Acumulatori Litiu

Acumulatorii Li-Ion
Acumulatorul litiu cobalt utilizeaza oxid de litiu cobalt ca material pentru catod. Aceasta se preteaza la furnizarea energiei pentru aplicatii electronice. Pentru furnizarea de energie aplicatiilor electrice mari se utilizeaza acumulatorii cu electrod pozitiv nichel-mangan-aluminiu-litiu. Intre acumulatorii cu oxid de litiu cobalt si acumulatorii cu nichel-mangan-aluminiu-litiu exista diferente si in ceea ce priveste durata de viata a acumulatorului, siguranta si costul acestuia. Din punct de vedere al performantei, acumulatorul cu oxid de litiu cobalt, manganat de litiu si oxid de litiu nichel are densitate energetica mai mare si o siguranta in exploatare crescuta fata de cea a oxidului de litiu cobalt. Din punct de vedere economic, cobaltul fiind un metal scump face acest tip de acumulator sa aiba un cost de productie mai mare.

Acumulatorii Litiu-Ion Polimer (LiPo)
Acumulatorii LiPo, desi functioneaza ca si cei cu litiu-ion avand ca element activ principal litiul, difera fata de acestia prin inlocuirea separatorului poros si a electrolitului cu un electrolit gelificat, ceea ce ii face sa poata fi stocati in stare descarcata o perioada lunga de timp fara pericolul de deteriorare ireversibila. Acumulatorii LiPo sunt durabili si nu prezinta risc de scurgere a electrolitului; sunt fabricati din folii laminate si nu necesita carcasa metalica si nici separator intre electrozi, ceea ce ii face sa fie mai subtiri si mai usori decat cei cu litiu-ion cu aproximativ 20%. Datorita tehnologiei pot fi fabricati intr-o gama foarte larga de dimensiuni, pachetele sunt flexibile si au aspectul de pungi. Pentru a nu afecta durabilitatea acumulatorilor LiPo, trebuie evitata:

• Supraincarcarea – Intrerupeti incarcarea cand acumulatorul ajunge la 100% grad de incarcare. Supraincarcarea scurteaza durata de viata si il poate deteriora. In timpul incarcarii se pot acumula cantitati de gaz ce conduc la marirea in volum a acumulatorului, lucru de care trebuie tinut cont la alegerea lui si la dimensionarea locasului in care e plasat. Pe masura ce numarul de cicluri creste, acumulatorul LiPo isi va mari volumul.
• Supraincalzirea – Nu utilizati acumulatorii LiPo la temperaturi mai mari de 60°C.
• Descarcarea profunda – Incarcati acumulatorii inainte de a fi descarcati complet. Acumulatorii LiPo se livreaza cu sisteme de management care protejeaza acumulatorii la: supraincarcare, descarcare profunda, supracurent si scurtcircuit.

Comparatie acumulatori Li-Ion vs LiFePO4
In ultima perioada de timp, acumulatorii LiFePO4 (litiu-fier-fosfat) au luat locul in vehicule de pasageri acumulatorilor litiu-ion. Pentru a intelege motivele vom face o analiza din mai multe perspective. Din punct de vedere al sigurantei, acumulatorii fier-fosfat se comporta mai bine la impact decat cei cu litiu-ion. In plus, stabilitatea termica a acumulatorilor litiu-fier fosfat este mult mai buna decat cea a celor cu litiu-ion. Acestia sunt stabili si la temperaturi extrem de ridicate (500°C) si chiar la temperaturi mai mari de 500°C nu produc arderi violente. In schimb, acumulatorii litiu-ion incep sa se topeasca la aproximativ 300°C si produc incendii spontane. Densitatea energetica este mai buna pentru acumulatorii litiu-ion (250Wh/kg) fata de cei cu litiu-fier-fosfat (180Wh/kg). Capacitatea la temperaturi scazute (-20°C) este mai buna la acumulatorii litiu-ion fata de cei cu litiu-fier-fosfat. Eficienta incarcarii este deasemenea mai buna pentru acumulatorii litiu-ion comparativ cu cei litiu-fier-fosfat. Durata de viata a acumulatorilor e definita ca numarul de cicluri de incarcare-descarcare pana la care acumulatorul nu se mai poate incarca mai mult de 80% din capacitatea declarata. In cazul acumulatorilor litiu-fier-fosfat aceasta durata atinge 3500 de cicluri spre deosebire de cea a acumulatorilor litiu-ion care e de numai 2500 de cicluri. Din analiza de mai sus, se poate observa ca acumulatorii litiu-fier-fosfat au avantaje evidente in ceea ce priveste siguranta si durata ciclului de viata, in timp ce acumulatorii litiu-ion sunt superiori la densitatea energetica, descarcarea la temperatura scazuta si eficienta incarcarii.

