Μπαταρίες ιόντων λιθίου

από τον kim ΕΠΙΚΑΙΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ: Ιούλιος 9, 2022

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που περιέχουν ιόντα λιθίου. Χρησιμοποιούνται σε οτιδήποτε, από κινητά τηλέφωνα μέχρι αυτοκίνητα. Πώς λειτουργούν όμως;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν μια διαδικασία παρεμβολής για την αποθήκευση ενέργειας. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει ιόντα λιθίου που κινούνται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου μέσα στην μπαταρία. Οταν φόρτισης, τα ιόντα κινούνται από την άνοδο προς την κάθοδο και κατά την εκφόρτιση κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Αλλά αυτό είναι μόνο μια σύντομη επισκόπηση. Ας δούμε τα πάντα με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τι είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι παντού αυτές τις μέρες! Τροφοδοτούν τα τηλέφωνά μας, φορητούς υπολογιστές, ηλεκτρικά οχήματα και πολλά άλλα. Τι ακριβώς είναι όμως; Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά!

Τα Βασικά

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται από μία ή περισσότερες κυψέλες, μια προστατευτική πλακέτα κυκλώματος και μερικά άλλα εξαρτήματα:

• Ηλεκτρόδια: Τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα άκρα ενός στοιχείου. Προσαρτημένο στους τρέχοντες συλλέκτες.
• Άνοδος: Το αρνητικό ηλεκτρόδιο.
• Ηλεκτρολύτης: Υγρό ή γέλη που μεταφέρει ηλεκτρισμό.
• Συλλέκτες ρεύματος: Αγώγιμα φύλλα σε κάθε ηλεκτρόδιο της μπαταρίας που συνδέονται με τους ακροδέκτες της κυψέλης. Αυτοί οι ακροδέκτες μεταδίδουν το ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ της μπαταρίας, της συσκευής και της πηγής ενέργειας που τροφοδοτεί την μπαταρία.
• Διαχωριστής: Πορώδες πολυμερές φιλμ που διαχωρίζει τα ηλεκτρόδια ενώ επιτρέπει την ανταλλαγή ιόντων λιθίου από τη μια πλευρά στην άλλη.

Πως δουλεύει

Όταν χρησιμοποιείτε μια συσκευή που τροφοδοτείται από μπαταρία ιόντων λιθίου, τα ιόντα λιθίου κινούνται μέσα στην μπαταρία μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια κινούνται στο εξωτερικό κύκλωμα. Αυτή η κίνηση ιόντων και ηλεκτρονίων είναι που δημιουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα που τροφοδοτεί τη συσκευή σας.

Όταν η μπαταρία αποφορτίζεται, η άνοδος απελευθερώνει ιόντα λιθίου στην κάθοδο, δημιουργώντας μια ροή ηλεκτρονίων που βοηθά στην τροφοδοσία της συσκευής σας. Όταν η μπαταρία φορτίζει, συμβαίνει το αντίθετο: ιόντα λιθίου απελευθερώνονται από την κάθοδο και λαμβάνονται από την άνοδο.

Πού μπορείτε να τα βρείτε;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι παντού αυτές τις μέρες! Μπορείτε να τα βρείτε σε τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές, ηλεκτρικά οχήματα και πολλά άλλα. Την επόμενη φορά λοιπόν που θα χρησιμοποιήσετε μια από τις αγαπημένες σας συσκευές, θυμηθείτε ότι τροφοδοτείται από μπαταρία ιόντων λιθίου!

Η συναρπαστική ιστορία της μπαταρίας ιόντων λιθίου

Οι πρώιμες προσπάθειες της NASA

Πίσω στη δεκαετία του '60, η NASA προσπαθούσε ήδη να φτιάξει μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία Li-ion. Ανέπτυξαν μια μπαταρία CuF2/Li, αλλά δεν λειτούργησε αρκετά.

M. Stanley Whittingham's Breakthrough

Το 1974, ο Βρετανός χημικός M. Stanley Whittingham έκανε μια σημαντική ανακάλυψη όταν χρησιμοποίησε το δισουλφίδιο του τιτανίου (TiS2) ως υλικό καθόδου. Αυτό είχε μια πολυεπίπεδη δομή που μπορούσε να προσλάβει ιόντα λιθίου χωρίς να αλλάξει την κρυσταλλική του δομή. Η Exxon προσπάθησε να εμπορευματοποιήσει την μπαταρία, αλλά ήταν πολύ ακριβή και πολύπλοκη. Επιπλέον, ήταν επιρρεπές να πιάσει φωτιά λόγω της παρουσίας μεταλλικού λιθίου στα κύτταρα.

