Litiumionebatteri

  1. Mer om
Litiumionebatteri

Litium-ionbatteri (også kalt Li-ion eller LIB) er en type oppladbare batteri som er blant de mest populære oppladbare batteriene i bærbar elektronikk Ved oppladning av batterier blir elektrodereaksjonene tvunget til å gå motsatt vei sammenlignet med det som skjer når elementet leverer strøm Hjem · Brannalarm · Øvrige brannprodukter; Litiumionebatteri overvåkningssystem. Adresserbare systemer · Konvensjonelle systemer · Spesialdeteksjon litiumionebatteri - substantiv oppladbart batteri med elektroder av karbon (minus) og litiumoksid (pluss), særlig brukt i bærbar elektronikk jf iPad har et innebygd, oppladbart litiumionebatteri. Sammenlignet med tradisjonell batteriteknologi, er litiumionebatterier lettere, de lader raskere

Han mener forskernes funn er interessante, men tror det vil ta tid før en eventuelt ser resultater. Det har kommet mange interessante påstander de siste årene, men de fleste har noen utfordringer før de får det helt til, forklarer Blaker.

Han mener samtidig at utviklingen er lovende. Det er stor bekymring for at verdens batteribehov langt overstiger de tilgjengelige naturressursene. Kan man klare seg med mindre batterier for å komme like langt, vil det være gode nyheter for alle. Bare i Norge er minst tre kjempestore batterifabrikker under planlegging.

Disse skal lage litiumionebatterier, en teknologi som først kom på markedet i 1991, og som har vært en viktig forutsetning for all småelektronikken vi nå ser overalt rundt oss og også for utviklingen av elbiler. Det er ikke uten grunn at størrelsen har vært så viktig. Du vil at den skal kunne frakte deg og familien din også, ikke bare batterier, sier førsteamanuensis Alexey Koposov ved Kjemisk institutt.

Fortsatt forskes det verden over for å gjøre litiumbatteriene enda bedre og tryggere. Mange ser etter nye batteriteknologier som kan bli morgendagens batterier. Det handler om mye mer enn duppeditter og hverdagselektronikk. Vebjørn Bakken til venstre og Alexey Koposov ser en stor fremtid for batteribransjen. Foto: UiO — Det som kommer nå, er de virkelig store batterisystemene som kobles rett inn i strømnettet.

Da er ikke størrelse og vekt lenger kritisk. Det skal bare være mest mulig kapasitet, sier Bakken. Dette henger tett sammen med at det satses på fornybar energi fra blant annet sol og vind. Da har man et økende behov for lagring, sier han. Annonse Kjemien må stemme — Batteriforskningen er et av de fagfeltene der utviklingen går raskest akkurat nå.

Særlig når det gjelder kjemi, sier Koposov. Batterier handler ikke bare om kjemi, men man kommer ikke langt uten den. Et batteri omformer kjemisk energi direkte til elektrisk energi, ifølge Store norske leksikon. Batteriet er et system som bruker kjemien, men det er også et stort ingeniørarbeid å sette dem sammen og gjøre dem trygge. Det hjelper ikke å lage verdens beste batteri hvis det ikke er mulig å lade det og fylle det med energi.

Og selvfølgelig kunne hente energien ut igjen. Batterivekst NHO antar at den globale etterspørselen etter batterilagringskapasitet vil tidobles fra 2020 til 2030.

Last ned også: Underlimt vask ikea

Innen 2030 kan det omsettes for 90 milliarder kroner i en norsk batteriverdikjede. Innen få år kan dette skape opptil 30 000 arbeidsplasser i Norge. Frykter mangel på litium Noen frykter mangel på litium, for uten litium kan man jo ikke lage litiumbatterier. Et annet problem, er bruken av kobolt i elbilbatterier. Mye av kobolten stammer fra Den demokratiske republikken Kongo.

