Li-Ion este denumirea generică a unei întregi categorii de acumulatori cu diferite chimii (compoziție electro-chimică), care au la bază ca material activ Litiul. În continuare voi enumera principalele tipuri de baterii li-ion, clasificate în funcție de chimia lor. Țin să specific că fiecare producător are o rețetă proprie care poate fi secret comercial, astfel că pentru valorile exacte ale tensiunilor se verifică fișa tehnică a bateriei.
Cuprins
- LCO – Cobaltat de litiu (LiCoO2)(Eng: Lithium Cobalt Oxide)
- LMO – Permanganat de litiu (LiMn2O4)(Eng: Lithium Manganese Oxide)
- NMC – Oxid de Litiu Nichel Mangan Cobalt (LiNiMnCoO2) (Eng: Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide)
LCO – Cobaltat de litiu (LiCoO2)
(Eng: Lithium Cobalt Oxide)
Energia sa specifică ridicată face din LCO alegerea populară pentru telefoane mobile, laptopuri și camere digitale. Bateria este formată dintr-un catod de oxid de litiu cobalt și un anod de grafit. Catodul are o structură stratificată și în timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod. Fluxul se inversează la încărcare. Dezavantajele LCO sunt o durată de viață relativ scurtă, stabilitate termică scăzută și putere de descărcare limitată. Figura 1 ilustrează structura LCO.
La fel ca și alte baterii Li-ion care conțin cobalt, LCO are un anod de grafit care scurtează durata de viață la încărcare rapidă și la încărcarea la temperatură scăzută. Variantele de compoziție electro-chimică mai noi includ nichel, mangan și/sau aluminiu pentru a îmbunătăți longevitatea, capacitățile de încărcare și costul. LCO nu ar trebui să fie încărcat și descărcat la un curent mai mare decât valoarea sa C. Aceasta înseamnă că o celulă 18650 cu 2.400 mAh poate fi încărcată și descărcată doar la 2.400 mA. Forțarea unei încărcări rapide sau aplicarea unei sarcini mai mari de 2.400 mA provoacă supraîncălzire și stres excesiv. Pentru o încărcare rapidă optimă, producătorul recomandă o putere de încărcare de 0,8C sau aproximativ 2.000 mA (Vezi articolul despre încărcare). Diagrama păianjen (Figura 2) rezumă performanța LCO în funcție de energia specifică (capacitate, wh/kg); putere specifică sau capacitatea de a furniza un curent ridicat; Siguranță; performanța la temperaturi calde și reci; durata de viață; și costul.
LCO și-a pierdut din cerere în favoarea LiMn2O4, mai ales NMC și NCA din cauza costului ridicat al cobaltului și a performanței îmbunătățite obținute prin utilizarea altor materiale catodice active.
| Tabel sumar caracteristici | |
| Oxid de Litiu Cobalt: catod din LiCoO2 (~60% Co), anod din grafit Denumire scurtă: LCO sau Li-cobalt. Din 1991 | |
| Tensiune | 3.60V nominal; interval tipic descărcare/încărcare 3.0–4.2V/celulă |
| Energia specifică (la nivel de celulă) | 160–210Wh/kg. Celulele cu aplicații speciale ajung și la 240Wh/kg. |
| Densitatea volumetrică de energie (la nivel de celulă) | 340–580 Wh/L |
| Puterea de încărcare (C-rate) | 0.7–1C. Încărcarea la peste 1C poate diminua viața bateriei. |
| Puterea de descărcare (C-rate) | 1C. Descărcarea la peste 1C poate diminua viața bateriei. |
| Durata de viață (cicluri) | 500–1000 cicluri, în funcție de adâncimea de descărcare (DOD), sarcină, temperatură. |
| Temperatura de reacție termică necontrolată | 150°C. Încărcarea la maxim favorizează efectul de reacție termică necontrolată (thermal runaway) |
| Aplicații | Telefoane mobile, tablete, laptopuri, camere. |
LMO – Permanganat de litiu (LiMn2O4)
(Eng: Lithium Manganese Oxide)
Prima oara comercializată în 1996, acest tip de structură a catodului are o structură de tip spinel care îmbunătățește fluxul de ioni pe electrod, ceea ce are ca rezultat o rezistență internă mai mică și curent suportat mai mare. Un alt avantaj este stabilitatea termică ridicată și siguranța sporită, dar durata de viața este mai scăzută. Figura 3 ilustrează structura LCO.
