Lítiumion-akkumulátor
A lítiumion-akkumulátor vagy Li-ion-akkumulátor hordozható készülékekben történő használatra kifejlesztett villamosenergia-forrás.
Tartalomjegyzék |
Felépítése[szerkesztés]
A lítiumion-technológia a nevét onnan kapta, hogy a töltés tárolásáról lítiumionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szénalapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fém-oxid-elektródához vándorolnak. Az anódot és a katódot elválasztó elektrolit LiPF6, vagy újabban a kevésbé korrodáló LiBF4, általában folyékony, szerves oldat formájában.
Az újratölthető lítiumion-akkumulátorok élettartama véges, a folyamat kémiai jellegéből adódóan: egy töltésciklust jelent, mikor az akkumulátor lemerül, tehát 100%-osan elhasználják a kapacitását. De ha félig lemerül az akkumulátor, s újratöltés után másnap ismét így tesz, akkor ez is egy töltésciklust jelent. Minden alkalommal, mikor elhasznál egy töltésciklust, kissé csökken az akkumulátor kapacitása. A notebookhoz készített Li-ion-akkumulátoroknak általában 300 teljes töltésciklus után már kevesebb mint 80%-os a kapacitásuk.
Katódok[szerkesztés]
| Anyaga | Átlagos fesz. | Kapacitás/súly |
|---|---|---|
| LiCoO2 | 3,7 V | 140 mAh/g |
| LiMnO2 | 4,0 V | 100 mAh/g |
| LiFePO4 | 3,3 V | 170 mAh/g |
| Li2FePO4F | 3,6 V | 115 mAh/g |
Története[szerkesztés]
A Li-ion-akkumulátor létrehozásával először M. S. Whittingham foglalkozott az 1970-es években. Ezek még költséges titán-szulfid-katódot és fémes lítiumanódot tartalmaztak. A fémes lítium kisebb üzemzavar hatására is hajlamos volt villámsebesen felforrósodni, és ez az akkumulátor felrobbanásához vagy elolvadásához vezetett.
A veszélyek ellenére több gyártó is belefogott a Li-ion-akkumulátorok fejlesztésébe, mivel ennek a típusnak a legnagyobb a kapacitása – a NiCd-akkukénak kétszerese – és cellafeszültsége. Használható formában a Bell Labsnál a nyolcvanas években sikerült ilyen akkumulátorokat előállítani grafitanód alkalmazásával.
Kereskedelmi bevezetését a John Goodenough által vezetett kutatócsoport munkája tette lehetővé, amely a katódot többrétegű lítium-kobalt-oxid anyaggal valósította meg. Erre alapozva az első lítiumion-akkumulátorokat a Sony jelentette meg 1991-ben.
1989-ben Arumugam Manthiram és John Goodenough kimutatták, hogy a polianiont - például szulfátot - tartalmazó katódok nagyobb feszültséget állítanak elő az oxidos változatoknál.
1996-ban Padhi és Goodenough megállapították, hogy a lítium-vas-foszfát (LiFePO4) és néhány rokon vegyülete is megfelelő katódnak.
Előnyei[szerkesztés]
- Mivel a lítium a legkönnyebb fém, így az ebből készült akkumulátorok sokkal könnyebbek a nikkelalapúaknál és tartósabbak is.
- Nincs memóriaeffektus: egyáltalán nem képződnek kristályok az akkumulátorban, így nem kell gondot fordítani a rendszeres tréningeztetésre. Sőt, a Li-ion-akkumulátorok nem is szeretik igazán, ha teljesen kisütik őket.
- A Ni-MH-technológiához hasonlóan ezek az akkuk is nagyon kevés mérgező anyagot tartalmaznak.
- Lassan veszíti el a töltését.
- Mivel még a kimerült cella is képes legalább 3 V-ot szolgáltatni az 1-1,25 V-os NiCd-, illetve NiMH-akkumulátorokkal szemben (teljesen feltöltött állapotban mintegy 4 V a cellafeszültség), egyetlen cellával táplálható a legtöbb modern mobiltelefon.
- Az egyetlen cellából épített akkumulátor esetén nem kell számolni a rosszul párosított vagy gyári hibás cellákból eredő, valamint az egyenetlen elöregedés okozta problémákkal.
Hátrányai[szerkesztés]
- Túltöltés vagy a névlegesnél magasabb feszültséggel való töltés esetén hő fejlődik, ami az akku felrobbanásához is vezethet.[1]
- Védőáramkörökre van szüksége az akkumulátornak
- Öregedési és elhasználódási probléma, hasonlóan a nikkel alapú akkumulátorokhoz (A 40% töltöttségi szint körüli, hideg (kb. 0°C), száraz helyen való tárolás lassítja az öregedési folyamatot.)[2]
