Page 21 - EI _10_2018_demo

automatyka
automatyka

właściwości eksploatacyjne

ogniw litowych

mgr inż. Wojciech Kurpiel, prof. dr hab. inż. Bogdan Miedziński

kumulatory zbudowane z ogniw łami zasilania. W wyniku zachodzą-
250
Alitowych pojawiły się w komer- cych w nich reakcji chemicznych po-
cyjnym zastosowaniu na początku lat wstaje energia elektryczna. Wyma- 200
90. i szybko zaczęły się upowszech- ganą wartość napięcia zasilania lub 150 Rys. W. Kurpiel, B. Miedziński
niać. Dziś dostępne są różne odmiany wyższą pojemność uzyskuje się po- gęstość, w [Wh/kg] 100
akumulatorów litowych, a ich popu- przez szeregowe i/lub równoległe łą-
larność bardzo szybko rośnie. Są one czenie ogniw. 50
bowiem powszechnie stosowane w te- Wyróżnia się tutaj ogniwa pierwot- 0 Pb NiCad NiMH Li-Ion Li-Po
lefonach komórkowych, tabletach, lap- ne (nieładowalne) i wtórne (ładowal-
topach, aparatach fotograficznych, ne). W ogniwach pierwotnych zacho- Rys. 1. Gęstość energetyczna
elektronarzędziach, w samochodach dzi nieodwracalna reakcja chemicz-
elektrycznych i hybrydowych, lotni- na, w wyniku której jest wytwarzana 2000
ctwie, a także w górnictwie, gdzie za- energia elektryczna. Ogniwa pierwot-
czynają wypierać stosowane od lat ne są stosowane w bateriach. 1500 Rys. W. Kurpiel, B. Miedziński
akumulatory kwasowo-ołowiowe [1]. Ogniwa wtórne zaś są elementami 1250
1000
Akumulatory litowe oferują naj- konstrukcyjnymi akumulatorów. Sta- cykle ładowania/rozładowania 1750
750
większą gęstość energii spośród nowią one zamknięte źródło zasila- 500
wszystkich akumulatorów dostęp- nia, w którym energia przechowywa- 250
nych na rynku (rys. 1.). Nie występu- na jest chemicznie, a następnie uwal- 0 Pb NiCad NiMH Li-Ion Li-Po
je w nich również tzw. efekt pamię- niana w rezultacie reakcji chemicz-
ciowy, zaś samorozładowanie jest nie- nych jako strumień elektronów wy- Rys. 2. Średnia żywotność akumulatorów
wielkie, trwałość jest duża, i w wie- twarzający prąd przepływający w ob- nych związków, do anody. Odwrotny atacji ogniw osiąga kilka tysięcy cy-
lu przypadkach przekracza 2000 cykli wodzie zamkniętym przez odbiornik. proces następuje podczas rozładowy- kli ładowania/rozładowania. Ogni-
pracy (rys. 2.). Wymagają one niemniej Zasada działania ogniw litowych wania ogniwa. Zachodząca reakcja po- wa wykazują zwiększoną w stosun-
dość szczególnej uwagi, ponieważ za- polega na migracji jonów Li+ przez woduje, że generowana jest SEM, a po ku do innych technologii litowo-jo-
równo ich przeładowanie, jak też nad- elektrolit pomiędzy dwoma elektroda- podłączeniu odbiornika zaczyna prze- nowych odporność na niewłaściwe
mierne rozładowanie mogą doprowa- mi, anodą i katodą, w trakcie odwra- pływać w obwodzie prąd. warunki eksploatacji. Jednak zgod-
dzić do trwałego uszkodzenia. Aby się calnych procesów ładowania i wyłado- nie z dobrymi praktykami produk-
przed tym uchronić, należy stosować wania (rys. 3.). Elektrody rozdzielone ogniwa z grupy litowej cji systemów zasilania na bazie aku-
odpowiednie zabezpieczenia, głównie są separatorem nasyconym roztworem mulatorów litowych, wymagają sto-
elektroniczne, a także specjalną ich soli litu (należy zaznaczyć, że w ogni- Najczęściej spotykane i stosowane sowania odpowiedniego układu za-
obudowę chroniącą przed przegrzewa- wach galwanicznych katoda jest elek- rodzaje ogniw litowych [10]: bezpieczającego,
niem, wilgocią, drganiami i uszkodze- trodą dodatnią zaś anoda – ujemną).  litowo-żelazowo-fosforanowe (Li-
niami mechanicznymi. Jako elektrolit stosuje się zarówno -FePO 4) – technologia litowo-żela- streszczenie
Oferta ogniw litowych w rynku ciecz, żel czy stały przewodzący po- zowo-fosforanowa Li-FePO4 łączy W artykule omówiono właściwości eks‑
szybko rośnie i rozszerza się o wersje limer. Większość ogniw litowo-jono- w sobie zalety wysokiej wydajności ploatacyjne ogniw litowych. Do najważ‑
o zwiększonej pojemności i lepszych wych zawiera ciekły elektrolit z roz- prądowej, dużej gęstości energetycz- niejszych ich zalet można zaliczyć stosun‑
kowo szybkie ładowanie, wysoką gęstość
specyficznych parametrach eksploa- puszczoną solą litu, jak np. LiPF6, nej oraz bezpieczeństwa i długiego energii i moc oraz szerszy zakres tempe‑
ratur pracy w porównaniu z tradycyjny‑
tacyjnych. Obecnie nie odnotowano LiBF4 czy LiClO4. Rozpuszczalni- czasu eksploatacji. Ogniwa Li-Fe- mi akumulatorami kwasowo-ołowiowy‑
żadnej innej technologii, która mogła- kiem jest najczęściej mieszanina or- PO4 nadają się szczególnie do zasto- mi. Z drugiej strony ogniwa te wrażliwe
są na przeładowanie i nadmierne rozłado‑
by zagrozić akumulatorom litowym. ganicznych węglanów. Ponadto stosu- sowań wysokoprądowych. Można wanie. Ze względu na ilość zgromadzonej
je się dodatki zwiększające stabilność je rozładowywać prądem ciągłym energii awarie ogniw litowych mogą wy‑
wołać, w skrajnych przypadkach, zagro‑
akumulatory granicy faz elektroda/elektrolit [3–5]. o wartości do 30 C i ładować prądem żenie życia oraz zdrowia ich użytkowni‑
Ładowane ogniwo litowe dokonuje o wartości do 4 C. Posiadają napięcie ków. Niezmiernie zatem istotnym jest za‑
pobieganie niepożądanym stanom pracy
Baterie i akumulatory (złożone transferu ładunku elektrycznego od nominalne 3,2 V mogą być eksploa- ogniw litowych, głównie poprzez zastoso‑
wanie odpowiednich systemów BMS (Bat‑
z ogniw) są w ogólnym tego słowa katody, poprzez elektrolit zawierający towane w zakresie napięć od 3,6 V tery Management System) oraz odpowied‑
znaczeniu elektrochemicznymi źród- sole litowe w mieszaninie organicz- do 2,0 V. Projektowany czas eksplo- nią zabudowę tych ogniw.

www.elektro.info.pl nr 10/2018
42