Litiumioniakkuteknologia tarjoaa kehittyneen ladattavan virtal\u00e4hteen, jota k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n erilaisissa elektronisissa laitteissa. T\u00e4ss\u00e4 akussa hy\u00f6dynnet\u00e4\u00e4n litiumionien palautuvaa interkalaatiota hiilen negatiivisiin elektrodeihin s\u00e4hk\u00f6kemiallisissa reaktioissa ei-vesipitoisten orgaanisten nestem\u00e4isten elektrolyyttiliuosten kanssa.<\/p>\n
N\u00e4m\u00e4 paristot sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4t orgaanisia liuottimia, jotka tekev\u00e4t niist\u00e4 eritt\u00e4in helposti syttyvi\u00e4. Siksi on viisasta s\u00e4ilytt\u00e4\u00e4 niit\u00e4 kaukana metalliesineist\u00e4, jotta v\u00e4ltet\u00e4\u00e4n tulipalon vaaraa aiheuttavat oikosulut. Tulipaloja voi synty\u00e4 my\u00f6s ylilatauksesta tai n\u00e4iden akkujen kennojen fyysisest\u00e4 vahingoittumisesta.<\/p>\n
Litiumakkujen suuri energiatiheys tekee niist\u00e4 korvaamattoman arvokkaan virtal\u00e4hteen kannettaville elektroniikkalaitteille, kuten matkapuhelimille, kelloille, tableteille, tietokoneille, s\u00e4hk\u00f6autoille, lennokeille ja ilmailu- ja avaruuslaitteille. Energiatiheys mahdollistaa suurten s\u00e4hk\u00f6m\u00e4\u00e4rien toimittamisen pieneen tilavuuteen s\u00e4ilytt\u00e4en samalla kevyen painon; energiatiheyden mittaaminen mittaa, kuinka monta wattituntia (wh) akku voi varastoida painoonsa n\u00e4hden; energiatiheys eroaa tehotiheydest\u00e4, joka mittaa, kuinka monta wattia akku voi tuottaa tunnissa tai minuutissa. On kuitenkin huomattava, ett\u00e4 molemmat mittarit on otettava vakavasti, jotta akun suorituskyky\u00e4 voidaan arvioida asianmukaisesti!<\/p>\n
Litiumioniakut ovat s\u00e4hk\u00f6kemiallisia kennoja, joissa on kaksi kiinte\u00e4\u00e4 elektrodia, jotka sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4t litiumatomeista koostuvia yhdisteit\u00e4; yleens\u00e4 negatiivinen elektrodi on grafiittia ja positiivinen elektrodi piit\u00e4. Pii voi lis\u00e4t\u00e4 kapasiteettia, kun taas positiivisena elektrodina voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 interkalaatioyhdistett\u00e4, kuten LiCoO2:ta, LiFePO4:\u00e4\u00e4 tai litiumnikkeli-mangaani-kobolttioksidia. Kunkin akkukennon v\u00e4liss\u00e4 on ei-vesipitoinen nestem\u00e4inen elektrolyytti, kuten orgaaninen liuotin, kuten etyleenikarbonaatti tai propyleenikarbonaatti, johon on dispergoitu litiumionien komplekseja.<\/p>\n
Lataus tapahtuu siirt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 litiumioneja negatiiviselta elektrodilta positiiviselle elektrodille ja vapauttamalla elektroneja, jotka kulkevat ulkoista johtoa pitkin ty\u00f6t\u00e4 varten. Sit\u00e4 vastoin purkautuessaan ionit palaavat anodilta katodille ja vapauttavat elektroneja, jotka kulkeutuvat takaisin anodille, jossa ne vet\u00e4v\u00e4t varauksen takaisin ulos elektrolyytin kautta luoden virran, joka antaa virtaa laitteillemme.<\/p>\n
