Page 26 - elektro.info 4/2020 demo

systemy gwarantowanego zasilania
systemy gwarantowanego zasilania

akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)

zagadnienia wybrane

mgr inż. Julian Wiatr

W akumulatorze Li-ion podstawą magazynowania energii jest ruch dodatnich jonów litu
między anodą i katodą w przewodzącym elektrolicie, co związane jest z przemiana-
mi chemicznymi. Podczas ładowania, które jest możliwe po przyłożeniu napięcia z ze-
wnętrznego źródła do elektrod akumulatora, dodatnie jony litu przechodzą z katody
do węglowej anody, gdzie łączą się z atomami węgla w specyficzną warstwową struktu-
rę opisywaną wzorem chemicznym LiC 6 (jony litu są interkalowane w matrycy katody).

odczas rozładowania jony litu ne zagrożenia stwarzane przez czy-
Pwracają z anody do katody. Gra- sty lit. Natomiast elektroda ujemna ruch jonów litu przy: Rys. J. Wiatr
ładowaniu
rozładowaniu
ficznie działanie akumulatora Li-ion najczęściej wykonywana jest z okre-
przedstawia rysunek 1., gdzie wy- ślonej odmiany węgla. W praktyce
prowadzenie elektrody dodatniej spotka się akumulatory, w których
jest wykonane z aluminium, a elek- elektroda ujemna wykonana jest
trody ujemnej z miedzi. Ponieważ z innych materiałów.
metaliczny lit stanowi duże zagroże- Podczas rozładowania akumulato- Lit węgiel (grafit)
nie pożarowe przy ładowaniu oraz ra następuje migracja jonu aktywne- tlen metal (kobalt)
rozładowaniu, został zastąpiony go z anody do katody przez elektrolit. Rys. 1. Działanie akumulatora Li-ion
związkami, które mogły oddawać lub Migracja dodatnich jonów litu powo-
przyjmować jony litu. Elektroda do- duje obniżenie energii układu z jedno-
datnia wykonywana jest ze związ- czesnym przepływem prądu przez od- a) b)
przepływ
ków litu o strukturze krystalicznej, biornik przyłączony do elektrod aku- przepływ elektronów przepływ
dzięki czemu zostały wyeliminowa- mulatora. Na katodzie następuje re- prądu separator prądu
separator
anoda katoda anoda katoda

biegun (–)
0,1 mm elektroda ujemna

elektrolit polimerowy elektrolit elektrolit
+ – + –
elektroda dodatnia LiCoO 2 ↔ Li 1-xCoO 2 +xLi +xe +xLi +xe +xC 6 ↔ xLiC 6
biegun (+) Rys. 2. Schemat działania odwracalnego źródła z katodą wykonaną z tlenków kobaltu
LiCoO 2 oraz z anodą wykonaną z grafitu: a) ładowanie, b) rozładowanie [4]
Rys. 3. Budowa ultracienkiego ogniwa litowego odwracalnego ze stałym elektroli-
tem polimerowym [2] Masa atomowa [u] 9,94
Temperatura topnienia [ºC] 180,5
Temperatura wrzenia [ºC] 1347
U, w [V]
Gęstość [g/cm ] 0,534
3
Ciepło parowania [kJ/mol] 147,1 –6
Oporność [Ω·cm]
napięcie Tab. 1. Fizyczne właściwości Litu [2] 9,446·10

dukcja jonu metalu przejściowego (me- między warstwami tworzącymi struk-
talu stanowiącego związek z aktyw- turę grafitu a elektronami w jego pa-
nym litem, z których wykonana jest śmie przodownictwa. Schemat reakcji
katoda) oraz wbudowanie jonów litu zachodzących na elektrodach akumu-
w strukturę materiału aktywnego [4]. latora, w którym katoda jest wykona-
W przypadku zastosowania elektrody na z wykorzystaniem tlenków kobaltu
Rys. 4. Charakterystyka ładowania i rozładowania ogniwa Li-ion [2] grafitowej jony litu są lokowane po- (LiCoO 2) natomiast katoda z wykorzy-

www.elektro.info.pl nr 4/2020
68