Moderní svět by byl úplně jiný, kdyby lithiové baterie neexistovaly. Lithium-iontové baterie se staly součástí technologické revoluce, jejíž výsledky neustále vidíme kolem sebe (chytré telefony, tablety, notebooky a nově i elektromobily).
Navzdory existenci pokročilejších zdrojů energie, jako jsou lithium titanátové (LTO) články, se právě Li-Ion stal skutečně hlavním proudem. Je to dáno kompaktní velikostí zdroje, nízkými výrobními náklady a optimální životností. Optimální zdroj neznamená nejdelší životnost, ale naopak: lithiová baterie často odpovídá životnímu cyklu zařízení.
Vzhledem k rozšířenosti Li-Ion článků je užitečné vědět, jak lithium-iontová baterie funguje, jak ji správně provozovat a v jakých případech představuje nebezpečí.
Jak funguje lithium-iontová baterie?
Obecně je struktura lithiové baterie podobná starým dobrým olověným bateriím: je zde také anoda, katoda a elektrolyt. Účinnými látkami jsou zde grafit (mínus) a oxid lithný (plus). Anoda a katoda se samozřejmě neskládají výhradně z výše uvedených látek. Tyto látky se nanášejí v tenké vrstvě na měděnou, respektive hliníkovou fólii. Mezi listy fólie je separátor napuštěný elektrolytem.
В итоге получается эдакий пласт из тонких листов фольги, который и представляет собой литий-ионный аккумулятор. Далее этот пласт скручивается в трубочку — и получается стандартный цилиндрический элемент 18650 и других типоразмеров.
А каким образом описанная выше структура вообще способна накапливать и отдавать электроэнергию? Тут все тоже довольно-таки интересно. Электрический ток — это движение заряженных частиц. Именно это движение нам требуется обеспечить. Цикл работы литий-ионного аккумулятора можно представить следующим образом:
- Процесс заряда. При подключении внешнего источника питания от стабильного оксида лития на алюминиевой пластине отделяются крайне нестабильные атомы лития. На внешней орбите атома имеется электрон, который стремится отделиться. Это мгновенно и происходит с атомом лития. Отделившийся электрон не может пройти через слой разделителя — тот пропускает только положительные ионы. Поэтому электрон минует разделитель через внешнюю цепь (зарядное устройство), попадая на медную пластину. После этого оставшиеся на “минусе” положительные ионы лития тоже начинают “притягиваться” положительным полюсом. Они беспрепятственно преодолевают разделитель. В итоге мы имеем положительный полюс, состоящий из слоев графита, которые захватили электроны лития и его ионы. В таком состоянии Li-Ion аккумулятор считается заряженным.
- Proces vypouštění. Dokud není k baterii připojen externí obvod v podobě zátěže, zůstávají ionty lithia a elektrony v grafitových vrstvách. Ale jakmile jej připojíte k baterii spotřebitele, začne aktivní pohyb. Ionty budou „spěchat“, aby se vrátily na své místo a protékají separátorem. Elektrony, stejně jako dříve, jím nemohou projít a jsou nuceny se pohybovat vnějším obvodem, který je spotřebitelem elektřiny. Ať je to tradiční žárovka. Elektrony proudící z kladné desky přes spotřebič tvoří elektrický proud. Jakmile dosáhnou svého cíle, ionty lithia a elektrony se opět stanou součástí stabilního oxidu lithného.
Таким образом, основной идеей литий-ионных аккумуляторов является то, что электронам требуется внешняя цепь, чтобы перетечь вслед за положительными ионами. Именно на счет этого аккумулятор может как заряжаться, так и разряжаться — меняется лишь направление движения частиц.
Jsou Li-Ion baterie nebezpečné?
Jak nyní víme, provoz lithiové baterie zahrnuje nestabilní látky, které se neustále snaží uvolňovat energii. Během elektrochemické reakce se uvolňují plyny, protože když se ionty lithia usadí na jedné desce, na druhé se vytvoří soli kyslíku. Stejně jako u bezúdržbových olověných baterií jsou emise plynů během normálního provozu zcela kontrolovány. Pokud se však přehřeje nebo přebije, může se baterie nafouknout vnitřním tlakem.
Как правило, АКб мобильных гаджетов оснащены контроллером и нарушение параметров заряда практически невозможно. Но всегда есть место заводскому браку или халатности “no-name” производителей, в результате чего аккумулятор может представлять опасность. Если АКБ вздулась — незамедлительно ее утилизируйте, иначе может случиться воспламенение.
Jak explodují lithium-iontové baterie? Opět se vše vrací k nestabilitě lithia. Při kontaktu s kyslíkem se okamžitě vznítí. Proto je těsnost baterie velmi důležitá. Jednou ze standardních příčin požáru může být také zkrat mezi kladnou a zápornou deskou. Nejčastěji k tomu dochází v důsledku kombinace silného opotřebení a umožnění přehřátí, což negativně ovlivňuje integritu elektrolytu. Oddělovač je navržen tak, aby chránil uživatele před vnitřním zkratem, ale stále je to možné.
Co dělat, když se baterie může vznítit nebo již hoří? Je možné uhasit lithiovou baterii vodou? Již výše jsme poznamenali, že lithium aktivně reaguje s kyslíkem, který je také přítomen ve vodě. Baterii se nedoporučuje zalévat, protože by mohlo dojít k explozi článku. Uživatelům, kteří zažili požár lithium-iontové baterie, se doporučuje, aby nechali reakci přirozeně ukončit umístěním baterie na bezpečné místo, jako je zakrytá pánev. Pokud již baterie hoří a nelze ji vzít, je třeba krb zakrýt něčím nehořlavým. K tomu se opět skvěle hodí klasická pánev, kterou lze baterii zakrýt: zabrání šíření požáru a blokuje přístup kyslíku.