Denne utvinningen har fått kritikk fra både menneskerettighets- og miljøvernorganisasjoner. Derfor forskes det blant annet på å bytte ut litium med natrium. Ønsket om å gjøre batterier mer bærekraftige er en av drivkreftene bak denne utviklingen, sier Koposov. Forskerne skriver: «Faststoffelektrolytter har ikke lyktes med å eliminere dendriter fullstendig, og det er uklart hvor kompatible disse teknologiene vil være med eksisterende litium-ion-produserende infrastruktur, hvor det er investert milliarder av dollar.

Hvis flytende elektrolytter kan brukes til å lage sikre litium-metallceller med lang levetid, kan eksisterende produksjonsutstyr brukes til å raskt kommersialisere celler med høy energi-tetthet.

Han mener forskernes funn er interessante, men tror det vil ta tid før en eventuelt ser resultater. Det har kommet mange interessante påstander de siste årene, men de fleste har noen utfordringer før de får det helt til, forklarer Blaker. Han mener samtidig at utviklingen er lovende. Det er stor bekymring for at verdens batteribehov langt overstiger de tilgjengelige naturressursene. Når bryteren lukker kretsen og det skal avgis energi, flyter det elektroner fra anoden til katoden.

Når batteriet skal lades, økes spenningen, og da flyter elektronene andre veien. Et Li-ionebatteri som skal kunne hurtiglades bør ha en større anode enn katode. Når batteriet lades, vandrer litium fra katoden tilbake til anoden.

Når batteriet er utladet, går det fort. Men etter hvert som volumet i anodematerialet fylles opp av litiumatomer, blir det vanskelig for de siste å finne plass. En større anode enn katode gjør det lettere å finne plass. Trengs det høy strømstyrke, kan innholdet i katoden også endres. Hastigheten på lading og utlading bestemmes også av porøsiteten i både anoden og katoden.

Det er også slik at desto raskere denne reaksjonen er, desto raskere vil batteriet kunne lades opp. Det er selvsagt en fordel at batteriet ikke utlades for fort heller.

Effekter av substitusjon i katodematerialer for litiumionebatteri

Redoks er den ønskede reaksjonsmekanismen fordi den gjør det mulig å interkalere og deinterkalere litium fra katoden uten at det krever store endringer i strukturen. Strukturstabilitet er viktig for at katoden ikke skal variere så mye i størrelse. Om materialet beveger seg for mye er det større sjanse for endringer og dermed skader på strukturen.

Om volumet på materialet varierer mye med eller uten litium interkalert vil det være fare for sprekkdannelse eller skade på celledekselet. Dette kan igjen føre til indre feil. Det er også slik at en endring i strukturen ved deinterkalering, kan det være at materialet ikke vil endres 12 33 2.

Dette skjer for eksempel med LiCoO 2, Ved mindre en 0,5 Li per enhet vil ikke strukturen reversere deinterkaleringen.

Dette fører til at det i praksis er mindre enn 0,5 Liioner per formelenhet. Materialet må også være termisk stabilt. Et mobilbatteri bør kunne brukes i alle værforhold og batteriet må derfor tåle temperaturer opp mot 100 grader. Det kan være ett problem da anoden starter å dekomponere ved 80 grader[2, 20]. Hvor miljøvennlig katodematerialene er har også hatt innvirkning på forskningen. Det er mindre satsning på vanadium, krom og koboltmaterialer i dag da man vil ha mer miljøvennlige batterier [11].

Det finnes per i dag ingen materialer som oppfyller alle kravene. Det er for eksempel slik at LiFePO 4 ikke er veldig elektrisk ledende. Dette har man prøvd å gjøre noe med, ved å legge et lag elektrisk ledende materiale rundt partiklene slik at det er dette belegget som leder elektroner.

Det er ulike materialer som brukes som belegg. Mest kjent er karbon, men andre materialer er også prøvd ut[26]. Noen katodematerialer har lenger sykel-levetid enn andre. Et eksempel på dårlig sykel-levetid er Mn-batterier som mister Mn-ioner ut i elektrolytten og dette fører til lavere kapasitet.

