Що таке літієві батареї і як вони працюють?

Що таке літій-іонні акумулятори, з чого вони виготовлені та які переваги порівняно з іншими технологіями зберігання акумуляторів?

Вперше запропоновані в 1970-х роках і комерційно вироблені компанією Sony в 1991 році, літієві батареї зараз використовуються в мобільних телефонах, літаках і автомобілях.Незважаючи на ряд переваг, які привели до зростання успіху в енергетичній промисловості, літій-іонні батареї мають деякі недоліки і є темою, яка викликає багато дискусій.

Але що таке літієві батареї і як вони працюють?

З чого виготовляють літієві батареї?

Літієва батарея складається з чотирьох ключових компонентів.Він має катод, який визначає ємність і напругу акумулятора і є джерелом іонів літію.Анод дозволяє електричному струму протікати через зовнішнє коло, і коли акумулятор заряджається, іони літію зберігаються в аноді.

Електроліт складається з солей, розчинників і добавок і служить провідником іонів літію між катодом і анодом.Нарешті, є сепаратор, фізичний бар’єр, який утримує катод і анод окремо.

Плюси і мінуси літієвих акумуляторів

Літієві батареї мають набагато більшу щільність енергії, ніж інші батареї.Вони можуть мати до 150 ват-годин (Вт·год) енергії на кілограм (кг), у порівнянні з нікель-метал-гідридними батареями при 60-70 Вт·год/кг і свинцево-кислотними при 25 Вт·год/кг.

Вони також мають нижчий рівень розряду, ніж інші, втрачаючи приблизно 5% заряду за місяць порівняно з нікель-кадмієвими (NiMH) батареями, які втрачають 20% за місяць.

Однак літієві батареї також містять легкозаймистий електроліт, який може спричинити невеликі пожежі.Саме це стало причиною сумнозвісного спалювання смартфона Samsung Note 7, що змусило Samsung припинити виробництво тавтратити 26 мільярдів доларів ринкової вартості.Слід зазначити, що цього не сталося з великомасштабними літієвими батареями.

Літій-іонні акумулятори також дорожчі у виробництві, оскільки вони можуть коштувати майже На 40% більше, ніж нікель-кадмієві батареї.

Конкуренти

Літій-іонні акумулятори стикаються з конкуренцією з боку низки альтернативних технологій акумуляторів, більшість із яких знаходяться на стадії розробки.Однією з таких альтернатив є батареї, що живляться від солоної води.

У розробці Aquion Energy вони складаються з солоної води, оксиду марганцю та бавовни, щоб створити щось, що виготовлено з використанням «великої кількості нетоксичних матеріалів і сучасних недорогих технологій виробництва».Через це це єдині батареї в світі, які сертифіковані від колиски до колиски.

Подібно до технології Aquion, «Блакитна батарея» AquaBattery використовує суміш солі та прісної води, що протікає через мембрани для зберігання енергії.Інші потенційні типи батарей включають батареї Bristol Robotics Laboratory, що живляться від сечі, і літій-іонні батареї Університету Каліфорнії Ріверсайд, які використовують пісок, а не графіт як аноди, що призводить до батареї, яка втричі потужніша за промисловий стандарт.