Godshall, Mizushima και Goodenough

Το 1980, ο Ned A. Godshall et al. και οι Koichi Mizushima και John B. Goodenough αντικατέστησαν το TiS2 με οξείδιο του κοβαλτίου λιθίου (LiCoO2, ή LCO). Αυτό είχε παρόμοια πολυεπίπεδη δομή, αλλά με υψηλότερη τάση και μεγαλύτερη σταθερότητα στον αέρα.

Η εφεύρεση του Rachid Yazami

Την ίδια χρονιά, ο Rachid Yazami έδειξε την αναστρέψιμη ηλεκτροχημική παρεμβολή του λιθίου στον γραφίτη και εφηύρε το ηλεκτρόδιο γραφίτη λιθίου (άνοδος).

Το πρόβλημα της ευφλεκτότητας

Το πρόβλημα της ευφλεκτότητας παρέμεινε, έτσι οι άνοδοι μετάλλων λιθίου εγκαταλείφθηκαν. Η τελική λύση ήταν να χρησιμοποιηθεί μια άνοδος παρεμβολής, παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιήθηκε για την κάθοδο, η οποία εμπόδιζε το σχηματισμό μετάλλου λιθίου κατά τη φόρτιση της μπαταρίας.

Το σχέδιο του Yoshino

Το 1987, ο Akira Yoshino κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αυτό που θα γινόταν η πρώτη εμπορική μπαταρία ιόντων λιθίου χρησιμοποιώντας μια άνοδο από "μαλακό άνθρακα" (ένα υλικό που μοιάζει με άνθρακα) μαζί με την κάθοδο LCO του Goodenough και έναν ηλεκτρολύτη με βάση ανθρακικούς εστέρες.

Εμπορευματοποίηση της Sony

Το 1991, η Sony άρχισε να παράγει και να πουλά τις πρώτες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου στον κόσμο χρησιμοποιώντας το σχέδιο του Yoshino.

Το βραβείο Νόμπελ

Το 2012, οι John B. Goodenough, Rachid Yazami και Akira Yoshino έλαβαν το 2012 το IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies για την ανάπτυξη της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Στη συνέχεια, το 2019, οι Goodenough, Whittingham και Yoshino τιμήθηκαν με το Νόμπελ Χημείας για το ίδιο πράγμα.

Η παγκόσμια παραγωγική ικανότητα

Το 2010, η παγκόσμια παραγωγική ικανότητα μπαταριών Li-ion ήταν 20 γιγαβατώρες. Μέχρι το 2016, είχε αυξηθεί σε 28 GWh, με 16.4 GWh στην Κίνα. Το 2020, η παγκόσμια παραγωγική ικανότητα ήταν 767 GWh, με την Κίνα να αντιπροσωπεύει το 75%. Το 2021, εκτιμάται ότι είναι μεταξύ 200 και 600 GWh και οι προβλέψεις για το 2023 κυμαίνονται από 400 έως 1,100 GWh.

The Science Behind 18650 Lithium-Ion Cells

Τι είναι ένα κελί 18650;

Εάν έχετε ακούσει ποτέ για μπαταρία φορητού υπολογιστή ή ηλεκτρικό όχημα, είναι πιθανό να έχετε ακούσει για ένα στοιχείο 18650. Αυτός ο τύπος κυψελών ιόντων λιθίου έχει κυλινδρικό σχήμα και χρησιμοποιείται σε ποικίλες εφαρμογές.

Τι υπάρχει μέσα σε ένα κελί 18650;

Μια κυψέλη 18650 αποτελείται από πολλά εξαρτήματα, τα οποία συνεργάζονται για να τροφοδοτήσουν τη συσκευή σας:

• Το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι συνήθως κατασκευασμένο από γραφίτη, μια μορφή άνθρακα.
• Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι συνήθως κατασκευασμένο από οξείδιο μετάλλου.
• Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα άλας λιθίου σε έναν οργανικό διαλύτη.
• Ένας διαχωριστής εμποδίζει την άνοδο και την κάθοδο από βραχυκύκλωμα.
• Ο συλλέκτης ρεύματος είναι ένα κομμάτι μετάλλου που χωρίζει τα εξωτερικά ηλεκτρονικά από την άνοδο και την κάθοδο.

Τι κάνει ένα κελί 18650;

Μια κυψέλη 18650 είναι υπεύθυνη για την τροφοδοσία της συσκευής σας. Αυτό το κάνει δημιουργώντας μια χημική αντίδραση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, η οποία παράγει ηλεκτρόνια που ρέουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Ο ηλεκτρολύτης βοηθά στη διευκόλυνση αυτής της αντίδρασης, ενώ ο συλλέκτης ρεύματος διασφαλίζει ότι τα ηλεκτρόνια δεν βραχυκυκλώνονται.

