Stap 5: Feiten over lithium ion:
De lithium-ion accu
Pionierswerk met de lithiumbatterij begon in 1912 onder G.N. Lewis, maar het was niet tot de vroege jaren 1970, toen de eerste niet-oplaadbare lithiumbatterijen werd commercieel beschikbaar. Lithium is de lichtste van alle metalen, heeft het grootste elektrochemische potentieel en de grootste energiedichtheid voorziet in gewicht.
Pogingen om het ontwikkelen van oplaadbare lithiumbatterijen mislukt vanwege veiligheidsproblemen. Vanwege de inherente instabiliteit van lithium metal, vooral tijdens het opladen, onderzoek verschoven naar een niet-metalen lithiumbatterij met behulp van lithium-ionen. Hoewel iets lager in dichtheid van de energie dan lithium metal, is lithium-ion veilig, mits bepaalde voorzorgsmaatregelen worden voldaan bij het laden en ontladen. In 1991 gecommercialiseerd de Sony Corporation de eerste lithium-ion batterij. Andere fabrikanten volgden.
De energiedichtheid van lithium-ion is meestal twee keer die van de standaard nikkel-cadmium. Er is potentieel voor hogere energie dichtheid. De kenmerken van de lading zijn redelijk goed en werken op dezelfde manier om nikkel-cadmium in termen van geen kwijting. De hoge cel spanning van 3,6 volt kunt batterij pack ontwerpen met slechts één cel. Het merendeel van de hedendaagse mobiele telefoons draaien op een enkele cel. Een nikkel-gebaseerde pack zou vereisen drie 1.2 volt cellen in serie geschakeld.
Lithium-ion is een onderhoudsarm batterij, een voordeel dat de meeste andere chemicaliën geen aanspraak kan maken. Er is geen geheugen en geen geplande fietsen is verplicht tot de levensduur van de batterij. Bovendien, is de zelfontlading minder dan de helft in vergelijking met nikkel-cadmium, lithium-ion is goed geschikt voor moderne brandstof gauge toepassingen maken. Lithium-ion cellen veroorzaken geen kwaad wanneer verwijderd.
Lithium-ion heeft ondanks zijn algemene voordelen, nadelen. Het is kwetsbaar en vereist een bescherming circuit te handhaven veilig kan worden gebruikt. Ingebouwd in elke verpakking, het bescherming circuit beperkt de piek spanning van elke cel tijdens charge en de spanning van de cel verhindert dropping te laag over de kwijting. Bovendien wordt de cel temperatuur gecontroleerd om te voorkomen dat extreme temperaturen. De maximale heffing en de kwijting huidige op de meeste verpakkingen is beperkt tot tussen 1C en 2C. Met deze voorzorgsmaatregelen in plaats, is de mogelijkheid van metallisch lithium plating die zich voordoen als gevolg van de prijsverhoging vrijwel geëlimineerd.
Veroudering is een probleem met de meeste lithium-ion-accu's en vele fabrikanten zwijgen over deze kwestie. Sommige capaciteit verslechtering is merkbaar na één jaar, of de batterij gebruikt of niet wordt. De batterij is vaak mislukt na twee of drie jaar. Opgemerkt moet worden dat andere oplossingen ook leeftijdsgebonden degeneratieve gevolgen hebben. Dit geldt met name voor nikkel-metaal-hydride als blootgesteld aan hoge omgevingstemperaturen. Op hetzelfde moment, is lithium-ion-packs bekend dat de machinekamerwacht hebben gedaan gedurende vijf jaar in sommige toepassingen.
Fabrikanten zijn voortdurend verbeteren van lithium-ion. Nieuwe en verbeterde chemische combinaties worden ingevoerd om de zes maanden of zo. Met deze snelle vooruitgang is het moeilijk in te schatten hoe goed de herziene batterij zal leeftijd.
Opslag in een koele plaats vertraagt het verouderingsproces van lithium-ion (en andere chemicaliën). Fabrikanten adviseren bewaartemperaturen van 15∞C (59∞F). Bovendien, de batterij moet gedeeltelijk in rekening gebracht tijdens de opslag. De fabrikant aanbeveelt een toeslag van 40%.
De zuinigste lithium-ion-batterij in termen van kosten-naar-energie verhouding is de cilindrische 18650 (grootte is 18 mm x 65.2 mm). Deze cel wordt gebruikt voor draagbare computers en andere toepassingen die uiterst dunne geometrie niet eisen. Als een slim pack vereist is, is de cel lithium-ion prismatisch de beste keuze. Deze cellen komen tegen een hogere kostprijs in termen van opgeslagen energie.
