Ogniwa litowo-jonowe - Akumulatory i ich konstrukcje

Akumulatory na ogniwa litowo-jonowe są lekkie i mają większą gęstość energii niż inne, na przykład w porównaniu do akumulatorów kwasowo-ołowiowych aż o 50%. Dzięki temu są popularnym źródłem energii zasilania w elektronice użytkowej i autach elektrycznych. Chociaż przewiduje się, że jeszcze długo żaden inny typ akumulatorów nie będzie stanowił dla nich konkurencji, o przyszłym zapotrzebowaniu na nie zdecyduje to, czy uda się poprawić ich parametry, przede wszystkim pojemność i żywotność, oraz zapewnić bezpieczeństwo ich użytkowania.

Posłuchaj
00:00
Spis treści

Problematyczne dendryty

Główną przeszkodą, która hamuje komercjalizację akumulatorów z anodami z litu, jest to, że na ich powierzchni formują się, a z każdym kolejnym cyklem ładowania-rozładowania nagromadzają się w większej ilości, struktury krystaliczne. Obecność dendrytów w końcu prowadzi do zmniejszania się pojemności akumulatora.

Proces ten postępuje tym szybciej, im szybciej te struktury narastają. Ponadto są one niebezpieczne ze względu na możliwość zwarcia i wynikające z tego zagrożenie pożaru.

Problem ten nie zniechęca naukowców, którzy mając w perspektywie zbudowanie akumulatorów o pojemności 400-500 Wh/kg w przypadku anod cienkowarstwowych, znacząco przewyższającej pojemności tych obecnie dostępnych, stale pracują nad jego rozwiązaniem. Do tej pory opracowano szereg metod usuwania dendrytów, a niedawno nawet zaproponowano zupełnie odwrotne podejście, które wielu uważa za rewolucyjne.

Potencjał krzemu

Zaobserwowano bowiem, że zwiększając gęstość prądu płynącego przez akumulator, można, po przekroczeniu pewnej wartości granicznej, doprowadzić do samonagrzania się dendrytów w takim stopniu, że struktury te samoistnie ulegną wygładzeniu. Wykorzystując to zjawisko, będzie można w przyszłości skonstruować samonaprawiające się akumulatory.

Duży potencjał, jeśli chodzi o zwiększenie pojemności akumulatorów, mają także anody krzemowe. Materiał ten charakteryzuje duża pojemność grawimetryczna - na każdy atom krzemu absorbowane są 4 atomy litu. Dla porównania w przypadku grafitu absorbowany jest tylko jeden atom litu na sześć atomów węgla.

W przypadku akumulatorów z anodami z krzemu na przeszkodzie do komercjalizacji stoi problem tworzenia się na elektrodach z tego materiałów warstw SEI (Solid-Electrolyte Interphase). Są to powłoki będące wynikiem reakcji elektrochemicznej krzemu z elektrolitem, a dokładnie redukcji składników tego drugiego do oligomerów oraz kryształów nieorganicznych. Warstwy SEI stają się barierą dla elektrolitu, pogarszając wydajność akumulatora.

Elektrolit ciekły czy żelowy?

Elektrolity, którymi są zazwyczaj organiczne rozpuszczalniki z solami litu, mogą mieć postać ciekłą albo żelu. Elektrolity ciekłe pod względem sprawności przenoszenia jonów litu przewyższają te żelowe, ale z drugiej strony są łatwopalne. Te drugie z kolei charakteryzuje mniejsza przewodność, ale w zamian są bezpieczniejsze w użytkowaniu, prawdopodobieństwo ich zapłonu jest bowiem mniejsze.

Łatwopalność elektrolitów płynnych można zmniejszyć przez dobór ich odpowiednich składników. Przykładem jest rozpuszczenie soli litu, heksafluorofosforanu litu (LiPF6), w mieszaninie węglanu etylenu oraz węglanu dietylu. Elektrolit ten charakteryzuje mniejsza palność niż oddzielne mieszaniny tej soli z każdym z tych rozpuszczalników.

Spis treści
Powiązane treści
Chińska grupa Envision przejmie akumulatorową jednostkę Nissana
Chiny wyrastają na największego eksportera akumulatorów do samochodów elektrycznych
Krzem może być drogą do zwiększenia potencjału akumulatorów
Varta planuje masową produkcję ogniw akumulatorów samochodów elektrycznych
Kolejne dwie inwestycje w zakresie akumulatorów do pojazdów elektrycznych
GM i Honda rozszerzają współpracę w zakresie akumulatorów do pojazdów elektrycznych
Rynek akumulatorów - wzrost zapewnią nowe aplikacje
Produkcja baterii litowo-jonowych na świecie. Czy Europa pozostaje w tyle?
Akumulatory litowe stają się popularnym wyborem dla systemów UPS w centrach danych
Baterie litowo-jonowe będą tanieć coraz wolniej
Chiński potentat z branży EV zbuduje fabrykę baterii litowo-jonowych
LG Chem będzie dostarczać ogniwa litowo-jonowe firmie BMZ
Chiński Capchem uruchomi we Wrocławiu fabrykę komponentów do baterii litowo-jonowych
Czy baterie magnezowo-jonowe będą lepsze niż litowo-jonowe?
E-mobility głównym klientem na ogniwa litowo-jonowe
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Komunikacja
Moduły komunikacyjne do sieci 5G
Komunikacja
Technologia 5G - kierunki rozwoju
Projektowanie i badania
Nowe możliwości projektowe w Arm Keil MDK v6
Komunikacja
Konserwacja predykcyjna w oparciu o uczenie maszynowe i IIoT
Zasilanie
Kryteria wyboru konwertera DC-DC do aplikacji medycznych
Optoelektronika
Inteligentne wyświetlacze firmy DWIN w ofercie Unisystemu
Zobacz więcej z tagiem: Zasilanie
Technika
Kryteria wyboru konwertera DC-DC do aplikacji medycznych
Targi krajowe
Targi Energetyczne ENERGETICS
Targi krajowe
38. Międzynarodowe Energetyczne Targi Bielskie ENERGETAB 2025
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów