Jak jistě víte, tak lithium-iontová technologie je pro naše zařízení každým dnem mnohem důležitější. Ale ne každý si uvědomuje, jak jsou běžné v našem životě. Lithium-iontová baterie už není pouze pro notebooky, ale také Aku nářadí, drony a dokonce i auta. V tomto článku si přečtete, jaké jsou lithium-iontové baterie a proč jsou tak žádané.
Historie a vývoj
Již na počátku 20. století byl objeven velký potenciál lithia jako materiálu, který tvoří hlavní složku baterií. Jedná se o kov s nejnižší hustotou, vysokým elektrotechnickým potenciálem a vysokým poměrem energie k hmotnosti. Americký chemický fyzik George Newton Lewis již v roce 1912 začal experimentovat s lithiovými bateriemi, ale na trhu se objevily až v roce 1970. První velký krok při tvorbě lithium-iontových článků nastal v roce 1979.
Profesoři John Goodenough a Kiochi Mizushima na Oxfordské univerzitě vytvořili nový typ iontové baterie, ve které se může lithium pohybovat od jedné elektrody ke druhé ve formě iontů. To je základ pro současné lithium-iontové baterie. Níže je znázorněné schéma činnosti baterie. V průběhu nabíjení se lithiové ionty pohybují od uhlíkové anody ke katodě z oxidu lithia a jiných kovů a jsou tam uložené. V průběhu vybíjení se tento proces vrací.
Na první lithium-iontovou komerční baterii jsme čekali až do roku 1991. Společnost Sony ji zavedla do svých kamer a další společnosti následovaly kroky této japonské firmy. V porovnání s tehdejšími konkurenty měla větší hustotu, což umožnilo akumulovat dvojnásobně větší zatížení v baterii stejné velikosti, ale také vysoké napětí článku na úrovní 3,6V (kdežto jiné typy byla na úrovni 1,2V). Dalšími výhodami nových baterií jsou nedostatek paměťového efektu, nízká škodlivost a pomalejší samovolné vybíjení.
Konstrukce lithium-iontových baterií
Články - základní zařízení na skladování energie z elektrod, separátorů a elektrolytů. Dobíjecí lithium-iontové baterie mohou mít různé tvary, ale nejčastěji používanou formou tužkových článků je 18 650. Toto číslo udává průměr přibližně 18mm a délku přibližně 65mm. Takové články dosahují maximální kapacitu 3500 mAh, ale proud, který mohou odrážet, se může lišit v závislosti na jejich konstrukci. Články mohou mít různé chemické struktury, které výrazně ovlivňují jejich parametry.
Baterie - je zařízení sloužící pro skladování elektrické energie a je navrženo tak, aby energii poskytovalo bezpečným způsobem. Baterie může obsahovat libovolný počet článků. Většina lithium-iontových baterií se skládá z výše uvedeného čísla 18650 článků zapojených do série s vyšším napětím. Stejné články mohou tvořit baterii do notebooku s napětím 10,8V (6 článků připojených 3S2P, tzn. tři série a 2 paralelně) tak i velké baterie TESLA P100D s napětím více jak 400V a maximálním výkonem 451 kW. Tato baterie se skládá z více než 7000 článků typu 18650, podobných jako na výše uvedeném obrázku. Společnost Tesla spolu se společností Panasonic vyvíjí nový typ článků ve formátu 2170 s jinou chemickou strukturou.
Výkon a životnost lithium-iontové baterie
Provozní doba lithium-iontové baterie závisí na těchto dvou aspektech:
- Kapacita
- Spotřeba energie
Kapacita v případě li-ion baterií se většinou vyjadřuje prostřednictvím mAh a pro každou baterii se mění s ohledem na používání. To samozřejmě ovlivňuje provozní dobu zařízení.
Druhým aspektem je spotřeba energie. V případě notebooku nebo telefonu může spotřeba energie vycházet z mnoha aspektů, jakými mohou např. být: jas obrazovky, využívání procesoru, používání internetu a dokonce i věk samotného zařízení. V závislosti na těchto aspektech se provozní doba může výrazně lišit. Je potřeba mít také na paměti, že lithium-iontová baterie ztrácí svůj náboj i v době, kdy se nehýbe nebo nevyužívá.