Mis on liitiumaku?

Liitiumakud on levinud tarbeelektroonikas, nagu mobiiltelefonid ja sülearvutid, samuti akud, mis toidavad juhtmeta tööriistu ja elektrisõidukeid. Nende eeliste hulka kuuluvad suur energiatihedus ja pikk eluiga võrreldes leelispatareidega, samuti on nad üldiselt ohutumad.

Nendel patareidel on nii positiivsed kui ka negatiivsed voolukollektorid, elektrolüütlahus ja separaator. Nende energiasalvestusprotsess hõlmab liitiumioonide interkaleerimist elektrooniliselt juhtivatesse tahkesse ainetesse liitiumioonide pöörduva interkaleerimise teel elektrooniliselt juhtivatesse materjalidesse.

Liitium-ioonakud on akutüüp, mis on laetav aku.

Liitiumioonakud on laetavad akud, mis kasutavad energia salvestamiseks liitiumioone ja on muutunud üheks kõige laialdasemalt kasutatavaks tüübiks. Liitiumioonakusid leidub tõenäoliselt kodumasinates, nagu äratuskellad, taskulambid, pardlid ja juhtmeta telefonid; ka sülearvutid ja nutitelefonid kasutavad neid. Nende tohutu populaarsus tuleneb nende suurest energiatihedusest, mis võimaldab väiksematesse ruumidesse mahutada rohkem energiat kui traditsioonilised patareid - ja on võimaldanud liitiumioonakud muutuda palju kompaktsemaks ja kaasaskantavamaks kui nende traditsioonilised kolleegid.

Need akud sisaldavad kahte elektroodi, mille vahel on elektrolüüt. Tühjenemisel vabastab negatiivne elektrood elektronid positiivsele elektroodile ja need elektronid kogutakse välise vooluahela abil kokku, et koguda energiat, enne kui need salvestatakse akus keemilise energiana, mida nimetatakse interkalatsiooniks või deinterkalatsiooniks.

Laadimisel toimub vastupidine protsess: elektronid ühelt elektroodilt kanduvad positiivse maaühenduse kaudu negatiivsele elektroodile, tekitades ioone, mis liiguvad läbi elektrolüütikanalite välismaailma, kus neid saab koguda kollektoritega, enne kui nad positiivse elektroodi abil uuesti laetakse. See protsess kordub iga kord, kui toimuvad laadimis- ja tühjendustsüklid.

Liitiumioonakud pakuvad teiste akude ees mitmeid eeliseid, sealhulgas madalamaid kulusid, suuremat energiatihedust ja pikemat kasutusiga. Lisaks on liitiumioonakud pliiakudest ohutumad ja keskkonnasõbralikumad, kuid siiski on nendega seotud tulekahjuoht, kuna nad võivad kergesti lühisesse sattuda, ning ka oht, et aku võib üle kuumeneda ja lõpuks lõhkeda.

Neid patareisid on eri vormides, mis sobivad erinevatele seadmetele. Tavalised näited liitiumpatareide kohta on AAA, AA, C või D silindrilised suurused, aga ka kohandatud kuju, mida kasutavad mõned digikaamerad ja sülearvutid. Lisaks sellele leidub liitiumpatareisid ka väikestes kodumasinates, laste mänguasjades, e-sigarettides ja need võivad isegi aidata elektriautosid käivitada! Kuigi liitiumpatareisid võib mõnikord olla raske teist tüüpi patareidest eristada, aitab neid tavaliselt hõlpsasti tuvastada see, et neile on kuskile trükitud sõna "liitium".

Neil on suur energiatihedus

Liitiumpatareidel on energiatihedus, mis võimaldab neil salvestada energiat mahu või massi kohta, mistõttu on nad väiksemad, kergemad ja võimelised andma rohkem energiat kui nende traditsioonilised leeliselised analoogid. Tänu pikemale elueale on nad populaarsed nii sülearvutites, mobiiltelefonides, hübriidautodes kui ka elektriautodes.

Energiatihedus mõõdab akus salvestatud elektrienergia hulka ja seda väljendatakse vatt-tundides kilogrammi kohta (Wh/kg). Seda ei tohiks segi ajada võimsustihedusega, mis mõõdab, kui palju energiat saab anda aja jooksul; võimsustihedus on asjakohasem, kui tegemist on seadmetega, mis vajavad hetkelist energiat, näiteks valgustid või seadmed, mis nõuavad kohest energiatarneid.

Liitiumpatareide energiatihedus sõltub nii katood- kui ka anoodelektroodide, elektrolüüdi ja muude abikomponentide jaoks valitud materjalist. Anoodid peaksid koosnema mittemetallidest, näiteks süsinikust, mis suudavad liitiumiga keemiliselt suhelda, samas kui katoodid peaksid koosnema metallidest, mis on võimelised liitiumioone vastu võtma tühjenemis- ja laadimisprotsesside ajal. See tagab, et liitiumioonid voolavad elektroodide vahel erineva kiirusega laadimis- ja tühjendustsüklite ajal.

Kui aku tühjeneb, liiguvad negatiivsed liitiumioonid anoodilt katoodile elektrolüütvedeliku kaudu ja ühinevad katoodmaterjalidega sisemise redutseerumise poolreaktsiooni käigus, vabastades elektrone, mis täidavad välise vooluahela ja teevad tööd.

Liitiummetall on anoodina kasutamiseks liiga reaktiivne, kuid seda saab interkaleerida mittemetalsesse katoodmaterjali, et moodustada nn interkalatsioonielektroodi. Liitiumi suure reaktiivsuse tõttu tuleb anoodi- ja katoodimaterjalid eraldada tahke polümeerelektrolüüdi abil, et vältida liitiumioonide kokkupuudet veega, mis laguneks elemendi pinge all ja põhjustaks sisemiselt lühiseid.

