Lítiumion-akkumulátor
A lítiumion-akkumulátor vagy Li-ion-akkumulátor hordozható készülékekben történő használatra kifejlesztett villamosenergia-forrás.
Felépítése
[szerkesztés]A lítiumion-technológia onnan kapta a nevét, hogy a töltés tárolásáról lítiumionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szénalapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fém-oxid-elektródához vándorolnak. Az anódot és a katódot elválasztó elektrolit lítium-hexafluorofoszfát (LiPF6), vagy újabban a kevésbé korrodáló lítium-tetrafluoroborát (LiBF4), általában folyékony, szerves oldat formájában.
Az újratölthető lítiumion-akkumulátorok élettartama véges, a folyamat kémiai jellegéből adódóan: egy töltésciklust jelent, mikor az akkumulátor lemerül, tehát 100%-osan elhasználják a kapacitását. De ha félig lemerül az akkumulátor, és újratöltés után másnap ismét így tesz, akkor ez is egy töltésciklust jelent. Minden alkalommal, amikor elhasznál egy töltésciklust, kissé csökken az akkumulátor kapacitása. A notebookhoz készített Li-ion-akkumulátoroknak általában 300 teljes töltésciklus után már kevesebb mint 80%-os a kapacitásuk. A nagyobb autógyártóknak is csak bonyolult diagnosztikai eljárásokkal sikerül 8 év fölé tornászni a lítiumion-akkumulátorok életciklusát.[1]
Katódok
[szerkesztés]| Anyaga | Átlagos fesz. | Fajlagos kapacitás |
|---|---|---|
| LiCoO2 | 3,7 V | 140 mAh/g |
| LiMnO2 | 4,0 V | 100 mAh/g |
| LiFePO4 | 3,3 V | 170 mAh/g |
| Li2FePO4F | 3,6 V | 115 mAh/g |
Története
[szerkesztés]A Li-ion-akkumulátor létrehozásával először M. S. Whittingham foglalkozott az 1970-es években. Ezek még költséges titán-szulfid-katódot és fémes lítiumanódot tartalmaztak. A fémes lítium kisebb üzemzavar hatására is hajlamos volt villámsebesen felforrósodni, és ez az akkumulátor felrobbanásához vagy elolvadásához vezetett.
A veszélyek ellenére több gyártó is belefogott a Li-ion-akkumulátorok fejlesztésébe, mivel ennek a típusnak a legnagyobb a kapacitása – a nikkel-kadmium (NiCd) akkumulátoroknak kétszerese – és cellafeszültsége. Használható formában a Bell Labsnél a nyolcvanas években sikerült ilyen akkumulátorokat előállítani grafitanód alkalmazásával.
Kereskedelmi bevezetését a John Goodenough által vezetett kutatócsoport munkája tette lehetővé, amely a katódot többrétegű lítium-kobalt-oxid (LiCoO2) anyaggal valósította meg. Erre alapozva az első lítiumion-akkumulátorokat a Sony jelentette meg 1991-ben.
1989-ben Arumugam Manthiram és John Goodenough kimutatta, hogy a polianiont – például szulfátot – tartalmazó katódok nagyobb feszültséget állítanak elő az oxidos változatoknál.
1996-ban Padhi és Goodenough megállapította, hogy a lítium-vas-foszfát (LiFePO4) és néhány rokon vegyülete is megfelelő katódnak.
2017. december 1-jén Dél-Ausztráliában megkezdte működését a világ eddigi legnagyobb, 100 MW teljesítményű, 129 MWh kapacitású lítium-ionos akkumulátora. Egy óriási szélerőmű-parkra csatlakozva szolgáltat megújuló energiát. A Tesla amerikai vállalat által készített óriás-akkumulátor üzembeállítása világpremiernek számít és folyamatos energiaellátást biztosít sok háztartás számára.[2]
Előnyei
[szerkesztés]- Mivel a lítium a legkönnyebb fém, így az ebből készült akkumulátorok sokkal könnyebbek a nikkelalapúaknál, és tartósabbak is.
- Nincs memóriaeffektus: egyáltalán nem képződnek kristályok az akkumulátorban, így nem kell gondot fordítani a rendszeres tréningeztetésre. Sőt a Li-ion-akkumulátoroknak nem is tesz jót, ha teljesen kisütik őket.
- A nikkel-metál-hidrid (Ni-MH) technológiához hasonlóan ezek az akkuk is nagyon kevés mérgező anyagot tartalmaznak.
- Lassan veszíti el a töltését.
- Mivel még a kimerült cella is képes legalább 3 V-ot szolgáltatni az 1-1,25 V-os NiCd-, illetve NiMH-akkumulátorokkal szemben (teljesen feltöltött állapotban mintegy 4 V a cellafeszültség), egyetlen cellával táplálható a legtöbb modern mobiltelefon.
- Az egyetlen cellából épített akkumulátor esetén nem kell számolni a rosszul párosított vagy gyári hibás cellákból eredő, valamint az egyenetlen elöregedés okozta problémákkal.
Hátrányai
[szerkesztés]- Túltöltés vagy az ajánlottnál magasabb feszültséggel való töltés esetén hő fejlődik, ami az akku felrobbanásához is vezethet.[3]
- Az akkumulátornak védőáramkörökre van szüksége.
- Öregedési és elhasználódási probléma, hasonlóan a nikkelalapú akkumulátorokhoz (a 40% töltöttségi szint körüli, hideg (kb. 0 °C-os), száraz helyen való tárolás lassítja az öregedési folyamatot.)[4]
Balesetek a gyártás során
[szerkesztés]2024. június 24-én robbanás történt és tűz ütött ki az Aricell cég lítiumakkumulátorokat gyártó üzemében, a dél-koreai Kjonggi tartomány Hvaszong városában, Szöultól kb. 45 km-re. A balesetben 22 ember vesztette életét, további tíz munkás megsérült. A balesetet néhány akkumulátor felrobbanása okozta. Dél-Korea a világ egyik vezető lítiumakkumulátort előállító országa.[5][6]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Archivált másolat. [2016. március 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2015. október 18.)
- ↑ Beindult az ausztrál giga-akkumulátor (Hu.Euronews.com, 2017-12-01)
- ↑ http://www.ezermester.hu/articles/article.php?getarticle=2130[halott link]
- ↑ Archivált másolat. [2008. október 14-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. november 22.)
- ↑ Fire at lithium battery factory kills at least 22 in South Korea (cnn.com, 2024-06-24)
- ↑ Десятки человек погибли в пожаре на заводе по производству батареек в Южной Корее (bbc.com/russian, 2024-06-24)
Források, külső hivatkozások
[szerkesztés]- Panelectron: Az akkumulátorok világa
- Apple Computer, Inc. magyarországi képviselete: Lítium-ion akkumulátorok
- A VILÁG működése by hmika
- Re-engineered battery material could lead to rapid recharging of many devices (angolul)
- Információk lithium-ion akkumulátorról Archiválva 2021. május 13-i dátummal a Wayback Machine-ben