Energiantarpeen kasvaessa akkujen on tarjottava enemm\u00e4n tehoa pienemm\u00e4ss\u00e4 ja kevyemm\u00e4ss\u00e4 paketissa. T\u00e4m\u00e4n tavoitteen saavuttaminen edellytt\u00e4\u00e4 uusia s\u00e4hk\u00f6kemiallisia j\u00e4rjestelmi\u00e4, joiden energiatiheys on huomattavasti suurempi kuin nykyisin saatavilla olevien - n\u00e4iss\u00e4 korkean energiatiheyden akuissa on tasapainotettava energiantuotanto ja energiank\u00e4ytt\u00f6, syklin kestoik\u00e4 ja turvallisuusn\u00e4k\u00f6kohdat.<\/p>\n
Ladattavat litiumparistot, joissa on insertion-tyyppiset katodit ja piipohjaiset anodit, ovat her\u00e4tt\u00e4neet valtavaa kiinnostusta niiden erinomaisen energiatiheyden vuoksi. Verrattuna nykyisiin litiumioniakkuihin, joissa on interkalaatiotyyppiset katodit ja grafiittianodit, n\u00e4m\u00e4 uudet teknologiat tarjoavat huomattavasti enemm\u00e4n tehoa paljon ohuemmissa ja kevyemmiss\u00e4 kennoissa, mik\u00e4 luo toivoa hiilett\u00f6m\u00e4st\u00e4 liikkuvuudesta ja uusiutuvista energial\u00e4hteist\u00e4 l\u00e4hitulevaisuudessa.<\/p>\n
Lataus tapahtuu, kun ulkoiset s\u00e4hk\u00f6energial\u00e4hteet sy\u00f6tt\u00e4v\u00e4t akkuun ylij\u00e4nnitteen (joka on suurempi kuin itse kennossa oleva j\u00e4nnite), jolloin elektronit pakotetaan positiiviselta elektrodilta elektrolyytinesteen l\u00e4pi negatiiviselle elektrodille, jolloin litiumionit pakotetaan joko huokoisiin grafiittianodeihin tai niist\u00e4 ulos interkalaatio- tai deinterkalaatioprosessien kautta ja luodaan akun sis\u00e4\u00e4n potentiaalienergiaksi varastoitunutta kemiallista energiaa.<\/p>\n
Reaktioiden ja kuljetusten nopeus on olennainen osa akun kapasiteettia ja j\u00e4nnitett\u00e4. J\u00e4nnitteen kasvaessa my\u00f6s akun energiantuotto kasvaa; kapasiteetti kasvaa my\u00f6s kunkin k\u00e4ytetyn katodimateriaalin tyypin mukaan, samoin kuin muut seikat, kuten coulombinen tehokkuus, absorptio-\/emissio-ominaisuudet ja negatiivisten elektrodien l\u00e4sn\u00e4olo, jotka toimivat k\u00e4\u00e4nteisin\u00e4 s\u00e4hk\u00f6pumpuina litiumionien siirron avustamiseksi.<\/p>\n
Nopea lataus voi kuitenkin johtaa anodin heikkenemiseen - kapasiteetin palautumattomaan heikkenemiseen, joka kiihtyy korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, yli-\/alilataussykleiss\u00e4, usein toistuvissa sykleiss\u00e4 tai i\u00e4n my\u00f6t\u00e4. Lis\u00e4ksi elektrolyytit voivat hajota ja tuottaa kaasua, joka lis\u00e4\u00e4 kennon sis\u00e4ist\u00e4 painetta vaativissa laitteissa, kuten kannettavissa laitteissa, mik\u00e4 voi aiheuttaa vaaratilanteita vaativissa sovelluksissa, kuten kannettavissa laitteissa.<\/p>\n
NREL:n akkututkimuksen tavoitteena on l\u00f6yt\u00e4\u00e4 uusia teknologioita, jotka tasapainottavat energiatiheyden ja nopean latauksen ominaisuudet. Yksi l\u00e4hestymistapa on kaksoiskaltevuusanodimateriaalit, jotka mahdollistavat litiumionien tasaisemman jakautumisen elektrodin sis\u00e4ll\u00e4, mik\u00e4 nopeuttaa massan kuljetusta nopeammin ja v\u00e4hent\u00e4\u00e4 samalla hajoamista aiheuttavaa konsentraatiopolarisaatiota.<\/p>\n
