Lithium-Ion Batteri Teknologi

Batterier, uddybende

Kemien i et litium ion batteri
Litium ion batterier (ofte benævnt Li-ion batterier) er et opladeligt batteri. Energien opnås når litium ioner bevæger sig mellem en anode og en katode. Ved opladning flyttes litium ionerne fra anoden til katoden og omvendt ved afladning. Energien frigives altså når litium ionerne bevæger sig mod anoden. Anoden er lavet af grafit, katoden af koboltoxid .

Historien om Li-ion batterier

Li-ion batteriet er udviklet i 1970’erne af M.S. Whittingham, han brugte en anode af metallisk litium og en anode bestående af titanium sulfid. Batterier med metalliske litium anoder var usikre (de kunne eksplodere) og var uegnet til kommerciel brug. De første kommercielle Li-ion batterier blev først i 1991 lanceret af Sony på grundlag af et videnskabeligt arbejde som forbedrede katoderne i Li-ion batterierne og sikkerheden. Li-ion batterier udvikles stadig og det nye er litium polymer batterier der vil udkonkurrere nikkel batterierne. De mest almindelige og udbredte Li-ion batterier er baseret på katoder af kobolt oxid og holder typisk 500-800 opladninger.

Fordele og ulemper ved Li-ion batterier
Li-ion batterier bliver stadigt oftere brugt i elektroniske batterikrævende apparater, på grund af Li-ion batteriernes mange fordele:

  • Li-ion batterier har et højt energi/vægt forhold. Da batteriet er lavet af de lette grundstoffer Litium (Li) og Kulstof (C). Litium et særdeles reaktivt grundstof resulterer i et højt energi/vægt forhold. Et Li-ion batteri indeholder ca. 150 Watt timer (Wh) pr. kg batterimateriale, mens et gammeldags blysyre batteri kun indeholder 25 Wh/kg. Et Li-ion batteri er 6 gange lettere end blysyre batterierne. Strømmængden i et Li-ion batteri afhænger af batteriets spænding (Volt, V) og dets strømkapacitet (Ampere timer, Ah). Mængden af strøm angives i Watt timer (Wh) og beregnes som produktet af spændingen og kapaciteten (V x A = W). Et 36 Volt Li-ion batteri med 10 Amperetimers kapacitet (10 Ah) vil således have strøm svarende til 360 Watt timer (0,36 kWh), og batterimaterialet vil typisk veje 2,4 kg
  • Li-ion batterier har ingen hukommelses effekt. Manglende hukommelses effekt betyder, at man ikke behøver at aflade batteriet helt. Dette er et særdeles praktisk. da man kan ”klatlade” batteriet uden det taber kapacitet.Eksempel: Er batteriet helt tomt for strøm, kan det på 1 time oplades ca. 30%, på 2 timer oplades ca. 60 %, en fuld opladning tager 5 timer. Efter 4 timer er batteriet opladet 95 %, der opnås ikke megen ekstra opladningskapacitet den sidste time.
    Lithium Ion opladningskurve
  • Li-ion batterier taber kun typisk 5 % per måned (temperaturafhængigt) i forhold til et NiMH batteri, som taber 20 % per måned. Dette er en fordel, vis el-cyklen ikke benyttes regelmæssigt.
  • Li-ion batterier kan holde til mange opladninger, hundredvis af gange uden at tabe kapacitet. Li-ion batteri ideelt set kan klare op til 800 opladninger med en kapacitet på mindst en 80 %. Batterierne vil dog gradvist tabe kapacitet med tiden, hvilket afhænger af temperaturen, hvormed betteriet opbevares. Jo koldere opbevaring des længere holdbarhed. Når batteriet ikke benyttes, skal det altid stilles køligt. Når et Li-ion batteri henstilles i længere tid skal det være halvt opladet (ca. 50-60 %) og have en times genopladning hver 2. måned. Dermed vil dets kapacitets tab blive mindst muligt.

Batterierne taber kapacitet med tiden – uanset om de bruges eller ej. Ved en opbevaring ved 25 graders C vil kapacitets tab udgøre 20 % om året!

Opbevares batteriet ved endnu lavere temperaturer vil kapacitets tabet blive mindre: 6 % ved 0 grader C mens ved 40 grader C taber hele 35 % om året. Hvis batteriet opbevares halvt opladet 40-60 % opladet, bliver kapacitets tabet langt mindre: 2 %, 4 % og 15 % ved henholdsvis 0, 25 og 40 graders C. Det en fordel ikke at have sit batteri fuldt opladet, når det i en periode ikke bruges, og man skal aldrig have opladeren konstant tilsluttet til batteriet.

Oversigt over et Li-ion Batteri’s varige kapacitets tab ved længerevarende opbevaring.

Opbevarings temperatur af Li-ion batteri 40% opladt Li-ion batteri 100% opladt eller afladt Li-ion batteri
0 ºC 2% tab efter 1 år 6% tab efter 1 år
25 ºC 4% tab efter 1 år 20% tab efter 1 år
40 ºC 15% tab efter 1 år 35% tab efter 1 år
60 ºC 25% tab efter 1 år 40% tab efter 3 måneder!