tekitades äärmiselt hävitava tulekahju, mis võib kiiresti levida naaberelementidele aku sees, tekitades plahvatuste ahelreaktsiooni, mis võib omakorda hävitada teisi akusid. Lisaks tekitab liitiumioonakude tulekahju mürgiseid aurusid, mida on raske kustutada, kui need on kord süttinud.

Suurepärane viis liitiumioonakude tulekahjude vältimiseks on tootjate seadmete või akude kasutamisel rangelt järgida tootja juhiseid, kasutada heakskiidetud laadimisseadmeid ja hoida akusid eemal põlevate materjalide läheduses. Hoidke ka silm peal UL-märgiga toodete järele, mis näitab, et ohutustesti on läbitud ja vastab riiklikele standarditele; ja lõpuks kõrvaldage kõik patareid või akutoitega seadmed nõuetekohaselt - mitte prügikasti või ringlusse koos majapidamisjäätmetega!

Hoidke tähelepanelikult silma peal liitium-ioonakude rikke hoiatusmärke, näiteks neid akusid kasutavate seadmete paisumist, lekkimist või gaasi eraldumist - näiteks paisumist, lekkimist ja gaasi eraldumist - ning lõpetage nende ilmnemisel kohe oma seadme kasutamine ja järgige oma kodust tulekahju kustutamise plaani. Peale selle, kui seadmeid enam ei kasutata, tuleb need alati ringlusse võtta, sest nende mürgised ained võivad prügilate kaudu sattuda keskkonda.

Nad on keskkonnasõbralikud

Liitium-ioonakud on olnud üks tänapäeva ajaloo suurimaid tehnoloogilisi saavutusi, mis toidab kaasaskantavat tarbeelektroonikat, näiteks sülearvuteid, mobiiltelefone, elektriautosid ja elektrienergia salvestamise lahendusi. Kuid liitiumioonakud on avaldanud ka märkimisväärset mõju keskkonnale, kui neid ei ole kõrvaldamisel vastutustundlikult käideldud. Paljud kasutuselt kõrvaldatud liitium-ioonakud satuvad prügilatesse, kus nende mürgised kemikaalid võivad lekkida ja reostada pinnast ja veevarusid. liitium-ioonakud võivad teadaolevalt süttida, põhjustades suuri prügilapõlenguid, mis põlevad aastaid ning saastavad nii õhku kui ka pinnast raskemetallidega, näiteks nikli ja koobalti sisaldusega. Õnneks saab neid aga ka ringlusse võtta ja taaskasutada, pakkudes keskkonnasõbralikku alternatiivi fossiilsetele kütustele.

Liitiumpatareide suurim keskkonnamõju tuleneb nende toorainetest. Enamik liitiumist saadakse Lõuna-Ameerikas asuvatest soolasooladest, kus kaevandusettevõtted kasutavad selle kaevandamiseks tohutul hulgal vett, ammendades looduslikke maa-aluseid joogiveevarusid kohalikele kogukondadele, kellel on raskusi puhta joogivee kättesaamisega. Lisaks sellele on paljud kaevandamise käigus kasutatavad kemikaalid ohtlikud nii inimeste tervisele kui ka keskkonnale.

Kobalt, mis on üks enamiku kaasaegsete liitiumioonakude põhielemente, võib avaldada kahjulikku mõju keskkonnale, kuna seda kaevandatakse Kesk-Aafrikas sõja ja konflikti tõttu räsitud piirkondades; lisaks sellele on koobaltikaevandamistoimingud seotud arvukate inimõiguste rikkumistega.

Seoses kasvava nõudlusega liitiumioonakude järele kaevandatakse maast igal aastal üha rohkem koobaltit ja niklit. On püütud leida alternatiivseid materjale, mis sobivad liitiumioonakude jaoks; räni nanodraatanoodid on üks selline elujõuline võimalus, millel on väiksem keskkonnamõju kui traditsioonilisel katoodimaterjalil.

liitium-ioonakud pakuvad fossiilkütustega võrreldes märkimisväärseid keskkonnaalaseid eeliseid. Nad mitte ainult ei vähenda kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja aitavad vähendada meie sõltuvust ebatõhusatest söetehastest, vaid nad võivad ka mängida olulist rolli päikesepaneelide kasutuselevõtu suurendamisel, salvestades päikeseenergiat öiseks kasutamiseks.

Nad on kerged

Liitiumakud on eri kujuga ja suurusega, et vastata erinevatele rakendustele, samuti on neid võimalik kohandada energiatõhususe, kulude ja ohutuse seisukohast. Taaslaetavaid liitiumakusid on ohutu transportida, kui laadimise/laadimise ajal rakendatakse nõuetekohaseid ettevaatusabinõusid; nad on kerged ja suure energiatihedusega. Nad on ka keskkonnasõbralikud ja vajavad vähe hooldust.

Varajased laetavad liitiumakud ehitati liitiummetallist, kuid ohutusprobleemid takistasid selle laialdast kasutuselevõttu. Seejärel pöördusid teadusuuringud selle asemel mittemetalliliste liitiumioonide poole, mida tööstusharu spetsialistid peavad ohutumaks. Liitiumioonakud pakuvad nikkelkaadmiumakudega võrreldes paremat energiatihedust ja jõudlust, laadides samal ajal kiiresti ja pika elueaga.