Akun s\u00e4hk\u00f6njohtavuuden parantaminen on toinen tehokas keino lis\u00e4t\u00e4 latauskapasiteettia, mik\u00e4 voidaan tehd\u00e4 muuttamalla aktiivisten materiaalien hiukkaskokoja, laajentamalla huokoskokoja tai vaihtamalla elektrodimateriaaleja. Toinen menetelm\u00e4 olisi k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 grafiittia, jolla on rakeisempia rakenteita, jotka lyhent\u00e4v\u00e4t matkaa litiumanodilta anodille; Battrion, Sveitsin liittovaltion teknillisen korkeakoulun spinoff-yritys, voi nopeuttaa latausta j\u00e4rjest\u00e4m\u00e4ll\u00e4 grafiittihiutaleet negatiivisella elektrodilla pystysuoriin riveihin.<\/p>\n
Teoriassa t\u00e4m\u00e4n mekanismin pit\u00e4isi toimia ikuisesti, mutta sykliminen ja korkeat l\u00e4mp\u00f6tilat lyhent\u00e4v\u00e4t akun k\u00e4ytt\u00f6ik\u00e4\u00e4; valmistajat ilmoittavat akkukennojen keskim\u00e4\u00e4r\u00e4iseksi k\u00e4ytt\u00f6i\u00e4ksi yleens\u00e4 300-500 purku-\/lataussykli\u00e4.<\/p>\n
Litiumioniakut kest\u00e4v\u00e4t tyypillisesti 2-3 vuotta tai 500 lataussykli\u00e4, riippuen siit\u00e4, kumpi tulee ensin. Niiden k\u00e4ytt\u00f6ik\u00e4\u00e4 voidaan pident\u00e4\u00e4 entisest\u00e4\u00e4n toteuttamalla aktiivisia toimia ennenaikaisen hajoamisen v\u00e4ltt\u00e4miseksi.<\/p>\n
Yksi litiumioniakkujen pitk\u00e4ik\u00e4isyyden avaintekij\u00f6ist\u00e4 on niiden pit\u00e4minen keskivaraustilassa (SoC). Kun akut j\u00e4tet\u00e4\u00e4n t\u00e4yteen varaustilaan, ne joutuvat rasitukseen, koska elektrolyytin on siirrett\u00e4v\u00e4 ioneja anodeihin nopeammin kuin latauksen aikana, mik\u00e4 johtaa nopeampaan kapasiteetin menetykseen ja siten suurempaan rasitukseen akkujen kennoissa.<\/p>\n
Akun optimaalisten olosuhteiden yll\u00e4pit\u00e4minen on my\u00f6s avainasemassa, ja \u00e4\u00e4rimm\u00e4isi\u00e4 l\u00e4mp\u00f6tiloja on v\u00e4ltett\u00e4v\u00e4, sill\u00e4 ne voivat aiheuttaa elektrolyytin hajoamisen ja tuottaa vaarallisia kaasuja, jotka voivat vaarantaa akkukennot. Lis\u00e4ksi tihe\u00e4 ja pitk\u00e4aikainen ylilataus voi nopeuttaa kapasiteetin menetyst\u00e4.<\/p>\n
Anodimateriaalin k\u00e4yt\u00f6ll\u00e4 on my\u00f6s keskeinen merkitys litiumakun pitk\u00e4ik\u00e4isyyden pident\u00e4misess\u00e4; grafiitti on yksi yleisimmist\u00e4 k\u00e4ytetyist\u00e4 vaihtoehdoista, vaikka tutkijat tutkivat uusia ratkaisuja, jotka tarjoavat suuremman kapasiteetin pienemm\u00e4ll\u00e4 materiaalin k\u00e4yt\u00f6ll\u00e4 ja paremmalla suorituskyvyll\u00e4.<\/p>\n
Litiumioniakuissa k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4t katodimateriaalit koostuvat tyypillisesti litiumin, koboltin ja nikkelin yhdistelmist\u00e4, jotka varastoivat tehokkaasti ioneja. On t\u00e4rke\u00e4\u00e4 pit\u00e4\u00e4 mieless\u00e4, ett\u00e4 sek\u00e4 anodin ett\u00e4 katodin j\u00e4nnitetasojen on oltava samanlaiset, jotta litiumionit interkaloituvat tehokkaasti; muutoin syklin kesto lyhenee dramaattisesti.<\/p>\n
Litiumioniakkuja on ladattava ja tyhjennett\u00e4v\u00e4 s\u00e4\u00e4nn\u00f6llisesti, jotta niiden k\u00e4ytt\u00f6ik\u00e4 pitenee ja tehokkuus pysyy korkeana. N\u00e4in varmistetaan my\u00f6s turvallisuus, sill\u00e4 litiumioniakut ovat helposti syttyvi\u00e4. Optimaalisen k\u00e4yt\u00f6n ja varastoinnin kannalta on my\u00f6s t\u00e4rke\u00e4\u00e4, ett\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n sopivaa laturia ja noudatetaan valmistajan ohjeita oikeista k\u00e4ytt\u00f6- ja varastointik\u00e4yt\u00e4nn\u00f6ist\u00e4.<\/p>\n