The Future of 18650 Cells

Η ζήτηση για μπαταρίες αυξάνεται διαρκώς, επομένως οι ερευνητές αναζητούν συνεχώς τρόπους βελτίωσης της ενεργειακής πυκνότητας, της θερμοκρασίας λειτουργίας, της ασφάλειας, της ανθεκτικότητας, του χρόνου φόρτισης και του κόστους των 18650 κυψελών. Αυτό περιλαμβάνει πειραματισμό με νέα υλικά, όπως το γραφένιο, και την εξερεύνηση εναλλακτικών δομών ηλεκτροδίων.

Έτσι, την επόμενη φορά που θα χρησιμοποιήσετε το φορητό υπολογιστή ή το ηλεκτρικό σας όχημα, αφιερώστε λίγο χρόνο για να εκτιμήσετε την επιστήμη πίσω από την κυψέλη 18650!

Τύποι κυττάρων ιόντων λιθίου

Μικρό κυλινδρικό

Αυτοί είναι ο πιο κοινός τύπος κυψελών ιόντων λιθίου και βρίσκονται στα περισσότερα ηλεκτρονικά ποδήλατα και μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων. Διατίθενται σε διάφορα τυπικά μεγέθη και έχουν ένα συμπαγές σώμα χωρίς ακροδέκτες.

Μεγάλο κυλινδρικό

Αυτά τα κύτταρα ιόντων λιθίου είναι μεγαλύτερα από τα μικρά κυλινδρικά και έχουν μεγάλα τερματικά με σπείρωμα.

Flat ή πουγκί

Αυτά είναι τα μαλακά, επίπεδα κελιά που θα βρείτε σε κινητά τηλέφωνα και νεότερους φορητούς υπολογιστές. Είναι επίσης γνωστές ως μπαταρίες πολυμερών ιόντων λιθίου.

Άκαμπτη πλαστική θήκη

Αυτές οι κυψέλες διαθέτουν μεγάλους ακροδέκτες με σπείρωμα και χρησιμοποιούνται συνήθως σε πακέτα έλξης ηλεκτρικών οχημάτων.

Ζελέ ρολό

Οι κυλινδρικές κυψέλες κατασκευάζονται με ένα χαρακτηριστικό «ελβετικό ρολό», που είναι επίσης γνωστό ως «ζελέ ρολό» στις ΗΠΑ. Αυτό σημαίνει ότι είναι ένα μόνο μακρύ "σάντουιτς" του θετικού ηλεκτροδίου, του διαχωριστή, του αρνητικού ηλεκτροδίου και του διαχωριστή τυλιγμένα σε ένα μόνο καρούλι. Τα ρολά ζελέ έχουν το πλεονέκτημα ότι παράγονται ταχύτερα από τα κύτταρα με στοιβαγμένα ηλεκτρόδια.

Pouch Cells

Οι κυψέλες θήκης έχουν την υψηλότερη βαρυμετρική ενεργειακή πυκνότητα, αλλά χρειάζονται ένα εξωτερικό μέσο συγκράτησης για την αποφυγή της διαστολής όταν το επίπεδο κατάστασης φόρτισης (SOC) τους είναι υψηλό.

Μπαταρίες ροής

Οι μπαταρίες ροής είναι ένας σχετικά νέος τύπος μπαταρίας ιόντων λιθίου που αιωρεί το υλικό καθόδου ή ανόδου σε υδατικό ή οργανικό διάλυμα.

Το μικρότερο κύτταρο ιόντων λιθίου

Το 2014, η Panasonic δημιούργησε το μικρότερο στοιχείο Li-ion. Έχει σχήμα καρφίτσας και έχει διάμετρο 3.5mm και βάρος 0.6g. Είναι παρόμοιο με τις συνηθισμένες μπαταρίες λιθίου και συνήθως χαρακτηρίζεται με το πρόθεμα "LiR".

Μπαταρίες

Οι μπαταρίες αποτελούνται από πολλαπλές συνδεδεμένες κυψέλες ιόντων λιθίου και χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία μεγαλύτερων συσκευών, όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Περιέχουν αισθητήρες θερμοκρασίας, κυκλώματα ρυθμιστή τάσης, βρύσες τάσης και οθόνες κατάστασης φόρτισης για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων ασφαλείας.

Σε τι χρησιμεύουν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Consumer Electronics

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η βασική πηγή ενέργειας για όλα τα αγαπημένα σας gadget. Από το αξιόπιστο κινητό σας τηλέφωνο στο φορητό υπολογιστή σας, ψηφιακό φωτογραφική μηχανήκαι τα ηλεκτρικά τσιγάρα, αυτές οι μπαταρίες κρατούν την τεχνολογία σας σε λειτουργία.

Ηλεκτρικά εργαλεία

Εάν είστε DIYer, γνωρίζετε ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ο καλύτερος τρόπος. Τρυπάνια μπαταρίας, τριβεία, πριόνια, ακόμη και εξοπλισμός κήπου, όπως κοπτήρες κοπής και κουρευτικές μηχανές, βασίζονται σε αυτές τις μπαταρίες.

