Li-ioon aku

Liitiumioonaku või liitiumioonaku on liitiumaku tüüp

E-mobiilsuse arenevad tehnoloogiad

Nutitelefonid, pardakaamerad, droonid, elektritööriistad, elektrimootorrattad, motorollerid ... liitiumakud on tänapäeval meie igapäevaelus üldlevinud ja on muutnud paljudes kasutustes. Kuid mida need tegelikult kaasa toovad ja kas nad võivad veel areneda?

Li-ioon aku

Lugu

Stanley Whittingham võttis liitiumioonaku kasutusele 1970. aastatel. Viimase tööd jätkavad 1986. aastal John B. Goodenough ja Akiro Yoshino. Alles 1991. aastal tõi Sony turule esimese omalaadse aku ja alustas tehnoloogilist revolutsiooni. 2019. aastal pälvisid Nobeli keemiaauhinna kolm kaasleiutajat.

Kuidas see toimib?

Liitiumioonaku on tegelikult mitme liitiumioonelemendi pakk, mis salvestavad ja tagastavad elektrienergiat. Aku põhineb kolmel põhikomponendil: positiivne elektrood, mida nimetatakse katoodiks, negatiivne elektrood, mida nimetatakse anoodiks, ja elektrolüüt, juhtiv lahus.

Kui aku tühjeneb, kiirgab anood elektrone läbi elektrolüüdi katoodile, mis omakorda vahetab positiivseid ioone. Liikumine muutub laadimise ajal.

Seetõttu jääb tööpõhimõte samaks, mis "plii" aku puhul, ainult et siin asendatakse elektroodide plii ja pliioksiid koobaltoksiidkatoodiga, mis sisaldab natuke liilia ja grafiit anoodi. Samuti annab väävelhape või veevann teed liitiumisoolade elektrolüüdile.

Tänapäeval kasutatav elektrolüüt on vedelal kujul, kuid uuringud liiguvad tahke, ohutuma ja vastupidavama elektrolüüdi suunas.

Eelised

Miks on liitiumioonaku viimase 20 aasta jooksul kõik teised asendunud?

Vastus on lihtne. See aku tagab suurepärase energiatiheduse ja tagab seega sama jõudluse kaalusäästu kui plii, nikli ...

Need akud on ka suhteliselt madala isetühjenemisega (maksimaalselt 10% kuus), hooldusvabad ja mäluefektita.

Lõpuks, kui need on kallimad kui vanemad akutehnoloogiad, on need odavamad kui liitiumpolümeer (Li-Po) ja jäävad tõhusamaks kui liitiumfosfaat (LiFePO4).

Liitiumioon on kohandatud kaherattalistele sõidukitele, siin koos BMW C Evolutioniga

Piirangud

Liitium-ioonakud pole aga ideaalsed ja eriti tühjenemise korral kahjustavad nad rohkem rakke. Seetõttu, et nad ei kaotaks oma omadusi liiga kiiresti, on parem neid laadida, ootamata, kuni need muutuvad tasaseks.

Esiteks võib aku põhjustada tõsiseid ohutusriske. Kui aku on ülekoormatud või langeb alla -5 ° C, tahkub liitium iga elektroodi dendriitide kaudu. Kui anood ja katood on dendriitidega ühendatud, võib aku süttida ja plahvatada. Paljudest juhtumitest teatati Nokia, Fujitsu-Siemensi või Samsungiga, plahvatusi toimus ka lennukitel, mistõttu on tänapäeval keelatud liitiumioonakut trümmis kaasas kanda ning salongi sisenemine on sageli võimsuse poolest piiratud (ülevalpool keelatud). 160 Wh ja loa alusel 100–160 Wh).

Seega on tootjad selle nähtuse vastu võitlemiseks kasutusele võtnud elektroonilised juhtimissüsteemid (BMS), mis on võimelised mõõtma aku temperatuuri, reguleerima pinget ja toimima anomaaliate korral kaitselülititena. Tahke elektrolüüt või polümeergeel on ka väljavaateid, mille abil probleemist mööda hiilida.

Samuti aeglustatakse ülekuumenemise vältimiseks aku laadimist viimase 20 protsendi võrra, nii et laadimisaegu reklaamitakse sageli vaid 80% ...

Igapäevaseks kasutamiseks mõeldud ülimalt praktilisel liitiumioonakul on aga suur mõju keskkonnale, esmalt eraldades liitiumi, mis nõuab astronoomilises koguses magevett, ja seejärel taaskasutades selle selle eluea lõpus. Ringlussevõtt või taaskasutus aga kasvab aasta-aastalt.

5,4 kWh elektriline tõukeratas ATL 60V 45A liitiumioonaku

Mis on liitiumiooni tulevik?

Kuna teadusuuringud liiguvad üha enam alternatiivsete tehnoloogiate poole, mis on vähem saastavad, vastupidavamad, odavamad või ohutumad, kas liitiumioonaku on saavutanud oma potentsiaali?

Kolm aastakümmet tööstuslikus mastaabis töötanud liitiumioonakule pole jäänud oma viimast sõna öelda ning arendused jätkavad energiatiheduse, laadimiskiiruse või ohutuse parandamist. Oleme seda aastate jooksul näinud, eriti mootoriga kaherattaliste sõidukite valdkonnas, kus tõukeratas eksisteeris alles umbes viiskümmend kilomeetrit 5 aastat tagasi, mõned mootorrattad ületavad praegu 200 vahemiku terminali.

Revolutsiooni lubadused on ka sellised leegionid nagu Nawa süsinikelektrood, Jenaxi kokkupandav aku, NGK töötemperatuur 105 ° C ...

Kahjuks seisavad teadusuuringud sageli silmitsi kasumlikkuse ja tööstuslike nõudmiste karmi reaalsusega. Kuni alternatiivse tehnoloogia, eriti eeldatava liitium-õhk, arenemiseni on liitium-ioonidel veel ees helge tulevik, eriti elektriliste kaherattaliste sõidukite maailmas, kus kaalu ja jalajälje vähendamine on olulised kriteeriumid.