Litiumakut ovat huomattavasti kevyempi\u00e4 kuin vastaavat akut, koska niiden elektrodeissa k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n kevyit\u00e4 materiaaleja (hiilt\u00e4 ja litiumia), mik\u00e4 helpottaa niiden kuljettamista ja asentamista elektronisiin laitteisiin.<\/p>\n
Litiumakut ovat tunnettuja siit\u00e4, ett\u00e4 ne s\u00e4ilytt\u00e4v\u00e4t varauksensa ajan mittaan, mik\u00e4 lyhent\u00e4\u00e4 latausjaksoja merkitt\u00e4v\u00e4sti. Litiumakut menett\u00e4v\u00e4t yleens\u00e4 v\u00e4hemm\u00e4n energiaa kuin muuntyyppiset akut, kuten nikkelimetallihydridi (NiMH), jotka voivat menett\u00e4\u00e4 jopa 20% kuukaudessa.<\/p>\n
Litiumparistoilla on toinenkin etu verrattuna muihin akkuihin: turvallisuus. T\u00e4m\u00e4 johtuu siit\u00e4, ett\u00e4 ne tuottavat v\u00e4hemm\u00e4n l\u00e4mp\u00f6\u00e4 lataus- ja purkautumisprosessien aikana kuin muut akkutyypit; n\u00e4in v\u00e4ltet\u00e4\u00e4n tulipalot tai r\u00e4j\u00e4hdykset, joita muut akkutyypit saattavat aiheuttaa.<\/p>\n
Litiumpariston valinta riippuu erityisvaatimuksistasi. Jos esimerkiksi aiot k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 akkua kylmiss\u00e4 l\u00e4mp\u00f6tiloissa, valitse litium-rautafosfaattiakku, jonka anodi on rakennettu huokoisesta hiilest\u00e4 ja katodi metallioksidista. Litiumionit kulkevat n\u00e4iden elektrodien v\u00e4lill\u00e4 elektrolyyttiliuoksen v\u00e4lityksell\u00e4 luoden s\u00e4hk\u00f6\u00e4 ladattaessa.<\/p>\n
Litium-mangaani-kobolttioksidiparistojen energiatiheys on poikkeuksellisen suuri. Niiden katodit sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4t litium-mangaanikobolttia (tai spinelli\u00e4), ja niiden rakenteet on suunniteltu siten, ett\u00e4 ne lis\u00e4\u00e4v\u00e4t virransietokyky\u00e4 ja pienent\u00e4v\u00e4t sis\u00e4ist\u00e4 vastusta - t\u00e4m\u00e4 akkutyyppi on usein \u00e4lypuhelimissa, digitaalikameroissa ja kannettavissa tietokoneissa.<\/p>\n
Litiumioniakut tarjoavat monia etuja, joiden ansiosta ne ovat ensisijainen valinta jokap\u00e4iv\u00e4isen elektroniikan virransy\u00f6tt\u00f6\u00f6n matkapuhelimista s\u00e4hk\u00f6autoihin. Sen lis\u00e4ksi, ett\u00e4 se on helposti ladattavissa, sen turvallisuus on vertaansa vailla. Lis\u00e4ksi n\u00e4iden akkujen kierr\u00e4tys on teht\u00e4v\u00e4 oikein EPA:n tarjoamien linkkien avulla.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Lithium-ion battery technology provides an advanced rechargeable power source used for use in various electronic devices. This battery utilizes the reversible intercalation of lithium ions into carbon negative electrodes via electrochemical reactions with nonaqueous organic liquid electrolyte solutions. These batteries contain organic solvents which make them highly flammable. Therefore, it is wise to store them …<\/p>\n