Acumulatorii Litiu-Ion Grafen
Grafenul este un nano-material usor, foarte rezistent si superconductor. Este varianta bidemensionala a grafitului; atomii de Carbon sunt dispusi intr-o retea plana hexagonala. Este cel mai bun conductor cunoscut de pana acum. Desi descoperit in 1947, el nu a putut fi izolat decat in 2004 de catre Andre Geim si Konstantin Novoselov, care pentru aceasta reusita au fost recompensati cu premiul Nobel pentru fizica in 2010. Prin adaugarea grafenului in bateriile litiu-ion, transferul ionilor intre electrozi (atat la incarcare cat si la descarcare) creste de mai mult de 10 ori. Acest fapt se traduce prin posibilitatea unei incarcari rapide a acumulatorilor (15-20 minute) fara a se incalzi. Avantajul incarcarii rapide, energia specifica de aproximativ 165Wh/kg, numarul de peste 2500 de cicluri de incarcare-descarcare si o rata mica de autodescarcare (aproximativ 3%) ii recomanda ca solutie  pentru alimentarea autoturismelor electrice.

Acumulatorii cu ioni de sodiu
Acumulatorii cu ioni de sodiu nu sunt o tehnologie noua. Cercetarile privind acumulatorii cu ioni de sodiu si cei cu ioni de litiu au fost efectuate aproape in acelasi timp, dar destinele lor au fost foarte diferite. Pe piata s-au impus acumulatorii litiu-ion, in timp ce dezvoltarea acumulatorilor sodiu-ion a stagnat si este inca in stadiul initial de industrializare. Motivul pare sa fi fost densitatea energetica mai mica. Totusi analizand cererea tot mai crescuta de acumulatori, in special in industria auto si tinand cont de cantitatea resurselor naturale necesare fabricarii acestor tipuri de acumulatori si distributia globala a resurselor naturale, acumulatorii cu sodiu par sa revina in atentia lumii stiintifice. Rezerva de litiu in scoarta terestra este de numai 0.0017%, distribuita in special in America de Sud fata de rezerva de sodiu peste 2% uniform, distribuita pe intreg globul. Totusi pentru depasirea „handicapului” densitatii energetice (sodiul este un element cu masa si raza atomica mai mare decat a litiului), performanta materialelor pentru electrozii acumulatorului cu ioni de sodiu trebuie imbunatatita. Acumulatorii cu ioni de sodiu au rezerve de materii prime suficiente si, odata ce problema densitatii energetice se va rezolva prin alierea electrozilor cu materiale cu cost scazut, va conduce la realizarea unor acumulatori ieftini si stabili din punct de vedere al sigurantei in timpul fabricarii si exploatarii. In viitorul apropiat, pentru vehiculele electrice ce necesita o greutate redusa pentru o autonomie extinsa, acumulatorii litiu-ion vor fi in continuare principala varianta de echipare. Pentru domenii in care acesti parametri nu sunt importanti, acumulatorii sodiu-ion vor oferi un avantaj prin siguranta in exploatare si vor castiga o cota de piata.