En nærmerebeskrivelse finnes i kapittel Anoden Anoden er batteriets negative del. På samme måte som katoden har anoden flere krav å forholde seg til. Disse kravene kan finnes hos Lindens Handbook of Batteries[27].

Mange av kravene minner om kravene for katoden. De viktigste kravene som skiller seg ut fra katoden er at anoden bør ha et så lavt elektrokjemisk potensiale som mulig.

Litium er det materialet med minst elektrokjemisk potensial, men litium har som nevnt ikke vist seg stabilt for elektrokjemiske celler. Anoden i dag er av grafitt med interkalering av litium.

Har du lest dette? Vestfold autopass

Denne strukturen har ett potensiale på ca. Det er også forsøkt med andre materialer som anode for litiumionebatteriene, både andre metaller, som LiAl, men også bruk av organiske forbindelser som sukker C 6 O 6 H 12 [28] Elektrolytt Elektrolytten er batteriets tredje hoveddel.

Elektrolytten er som oftest en væske i litiumionebatterier, eller en polymer i litiumpolymerbatterier. Denne må kunne lede 13 34 2 Teori og metode ladningsbærere mellom elektrodene, uten å kortslutte. Den må derfor kun overføre ladningsbærere. Det finnes forskjellige typer elektrolytter. For flytende elektrolytter er det organiske elektrolytter, ioniske elektrolytter og uorganiske elektrolytter[9].

Reaksjon mellom elektrolytt og elektrodene Mellom elektrode og elektrolytt dannes et SEI-lag. Dette laget dannes ofte ved første batterisykling. Laget dannes ved at elektrolytten reagerer med grafitten i anoden, eller med oksidet i katoden. SEI-laget har både positive og negative effekter. Det positive er at det dannes en ekstra barriere mellom elektrolytt og elektrode.

Denne barrieren kan hindre videre reaksjon med elektrolytten, og batteriet blir dermed stabilt. Reaksjon mellom elektrode og elektrolytt vil gi tap av aktivt materiale og man vil derfor ha minst mulig reaksjon. Blir derimot SEI-laget for tykt vil det bli vanskelig med transport av ioner ut fra elektroden.

Her jakter forskerne på morgendagens batteriteknologi

Dette vil ødelegge for batterikapasiteten. Det er også en mulighet at kanalene i SEI-laget tettes. Dette kan for eksempel skje ved at de løse ioner i elektrolytten blokkerer kanalene. Ved en tetning vil elektrodens ledningsevne reduseres Det er dette som skjer ved for eksempel LiMn 2 O 4 gjennom syklene. Separatorer Et batteri har separatorer. Disse fungerer både som ionekanaler for ladningsbærerne og som en isolator mellom elektrodene slik at ikke batteriet kortslutter.

Det finnes tre hovedtyper separatorer for batterier med flytende elektrolytt[29]. Det er mikroporøse polymermembraner, uvevet fibermembraner og uorganiske komposittmembraner. Disse oppfører seg litt ulikt, men felles for de alle er at de er porøse slik at ionene kommer igjennom.

Separatorene bør også fungere slik at de ved høye temperaturer stenger for uønskede termiske reaksjoner Elektrokjemi For å introdusere og forklare begreper som teoretisk spenning, kapasitet og effekt brukes Daniellcellen som eksempel i utregningene. Disse begrepene er nyttige for å forstå hva som skjer i batteriet. Batteriet baseres på elektrokjemi. Dette er vist av Nernst-ligningen Ligning 2-1.

Etter denne beregningen har man spesifikk kapasitet av elektroden, men for å finne spesifikke kapasiteten av det aktive batterimaterialet må man summere kapasiteten for begge elektrodene og deretter 15 36 2 Teori og metode dele på antall gram det inneholder. For Daniellcellen gjøres dette på følgende måte: Man finner først at det for hvert gram Cu er 0,0157 mol Cu. Det gir 0,0315 mol elektroner per gram Cu.

