tip de baterie reîncărcabilă From Wikipedia, the free encyclopedia
Un acumulator litiu-ion sau acumulator Li-ion, este un tip de baterie reîncărcabilă. Acumulatorii litiu-ion sunt acumulatori apăruți in ultimele decenii și sunt frecvent utilizați de dispozitive electronice de tipul telefoanelor mobile, laptopurilor etc. Pot fi utilizați la propulsarea diferitelor vehicule electrice (exemplu: Nissan Leaf).[1]
Primul prototip de acumulator litiu-ion a fost dezvoltat de Akira Yoshino in 1985, pe baza cercetărilor anterioare efectuate de John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami și Koichi Mizushima în anii 1970–1980.[2][3] Acumulatorul comercial Li-ion a fost dezvoltat de o echipă Sony și Asahi Kasei condusă de Yoshio Nishi în 1991.[4]
În acumulatori, ionii de litiu se deplasează de la electrodul negativ printr-un electrolit la electrodul pozitiv în timpul descărcării și înapoi in timpul încărcării. Acumulatorii Li-ion utilizează un compus intercalat de litiu ca material la electrodul pozitiv și de obicei grafit la electrodul negativ. Au o densitate mare de energie, nu au efect de memorie (altele decât celulele LFP)[5] și auto-descărcare redusă. Cu toate acestea, ei pot reprezenta un pericol pentru siguranța în exploatare, deoarece conțin electroliți inflamabili și, dacă sunt deteriorați sau încărcați incorect, pot duce la explozii și incendii. Samsung a fost forțat să-și recheme telefoanele Galaxy Note 7 în urma incendiilor bateriilor litiu-ion[6]. Au mai existat si câteva incidente cu acumulatori pe Boeing 787.
Caracteristicile chimice, operaționale, de siguranță și economice variază în funcție de tipurile de acumulatori litiu-ion. Electronicele utilizează în principal acumulatori litiu-polimer (cu un gel polimeric ca electrolit), un oxid de litiu-cobalt (LiCoO2) ca material catodic și un anod de grafit, care împreună oferă o densitate de energie ridicată.[7][8] Fosfatul de litiu-fier (LiFePO4), oxidul de litiu mangan (spinel LiMn2O4 sau Li2MnO3 - pe baza de materiale stratificate bogate în litiu (LMR-NMC)) și oxidul de cobalt-litiu-nichel-mangan (LiNiMnCoO2 sau NMC) pot oferi o durată de viață mai lungă și pot avea o capacitate mai bună. Astfel de acumulatori sunt utilizați pe scară largă pentru unelte electrice si echipamente medicale. NMC și derivatele sale sunt utilizați pe scară largă în vehiculele electrice.
Domeniile de cercetare pentru acumulatorii litiu-ion includ extinderea duratei de viață, creșterea densității energetice, îmbunătățirea siguranței, reducerea costurilor și creșterea vitezei de încărcare.[9] Cercetările sunt în desfășurare în domeniul electroliților neinflamabili ca o cale către o siguranță sporită bazată pe inflamabilitatea și volatilitatea solvenților organici utilizați în electroliții tipici. Variantele includ acumulatori apoși litiu-ion, electroliți ceramici solizi, electroliți polimerici, lichide ionice și sisteme puternic fluorurate.[10][11][12][13]
O celulă este o unitate electrochimică de bază care conține electrozi, separator și electrolit.[14][15]
O baterie sau un pachet de baterii este o colecție de celule sau ansambluri de celule, cu carcasă, conexiuni electrice și, eventual, electronice pentru control și protecție.[16]
Pentru celulele reîncărcabile, termenul anod (sau electrod pozitiv) desemnează electrodul în care are loc oxidarea în timpul ciclului de descărcare; celălalt electrod este catodul (sau electrodul negativ) unde are loc reducerea. În timpul ciclului de încărcare, electrodul pozitiv devine anod și electrodul negativ devine catod. Pentru majoritatea celulelor Litiu-ion, electrodul cu oxid de Litiu este electrodul pozitiv; pentru celulele Titanat Litiu-ion (LTO), electrodul de Oxid de Litiu este electrodul negativ.
Acumulatorii cu litiu au fost propuși de chimistul britanic M. Stanley Whittingham, în prezent la Universitatea Binghamton, în timp ce lucra pentru Exxon în anii 1970.[17] Whittingham folosea ca electrozi sulfura de titan (IV) și litiu metalic. Cu toate acestea, acești acumulatori reîncărcabili cu litiu nu ar fi putut niciodată folosiți in mod practic. Disulfura de titan era o alegere neinspirată, deoarece trebuie sintetizată în condiții complet sigilate, fiind de asemenea destul de costisitoare (~1.000 USD pe kilogram pentru materia primă de disulfură de titan în anii 1970). Expusă la aer, disulfura de titan reacționează pentru a forma compuși de hidrogen sulfurat, care au un miros neplăcut și sunt toxici pentru majoritatea animalelor. Din acest motiv, Exxon a întrerupt dezvoltarea acumulatorului cu disulfură de litiu-titan Whittingham. Acumulatorii cu electrozi de litiu metalic prezentau probleme de siguranță, deoarece litiul metalic reacționează cu apa, eliberând hidrogen, gaz inflamabil.[18] În consecință, cercetările s-au mutat pentru a dezvolta acumulatori în care, în loc de litiu metalic, sunt prezenți doar compuși de litiu, fiind capabili să accepte și să elibereze ioni de litiu.
Intercalația reversibilă în grafit[19][20] și intercalația în oxizi catodici[21][22] a fost descoperită în perioada 1974–1976 de J. O. Besenhard la TU München. Descompunerea electrolitului și co-intercalarea solventului în grafit erau dezavantaje timpurii grave pentru durata de viață a bateriei.
Performanța și capacitatea acumulatorilor litiu-ion au crescut pe măsură ce dezvoltarea a progresat.
În 2010, capacitatea globală de producție a acumulatorilor Litiu-ion a fost de 20 GWh.[67] Până în 2016, aceasta era de 28 GWh, cu 16,4 GWh în China.[68] Producția este complicată și necesită mulți pași.[69]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