Ηλεκτρικά οχήματα

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα υβριδικά οχήματα, οι ηλεκτρικές μοτοσυκλέτες και τα σκούτερ, τα ηλεκτρικά ποδήλατα, τα προσωπικά μεταφορικά μέσα και τα προηγμένα ηλεκτρικά αναπηρικά αμαξίδια χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου για να μετακινηθούν. Και ας μην ξεχνάμε τα τηλεκατευθυνόμενα μοντέλα, τα μοντέλα αεροσκαφών, ακόμη και το ρόβερ Mars Curiosity!

Τηλεπικοινωνίες

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται επίσης ως εφεδρική ισχύς σε τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές. Επιπλέον, συζητούνται ως πιθανή επιλογή για την αποθήκευση ενέργειας στο δίκτυο, αν και δεν είναι ακόμη αρκετά ανταγωνιστικά ως προς το κόστος.

Τι πρέπει να γνωρίζετε για την απόδοση της μπαταρίας ιόντων λιθίου

Πυκνότητα ενέργειας

Όταν πρόκειται για μπαταρίες ιόντων λιθίου, εξετάζετε κάποια σοβαρή ενεργειακή πυκνότητα! Μιλάμε για 100-250 W·h/kg (360-900 kJ/kg) και 250-680 W·h/L (900-2230 J/cm3). Αυτή είναι αρκετή δύναμη για να φωτίσει μια μικρή πόλη!

Τάση

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν υψηλότερη τάση ανοιχτού κυκλώματος από άλλους τύπους μπαταριών, όπως μολύβδου-οξέος, υδρίδιο νικελίου-μετάλλου και νικελίου-καδμίου.

Εσωτερική αντίσταση

Η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται τόσο με την ποδηλασία όσο και με την ηλικία, αλλά αυτό εξαρτάται από την τάση και τη θερμοκρασία στην οποία αποθηκεύονται οι μπαταρίες. Αυτό σημαίνει ότι η τάση στους ακροδέκτες πέφτει υπό φορτίο, μειώνοντας τη μέγιστη έλξη ρεύματος.

Χρόνος φόρτισης

Οι εποχές που οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρειάζονταν δύο ή περισσότερες ώρες για να φορτιστούν έχουν περάσει. Σήμερα, μπορείτε να έχετε πλήρη φόρτιση σε 45 λεπτά ή λιγότερο! Το 2015, οι ερευνητές απέδειξαν ακόμη και μια μπαταρία χωρητικότητας 600 mAh φορτισμένη στο 68 τοις εκατό χωρητικότητας σε δύο λεπτά και μια μπαταρία 3,000 mAh φορτισμένη στο 48 τοις εκατό σε πέντε λεπτά.

Μείωση κόστους

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν προχωρήσει πολύ από το 1991. Οι τιμές έχουν πέσει 97% και η ενεργειακή πυκνότητα έχει υπερτριπλασιαστεί. Κυψέλες διαφορετικού μεγέθους με την ίδια χημεία μπορούν επίσης να έχουν διαφορετική ενεργειακή πυκνότητα, ώστε να μπορείτε να κερδίσετε περισσότερα χρήματα.

Ποια είναι η συμφωνία με τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ιόντων λιθίου;

Τα Βασικά

Όταν πρόκειται για μπαταρίες ιόντων λιθίου, η διάρκεια ζωής συνήθως μετριέται ως προς τον αριθμό των πλήρους κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης που απαιτούνται για να επιτευχθεί ένα συγκεκριμένο όριο. Αυτό το όριο ορίζεται συνήθως ως απώλεια χωρητικότητας ή αύξηση σύνθετης αντίστασης. Οι κατασκευαστές συνήθως χρησιμοποιούν τον όρο «ζωή κύκλου» για να περιγράψουν τη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας ως προς τον αριθμό των κύκλων που χρειάζονται για να φτάσει το 80% της ονομαστικής χωρητικότητάς της.

Η αποθήκευση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε φορτισμένη κατάσταση μειώνει επίσης τη χωρητικότητά τους και αυξάνει την αντίσταση της κυψέλης. Αυτό οφείλεται κυρίως στη συνεχή ανάπτυξη της διεπαφής στερεού ηλεκτρολύτη στην άνοδο. Ολόκληρος ο κύκλος ζωής μιας μπαταρίας, συμπεριλαμβανομένων και των λειτουργιών κύκλου και ανενεργής αποθήκευσης, αναφέρεται ως ημερολογιακή διάρκεια.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής του κύκλου της μπαταρίας

Η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, όπως:

• Θερμοκρασία
• Ρεύμα αποφόρτισης
• Ρεύμα φόρτισης
• Εύρος κατάστασης φόρτισης (βάθος εκφόρτισης)

Σε πραγματικές εφαρμογές, όπως smartphone, φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, οι μπαταρίες δεν είναι πάντα πλήρως φορτισμένες και αποφορτισμένες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο καθορισμός της διάρκειας ζωής της μπαταρίας ως προς τους κύκλους πλήρους εκφόρτισης μπορεί να είναι παραπλανητικός. Για να αποφευχθεί αυτή η σύγχυση, οι ερευνητές μερικές φορές χρησιμοποιούν αθροιστική εκφόρτιση, η οποία είναι η συνολική ποσότητα φόρτισης (Ah) που παρέχεται από την μπαταρία κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής της ή ισοδύναμου πλήρους κύκλου.

