Smartfony, tablety i laptopy, ale także auta elektryczne, sprzęt medyczny i magazyny energii do fotowoltaiki – wszystkie te nieodzowne dziś urządzenia działają dzięki ogniwom litowo-jonowym. Co jednak tak naprawdę kryje się pod tym pojęciem i dokąd zmierza technologia Li-Ion?
Z czego zbudowane są ogniwa litowo-jonowe? Rodzaje baterii
Akumulatory litowe zadebiutowały na rynku w 1991 r. i do dzisiaj oferują najwyższą gęstość energii w świecie baterii ładowalnych. Technologia jednak posunęła się w ciągu trzech dekad znacząco naprzód, oferując jeszcze większą gęstość energii przy malejących cenach. Główna zmiana polega na wykorzystaniu nowych materiałów do konstrukcji katody.
Ogniwa litowo-jonowe zbudowane są zwykle z grafitowej anody, elektrolitu składającego się roztworu organicznego i soli litowych, a także z separatora oraz katody. Ta ostatnia wykonana jest z tlenku litu w połączeniu z innym metalem.
W popularnej przenośnej elektronice bardzo często stosuje się ogniwa litowo-jonowe rodzaju LCO. Wykorzystanie kobaltowej katody gwarantuje wysoką gęstość energii, ale jest to metal rzadki i drogi, więc coraz częściej zastępuje się go manganem.
Ogniwa litowo-jonowe LMO oferują dodatkowe korzyści w postaci lepszej stabilności termicznej.
Kolejne udoskonalenie technologii przyniosły ogniwa litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC), które znalazły szerokie zastosowanie w rowerach i autach elektrycznych. Na rynku obecne są również ogniwa NCA, w których mangan zastąpiono aluminium oraz baterie litowo-tytanowe (LTO), które mają co prawda niższą gęstość energii, ale ładują się wyjątkowo szybko.
Technologia litowo-żelazowo-fosforanowa
Ogniwa litowo-jonowe NMC doczekały się godnej konkurencji w postaci ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP). Ich główną zaletą jest podwyższone bezpieczeństwo pracy, również w warunkach niewłaściwej eksploatacji.
Wysoka wydajność prądowa idzie tu w parze z długą żywotnością, w związku z czym akumulatorami LFP zainteresowali się już producenci samochodów elektrycznych.
Warto dodać, że podczas gdy ogniwa litowo-jonowe rodzaju LCO, LMO i NMC mają zazwyczaj napięcie ok. 3,6 V, akumulatory żelazowo-fosforanowe odznaczają się napięciem nominalnym na poziomie 3,2–3,3 V.
Kolejną różnicą jest przyjazność dla środowiska naturalnego – ogniwa LFP nie zawierają metali ciężkich ani toksycznych substancji, co zmniejsza uciążliwość ich utylizacji.
Akumulatory Li-Po, czyli specjalny rodzaj ogniw litowo-jonowych
We wspomnianych wyżej ogniwach elektrolit ma postać cieczy, co oczywiście wiąże się z ryzykiem w przypadku nieszczelności obudowy. Ogniwa litowo-polimerowe oferują udoskonalone rozwiązanie w postaci częściowo stałego elektrolitu, o którego stabilność dba właśnie dodatek polimeru.
W rezultacie akumulatory Li-Po mogą przyjmować różne kształty i rozmiary, co ułatwia dopasowanie ich do projektowanych zastosowań. Charakteryzuje je również możliwość pracy z dużymi prądami i długa żywotność. Minusem jest natomiast niska odporność na uszkodzenia mechaniczne.
Z szeroką ofertą solidnych akumulatorów litowo-jonowych można zapoznać się na stronie wamtechnik.pl.
