Bateria cu Li-ion

După dezvoltările tehnologice din ultimii ani, bateriile de tip Li-ion sunt văzute ca o posibilă soluție pentru stocarea energiei electrice pe scară largă. Bateriile cu Li-ion ele au fost folosite ca soluții de stocare initial numai pentru dispozitivele electronice mobile, unde s-au impus fiind acum soluția generalizată. Ulterior, bateriile cu Li-Ion au ajuns să echipeze autovehicule electrice și mai recent ele echipează și sisteme de stocare a energiei ce lucrează în combinație cu sisteme de producere din surse regenerabile, pentru aplicații  diverse, din sectorul rezidențial dar și din cel industrial.

Avantajele bateriilor cu Litiu

Bateriile cu Li-ion oferă  multe avantaje, cum ar fi eficiența bună, ciclul de viață rezonabil, întreținerea practic inexistentă, autodescărcarea redusă , un efect de memorie redus sau inexistent. Bateriile cu Li-ion  sunt încă destul de scumpe și au nevoie de un încărcător inteligent pentru a evita deteriorarea celulelor  individuale, pentru că bateria cu Li-ion poate să ia foc în anumite condiții, așa cum s-a întâmplat uneori cu baterii de telefoane mobile sau alte dispozitive. Există mai multe tipuri de baterii Litiu-ion, cele mai eficiente și mai sigure fiind sistemele de Litiu-ion-polimer.

Bateria Li-ion-polimer are la bază o celulă (pilă electrochimică) ce este fabricată dintr-un anod de carbon (electrod negativ) și un electrod pozitiv -catod, compus din oxid de litiu-cobalt, oxid de litiu-mangan, litiu-titanat sau fosfat de litiu-fier. Electrolitul este de obicei un polimer cu litiu, ce conține, în loc de solventul lichid, fie un gel, fie un electrolit polimeric cum ar fi oxid de polietilenă, poliacrilonitril sau polimetil-metacrilat. Acestea vor permite trecerea ionilor de litiu de la un electrod la celălalt. Un separator, care poate fi de asemenea un polimer, este folosit pentru a separa cei doi poli și pentru a evita scurtcircuitele. Principalul avantaj al tehnologiei litiu-ion-polimer este că combină densitatea mare a energiei (până la 260 Wh / kg) cu posibilitatea construcției într-o gamă variată de forme ce conțin un solvent organic, cum ar fi carbonatul de etilenă, care conține diferite săruri de litiu solubile (perclorat de litiu, tetrafluoroborat de litiu sau triflat de litiu).

Sistemul de baterii  de tip Li-ion-polimer  în funcționare

Bateriile Litiu-ion-polimer conțin un număr mare (până la 18 650) de celule individuale (pilele electrochimice individuale) conectate între ele în diverse configurații serie-paralel,  care trebuie echilibrate pentru a evita încărcarea diferențială sau supraîncărcarea componentelor individuale.
Tensiunea individuală a unei celule încărcate se situează la circa 3,6 V . Atunci când se încarcă o baterie de litiu-ion, ionii de litiu migrează de la anod la catod, formând un complex de intercalare, adică ionii de litiu se introduc între straturile electrodului pozitiv, în timp ce metalul (cobaltul, manganul, fierul sau titanul) este redus. Atunci când celula produce energie electrică, apare fenomenul invers. Bateriile Litiu-ion nu suferă de efect de memorie, se pot încărca relativ rapid (2-3 ore), au o rată de răspuns de ordinul milisecundelor până la secunde, pot suporta un număr de cicluri cuprins între 10.000 la 100.000 și au o eficiență în jur de 85-90 % și au o durată de viață de aproximativ 5-7 ani.

Ce împiedică dezvoltarea tehnologiei bateriilor de tip Li-ion ?

Principala problemă cu care se confruntă producția de baterii litiu-ion este costul și accesul la litiu în sine. Într-adevăr, deoarece bateriile cu litiu sunt produse într-o scară tot mai mare și pentru capacități din ce în ce mai mari,  cantitatea de litiu (și de cobalt atunci când este utilizată în aceeași celulă) necesară pentru a satisface cererea este în creștere. Deja, mai mult de 25% din litiul produs în întreaga lume este utilizat pentru bateriile mici folosite în dispozitive electronice, cum ar fi laptop-uri și telefoane mobile. Cerința de Litiu pentru autovehiculele electrice este chiar mai mare și dacă bateriile  Litiu-ion vor fi utilizate pe scară largă pentru stocarea energiei produse în centrale fotovoltaice și eoliene, obținerea acestui metal în cantitate suficientă poate deveni o problemă de importanță semnificativă.

Alte tipuri de baterii cu litiu sunt în stadiul de cercetare

Bateriile cu Li -aer aflate în stadiul de cercetare au perfomanțe ce le fac net superioare celor cu polimer. Astfel, energia specifică (măsurată în Wh/kg sau J/kg) la care s-a ajuns în testele de laborator a depășit de 5 ori valoarea  aceluiași parametru la bateriile cu Li-ion.

Rezervele de litiu

Litiul este prezent în cantități mici în oceane (0,1 – 0,2 mg / litru), în mai multe minerale (pegmațiți, spodumeni și petaliți, 0,5-2% Li) și în săruri (lacuri saline, mine de de sare, saramuri geotermale, 0,04 – 0,16% Li). Cea mai mare parte a producției de Li, sub formă de carbonat de litiu (Li2CO3) provine din saramură (cu 30-50% mai ieftin și mai puțin poluant decât din roci, obținerea acestuia din apa de mare fiind încă prea scumpă pentru a fi viabilă din punct de vedere commercial).  Peste  70 % din depozitele mondiale de minereu ce conțin Litiu sunt în America de Sud: Chile (7,5 Milioane tone, 1500-2700 mg / litru), Bolivia (9 Milioane tone, 530 mg / litru) și Argentina (2,6 Milioane tone, 400-700 mg / litru) sunt principalii producători de Li2CO3.

Există cercetări în curs de desfășurare privind dezvoltarea unei tehnologii de extracție a Litiului din  apa de mare la un cost acceptabil.

 

 

 

 

Share