Υποβάθμιση μπαταρίας

Οι μπαταρίες υποβαθμίζονται σταδιακά κατά τη διάρκεια της ζωής τους, οδηγώντας σε μειωμένη χωρητικότητα και, σε ορισμένες περιπτώσεις, χαμηλότερη τάση κυψέλης λειτουργίας. Αυτό οφείλεται σε μια ποικιλία χημικών και μηχανικών αλλαγών στα ηλεκτρόδια. Η υποβάθμιση εξαρτάται έντονα από τη θερμοκρασία και τα υψηλά επίπεδα φόρτισης επιταχύνουν επίσης την απώλεια χωρητικότητας.

Μερικές από τις πιο κοινές διαδικασίες αποδόμησης περιλαμβάνουν:

• Μείωση του οργανικού ανθρακικού ηλεκτρολύτη στην άνοδο, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη της διεπαφής στερεών ηλεκτρολυτών (SEI). Αυτό προκαλεί αύξηση της ωμικής αντίστασης και μείωση του κυκλικού φορτίου Ah.

• Επιμετάλλωση λιθίου, η οποία επίσης οδηγεί σε απώλεια αποθέματος λιθίου (κυκλώσιμο φορτίο Ah) και εσωτερικό βραχυκύκλωμα.

• Απώλεια των (αρνητικών ή θετικών) ηλεκτροενεργών υλικών λόγω διάλυσης, ρωγμών, απολέπισης, αποκόλλησης ή ακόμα και τακτικής αλλαγής όγκου κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας. Αυτό εμφανίζεται καθώς τόσο η φόρτιση όσο και η ισχύς εξασθενούν (αυξημένη αντίσταση).

• Διάβρωση/διάλυση του συλλέκτη αρνητικού ρεύματος χαλκού σε χαμηλές τάσεις κυψέλης.

• Αποικοδόμηση του συνδετικού PVDF, που μπορεί να προκαλέσει την αποκόλληση των ηλεκτροενεργών υλικών.

Έτσι, αν ψάχνετε για μια μπαταρία που θα διαρκέσει, φροντίστε να παρακολουθείτε όλους τους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τη διάρκεια ζωής της!

Οι κίνδυνοι των μπαταριών ιόντων λιθίου

Τι είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι οι δυνάμεις του σύγχρονου κόσμου μας. Βρίσκονται σε όλα, από smartphone μέχρι ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Όμως, όπως όλα τα ισχυρά πράγματα, έρχονται με μερικούς κινδύνους.

Ποιοι είναι οι κίνδυνοι;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν έναν εύφλεκτο ηλεκτρολύτη και μπορεί να υποστούν πίεση εάν καταστραφούν. Αυτό σημαίνει ότι εάν μια μπαταρία φορτιστεί πολύ γρήγορα, μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα και να οδηγήσει σε εκρήξεις και πυρκαγιές.

Ακολουθούν μερικοί από τους τρόπους με τους οποίους οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να γίνουν επικίνδυνες:

• Θερμική κατάχρηση: Κακή ψύξη ή εξωτερική φωτιά
• Ηλεκτρική κατάχρηση: Υπερφόρτιση ή εξωτερικό βραχυκύκλωμα
• Μηχανική κατάχρηση: Διείσδυση ή συντριβή
• Εσωτερικό βραχυκύκλωμα: Κατασκευαστικά ελαττώματα ή γήρανση

Τί μπορεί να γίνει?

Τα πρότυπα δοκιμών για μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πιο αυστηρά από εκείνα για μπαταρίες οξέος-ηλεκτρολύτη. Περιορισμοί αποστολής έχουν επίσης επιβληθεί από ρυθμιστικές αρχές ασφάλειας.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι εταιρείες αναγκάστηκαν να ανακαλέσουν προϊόντα λόγω ζητημάτων που σχετίζονται με την μπαταρία, όπως η ανάκληση του Samsung Galaxy Note 7 το 2016.

Σε εξέλιξη βρίσκονται ερευνητικά έργα για την ανάπτυξη μη εύφλεκτων ηλεκτρολυτών για τη μείωση των κινδύνων πυρκαγιάς.

Εάν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου καταστραφούν, θρυμματιστούν ή υποβληθούν σε υψηλότερο ηλεκτρικό φορτίο χωρίς προστασία από υπερφόρτιση, τότε μπορεί να προκύψουν προβλήματα. Το βραχυκύκλωμα μιας μπαταρίας μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση και πιθανόν να πάρει φωτιά.

