wersja mobilna
Online: 428 Niedziela, 2016.09.25

Biznes

Jakie materiały poprawią właściwości akumulatorów litowo-jonowych?

wtorek, 10 marca 2015 12:04

Akumulatory litowo-jonowe używane są w różnych urządzeniach, od telefonów komórkowych po elektronarzędzia. Popularność zawdzięczają licznym zaletom - w porównaniu z innymi typami akumulatorów mają większą pojemność i napięcie, a dzięki temu są lżejsze i mniejsze. Są także wygodniejsze w eksploatacji - nie mają efektu pamięci, a samorozładowaniu ulegają znacznie wolniej. W artykule przedstawiamy materiały, które w przyszłości być może jeszcze poprawią ich właściwości.

Akumulator zbudowany jest z kilku połączonych ze sobą ogniw. Każde z tych ostatnich składa się z anody, katody i elektrolitu. Od materiału, z jakiego wykonano pierwsze dwa elementy oraz rodzaju elektrolitu zależy pojemność akumulatora i jego napięcie. Materiały anody i katody dobiera się tak, aby ta pierwsza uwalniała elektrony, a druga je przyjmowała. Taką zdolność elektrody określa jej standardowy potencjał. Napięcie ogniwa jest różnicą tych potencjałów anody i katody. Pomiędzy anodą a katodą zachodzą reakcje redoks (utleniania i redukcji). W ich wyniku w elektrolicie z tej pierwszej elektrody w kierunku drugiej przemieszczają się jony. Elektrony natomiast zasilają urządzenie. Po podłączeniu akumulatora do źródła zasilania reakcje te ulegają odwróceniu. To umożliwia jego wielokrotne ładowanie.

Anody z krzemu

Anody w akumulatorach litowo-jonowych wykonuje się zwykle z grafitu. Obecnie prowadzone są jednak liczne badania w kierunku zastąpienia tego materiału przez krzem. Dzięki niemu pojemność akumulatorów miałaby się zwiększyć nawet kilkakrotnie. Niestety w czasie ładowania zasobnika, w trakcie absorpcji jonów litu, powłoki krzemowe rozszerzają się. Podczas rozładowywania natomiast w wyniku uwalniania jonów litu kurczą się ponownie. Wielokrotnie powtarzane cykle ładowania i rozładowywania prowadzą w rezultacie do zniszczenia anody. Wady tej pozbawione są nanorurki krzemowe i to nad nimi obecnie pracują naukowcy.

Katody z LiFePO4

Tradycyjnie katody w akumulatorach litowo-jonowych wykonuje się z LiCoO2. Materiał ten ma jednak dwie istotne wady: jest drogi ze względu na cenę kobaltu i nie jest termicznie stabilny w wysokiej temperaturze. Alternatywą jest LiFePO4. Jest on tańszy i mniej aktywny chemicznie. Z drugiej strony jednak charakteryzuje go mniejsza pojemność i znacznie mniejsza przewodność w porównaniu z LiCoO2. By ograniczenia te ominąć, naukowcy pracują nad technologią domieszkowania tego materiału.

Elektrolity ciekłe

Elektrolity w akumulatorach litowo-jonowych mogą mieć formę cieczy, żelu lub stałą. Te pierwsze zwykle zawierają LiBC4O8, LiPF26 lub podobne związki. Największą wadą tych, które zapewniają najlepsze właściwości w zakresie gromadzenia energii, jest ich łatwopalność. Charakteryzuje je bowiem niska wartość temperatury wrzenia. Temperatura ich zapłonu oscyluje natomiast wokół zaledwie +30°C. Funkcję elektrolitu pełnią również polimery przewodzące jonowo.

Elektrolit polimerowy czy stały?

Często łączy się je z nanocząsteczkami ceramicznymi. Dzięki temu mają one większą przewodność i odporność na wysokie napięcia. Zaletą elektrolitów polimerowych jest też ich duża lepkość, dzięki której powstrzymują proces porastania elektrod krystalicznymi strukturami z litu.

Elektrolity stałe to z kolei przewodzące kryształy. Ponieważ wymagają one specjalnych warunków pracy, są dość drogie w użytkowaniu. Ponadto w niskich temperaturach ruchliwość jonów ulega w nich znacznemu ograniczeniu. W rezultacie nie nadają się one do pracy w takich warunkach.

Monika Jaworowska

 

World News 24h

sobota, 24 września 2016 19:51

Tesla Motors Inc sued Michigan Governor Rick Snyder and other state officials in federal court over the state's refusal to allow the Palo Alto, California automaker to sell vehicles directly to consumers. The suit at U.S. District Court in Michigan comes days after the state rejected the electric vehicle manufacturer's application to directly sell vehicles to consumers. Unlike other automakers, Tesla does not sell vehicles through franchised dealers.

więcej na: www.reuters.com