Effekt er definert som produktet av strøm og potensiale og oppgis i watt W. For cellen beskrevet over blir dette C-rate Utladningsstrømmen er ofte omtalt sammen med C-rate.

USA forbyr frakt av litiumionebatterier på passasjerfly

C-raten er en måling av hvor hurtig et batteri utlades relatert til maksimal kapasitet. C-rate på 1C betyr at strømmen vil lade ut batteriet på én time. For et batteri med kapasitet på 100 Ampere-timer vil strømmen for 1 C være 100 ampere. Et eksempel på en kurve med C-rate er Figur 37 2. E-rate er sammenlignbart med C-rate, men her er det energi og ikke strøm som utgjør utladningen. Altså er 1E utladningsenergien som trengs for å lade ut batteriet på én time.

For batteriet fører dette til at det kjemiske potensialet til anoden og katoden må settes i sammenheng med Eg for elektrolytten. Om katoden har et potensiale lavere enn HOMO eller anoden har et potensiale høyere enn LUMO kan det føre til uønskede redoksreaksjoner mellom elektrolytt og elektroder. Det er allikevel muligheter for at elektrodenes potensiale 17 38 2 Teori og metode ligger utenfor Eg, men da må man ha en kontrollert vekst av SEI-lagene mellom elektrolytt og elektrode[9].

SEI er beskrevet i kapittel Figur 2. Figur er inspirert av [31]. Det er valgt to metoder for testing av batteriegenskaper, syklisk voltametri og cellesykeltesting Syklisk voltametri Syklisk voltametri, heretter kalt CV eng Cyclic Voltametry er en måleteknikk for stabilitet i batteriet.

Det settes et spenningsintervall over prøven og spenningen varierer mellom grenseverdier. Strømmen blir lest av mens spenningen varierer. Spenningsvariasjonen er lineær med tiden. Plott av potensiale mot strøm kalles et syklisk voltagram. For alle voltagrammene er den nederste kurven en utladningskurve og den øverste en ladekurve.

Panasonic litiumionebatteri 48v

Denne avstanden angir forskjellen i kinetikk for reaksjonene[32]. Syklisk voltametri er tradisjonelt brukt på en løsning hvor elektrolytten er ladningsbærende og man har en referanseelektrode.

Man bruker da metoden for å se hvilke reaksjoner som skjer og for å se om reaksjonen er reversibel eller ikke. En illustrasjon over ulike typiske CVkurver vises i Figur 2. Der vises et eksempel på diffusjonsdrevet reaksjon, en tilnærmet reversibel reaksjon og en kvasireversibel reaksjon.

Figurene er hentet fra Broadhead [33]. For litiumionebatterier er det ved toppene det skjer interkalering eller deinterkalering av litiumioner.

LITIUMIONEBATTERI Relaterte emner

Fysisk institutt [2564] Abstract Denne oppgaven har gått ut på å lage katodemateriale for litiumionebatterier. Katodematerialene er basert på pulvermateriale laget ved Pechinimetoden. Et delmål i oppgaven har vært at forskningsgruppen skal få en større forståelse av hvordan batterier fungerer og få erfaring i hvordan lage katodetape fra pulver. Dette er gruppens første masterprosjekt innen batterier med pulverkatode. Alle pulvermaterialene i oppgaven er karakterisert ved hjelp av røntgendiffraksjon XRD. Disse dataene ble deretter behandlet i EVA og Topas for å bekrefte struktur og celleparametere. Det ble også laget en katodetape av kommersielt LiFePO4.

LITIUMIONEBATTERI Kommentarer:
Redaktør på Litiumionebatteri
Haugen fra Tønsberg
Bla gjennom min andre nyheter. Jeg har bare en hobby: Streichholzmodellierung. jeg liker dele interessante nyheter ivrig.
INTERESSANTE NYHETER
Kalender
MoTuWeThFrStSu
booked.net