Η κατώτατη γραμμή

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ισχυρές και έχουν φέρει επανάσταση στον κόσμο μας, αλλά ενέχουν ορισμένους κινδύνους. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε αυτούς τους κινδύνους και να λαμβάνετε μέτρα για να τους μειώσετε.

Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των μπαταριών ιόντων λιθίου

Τι είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η πηγή ενέργειας για πολλές από τις καθημερινές μας συσκευές, από τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές έως ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αποτελούνται από λίθιο, νικέλιο και κοβάλτιο και είναι γνωστά για την υψηλή ενεργειακή τους πυκνότητα και τη μεγάλη διάρκεια ζωής τους.

Ποιες είναι οι Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις;

Η παραγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου μπορεί να έχει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως:

• Η εξόρυξη λιθίου, νικελίου και κοβαλτίου μπορεί να είναι επικίνδυνη για την υδρόβια ζωή, οδηγώντας σε ρύπανση του νερού και αναπνευστικά προβλήματα.
• Τα υποπροϊόντα εξόρυξης μπορούν να προκαλέσουν υποβάθμιση του οικοσυστήματος και ζημιά στο τοπίο.
• Μη βιώσιμη κατανάλωση νερού σε άνυδρες περιοχές.
• Μαζική παραγωγή υποπροϊόντων εξαγωγής λιθίου.
• Δυνατότητα υπερθέρμανσης του πλανήτη για την κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου.

Τι μπορούμε να κάνουμε?

Μπορούμε να βοηθήσουμε στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των μπαταριών ιόντων λιθίου με:

• Ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου για μείωση του αποτυπώματος άνθρακα της παραγωγής.
• Επαναχρησιμοποίηση μπαταριών αντί για ανακύκλωσή τους.
• Αποθηκεύστε τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες με ασφάλεια για να μειώσετε τους κινδύνους.
• Χρησιμοποιώντας πυρομεταλλουργικές και υδρομεταλλουργικές μεθόδους για τον διαχωρισμό των εξαρτημάτων της μπαταρίας.
• Διύλιση σκωρίας από τη διαδικασία ανακύκλωσης για χρήση στη βιομηχανία τσιμέντου.

Ο αντίκτυπος της εκχύλισης λιθίου στα ανθρώπινα δικαιώματα

Κίνδυνοι για τους ντόπιους

Η εξόρυξη πρώτων υλών για μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορεί να είναι επικίνδυνη για τους τοπικούς πληθυσμούς, ιδιαίτερα τους ιθαγενείς. Το κοβάλτιο από τη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό εξορύσσεται συχνά με ελάχιστες προφυλάξεις ασφαλείας, οδηγώντας σε τραυματισμούς και θανάτους. Η ρύπανση από αυτά τα ορυχεία έχει εκθέσει τους ανθρώπους σε τοξικές χημικές ουσίες που μπορεί να προκαλέσουν γενετικές ανωμαλίες και αναπνευστικές δυσκολίες. Έχει επίσης αναφερθεί ότι σε αυτά τα ορυχεία χρησιμοποιείται παιδική εργασία.

Έλλειψη δωρεάν προηγούμενης και ενημερωμένης συναίνεσης

Μια μελέτη στην Αργεντινή διαπίστωσε ότι το κράτος μπορεί να μην προστάτευε το δικαίωμα των αυτόχθονων πληθυσμών για ελεύθερη προηγούμενη και ενημερωμένη συναίνεση και ότι οι εταιρείες εξόρυξης έλεγχαν την πρόσβαση της κοινότητας σε πληροφορίες και όριζαν τους όρους για τη συζήτηση των έργων και την κατανομή των οφελών.

Διαμαρτυρίες και μηνύσεις

Η ανάπτυξη του ορυχείου λιθίου Thacker Pass στη Νεβάδα έχει αντιμετωπιστεί με διαμαρτυρίες και μηνύσεις από διάφορες φυλές αυτόχθονων που λένε ότι δεν τους δόθηκε δωρεάν εκ των προτέρων και ενημερωμένη συγκατάθεση και ότι το έργο απειλεί πολιτιστικούς και ιερούς χώρους. Οι άνθρωποι εξέφρασαν επίσης ανησυχίες ότι το έργο θα δημιουργήσει κινδύνους για τις αυτόχθονες γυναίκες. Οι διαδηλωτές έχουν καταλάβει την τοποθεσία από τον Ιανουάριο του 2021.

