Litij-ionska baterija

tip polnilne baterije
(Preusmerjeno s strani Li-Ion)

Li-Ion baterija tudi Li-ionska baterija in litijionska baterija je vrsta polnilne baterije, pri kateri se ioni premikajo od negativne elektrode k pozitivni med praznjenjem in obratno pri polnjenju. Polnilne litijeve baterije uporabljajo interkalirani (ang. interkalacija) litij v elektrodah, v nasprotju z nepolnilnimi litijevimi baterijami, ki uporabljajo kovinski (metalni) litij.

Nokia baterija za mobitel
Baterija za prenosnik (176 kJ)

Li-ionske baterije se veliko uporabljajo v elektroniki, so med najbolj priljubljenimi polnilnimi baterijami.

Specifikacije

uredi
  • energetska gostota: 250–730 W·h/L (0.90–2.23 MJ/L)
  • specifična energija: 100–265 W·h/kg (0.36–0.95 MJ/kg)
  • specifična moč: ~250-~340 W/kg
  • izkoristek cikla (polnjenje/praznjenje): 80-90%
  • okvirna cena: 2.5 W·h/US$
  • število ciklov: 400-1200
  • napetost celice: NMC 3.6 / 3.7 V; LiFePO4 3.2 V
  • samoizpraznjenje (na mesec): 8% pri 21 °C; 15% pri 40 °C; 31% pri 60 °C

Li-Ion baterije nimajo spominskega efekta (ang. memory effect) – primer, ko se baterija ne napolni do konca, če je pred polnjenjem ne izpraznimo popolnoma. Zadnje študije kažejo, da je možen tudi pri teh baterijah majhen spominski efekt. [1]).

Poleg elektronike se širi področje uporabe na vojaško tehniko, vesoljske satelite, letala Boeing 787, Električni avtomobil in električno kolo. V nekaterih primerih zamenjujejo svinčene in NiCd akumulatorje zaradi majhne teže. [2]: Li-Ion baterije imajo lažje elektrode kot svinčevi akumulatorji. Prav tako lahko dobavijo isto izhodno napetost zato ni potrebna modifikacija vozila[3]

Litijeve baterije je prvič predlagal M Stanley Whittingham, ko je delal za Exxon v 1970ih. Za elektrode je uporabil titanijev (IV) sulfat in kovinski litij. Interkalacijo je predlagal J. O. Besenhard s TU Münchna. Primarne (za enkratno uporabo) so imele varnostne probleme. Zato so naredili Li-Ion v katerih so obe elektrodi vsebovale litijeve ione.

Na Univerzi v Oxfordu sta leta 1979 John Goodenough in Koichi Mizushima predstavila polnilno baterijo z 4 volti napetosti LIB (litij kobalt oksid) za pozitivno elektrodo in kovinski litij za negativno elektrodo.[4] Nova baterija LIB s stabilno pozitivno elektrodo, ki deluje kot darovalec litijevih ionov, je omogočila uporabo stabilnih materialov za negativno elektrodo. S tem se je zelo povečala možnost uporabe nove polnilne baterije.

Leta 1977 je Samar Basu demonstriral interkalacijo litija in grafita. To je vodilo v razvoj nove elektrode, alternativo kovinski litijevi elektrodi. Leta 1980 je Rachid Yazami demonstriral reverzibilno interkalacijo litija in grafita.[5][6]. Organski elektroliti takrat na voljo so se razstavili med polnjenjem z negativno grafitno elektrodo, kar je upočasnilo razvoj litij/grafitne baterije. Yazami je uporabil trdni elektrolit in dokazal reverzibilno interkalacijo grafita/litija. Ta dizajn se največkrat uporablja za elektrode v komercialnih Li-Ion baterijah.

Leta 1983 je Michael M. Thackeray s sodelavci odkril nov material za pozitivno elektrodo – manganov spinel. Koncept je pokazal nove možnosti, bil je poceni, dober prevodnik ionov s tridimenzionalno strukturo, kar mu omogoča dobro strukturno stabilnost. Sicer se spinel obrablja, a to se da nadomestiti s kemično modifikacijo materiala.

Sklici

uredi
  1. Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo & Petr Novák (14. april 2013). »Memory effect in a lithium-ion battery«. nature.com.
  2. Ballon, Massie Santos (14. oktober 2008). »Electrovaya, Tata Motors to make electric Indica«. cleantech.com. Cleantech Group. Arhivirano iz spletišča dne 9. maja 2011. Pridobljeno 11. junija 2010.
  3. »Explain how lithium batteries work in electric golf carts«. LithiumBoost. Pridobljeno 9. maja 2013.
  4. »USPTO search for inventions by "Goodenough, John"«. Patft.uspto.gov. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 25. februarja 2021. Pridobljeno 8. oktobra 2011.
  5. International Meeting on Lithium Batteries, Rome, 27–29 April 1982, C.L.U.P. Ed. Milan, Abstract #23
  6. DOI: 10.1016/0378-7753(83)87040-2
    This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or ročna razširitev