Литий-ионные аккумулятоы
В 1980-х годах появились выпускаемые серийно литиевые аккумуляторы. Однако использовались они ограничено из-за большой взрывоопасности.
В 1992 году корпорация "Sony" представила свой аккумулятор на основе лития. В новых аккумуляторах металлический литий был заменен более безопасной ионной формой.
Первые литий-ионные аккумуляторы корпорации "Sony" имели положительный электрод, сделанный на основе кобальтата лития (LiCoO2), а отрицательный электрод был сделан на основе углерода (кокс) и электролитом служил раствор соли лития (гексафторфосфида лития) в органическом растворителе. При соблюдении условий разряда/заряда данные элементы были достаточно безопасны в плане взрыва.
В дальнейшем появилось много новых литий-ионных аккумуляторов. Начали изготавливать литий-ионные батареи на основе кобальтатов лития и графитовых электродов. Появились батареи на основе более дешевой химии — LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4. Появились аккумуляторы с полимерным электролитом.
При заряде литий-ионных аккумуляторов протекает следующая реакция:
- на положительных пластинах: LiCoO2 > Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
- на отрицательных пластинах: С + xLi+ + xe- > CLix
При разряде протекает обратная реакция.
Литий-ионный аккумулятор вырабатывает примерно вдвое больше энергии на единицу веса, чем предыдущее поколение никель-метал-гидридных аккумуляторов.
К достоинствам литий-ионных аккумуляторов следует отнести:
- Высокую энергетическую плотность
- Низкий саморазряд
- Простоту обслуживания
Недостатки литий-ионных аккумуляторов следующие:
- Аккумуляторы Li-ion подвержены быстрому (взрывному) разрушению при перезаряде и/или перегреве
- При неаккуратном обращении аккумуляторы Li-ion могут иметь более короткий жизненный цикл по сравнению с другими типами аккумуляторов. Глубокий разряд полностью выводит из строя литиево-ионный аккумулятор.
- Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.
- Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются.
Литий–ионные аккумуляторы страдают от процесса ухудшения характеристик со временем. Большинство таких аккумуляторов не может служить больше пяти лет. Количество зарядно-разрядных циклов не так влияют на ресурс, как возраст. При коротком времени цикла заряда и разряда, батарея выдерживает до 2000 циклов. При заряде литиевых аккумуляторов нежелательно превышать предел в одну ёмкость, так как это приводит к резкому сокращению срока их службы.
В настоящее время постоянно появляются литий-ионные аккумуляторы, основанные на новых химических и конструктивных составляющих. Возможности совершенствования, литий-ионных аккумуляторов, еще далеко не исчерпаны.
Разработки в области полимерных электролитов дали возможность создать твердый электролит, проводящий ионы лития. Твердый электролит создает в месте контакта с металлическим литием поверхность, препятствующую образованию дендритов лития при циклировании, что позволяет забыть о проблеме, приводящей к возгоранию и взрыву литиевых аккумуляторов.
Но литий-полимерные аккумуляторы могут работать только при температурах свыше 40 градусов Цельсия.
В автомобилях на электротяге используются следующие модификации литиевых аккумуляторов:
- Никель-кобальт-марганец (NCM). Марганец дешевле кобальта, но срок его службы меньше.
- Никель-кобальт-алюминий. Этот сплав подобен NCM, но алюминий стоит дешевле.
- Фосфат железа. Этот сплав мог бы стать самым перспективным, потому что он стабилен и безопасен. Недостатком аккумуляторов из FePo является то что они работают при более низком напряжении, чем кобальтовый аккумулятор, поэтому батарей и элементов должно быть больше.
Вес всей аккумуляторной батареи в электромобилях составляет от 50 до 400кг.
Автомомобили на электротяге Nissan, имеют литий-ионные батареи плоского типа. Под днищем авто спрятано 50 модулей: вес каждого модуля 4 кг, и общая энергоотдача отдача – 90 кВт.
В аккумуляторах электромобилей Honda используют элементы с силой тока при разряде — 100A, а при заряде — 50A. Напряжение батареи 240В.