Li-ion batteri
Indhold
Lithium-ion-batteri eller lithium-ion-batteri er en type lithium-batteri
Nye teknologier til elektrisk mobilitet
Smartphones, indbyggede kameraer, droner, elværktøj, elektriske motorcykler, scootere ... i dag er lithiumbatterier simpelthen allestedsnærværende i vores daglige liv og har revolutioneret mange brugssager. Men hvad bringer de egentlig og kan de stadig udvikle sig?
Story
Det var i 1970'erne, at lithium-ion-batteriet blev introduceret af Stanley Whittingham. Sidstnævntes arbejde ville blive videreført af John B. Goodenow og Akiro Yoshino i 1986. Det var først i 1991, at Sony lancerede det første batteri af sin slags på markedet og startede en teknologisk revolution. I 2019 blev tre medopfindere tildelt Nobelprisen i kemi.
Hvordan fungerer det?
Et lithium-ion-batteri er faktisk en pakke med flere lithium-ion-celler, der lagrer og returnerer elektrisk energi. Et batteri er baseret på tre hovedkomponenter: en positiv elektrode kaldet en katode, en negativ elektrode kaldet en anode og en elektrolyt, en ledende opløsning.
Når batteriet er afladet, udsender anoden elektroner gennem elektrolytten til katoden, som igen udveksler positive ioner. Bevægelsen ændres under opladning.
Derfor forbliver driftsprincippet det samme som for "bly"-batteriet, bortset fra at her erstattes elektrodernes bly- og blyoxid af en koboltoxidkatode, inklusive en lilje og en grafitanode. Tilsvarende giver svovlsyre eller et vandbad plads til en elektrolyt bestående af lithiumsalte.
I dag er den anvendte elektrolyt i flydende form, men forskningen bevæger sig mod en solid, mere sikker og mere holdbar elektrolyt.
Fordele
Hvorfor har lithium-ion-batteriet fortrængt alle andre i de sidste 20 år?
Svaret er enkelt. Dette batteri tilbyder fremragende energitæthed og leverer derfor den samme vægtbesparende ydeevne sammenlignet med bly, nikkel...
Disse batterier har også relativt lav selvafladning (maks. 10% pr. måned), er vedligeholdelsesfrie og har ingen hukommelseseffekt.
Endelig, mens de er dyrere end ældre batteriteknologier, er de billigere end lithiumpolymer (Li-Po) og forbliver mere effektive end lithiumphosphat (LiFePO4).
Begrænsninger
Lithium-ion-batterier er dog ikke ideelle og har især flere celleskader, hvis de er helt afladet. Derfor, for at de ikke mister deres egenskaber for hurtigt, er det bedre at indlæse dem uden at vente, indtil de bliver flade.
Først og fremmest kan batteriet udgøre alvorlige sikkerhedsrisici. Når batteriet er overbelastet eller falder til under -5°C, størkner lithium gennem dendritterne fra hver elektrode. Når anoden og katoden er forbundet med deres dendritter, kan batteriet gå i brand og eksplodere. Mange tilfælde er blevet rapporteret af Nokia, Fujitsu-Siemens eller Samsung, eksplosioner er også sket på fly, så i dag er det forbudt at medbringe et lithium-ion batteri i lastrummet, og landing i kabinen er ofte begrænset med hensyn til strøm ( forbudt over 160 Wh og med forbehold for tilladelse fra 100 til 160 Wh).
For at bekæmpe dette fænomen har producenterne således indført elektroniske kontrolsystemer (BMS), der er i stand til at måle batteritemperatur, regulere spænding og fungere som strømafbrydere i tilfælde af en uregelmæssighed. Fast elektrolyt eller polymergel er også muligheder, der undersøges for at omgå problemet.
For at undgå overophedning bliver batteriopladningen også langsommere i løbet af de sidste 20 procent, så opladningstiden bliver ofte kun annonceret til 80 %...
Men meget praktisk til hverdagsbrug har et lithium-ion-batteri en stærk miljøpåvirkning, først ved at udvinde lithium, som kræver astronomiske mængder ferskvand, og derefter ved at genbruge det ved slutningen af dets levetid. Genbrug eller genbrug er dog stigende fra år til år.
Hvad er fremtiden for lithium-ion?
Efterhånden som forskningen i stigende grad bevæger sig mod alternative teknologier, der er mindre forurenende, mere holdbare, billigere at producere eller sikrere, har lithium-ion-batteriet nået sine grænser?
Lithium-ion-batteriet, som har fungeret i industriel skala i tre årtier, har ikke fået sit sidste ord, og udviklingen fortsætter med at forbedre energitætheden, opladningshastigheden eller sikkerheden. Vi har set dette gennem årene, især inden for motoriserede tohjulede køretøjer, hvor scooteren kun holdt omkring halvtreds kilometer for 5 år siden, nogle motorcykler overstiger nu 200 terminal rækkevidde.
Revolutionære løfter er også legio, såsom Nawa carbonelektrode, Jenax sammenklappeligt batteri, 105°C driftstemperatur i NGK...
Desværre står forskning ofte over for den barske realitet med rentabilitet og industrielle imperativer. I afventning af udviklingen af alternativ teknologi, især lithium-luft, som alle venter på, har lithium-ion stadig en lys fremtid forude, især i verden af elektriske tohjulede biler, hvor vægt- og fodaftryksreduktion er vigtige kriterier.