Voordelen
ï hoge energiedichtheid - potentieel voor nog hogere capaciteiten.
ï hoeft niet langdurig priming wanneer nieuwe. Een normale lading is alles wat nodig is.
ï relatief lage zelfontlading - zelfontlading is minder dan de helft die van nikkel-gebaseerde batterijen.
ï laag onderhoud - geen periodieke kwijting nodig is; Er is geen geheugen.
ï Specialty cellen kunnen zeer hoge stroom toepassingen zoals elektrisch gereedschap.
Beperkingen
ï vereist bescherming circuit spanning en stroom binnen veilige grenzen te handhaven.
ï onderworpen aan veroudering, zelfs als ze niet in gebruik - opslag in een koele plaats 40% kosten het effect van de veroudering vermindert.
ï vervoer beperkingen - overbrenging van grotere hoeveelheden kan wettelijke controle onderworpen. Deze beperking geldt niet voor persoonlijke Carry-over batterijen.
ï duur om te produceren - ongeveer 40 procent hoger in kosten dan nikkel-cadmium.
ï niet volledig volwassen - metalen en chemische stoffen veranderen op een continue basis.
De lithium-polymeerbatterij
De lithium-polymeer onderscheidt zich van de conventionele accu systemen in het soort elektrolyt gebruikt. Het oorspronkelijke ontwerp, die teruggaat tot de jaren 1970, gebruikt een droge solide polymeer elektrolyt. Dit elektrolyt lijkt op een plastic-achtige film die doet niet voeren elektriciteit maar mogelijk maakt om ionen wisselen (elektrisch geladen atomen of groepen van atomen). De elektrolyt polymeer vervangt het traditionele poreuze scheidingsteken, die doorweekt met elektrolyt is.
Het droge polymeer ontwerp biedt vereenvoudigingen met betrekking tot de fabricage, de robuustheid, de veiligheid en de dun-profiel geometrie. Met een dikte van cel meten zo weinig zoals één millimeter (0.039 inch), worden apparatuur ontwerpers overgelaten aan hun eigen verbeelding in termen van de vorm, vorm en grootte.
Helaas lijdt het droge lithium-polymeer slechte geleiding. De interne weerstand is te hoog en de huidige uitbarstingen die nodig zijn voor de moderne communicatieapparaten aandrijven en draaien de harde schijven voor mobiele computerapparatuur kan niet leveren. Verwarming van de cel te 60∞C (140∞F) en hoger verhoogt de geleidbaarheid, een eis die niet geschikt is voor draagbare toepassingen.
Om het compromis, is sommige gegeleerde elektrolyt toegevoegd. De commerciële cellen een scheidingsteken gebruiken / elektrolyt membraan bereid uit de dezelfde traditionele poreuze polyethyleen of polypropyleen scheidingsteken gevuld met een polymeer, die gels op vullen met de vloeibare elektrolyt. De commerciële lithium-ion polymeer cellen zijn dus zeer vergelijkbaar in chemie en materialen met hun vloeibare elektrolyt teller delen.
Lithium-ion-polymeer heeft niet gevangen op zo snel als sommige analisten hadden verwacht. Zijn superioriteit aan andere systemen en de lage productiekosten is niet gerealiseerd. Geen verbeteringen in de capaciteit winsten wordt bereikt - in feite, de capaciteit is iets minder dan die van de standaard lithium-ion accu. Lithium-ion-polymeer vindt haar marktniche in flinterdunne meetkundes, zoals batterijen voor creditcards en andere dergelijke toepassingen.
Voordelen
ï zeer laag profiel - batterijen die lijkt op het profiel van een credit card zijn haalbaar.
ï flexibele vormfactor - fabrikanten zijn niet gebonden aan standaard celopmaak. Met hoog volume, kan elke redelijke omvang economisch worden geproduceerd.
ï lichtgewicht - gegeleerde elektrolyten inschakelen vereenvoudigde verpakking door het elimineren van de metalen omhulsel.
Verbeterde veiligheid - bestendiger ï en overladen; minder kans op gaan lekken.
Beperkingen
ï lagere energiedichtheid en verminderde cyclus tellen in vergelijking met lithium-ion.
ï duur om te produceren.
ï geen standaard maten. De meeste cellen worden geproduceerd voor de markten van de consument van de hoog volume.
ï hogere kosten energie verhouding dan lithium-ion