Ο αντίκτυπος της εκχύλισης λιθίου στα ανθρώπινα δικαιώματα

Κίνδυνοι για τους ντόπιους

Η εξόρυξη πρώτων υλών για μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορεί να είναι μια πραγματική δυσφορία για τους τοπικούς πληθυσμούς, ειδικά τους ιθαγενείς. Το κοβάλτιο από τη Λαϊκή Δημοκρατία του Κονγκό εξορύσσεται συχνά με ελάχιστες προφυλάξεις ασφαλείας, οδηγώντας σε τραυματισμούς και θανάτους. Η ρύπανση από αυτά τα ορυχεία έχει εκθέσει τους ανθρώπους σε τοξικές χημικές ουσίες που μπορεί να προκαλέσουν γενετικές ανωμαλίες και αναπνευστικές δυσκολίες. Έχει επίσης αναφερθεί ότι σε αυτά τα ορυχεία χρησιμοποιείται παιδική εργασία. Ναι!

Έλλειψη δωρεάν προηγούμενης και ενημερωμένης συναίνεσης

Μια μελέτη στην Αργεντινή διαπίστωσε ότι το κράτος μπορεί να μην έχει δώσει στους αυτόχθονες πληθυσμούς το δικαίωμα της ελεύθερης προηγούμενης και ενημερωμένης συναίνεσης και ότι οι εταιρείες εξόρυξης έλεγχαν την πρόσβαση της κοινότητας σε πληροφορίες και όριζαν τους όρους για τη συζήτηση των έργων και την κατανομή των οφελών. Όχι κουλ.

Διαμαρτυρίες και μηνύσεις

Η ανάπτυξη του ορυχείου λιθίου Thacker Pass στη Νεβάδα έχει αντιμετωπιστεί με διαμαρτυρίες και μηνύσεις από διάφορες φυλές αυτόχθονων που λένε ότι δεν τους δόθηκε δωρεάν εκ των προτέρων και ενημερωμένη συγκατάθεση και ότι το έργο απειλεί πολιτιστικούς και ιερούς χώρους. Οι άνθρωποι εξέφρασαν επίσης ανησυχίες ότι το έργο θα δημιουργήσει κινδύνους για τις αυτόχθονες γυναίκες. Οι διαδηλωτές έχουν καταλάβει την τοποθεσία από τον Ιανουάριο του 2021 και δεν φαίνεται ότι σχεδιάζουν να φύγουν σύντομα.

Διαφορές

Μπαταρίες Li-Ion Vs Lipo

Όταν πρόκειται για μπαταρίες Li-ion vs LiPo, είναι μια μάχη των Τιτάνων. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι απίστευτα αποδοτικές, συσκευάζοντας έναν τόνο ενέργειας σε μια μικροσκοπική συσκευασία. Όμως, μπορεί να είναι ασταθή και επικίνδυνα εάν παραβιαστεί το φράγμα μεταξύ του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Από την άλλη πλευρά, οι μπαταρίες LiPo είναι πολύ πιο ασφαλείς, καθώς δεν υποφέρουν από τον ίδιο κίνδυνο καύσης. Επίσης, δεν υποφέρουν από το «φαινόμενο μνήμης» που κάνουν οι μπαταρίες Li-ion, που σημαίνει ότι μπορούν να επαναφορτιστούν περισσότερες φορές χωρίς να χάσουν τη χωρητικότητά τους. Επιπλέον, έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις μπαταρίες Li-ion, οπότε δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για την αντικατάστασή τους τόσο συχνά. Έτσι, αν ψάχνετε για μια μπαταρία που να είναι ασφαλής, αξιόπιστη και μεγάλης διάρκειας, το LiPo είναι ο καλύτερος τρόπος!

Μπαταρίες ιόντων λιθίου εναντίον οξέος μολύβδου

Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος είναι φθηνότερες από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά δεν έχουν εξίσου καλή απόδοση. Οι μπαταρίες μολύβδου οξέος μπορεί να χρειαστούν έως και 10 ώρες για να φορτιστούν, ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να φορτιστούν σε μόλις λίγα λεπτά. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να δεχτούν ταχύτερο ρυθμό ρεύματος, φορτίζοντας ταχύτερα από τις μπαταρίες μολύβδου οξέος. Επομένως, αν ψάχνετε για μια μπαταρία που φορτίζει γρήγορα και αποτελεσματικά, τα ιόντα λιθίου είναι ο καλύτερος τρόπος. Αλλά αν έχετε έναν προϋπολογισμό, το μόλυβδο οξύ είναι η πιο προσιτή επιλογή.