Li-ioonakud sisaldavad kolme põhielementi: anoodi, katoodi ja elektrolüüdi. Iga anood ja katood salvestavad liitiumioone, samal ajal kui elektrolüüt transpordib positiivselt laetud liitiumioone aku ühelt küljelt teisele läbi separaatori; kui need liitiumioonid liiguvad anoodide vahel läbi separaatori, tekitavad nad vabu elektrone, mis liiguvad läbi negatiivse voolukollektori, mis on ühendatud välise seadmega.

Liitiumioonakud sisaldavad elektrolüüdi, mis koosneb orgaanilistes lahustites, nagu dimetüülkarbonaat, dietoksüetaan ja dioksülaan, lahustatud liitiumsooladest, et vältida metallilise liitiumi katlakivi tekkimist ja minimeerida aku lagunemist. Li-ioonaku elektrolüütidel on kõrge keemistemperatuur, madal viskoossus ja suurepärane termiline stabiilsus, mis võimaldavad kõrgeid elektrijuhtivuskiirusi ja kiirustehnoloogilisi võimeid. Suurema ohutuse tagamiseks ja kergemate akude valmistamiseks võib lisada ka tahke polümeerelektrolüüdi. Cho et al. kasutasid polüakrüülnitriili (PAN). Nad kombineerisid elektrospunitud PAN nanokiudude ja sulfoonitud SEBSi täiustatud mikropoorseks lausmembraaniks, millel on parem ioonjuhtivus ja suuremad säilitamisvõimsused kui puhtal PANil.

Liitium-ioonakud pakuvad tänu oma suurele spetsiifilisele energiasisaldusele ja energiatihedusele lühikesi võimsusi ja pikemat sõiduraadiust elektrisõidukite, kaasaskantava elektroonika ja taastuvenergia võrgu jaoks, mis muudab need praktiliseks alternatiiviks naftapõhistele kütuseelementidele või põlevkütustele. Kahjuks võivad liitiumioonakud aja jooksul vananemisega kaasneda võimsuse vähenemine.

Nad on tõhusad

Liitium-ioonakud pakuvad rohkem energiat pakendi kohta kui pliiakud, olles samas kergemad, mistõttu sobivad nad rakendustesse, kus ruumi on vähe. Lisaks sellele on liitiumakud palju ohutumad kui nende liitium-koobaltoksiidist analoogid, mis võivad põhjustada termilist läbikukkumist. Lisaks sellele on liitiumakud ka odavamad, pakkudes samasugust energiatoodangut poole odavamalt.

Need akud on varustatud mittevesipõhiste elektrolüütidega, et kaitsta nende aktiivseid materjale vee eest, mis reageerib liitiumiga, moodustades mürgist liitiumhüdroksiidi ja vesinikgaasi, mis võib takistada termilist läbikukkumist. Selline lähenemisviis piirab siiski laadimis- ja tühjendamisvõimalusi ning laadimis- ja tühjendamisvõimsust; tavaliselt kasutatakse nende ohutuse tagamiseks orgaanilisi karbonaate, nagu etüleen/propüleenkarbonaat, sest anoodiks kasutatav süsinikumaterjal on sageli grafiit, millel on madal liitumisvõime, kuid kõrge liitiumi eemaldamise pinge, mis piirab difusiooni süsinikumaterjalidesse, mistõttu need akud on üldiselt vähem tõhusad.

Liitiumioonelemendid salvestavad liitiumioone elektroodidesse interkalatsiooniprotsessi teel. Tühjenemisel vabastavad positiivsed elektroodid (katoodid) liitiumioone negatiivsetele elektroodidele (anoodid), kust neid saab seejärel laadimise ajal eraldada; nende pöörduv mahtuvus sõltub nii nende redoks-omadustest kui ka kasutatud aktiivsete materjalide keemilisest stabiilsusest.

Raku sees toimuvad redoksreaktsioonid vajavad välise vooluahela kaudu saadavat energiat, mis muundatakse akus elektrokeemiliste protsesside kaudu keemiliseks energiaks, mis seejärel salvestatakse akus keemilise laenguna.

Liitium-ioonakud on madala enesepuhastuse määraga, mis tähendab, et nad säilitavad oma laetuse kauem kui muud tüüpi akud ja on seega ideaalne lahendus varutoitesüsteemide ja raadioamatööride jaoks. Jahedates kohtades säilitades võivad liitiumioonakud hoida oma laetust isegi aastaid!

Li-ioonakud võivad tunduda keskkonnasõbralikud, kuid nende tekitatud kasvuhoonegaaside heitkogused on suuremad kui muude akutehnoloogiate puhul. See tuleneb peamiselt sellest, et nende tootmisel kasutatakse fossiilkütuseid elektrienergia tootmiseks, kuid anoodipasta, elektroodisubstraadid ja elektrolüüt moodustavad vaid 44% aku massist, mistõttu nende mõju kasvuhoonegaaside heitkogustele ei ole väga suur.