mis on liitiumi aku

Liitiumi aku tehnoloogia tõus

Miks on liitiumi akud tänapäeva energiasüsteemi aluseks?

Liitiumioonakud on tänapäeval ühiskonnas kõige levinum taaskasutatav aku, mis toetab seadmeid alates nutitelefonidest ja sülearvutitest kuni elektriautode ja suurtmahuliste energiasalvestussüsteemideni. Nende valitsemine tuleneb kõrge energiatiheduse, kerge disaini ja pika eluea ühendamisest, mis eristab neid traditsiooniliste akukeemiast.

Liitiumaku areng: sajanditepikkune innovatsioon

Kuidas jõuti pliidioksiidist liitiumioonini?

Liitiumaku tehnoloogia ajalugu hõlmab üle 100 aasta. 1859. aastal leiutas prantsuse füüsik Gaston Planté esimese taaskasutatava aku – pliidioksiidaku, mis sai autode, varuenergia ja tööstusvaldkondade tööriistaks.

1970ndatel loodi kõrgema energiatiheduse nõudlus portatiivse elektri seadmete kasvuks. Esimesed katsetused metalli-liitiumiga olid edukad, kuid tekitasid ohutusprobleeme. Uurijad liikusid liitiumioonide süsteemide poole, mis kasutasid ohutumaid ühendeid.

1991. aastal lõi Sony esimese tööstusliku liitiumioonaku, mis pööras elektri sektori ümber. Tehnoloogia arenes kiiresti ning 2019. aastal anti John B. Goodenoughile, M. Stanley Whittinghamile ja Akira Yoshinole keemia alase nende töö eest auhindaks Nobeli preemia.

Kuidas töötavad liitium aku?

Mis toimub liitiumakus, kui see toidab seadet?

Liitiumioonakud toodavad elektrit liitiumionide liikumise abil kahe elektroodi vahel: anoodi ja katoodi. Väljavoolu ajal vabastavad liitiumi aatomid anoodis elektronid ja muutuvad ionideks, mis liiguvad elektrolüüdi kaudu katoodini. Samal ajal voolavad elektronid läbi väliste vooluringi, toites seadet.

Peavõtmed hõlmavad:

• Katood: Valmistatud liitiummetalliooksidest, nagu LiCoO₂, LiMn₂O₄ või LiFePO₄.

• Anood: Tavaliselt grafiit, millel on kiuline struktuur liitiumioonide salvestamiseks.

• Elektrolüüt: Orgaaniline vedelik, mis sisaldab liitiumsooli ja võimaldab ioonide liikumist.

Selle iooni liikumise pöörduvus on see, mis annab liitiumakudele nende pika eluea ja stabiilse toimimise.

Kus kasutatakse liitiumbatteisid aastal 2025?

Millistel rollidel nad mängivad eri sektortes ja igapäevaelus?

Aastaks 2025 on liitiumioonakud olulised laias valdkondades nende usaldusväärsuse ja energiatõhususe tõttu:

• Elektriautod (EV-d): Võimaldavad pikema vahemaa sõitmist ja kiiret laadimist autode, busside ja jalgrataste puhul.

• Võrguenergia salvestamine: Aitavad tasakaalustada elektrit taastuvenergiaallikatest, nagu päikesepaneelid ja tuulikud.

• Tarbijaelektronika: Toiteallikas telefonide, sülearvutite, tahvelarvutite, kanduvate seadmete ja dronide jaoks.

• Meditsiinlahtrid: Vaatlejate, pumpade ja kõrvalseadmete usaldusväärse toitevarustuse tagamine.

• Tööstusrobotid: Laodis automaatikat ja logistikasüsteeme toetamine.

• Telekomi infrastruktuur: Tagavara tagamine kaugevõtmete ja missiooni kriitiliste võrkude jaoks.

• Merendus ja kosmosetehnika: Satelliitide, allveelaevude ja elektritööriistade toitevarustus.

• Kodu ja Tööriistad: Leitav tolmuhoidjates, puurimas, köögitööriistades ja muudes seadmetes.

Miks on liitiumakud nii eelistusväärsed?

Mis teeb neist paremaks kui traditsioonilised aku tüübid?

Liitiumakud pakuvad mitmeid selgeid eelkäijaid vanemate tehnoloogiate suhtes, nagu pliiaakud ja nikkel-kadnium aku:

• Kõrge energiapadastus: Kuni 330 Wh/kg – 4x rohkem kui pliiaakudel.

• Kõrge pinge: Umbes 3,6 V rakul, vähendades suurust ja kaalu.

• Madal hooldus: Pole mälu efekti ja paindlik laadimine.

• Madal omavoliline laengu kadu: Vaid ~2% kuus.

• Keskkonnasäästlikum: Pole toksilisi raskmetalle, kasvavate taaskasutusvõimalustega.

