1000 mAh-s lítiumion-akkumulátorHengeres cella zárás előtt (18650)
A lítiumion-akkumulátor vagy Li-ion-akkumulátor hordozható készülékekben történő használatra kifejlesztett villamosenergia-forrás.
Felépítése
A lítiumion-technológia onnan kapta a nevét, 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 lítium-hexafluorofoszfát (LiPF6), vagy újabban a kevésbé korrodáló lítium-tetrafluoroborát (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, és újratöltés után másnap ismét így tesz, akkor ez is egy töltésciklust jelent. Minden alkalommal, amikor 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. A nagyobb autógyártóknak is csak bonyolult diagnosztikai eljárásokkal sikerül 8 év fölé tornászni a lítiumion-akkumulátorok életciklusát.[1]
Katódok
Anyaga
Átlagos fesz.
Fajlagos kapacitás
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
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 nikkel-kadmium (NiCd) akkumulátoroknak kétszerese – és cellafeszültsége. Használható formában a Bell Labsnél 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 (LiCoO2) anyaggal valósította meg. Erre alapozva az első lítiumion-akkumulátorokat a Sony jelentette meg 1991-ben.
1989-ben Arumugam Manthiram és John Goodenough kimutatta, hogy a polianiont – például szulfátot – tartalmazó katódok nagyobb feszültséget állítanak elő az oxidos változatoknál.
1996-ban Padhi és Goodenough megállapította, hogy a lítium-vas-foszfát (LiFePO4) és néhány rokon vegyülete is megfelelő katódnak.
2017. december 1-jén Dél-Ausztráliában megkezdte működését a világ eddigi legnagyobb, 100 MW teljesítményű, 129 MWh kapacitású lítium-ionos akkumulátora. Egy óriási szélerőmű-parkra csatlakozva szolgáltat megújuló energiát. A Tesla amerikai vállalat által készített óriás-akkumulátor üzembeállítása világpremiernek számít és folyamatos energiaellátást biztosít sok háztartás számára.[2]
Előnyei
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-akkumulátoroknak nem is tesz jót, ha teljesen kisütik őket.
A nikkel-metál-hidrid (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
Túltöltés vagy az ajánlottnál magasabb feszültséggel való töltés esetén hő fejlődik, ami az akku felrobbanásához is vezethet.[3]
Az akkumulátornak védőáramkörökre van szüksége.
Öregedési és elhasználódási probléma, hasonlóan a nikkelalapú akkumulátorokhoz (a 40% töltöttségi szint körüli, hideg (kb. 0 °C-os), száraz helyen való tárolás lassítja az öregedési folyamatot.)[4]
Balesetek a gyártás során
2024. június 24-én robbanás történt és tűz ütött ki az Aricell cég lítiumakkumulátorokat gyártó üzemében, a dél-koreaiKjonggi tartomány Hvaszong városában, Szöultól kb. 45 km-re. A balesetben 22 ember vesztette életét, további tíz munkás megsérült. A balesetet néhány akkumulátor felrobbanása okozta. Dél-Korea a világ egyik vezető lítiumakkumulátort előállító országa.[5][6]
