Lithium-iontový akumulátor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
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[editovat | editovat zdroj]

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.[1]

Technologie[editovat | editovat zdroj]

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

Základní zjednodušená chemická reakce:

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.[2] Při odhadovaném počtu automobilů[3] a životnosti akumulátorů nelze očekávat pokrytí spotřeby do konce 21. století, pokud se od poloviny století budou vyrábět pouze elektromobily.[4][5]

Napětí[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

  • 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[editovat | editovat zdroj]

  • 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.[6]
  • 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.[7] Méně než 1 % baterií je recyklovatelné.[8]
  • Akumulátory jsou nebezpečím pro životní prostředí.[9]

Jak prodloužit životnost[editovat | editovat zdroj]

  • Skladujte a používejte je při nižších teplotách (5-15°C). S rostoucí teplotou životnost klesá. Zchlazení na -35°C životnost nenaruší.[10] 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.[11]
  • 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.[12]

Recyklace[editovat | editovat zdroj]

Recyklace lithiových článků a akumulátorů dosahuje zatím globálně pouze 1 %.[13] 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).[13]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Tesla chce s obřím bateriovým úložištěm Megapack konkurovat paroplynovým elektrárnám. Elektrina.cz [online]. 2019-08-21 [cit. 2019-12-06]. Dostupné online. 
  2. http://auto.idnes.cz/lithia-mame-dost-pro-baterky-10-miliard-elektromobilu-je-ale-v-nejistych-zemich-1xb-/automoto.aspx?c=A100826_190836_automoto_vok - Lithia máme dost pro baterky 10 miliard elektromobilů, je ale v nejistých zemích
  3. http://www.euro.cz/light/pruzkum-pocet-aut-ve-svete-se-do-roku-2040-zdvojnasobi-1287909 - Průzkum: počet aut ve světě se do roku 2040 zdvojnásobí
  4. Umíráček pro spalovací motory? Francie chce s auty na benzin a naftu skončit do roku 2040
  5. http://auto.idnes.cz/zakaz-klasickych-motoru-v-britanii-du5-/automoto.aspx?c=A170726_091754_automoto_fdv - Británie od roku 2040 zakáže prodej benzinových a naftových aut
  6. https://techxplore.com/news/2021-12-scientists-batteries-minutes.html - Scientists identify another reason why batteries can't charge in minutes
  7. BŘEZINOVÁ, Jana. 7 problémů, které budou muset elektromobily vyřešit [online]. [cit. 2019-09-26]. Dostupné online. 
  8. https://techxplore.com/news/2022-02-issue-battery-recyclability.html - Researcher examines the issue of battery recyclability
  9. (anglicky)Nanoparticles may have bigger impact on the environment than previously thought
  10. https://techxplore.com/news/2019-12-car-batteries-frozen-safer.html - Car batteries can be frozen for safer transportation
  11. How to Prolong Lithium-based Batteries - http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries
  12. http://www.gamersnexus.net/guides/899-battery-myths-li-ion-battery-management - Busting Battery Myths: Taking Care of Li-Ion Batteries
  13. a b EVERGREEN, Shel. Lithium costs a lot of money—so why aren’t we recycling lithium batteries?. Ars Technica [online]. 2022-04-19 [cit. 2022-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]