Литијум-јонске батерије

Принцип рада било које електричне батерије је акумулација електричне енергије током хемијске реакције до које долази када струја пуњења тече кроз батерију и стварања електричне енергије када струја пражњења тече током обрнуте хемијске реакције.

Реверзибилност хемијске реакције у батерији омогућава вам да више пута испразните и напуните батерију. То је предност батерија у односу на једнократне изворе струје, обичне батерије, у којима је могуће само пражњење струје.

Као медијум за пренос набоја са једне батерије на другу, користи се електролит - специјално решење, захваљујући хемијској реакцији са материјалом на електродама, могуће су и директне и реверзне хемијске реакције у батерији, што омогућава пуњење батерије и његов чин.

Данас је један од најперспективнијих типова батерија литијум-јонска батерија. У овим батеријама алуминијум делује као негативна електрода (катода), а бакар као позитивна електрода (анода). Електроде могу имати различит облик, по правилу је фолија у облику цилиндра или дугуљасти пакет.

Нанесите на алуминијумску фолију катодни материјал, који најчешће може бити један од три: литијум-кобалтат ЛиЦоО2, литијум-ферофосфат ЛиФеПО4 или литијум-манган-шпенел ЛиМн2О4, а графит се наноси на бакарну фолију. Литијум-ферофосфат ЛиФеПО4 је једини, тренутно безбедан катодни материјал у погледу опасности од експлозије и уопште пријатности за животну средину.

Полимерни електролити који у свој састав могу уградити литијумове соли, захваљујући својој пластичности омогућавају производњу литијум-јонских батерија са великом унутрашњом површином и готово било којим обликом, што значајно повећава и обраду и укупне димензије.

У процесу пуњења такве батерије, литијум јони се крећу кроз електролит и уграђују се у кристалну решетку графита на аноди, формирајући литијум-графитно једињење ЛиЦ6. За време пражњења долази до обрнутог процеса - литијум-јони прелазе на катоду (оксидатор) из аноде, а електрони се крећу ка катоди у спољњем кругу, што резултира тиме да процес добија електричну неутралност.

Номинални напон литијум-јонске батерије износи 3,6 волта, међутим потенцијална разлика током пуњења може достићи 4,23 волта. У вези с овом чињеницом, набој се производи на максималном дозвољеном напону не већем од 4,2 волта.

Нека литијумска једињења могу се лако запалити ако се напон прекорачи, па се традиционално уграђују у литијум-јонске батерије контролери нивоа напуњеностикоји не дозвољавају прекорачење критичног напона. Још једна безбедносна карактеристика је интегрисани вентил за ублажавање вишка притиска у кеси.

Литијум-јонске батерије су већ заузеле своје место на тржишту преносних кућанских апарата. То су батерије за мобилне телефоне, фотоапарате, камере, таблете, плејере итд.

Литијум ферофосфат ЛиФеПО4 Сматра се најперспективнијим катодним материјалом због своје околине. Литијум-кобалтат ЛиЦоО2 је заузврат токсичан и штетан за животну средину, а за батерије на основу њега само 50% јона се може уклонити из структуре једињења, јер ако у потпуности уклоните литијум из њега, структура ће постати нестабилна, кобалт ће прећи у стање оксидације + 4 и моћи ће да оксидира кисеоник, а ослобођени атомски кисеоник ће оксидирати електролит и доћи ће до експлозије.Батерије повећаног капацитета (засноване на ЛиЦоО2) су изузетно експлозивне.

Литијум ферофосфат ЛиФеПО4 предложен је као катодни материјал акумулатора за моћније уређаје 1997. године од стране Јохн Гооденоугх-а.

Литијум ферофосфат је присутан у земљиној кори и неће створити проблеме околине у будућности. Кисик се из њега не може ослобађати, јер је све јако повезано фосфором и стварањем стабилног фосфатног јона. Међутим, за могућност коришћења овог материјала, он је морао бити фрагментиран у ситне честице, у супротном ће остати изолатор због своје врло мале проводљивости. Честице су израђене у облику ламела малих димензија дуж смера кретања литијум јона, затим превучених нанометарским слојем угљеника.

Такви ЛиФеПО4 наночестице се могу напунити за 10 минута, а ако је превлака и даље модификована, време пуњења биће смањено на 1-3 минута. Убудуће ће управо овај материјал бити у могућности да напаја електрична возила 10 година. Већ технолошки могући циклус пуњења напуњености у 5-10 минута уз потпуну сигурност.

Са становишта савремене науке, развој и ослобађање једнолике преносни наноакумулатор Неће требати дуго да се чека, а реч је само за широку технолошку имплементацију развоја. Што се тиче перспектива електричних возила, сада већ можемо претпоставити да ће она постати главни вид превоза у градовима блиске будућности.