W dobie dzisiejszych technologii każdy z nas ma do czynienia z technologią litowo – jonową. Akumulatory litowo – jonowe są związane nie tylko z pojazdami elektrycznymi czy dronami, ale to również różnego rodzaju elektronarzędzia czy nawet odkurzacze.
Pierwsze próby eksperymentów z litowymi bateriami miały już miejsce na początku XX wieku. Pomimo ogromnego potencjału litu jako tworzywa akumulatorów, baterie litowe pojawiły się po raz pierwszy na rynku dopiero w latach 70-dziesiątych. Lit to metal charakteryzujący się najmniejszą gęstością, dużym potencjałem elektrochemicznym oraz wysokim stosunkiem energii do masy. Przełomowym wydarzeniem w rozwoju ogniw litowo-jonowych było stworzenie nowego rodzaju baterii litowej przez profesora Johna Goodenough’a oraz Koichi Mizushima na Uniwersytecie Oksfordzkim. W bateriach tych, lit mógł przemieszczać się przez baterię z jednej elektrody w drugą w postaci jonów. W ten sposób powstała baza dla dzisiejszych akumulatorów litowo-jonowych, którego schemat działania został przedstawiony na poniższym rysunku:
Rys. 1. Podstawowe elementy ogniwa elektrochemicznego (na przykładzie ogniwa litowo-jonowego).
Źródło: https://zpe.gov.pl/ „Co warto wiedzieć o ogniwach litowo-jonowych?”
W momencie ładowania jony litu przemieszczają się z węglowej anody do katody pokrytej tlenkiem litu oraz innym metalem i są tam przechowywane. Podczas rozładowania mamy do czynienia z odwróceniem tego procesu.
Akumulator może zawierać w sobie dowolną liczbę pojedynczych ogniw. W większości baterii litowo-jonowych można znaleźć ogniwa typu 18650 (co odpowiada 18 mm średnicy i 65 mm długości), które są połączone szeregowo w wyższe napięcia. Identyczne ogniwa mogą wystąpić zarówno w baterii do laptopa o napięciu 10,8 V, jak i w baterii Tesli o napięciu ponad 400 V i mocy maksymalnej 451 kW. Należy jednak podkreślić, że bateria Tesli będzie się składać z ponad 7000 ogniw typu 18650.
Czym się różni ogniwo od klasycznej baterii? Ogniwo jest urządzeniem przeznaczonym do magazynowania energii. Składa się z elektrod, separatora oraz elektrolitu. To właśnie ogniwo jest źródłem prądu, które powstaje w wyniku samorzutnego przeniesienia jednego lub więcej elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza). Natomiast sama bateria to urządzenie pozwalające na magazynowanie energii elektrycznej oraz umożliwiające oddawanie jej w bezpieczny sposób.
Na rynku komercyjnym baterie litowo-jonowe pojawiły się dopiero w 1991 r. Zostały wówczas po raz pierwszy zastosowane w kamerach firmy Sony. W ślad za producentem elektroniki użytkowej, zaczęły podążać kolejne przedsiębiorstwa.
Najważniejsze zalety baterii litowo-jonowych
Ze względu na liczne zalety akumulatorów litowo-jonowych, coraz częściej znajdują one również zastosowanie w pojazdach elektrycznych. Obok głównej zalety jaką jest wysoka gęstość energii, baterie charakteryzują się brakiem efektu pamięci, niską szkodliwością dla środowiska oraz znacznie wolniejszym samorozładowaniem w porównaniu do pozostałych rodzajów akumulatorów.
Cykl życia baterii litowo-jonowych oraz ich żywotność jest stosunkowo długa przy zachowaniu odpowiedniego sposobu ich użytkowania oraz optymalnych warunków pracy. Ponadto, w porównaniu do baterii innych technologii, akumulatory litowo-jonowe są wydajniejsze, znacznie szybciej się ładują oraz są lżejsze. Mniejsza waga ma istotne znaczenie również dla pojazdów elektrycznych. Pojazd z takimi bateriami może pozwolić sobie nie tylko na większy ładunek, ale również zapewnia większy zasięg jazdy na jednym ładowaniu. Baterie litowo-jonowe można doładowywać w dowolnym momencie. Nie ma konieczności czekania do pełnego rozładowania, co sprawia, że są one wygodniejsze w codziennym użytkowaniu.
Nie ma ryby bez ości i baterii bez wad
Największą wadą baterii litowo-jonowych jest ich wysoka cena. Koszt nabycia takich baterii jest średnio trzy razy wyższy w porównaniu do ich tradycyjnych odpowiedników. Ponadto, wyróżniają się słabą tolerancją na niskie i bardzo wysokie temperatury. Zaleca się przechowywanie oraz użytkowanie baterii w temperaturach z zakresu 0 – 35°C. Zbyt niska temperatura niekorzystnie wpływa na ich pojemność, zaś zbyt wysoka skraca żywotność ogniw. Uwadze nie powinno umknąć, że bateria litowo-jonowa traci ładunek także w spoczynku. Cykl życia baterii litowo-jonowej zależy przede wszystkim od intensywności oraz sposobu jej użytkowania. Niepoprawne korzystanie w znacznym stopniu przyśpiesza ich zużycie. Najbardziej szkodliwe dla baterii jest wyładowanie jej do 0% oraz pozostawienie w tym stanie przez dłuższy okres.
Alternatywy dla baterii litowo-jonowych
Jednym z najbardziej popularnych zamienników baterii litowo – jonowych są baterie kwasowo – ołowiowe typu AGM. Ponieważ rodzaj tych baterii świetnie sobie radzi z wstrząsami oraz pochyleniami, to właśnie one są najczęściej montowane w samochodach i pojazdach elektrycznych. Technologia AGM zapewnia również odporność na niskie temperatury, dlatego baterie kwasowo-ołowiowe są w szczególności polecane do pracy w umiarkowanym i chłodniejszym klimacie.