Rezistența internă scăzută a celulei permite încărcarea rapidă și descărcarea la curent ridicat. Sub formă de celulă 18650, LMO poate fi descărcat la curenți de 20-30A cu acumulare moderată de căldură. De asemenea, este posibil să se aplice impulsuri de încărcare de o secundă de până la 50A. O sarcină mare continuă la acest curent ar provoca acumularea de căldură și temperatura celulei nu poate depăși 80°C. LMO este folosit pentru scule electrice, instrumente medicale, precum și pentru vehicule hibride și electrice.
LMO are o capacitate aproximativ cu o treime mai mică decât LCO . Flexibilitatea de proiectare le permite inginerilor să optimizeze bateria fie pentru o durată de viață optimă (durata de viață), fie pentru un curent de sarcină maxim (putere specifică), fie pentru o capacitate mare (energie specifică). De exemplu, versiunea cu durată lungă de viață a celulelor 18650 are o capacitate moderată de doar 1,100mAh; versiunea de înaltă capacitate este de 1,500mAh.
NMC – Oxid de Litiu Nichel Mangan Cobalt (LiNiMnCoO2) (Eng: Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide)
Unul dintre cele mai de succes sisteme Li-ion este un catod alcătuit din combinația nichel-mangan-cobalt (NMC). Asemănător cu LMO, acest tip de baterie poate fi personalizat pentru a servi ca Celule de Energie sau Celule de Putere. De exemplu, NMC într-o celulă de format 18650 pentru condiții de sarcină moderate are o capacitate de aproximativ 2800mAh și poate livra un curent între 4A și 5A; NMC în aceeași celulă optimizată pentru putere specifică are o capacitate de doar aproximativ 2000mAh, dar oferă un curent de descărcare continuu de 20A. Un anod bazat pe siliciu poate ajunge la peste 4000mAh, dar cu o capacitate de încărcare redusă și o durată de viață mai scurtă. Siliciul adăugat la grafit are dezavantajul că anodul crește și se micșorează la încărcare și descărcare, făcând celula mecanic instabilă.
Referințe:
- Batteries in a Portable World – A Handbook on Rechargeable Batteries for Non-Engineers editia a 4-a
- https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_energy
- https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_density
- https://batteryuniversity.com/article/bu-205-types-of-lithium-ion
- Durmus, Y. E., Zhang, H., Baakes, F., Desmaizieres, G., Hayun, H., Yang, L., Kolek, M., Küpers, V., Janek, J., Mandler, D., Passerini, S., Ein-Eli, Y., Side by Side Battery Technologies with Lithium-Ion Based Batteries. Adv. Energy Mater.2020, 10, 2000089. https://doi.org/10.1002/aenm.202000089
Dacă cumpărați din linkurile de mai jos mă susțineți să fac în continuare filmulețe și articole:
Baterie LFP 48V: PowerCube 5,12kWh
Precomandă cu livrare pe 15 noiembrie 2024 PowerCube 14.33 kWh cu codul de reducere ECOBAT5
Stație încărcare smart prosumatori: Statie LEKTRI.CO TRI trifazată
Sau îmi puteți cumpăra o cafea dacă v-au fost de ajutor informațiile:
Pentru orice alte întrebări și discuții vă aștept pe grupul Totul despre Fotovoltaice pe Facebook și pe canalul de YouTube Full Electric.
Atenție! Orice intervenție asupra echipamentelor electrice se face doar de către personal autorizat!