Lithium-iontový akumulátor

Li-Ion baterie z mobilu Samsung

Cylindrický článek 18650 před uzavřením

Lithium-iontová baterie (zkráceně Li-Ion baterie) je druh nabíjitelné baterie běžně používané ve spotřební elektronice. Kvůli vysoké hustotě energie vzhledem k objemu se výborně hodí pro přenosná zařízení. V současnosti je to v této oblasti asi nejpoužívanější typ. Chemický princip je velmi podobný jako v lithium-polymerových bateriích.

Historie

První experimenty prováděl G. N. Lewis v roce 1912. Návrh proběhl roku 1960, poté byla baterie vyvíjena hlavně v Bellových laboratořích. První prodejní verzi vyrobila firma Sony v roce 1991. Dnes mnoho lidí vidí ve vývoji bateriových akumulátorů možnost, jak vyřešit nestabilní dodávku energie z obnovitelných zdrojů (především solární a větrné elektrárny). Inovátorská firma Tesla ze stejného důvodu vyrobila obří bateriové úložiště Tesla Megapack. Jde o obří Li-Ion baterii, která by měla z trhu vytěsnit potřebu paroplynových elektráren.

Technologie

Anoda je vyrobena z uhlíku, katoda je oxid kovu a elektrolyt je lithiová sůl v organickém rozpouštědle.

Základní zjednodušená chemická reakce:

$\mathrm {Li} _{\frac {1}{2}}\mathrm {Co} \mathrm {O} _{2}+\mathrm {Li} _{\frac {1}{2}}\mathrm {C} _{6}\leftrightarrows \mathrm {C} _{6}+\mathrm {Li} \mathrm {Co} \mathrm {O} _{2}$

Někdy bývá uvnitř baterií (battery packů) čip, který hlídá stav a kontroluje průběh nabíjení a jeho použití je nezbytné u tohoto typu baterií.

Zásoby lithia se odhadují na pokrytí výroby akumulátorů pro 10 miliard automobilů. Při odhadovaném počtu automobilů a životnosti akumulátorů nelze očekávat pokrytí spotřeby do konce 21. století, pokud se od poloviny století budou vyrábět pouze elektromobily.

Napětí

Jmenovité napětí Li-ion článku dané normami je 3,6 V, případně 3,7 V (USA), v případě baterií s více sériově zapojenými články pak jeho násobky (7,2 - 10,8 - 14,4 - 18 V), někteří výrobci uvádí i jiné hodnoty nerespektující tyto standardy. Skutečné výstupní napětí záleží na typu článku, stupni nabití a dalších faktorech, může se pohybovat např. mezi 4,2 a 3–2,5 V. Klesající napětí může sloužit k zjištění (indikaci) míry vybití akumulátoru a být regulováno pomocnou elektronikou. Tato elektronika také kontroluje překročení konečného nabíjecího i vybíjecího napětí, které jej může nenávratně zničit, tedy jej odpojí při překročení mezní hodnoty (např. 4,2 V) při nabíjení a při poklesu pod stanovenou hodnotu při vybíjení. Nezbytná elektronika však může akumulátor znehodnotit při jeho uskladnění ve vybitém stavu, protože sama jej může malým odběrem vybít pod stanovenou mez. Regulace pracovního napětí kromě mezních hodnot (zničení, exploze) může sloužit k prodloužení životnosti akumulátoru.

Výhody

• Může být vyrobena v různých tvarech.
• Velmi vysoká hustota energie – 200 Wh/kg, 530 Wh/l – třikrát vyšší hodnota než starší typy jako Ni-MH.
• Relativně vysoká kapacita s malým objemem a hmotností.
• Téměř žádné samovybíjení (do 5 %).
• Není ji třeba formovat – několikrát nabíjet a vybíjet před prvním použitím.
• Vysoké nominální napětí: 3,6 V
• Životnost 500–1200 nabíjecích cyklů.

Nevýhody

• Baterie stárne, tedy ztrácí maximální kapacitu nehledě na to, jestli je nebo není používána (již od výroby). Rychlost tohoto stárnutí se zvyšuje s vyšší teplotou, vyšším stavem nabití, a vyšším vybíjecím proudem/zatížením.
• Nebezpečí výbuchu nebo vznícení při nesprávném používání (zkratování, nabíjení na vyšší kapacitu než je baterie schopna pojmout).
• Vadí jí úplné vybití. Když se dostane pod napětí 2,8 V, je velmi těžké ji znovu „oživit“.

• Proto baterie, která je dlouhou dobu ponechána vybitá, může „zemřít“ (sama se vybít pod přípustnou hodnotu).
• Recyklace je zatím velmi obtížná a nákladná. Dostupné metody recyklace jsou přibližně pětkrát nákladnější než těžba nových surovin. Méně než 1 % baterií je recyklovatelné.
• Akumulátory jsou nebezpečím pro životní prostředí.

Jak prodloužit životnost

• Skladujte a používejte je při nižších teplotách (5-15°C). S rostoucí teplotou životnost klesá. Zchlazení na -35°C životnost nenaruší. Vnitřní elektrolyt ale zmrzne okolo −40°C.
• Nenechávejte zbytečně dlouho plně nabité nebo úplně vybité baterie stát.
• Neudržujte je stále při 100% nabití. Ideální je udržovat akumulátor mezi 20%-80% kapacity. Při 40% nabití je životnost zhruba 3x delší.
• Nevybíjejte do úplného vybití. Dlouhodobé vybití vede k jejímu zničení.
• S hloubkou vybíjení (DoD) se životnost baterie snižuje. Občasné vybíjení, které je často doporučováno, rekalibruje sice indikátor nabití, ale životnosti baterie neprospívá.

Recyklace

Recyklace lithiových článků a akumulátorů dosahuje zatím globálně pouze 1 %. Naopak globální recyklace olověných akumulátorů, které jsou zatím nejrozšířenějším akumulátorem na světě, dosahuje globálně 99 % a představují tak cirkulární ekonomiku.

Zvětšení podílu recyklace u lithiových baterií brání jednak jejich rozmanitost a jednak nákladnost celého procesu. Recyklace je prováděna suchou (rozdrcení a tavba), mokrou cestou (rozdrcení a chemicky). Větších úspěchů by mohl dosáhnout proces, při kterém je nejprve baterie rozebrána na jednotlivé díly a ty jsou pak odděleně recyklovány. Tomu však brání rozmanitost lithiových baterií (tvary i technologie) a náročnost celého procesu (jak energetická a chemická, tak zátěží životního prostředí), a proto jsou baterie zatím vyráběny z nově vytěženého lithia. Použité lithiové baterie jsou ukládány na skládky s jiným odpadem (nebo spalovány).

Odkazy

Související články

• Akumulátor
• Olověný akumulátor
• Nikl-kadmiový akumulátor
• Nikl-metal hydridový akumulátor
• Lithium-polymerový akumulátor

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu lithium-iontový akumulátor na Wikimedia Commons
• BatteryUniversity.com
• Laptop Battery Questions Answered
• Laptop Li-Ion Battery guide na electronics-lab.com
• Belza.cz
• Používání Li-Ion akumulátorů v praxi v Abecedě baterií a akumulátorů
• Životnost akumulátorů v bezdrátových sluchátkách^{[nedostupný zdroj]}
• ^{[nedostupný zdroj]}http://www.battex.info/hermeticke-akumulatory/povery-a-myty-o-hermetickych-akumulatorech/pametovy-efekt-memory-effect

Autoritní data	NKC: ph891858 GND: 7681721-0 NDL: 01090550