FAQ

Είναι η μπαταρία ιόντων λιθίου ίδια με το λίθιο;

Όχι, οι μπαταρίες Li-ion και οι μπαταρίες λιθίου δεν είναι το ίδιο! Οι μπαταρίες λιθίου είναι κύρια στοιχεία, που σημαίνει ότι δεν είναι επαναφορτιζόμενες. Έτσι, μόλις τα χρησιμοποιήσετε, έχουν τελειώσει. Από την άλλη πλευρά, οι μπαταρίες Li-ion είναι δευτερεύουσες κυψέλες, που σημαίνει ότι μπορούν να επαναφορτιστούν και να χρησιμοποιηθούν ξανά και ξανά. Επιπλέον, οι μπαταρίες Li-ion είναι πιο ακριβές και χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να κατασκευαστούν από τις μπαταρίες λιθίου. Έτσι, αν ψάχνετε για μια μπαταρία που μπορεί να επαναφορτιστεί, το Li-ion είναι ο καλύτερος τρόπος. Αλλά αν θέλετε κάτι που είναι φθηνότερο και διαρκεί περισσότερο, το λίθιο είναι το καλύτερο στοίχημά σας.

Χρειάζεστε ειδικό φορτιστή για μπαταρίες λιθίου;

Όχι, δεν χρειάζεστε ειδικό φορτιστή για μπαταρίες λιθίου! Με τις μπαταρίες λιθίου iTechworld, δεν χρειάζεται να αναβαθμίσετε ολόκληρο το σύστημα φόρτισης και να ξοδέψετε επιπλέον μετρητά. Το μόνο που χρειάζεστε είναι ο υπάρχων φορτιστής μολύβδου οξέος και είστε έτοιμοι. Οι μπαταρίες λιθίου μας διαθέτουν ειδικό σύστημα διαχείρισης μπαταριών (BMS) που διασφαλίζει τη σωστή φόρτιση της μπαταρίας σας με τον υπάρχοντα φορτιστή σας.
Ο μόνος φορτιστής που δεν συνιστούμε να χρησιμοποιείτε είναι αυτός που έχει σχεδιαστεί για μπαταρίες ασβεστίου. Αυτό συμβαίνει επειδή η τάση εισόδου είναι συνήθως υψηλότερη από αυτή που συνιστάται για τις μπαταρίες λιθίου βαθέως κύκλου. Αλλά μην ανησυχείτε, εάν χρησιμοποιήσετε κατά λάθος φορτιστή ασβεστίου, το BMS θα εντοπίσει την υψηλή τάση και θα μεταβεί σε ασφαλή λειτουργία, προστατεύοντας την μπαταρία σας από οποιαδήποτε ζημιά. Γι' αυτό, μην τα ξοδέψετε αγοράζοντας έναν ειδικό φορτιστή – απλώς χρησιμοποιήστε τον υπάρχοντα και θα είστε έτοιμοι!

Πόσο διαρκεί η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου;

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η δύναμη πίσω από τα καθημερινά σας gadget. Πόσο όμως διαρκούν; Λοιπόν, η μέση μπαταρία ιόντων λιθίου θα πρέπει να διαρκεί μεταξύ 300 και 500 κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης. Είναι σαν να φορτίζετε το τηλέφωνό σας μία φορά την ημέρα για περισσότερο από ένα χρόνο! Επιπλέον, δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για προβλήματα μνήμης όπως παλιά. Απλώς κρατήστε την μπαταρία σας γεμάτη και δροσερή και θα είστε έτοιμοι. Έτσι, εάν το φροντίζετε καλά, η μπαταρία ιόντων λιθίου σας θα πρέπει να σας κρατήσει αρκετό καιρό.

Ποιο είναι το σημαντικότερο μειονέκτημα της μπαταρίας Li-ion;

Το σημαντικότερο μειονέκτημα των μπαταριών Li-ion είναι το κόστος τους. Είναι περίπου 40% πιο ακριβά από το Ni-Cd, οπότε αν έχετε προϋπολογισμό, ίσως θέλετε να ψάξετε αλλού. Επιπλέον, είναι επιρρεπείς στη γήρανση, που σημαίνει ότι μπορεί να χάσουν την ικανότητα και να αποτύχουν μετά από μερικά χρόνια. Κανείς δεν έχει χρόνο για αυτό! Επομένως, εάν πρόκειται να επενδύσετε σε Li-ion, φροντίστε να κάνετε την έρευνά σας και να κερδίσετε το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα.

Συμπέρασμα

Συμπερασματικά, οι μπαταρίες Li-ion είναι μια επαναστατική τεχνολογία που τροφοδοτεί τις καθημερινές μας συσκευές, από κινητά τηλέφωνα έως ηλεκτρικά οχήματα. Με τη σωστή γνώση, αυτές οι μπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα, επομένως μην φοβάστε να κάνετε το βήμα και να εξερευνήσετε τον κόσμο των μπαταριών Li-ion!

Γεια, είμαι η Kim, μια μαμά και λάτρης του stop-motion με εμπειρία στη δημιουργία πολυμέσων και την ανάπτυξη ιστού. Έχω τεράστιο πάθος για το σχέδιο και τα κινούμενα σχέδια, και τώρα βουτάω με το κεφάλι στον κόσμο του stop-motion. Με το blog μου, μοιράζομαι τις γνώσεις μου μαζί σας.