Litiumioniakut

Minkä tahansa sähköakun toimintaperiaate on sähköenergian kerääntyminen kemiallisen reaktion aikana, joka tapahtuu, kun lataus sähkövirta virtaa akun läpi, ja sähköenergian tuottaminen, kun purkausvirta virtaa käänteisen kemiallisen reaktion aikana.

Akussa olevan kemiallisen reaktion palautuvuus antaa sinun tyhjentää ja ladata akkua toistuvasti. Tämä on paristojen etu verrattuna kertakäyttöisiin virtalähteisiin, tavallisiin akkuihin, joissa vain purkausvirta on mahdollista.

Väliaineena varauksen siirtämiseksi akun elektrodista toiseen käytetään elektrolyyttiä - erityisliuosta, jonka kemiallisen reaktion seurauksena elektrodien materiaalilla on mahdollista sekä suoraa että käänteistä kemiallista reaktiota akussa, mikä mahdollistaa akun lataamisen ja hänen sijoituksensa.

Nykyään yksi lupaavimmista akkutyypeistä on litiumioniakku. Näissä paristoissa alumiini toimii negatiivisena elektrodina (katodi) ja kupari positiivisena elektrodina (anodi). Elektrodoilla voi olla erilainen muoto, pääsääntöisesti se on sylinterin tai pitkänomaisen pakkauksen muodossa oleva kalvo.

Levitä alumiinifolioon katodimateriaali, joka voi useimmiten olla yksi kolmesta: litiumkobaltaatti LiCoO2, litiumferrofosfaatti LiFePO4 tai litiummangaanin spineli LiMn2O4 ja grafiitti levitetään kuparifolioon. Litiumferrofosfaatti LiFePO4 on ainoa, tällä hetkellä turvallinen katodimateriaali räjähdysvaaran ja ympäristöystävällisyyden kannalta.

Polymeerielektrolyytit, jotka voivat sisällyttää litiumsuoloja koostumukseensa niiden plastisuuden takia, mahdollistavat litium-ioniparistojen valmistamisen, joilla on suuri sisäpinta ja melkein mikä tahansa muoto, ja tämä lisää merkittävästi sekä tuotannon valmistettavuutta että kokonaismittoja.

Tällaisen akun latausprosessissa litiumionit liikkuvat elektrolyytin läpi ja upotetaan anodin grafiitin kidehilaan, muodostaen litiumgrafiittiyhdiste LiC6. Purkamisen aikana tapahtuu käänteinen prosessi - litiumionit siirtyvät katodille (hapettimelle) anodista, ja elektronit siirtyvät katodiin ulkoisessa piirissä, seurauksena prosessi saavuttaa sähköisen neutraalisuuden.

Litium-ioni-akun nimellisjännite on 3,6 volttia, mutta potentiaaliero latauksen aikana voi olla 4,23 volttia. Tämän tosiasian yhteydessä varaus tuotetaan suurimmalla sallitulla jännitteellä, joka on enintään 4,2 volttia.

Jotkut litiumyhdisteet voivat helposti syttyä, jos jännite ylitetään, joten perinteisesti ne on rakennettu litium-ioni-akkuihin lataustason ohjaimetjotka eivät salli kriittisen jännitteen ylittämistä. Toinen turvaominaisuus on integroitu venttiili ylipaineen vähentämiseksi pussin sisällä.

Litium-ioni-akut ovat jo ottaneet oikeutetun asemansa kannettavien kodinkoneiden markkinoilla. Nämä ovat matkapuhelimien, kameroiden, videokameroiden, tablettien, soittimien jne. Akkuja.

Litiumferrofosfaatti LiFePO4 Sitä pidetään lupaavimpana katodimateriaalina ympäristöystävällisyytensä takia. Litiumkobaltaatti LiCoO2 puolestaan ​​on myrkyllistä ja ympäristölle haitallista, ja siihen pohjautuvien paristojen tapauksessa vain 50% ioneista voidaan poistaa yhdisteen rakenteesta, koska jos poistat litiumin kokonaan siitä, rakenne muuttuu epävakaaksi, koboltti siirtyy hapetustilaan + 4 ja pystyy hapettamaan happea, ja vapautunut atomihappi hapettaa elektrolyytin, ja tapahtuu räjähdys.Paristot, joiden kapasiteetti on lisääntynyt (LiCoO2: n perusteella), ovat erittäin räjähtäviä.

John Goodenough ehdotti vuonna 1997 litiumferrofosfaatin LiFePO4: n käyttöä tehokkaampien laitteiden paristojen katodimateriaalina.

Litiumferrofosfaattia on läsnä maankuoressa, eikä se aiheuta ympäristöongelmia tulevaisuudessa. Happia ei voida vapauttaa siitä, koska kaikki fosfori sitoo sitä erittäin voimakkaasti stabiilin fosfaatti-ionin muodostuessa. Tämän materiaalin käyttömahdollisuuden vuoksi se oli kuitenkin hajotettava pieniksi hiukkasiksi, muuten se pysyisi eristeenä erittäin alhaisen johtavuutensa vuoksi. Hiukkaset tehtiin pienikokoisiksi lamellereiksi litium-ionien liikesuunnassa, sitten päällystettiin nanometrin paksuisella hiilikerroksella.

Tällaiset LiFePO4-nanohiukkaset pystyvät latautumaan 10 minuutissa, ja jos päällystettä muutetaan edelleen, latausaika lyhenee 1-3 minuuttiin. Tulevaisuudessa juuri tämä materiaali pystyy toimittamaan sähköä ajoneuvoille 10 vuoden ajan. Jo teknologisesti mahdollinen lataus- ja purkusykli 5-10 minuutissa täysin turvallisella tavalla.

Nykyaikaisen tieteen kannalta tasaisen tasapainon kehittäminen ja vapauttaminen kannettava nanoakkumulaattori Ei odota kauan, ja sana on vain kehityksen laajaan teknologiseen toteuttamiseen. Sähköautojen tulevaisuudennäkymien osalta voidaan nyt jo olettaa, että niistä tulee lähitulevaisuuden kaupunkien tärkein kuljetusmuoto.