Liitium-ioonakud pakuvad suurt energiatihedust, mis muudab nad mitmekülgseks kasutamiseks ja ohutumaks kui leeliselised akud, mis võivad liigse laadimise korral tekitada liigset kuumust või süttida. Lisaks sellele kestavad liitiumioonakud neli korda kauem.

Neid saab kiiresti laadida

Liitiumakud pakuvad suuremat energiatihedust kui leelispatareid ja laadivad kiiremini, mistõttu on need ideaalsed elektriliste tööriistade, kantavate kantavate seadmete, hübriid- ja elektriautode jne jaoks. Nende pikaealisus sõltub siiski mitmest tegurist, sealhulgas temperatuurist ja laadimisviisist - selleks, et liitiumakust maksimaalset kasu saada, on väga oluline kasutada kvaliteetset laadijat ja järgida rangelt selle juhiseid; samuti aitab toatemperatuuril laadimine vältida aku sisu enneaegset vananemist.

Liitiumioonakud koosnevad ühest või mitmest elemendist, mis on varustatud anoodi, katoodi, separaatori ja elektrolüüdiga; need elemendid toimivad koos, et salvestada vastavalt positiivseid ja negatiivseid liitiumioone. Kui akut läbib väline elektrivool, liiguvad liitiumioonid anoodilt katoodile elektrolüüdi kaudu ja tekitavad elektroodide vahel elektrilise potentsiaalierinevuse, mis annab toidet saavatele seadmetele energiat.

Aku eluiga sõltub paljudest muutujatest, näiteks temperatuurist ja kasutusviisidest. Olulist rolli mängivad ka tsüklite arv ja sisetakistus, kuid need on vähem olulised. Kuigi paljud seadmetootjad soovitavad patareid pärast teatud arvu tsüklite (teaduskeeles nimetatakse tsüklite arvu) vahetamist, võib see lähenemisviis olla erinev (täpsemalt vt BU-501: Põhitõed tühjendamise kohta). Seetõttu on parem hinnata jõudlust mahutavuse järgi kui tervise näitajat.

Õige aku laadimine nõuab nii konstantset voolu (CC) kui ka konstantset pinget (CV). CC-laadimine viib aku kuni selle sihtpinge piirini iga elemendi kohta; kui see on saavutatud, vähendab CV-laadimine järk-järgult voolu, et vältida ülelaadimist, mis võib lühendada aku kasutusiga ja lühendada selle eluiga. Laadimine võib toimuda kas vahelduvvooluadapteri või spetsiaalse akulaadija abil; optimaalsete tulemuste saavutamiseks kasutage viimast, et vältida anoodi ja katoodi enneaegset vananemist.

Nad on ohutud

Liitiumpatareid koosnevad anoodist ja katoodist, mis on eraldatud elektrolüütkihiga ja ühendatud elektroodide vahel voolavate elektronidega, kui need on sisse lülitatud. Kui see protsess toimub, voolavad elektronid mööda elektroodide vahelist teed, tekitades elektrivoolu ja kuumutades anoodi; samal ajal vabanevad katoodist liitiumioonid, mis liiguvad tagasi selle poole. Energiatihedus sõltub nii kasutatud liitiumi kogusest kui ka elemendi pingest; näiteks 3,5 Ah laadimistasemega aku sisaldab 41,7 kJ liitiumi grammi kohta, mis ületab bensiinis sisalduvat energiataset!

Liitiumpatareid võivad olla väga tundlikud kõrge temperatuuri suhtes. Seetõttu on väga oluline, et kasutajad järgiksid toote juhiseid, väldiksid füüsilist väärkohtlemist ja kontrolliksid regulaarselt aku laetuse seisukorda. Lisaks sellele, kasutades spetsiaalselt nende liitium-ioonaku tüübile kohandatud laadija, saab kontrollida, kui palju laengut siseneb, ja vältida ülelaadimist, mis võib põhjustada termilist läbikukkumist.

Liitiumioonakude hoidmine hästi ventileeritud ruumides on veel üks oluline ohutusmeede, mis aitab vältida nende ülekuumenemist ja tulekahjude tekkimist, mis võivad kiiresti levida üle kogu ettevõtte, hoone ja ümbritseva keskkonna - muutudes ohtlikult kontrollimatuks ja ohtlikuks kõigile asjaosalistele.

Kui liitiumpatarei tulekahju süttib, on väga oluline, et jääksite rahulikuks ja tegutseksite kiiresti. Kui põleng on piisavalt väike, proovige kustutada kuiva pulberkustutiga või veega. Suuremate tulekahjude korral on aga vaja koheselt evakueerida ja helistada hädaabinumbrile - kuid kummalgi juhul püüdke mitte paanikasse sattuda!

Liitium-ioonakudega seotud plahvatus on äärmiselt ohtlik ja sellisena tuleb seda käsitleda. Pöörake tähelepanu sellistele hoiatusmärkidele nagu paisumine, kummalised sumisevad või plaksuvad helid, liigne kuumus või ebatavaline lõhn; kui sellised sümptomid ilmnevad, eemaldage aku kohe kasutusest ja asetage see kuumana võimalikult kiiresti mittejuhtivale pinnale, eemal põlevate materjalide lähedusest. Kui aku muutub puudutamisel kuumaks, siis on tõenäoliselt tekkinud sisemine kahjustus, mis võib põhjustada aku aktiveerimisel plahvatuse.

Kui te reisite liitiumioonakudega, on väga oluline, et te mõistaksite lennutranspordi eeskirju. Kui kahtlete, mida tuleb teha, võtke nõu ja abi saamiseks ühendust kas oma lennufirma või ohtlike kaupade esindajatega.