Akumulatory litowo-jonowe - konstrukcje, materiały, parametry

| Technika

Akumulatory 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.

Akumulatory litowo-jonowe - konstrukcje, materiały, parametry

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.

Porównanie

Tabela 1. Porównanie akumulatorów różnych typów

Podsumowując, porównując ze sobą różne typy akumulatorów litowo-jonowych z anodami z grafitu, można stwierdzić, że pod względem gęstości energii na tle pozostałych konstrukcji wyróżniają się akumulatory LCO, czyli z katodą z tlenku litowo-kobaltowego oraz NMC i NCa. Mała gęstość energii charakteryzuje akumulatory LFP oraz LMo, czyli z elektrodami dodatnimi odpowiednio z tlenku litowo-żelazowo-fosforanowego i tlenku litowo-manganowego.

Jeśli zaś chodzi o liczbę pełnych cykli ładowania i rozładowania akumulatora, które charakteryzują jego żywotność, to spośród wymienionych najdłuższa jest zaletą tych typu LFP. Najgorzej pod tym względem na tle pozostałych wypadają te typu LMO.

W kwestii bezpieczeństwa użytkowania zdecydowanie największe obawy wzbudzają akumulatory LCO. Zaniepokojeni mogą być też użytkownicy akumulatorów z elektrodami z LiNiCoAlO2. Dobry poziom bezpieczeństwa zapewniają te typu LMo oraz NMC, a zdecydowanie najbezpieczniejsze są akumulatory typu LFP.

Poziom bezpieczeństwa znajduje odzwierciedlenie w cenie. Dlatego najtańsze są akumulatory typu LCO, natomiast najdroższe typu LFP. Zestawienie najważniejszych cech wymienionych rodzajów akumulatorów przedstawiono w tabeli 1.

Badania na etapie produkcji

Materiały i rozwiązania konstrukcyjne, które zostały zastosowane w akumulatorach, trzeba na etapie produkcji zweryfikować pod kątem ich wpływu na parametry oraz bezpieczeństwo tych urządzeń. W miarę jak oczekiwania użytkowników w tych kwestiach rosną, producenci sięgają po kolejne techniki ich badań, niszczące i nienaruszające ich struktury.

Wybór właściwej metody zależy do tego, jakie informacje producent chce uzyskać na podstawie ich wyników, jaki poziom ich dokładności jest wymagany oraz jakim budżetem przeznaczonym na ten cel dysponuje. Na przykład testy nieniszczące, których zaletą jest to, że przeważnie nie wymagają kompletnego, nieodwracalnego rozmontowania akumulatora, dostarczają użytecznych informacji zwykle jedynie w ograniczonym zakresie.

Najdokładniejsze spośród tych metod wymagają także użycia drogiego sprzętu. Są również czasochłonne. Dalej przedstawiamy wybrane techniki badań nienaruszających struktury obiektu (Non-Destructive Testing, NDT) i przykłady ich zastosowań.

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie