Lítium akkumulátor technológiák

Lítium-ion akkumulátor technológia

A lítiumion-technológia onnan kapta a nevét, hogy a töltés tárolásáról lítiumionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szénalapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fém-oxid-elektródához vándorolnak.

Az újratölthető lítiumion-akkumulátorok élettartama véges, a folyamat kémiai jellegéből adódóan: egy töltésciklust jelent, mikor az akkumulátor lemerül, tehát 100%-osan elhasználják a kapacitását.

A notebookhoz készített Li-ion-akkumulátoroknak általában 300 teljes töltésciklus után már kevesebb mint 80%-os a kapacitásuk. A nagyobb autógyártóknak is csak bonyolult diagnosztikai eljárásokkal sikerül 8 év fölé tornászni a lítiumion-akkumulátorok életciklusát.[

Lítium-polimer akkumulátor technológia

A polymer típust tekinthetjük a Li-ion utódjának is.. Hatalmas előnye, hogy csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz folyékony elektrolitot, helyette speciális polimer választja el az anódot és a katódot. Ez nagyon vékony és nagyon rugalmas cellákat eredményezhet, mivel nem kell vastag falú burkolattal védekezni a folyadék kifolyása ellen.

Lítium-levegő (Li-air) akkumulátor technológia

A fém levegős akkumulátorok a környezeti levegőt használják a bennük zajló kémiai reakció során. A lítium-levegő akkumulátor elméleti energiasűrűsége 13 kWh/kg is lehet, ami hihetetlenül nagy. Ez az érték megegyezik a benzinben tárolt energia mennyiségével.

Azonban a technológia még a mai napig nem tudta kiküszöbölni hátrányait. Ezek közül a legnagyobb hátránya a technológiának, hogy a kémiai reakcióban részt vevő levegőnek nagyon tisztának kell lennie, tehát valamilyen szűrőberendezést kell beépíteni az eszközbe. Ráadásul sűríteni is kell a levegőt, hasonlóan, mint az üzemanyagcella esetében a hidrogént.

Másik nagy probléma a lítium levegő akkumulátorral, az élettartama. Míg egy átlagos minőségű lítiumion cella simán kibír 1000 feltöltést, addig a levegős változat maximum 750 ciklust bír ki, de már 50 ciklus után is tönkre mehet.

Szilárd elektrolitos lítium akkumulátor

A működési elve nagyon hasonló a többi lítiumakkumulátorhoz. A lítium-ion akkumulátorban két fém elektróda és valamilyen folyékony elektrolit van. A szilárd elektrolitos akkumulátorban, ahogy a neve is mutatja, szilárd az elektrolit, az elektródák anyaga pedig lítium. A szilárd elektrolitos akkumulátoroknál tehát maga az elektrolit biztosítja a mechanikai elválasztást.

Sajnos a folyékony elektrolit belső ellenállása jelenleg kisebb, ezért kisebb az az utóbbiból kivehető teljesítmény, de nagyobb a belső hőfejlődés. Ha a kutatóknak sikerül megoldania a belső ellenállás problémáját, akkor egy ilyen szilárd elektrolittal rendelkező akkumulátor töltési ideje akár néhány percre is csökkenhet. Merész becslések szerint erre már 2022-ben sor kerülhet.

Lítium fém (Li-metal) akkumulátor technológia

A lítium fém akkumulátor nagy előnye a magas energiasűrűség. A legtöbb lítium akkumulátorban grafitot használnak anódként, ami szeparátorként is működik a lítium és a külvilág között. A lítium-fém akkumulátorban réz lemezt alkalmaznak anód gyanánt.

Sajnos ezeknek az akkumulátoroknak az élettartam egyelőre rövid, mindössza 50 töltési ciklusra tehető, de elképzelhető, hogy évek múltán az autóipar számára ez jelenti majd az elektromos autózás jövőjét.

Lítium-kén (lithium-sulfur) akkumulátor technológia

A lítium- kén akkumulátorok esetében is az anód helyettesítésére keresnek egy olcsó, de hatékony alternatívát a kutatók. A kén sokkal gyakoribb és környezetbarátabb anyag. A belőle előállított tároló energiasűrűsége akár 2,5 kWh/kg értéket is elérheti, ami hatalmas. Sajnos a gyors amortizációra való hajlamát máig nem sikerült orvosolni, 40-50 teljes feltöltés után használhatatlanná válnak.

Erről a típusról a "Lítium-kén akkumulátorokról röviden" című cikkben olvasható bővebb információ.

Grafén akkumulátor technológia

A grafén akkumulátor tulajdonképpen egy lítium-ion akkumulátor, ahol a grafit anódot helyettesítik grafénnal. A grafén egy szén atomokból álló kétdimenziós hatszög alakú molekula. A szerkezete miatt rendkívül kemény anyag, ezért különböző nagy szilárdságú kompozitok előállítására is használják.

Ilyen módszerrel elméletben előállítható olyan akkumulátor, amit 20 másodperc alatt 90%-ra lehet tölteni. Sajnos a gyakorlatban nem sikerült még ilyen akkumulátort készíteni de a távoli jövőben lehet hogy épp a grafén hozza el a sokadik áttörést.

Összefoglalva

Az ismert típusokon kívül tehát számos technológia áll ma is kutatás és fejlesztés alatt. Ezek közül könnyedén elképzelhető, hogy valamelyik technológiával találkozhatunk a mobil és a laptopgyártás területén is. Addig is viszont be kell érnünk a jól bevált lítium-ion és lítium-polimer típusokkal.