Need omadused teevad liitiumi aku idealiseeritudks kõrge toime, kanduvate ja taastuvenergia süsteemide jaoks.

Mis on liitiumi aku tehnoloogia peamised väljakutsed?

Mis takistab liitiumi akude täielikku levikut?

Oma tugevuste juures seisavad liitiumioonakuudega silmitsi mitmed olulised väljakutsed:

• Ressursipiirangud: Liitiumi, kobalti ja nikli globaalne nõudlus võib ületada pakkumise, mis tekitab eetilisi ja keskkonnamõjulisi muresid.

• Kulu ja eluea pikkus: Suurtel süsteemidel on endiselt raske jõuda $100/kWh miinimumini ja tagada 20-aastane eluea pikkus.

• Skaleeritavuse raskused: Kilovatt-tundidest (kWh) megavatt-tundideni (MWh) ja gigavatt-tundideni (GWh) laienemine on nii tehniliselt kui ka majanduslikult keeruline.

• Turvalisuse küsimused: Termilise laialdumise, tulekahjude või plahvatuste oht, mis tuleneb vigadest või valekasutusest.

• Ringmajanduse lünked: Vähem kui pooled kasutatud liitiumi aku on hetkel taaskasutuses.

Nende probleemide lahendamine on oluline sektori jätkusuutlikuks kasvuks.

Mis on järgmine liitiumi akude ja energiasalvestuse jaoks?

Kas on olemas alternatiive, mis võiksid liitiumi asendada või täiendada?

Energiasalvestuse tulevikku kuuluvad parandused liitiumioonakusse ning uued lähenemised:

• Kõrgtemperatuurilised liitiumi akud: Võimaldavad suuremat energiatihedust ja ohutust, kuid ei ole veel täielikult kaubaks tehtud.

• Naatriumioonaku: Rohkem kättesaadav ja odavam, kuigi praegu madalama energiatootega.

• Alternatiivsed keemiad: Raua, mangaani või orgaaniliste materjalide kasutamine kulude vähendamiseks ja haruldaste metallide sõltuvuse vähendamiseks.

• Muu salvestusmeetodid: Välja arvatud pumbitud hüdroelektrijaamad, surveõhu- ja soojusenergia salvestus pikemaajaliseks ja hooajaliseks kasutamiseks.

Järgmise kümnendi jooksul ilmselt ilmnevad hübriidlahendused, mis ühendavad neid tehnoloogiaid.

Kohustuslik väljaandmine

Liitiumioonakuldel on keskne roll tänapäevaste energialadustuse süsteemide arendamisel. Siiski nõuab täielikult taastuvenergia tuleviku saavutamine materjalide, kulu, ohutuse ja keskkonna valdkonnas olevate väljakutsete ületamist. Mitmekesistatud tehnoloogiad ja pidev innovatsioon on võtmetegurid jätkusuutliku, elektrifitseeritud maailma loomisel.

KKK

Kuidas laadida liitiumioonaku patareid õigesti, et pikendada nende eluiga?

Vältige ülelaadimist ja sügavat laadimist. Soovitatav on kasutada originaalset või sertifitseeritud laadimisseadet ning hoida aku laadimisriba regulaarse kasutamise ajal 20%–80% vahel. See aitab pikendada aku eluiga. Samuti tuleb vältida kõrgeid temperatuure ja kiirlaadimist, kui võimalik, kuna need võivad kiirendada vananemist.

Miks genereerivad liitiumioonakud kasutamisel soojust?

Soojus põhjustab eelkõige sisemisi keemilisi reaktsioone, takistuskaotusi ja kõrge määruga laadimist või laadimist. Kerge soojenemine on normaalne, kuid liigne soojus võib viidata lühisest, ülelaadimisest või sisemisest rikkest, mille korral tuleb aku kohe kasutamisest loobuda.

Kas liitiumioonakud saavad täielikult asendada pliihappe- või nikkel-kadmiumpatareid?

Kuigi liitiumioonakumulaidil on paljudel juhtudel paremad omadused kui vanematel tüüpidel, on pliiaakva- ja niklikaadmiumi aku veel eelised teatud stsenaariumides, näiteks kõrge võimsuse skokkide, äärmiselt külma keskkonna või kõrgelt kuluefektiivsete rakenduste puhul. Liitiumi aku valmistamiseks ja taaskasutamiseks on vaja keerukamaid protsessideid, seega tuleks vahetamisel arvestada ohutust, kuludeid ja keskkonnamõju.

Kuidas tuleb kasutatud liitiumioonakuumasid kõrvaldada?

Liitiumioonakuumasid ei tohi kõrvaldada koos kodujäätmetega. Need sisaldavad elektrolüüti ja väärtuslikke metalle, mis võivad olla kahjulikud keskkonnale. Kasutatud aku tuleb viia sertifitseeritud taaskasutusseadmetesse või kogumispunktidesse osana elektrijäätme taaskasutusprogrammist.