Jak dobrze wiecie, technologia litowo-jonowa to nasz chleb powszedni. Nie ka\u017cdy jednak zdaje sobie spraw\u0119, jak bardzo powszechna jest ona w \u017cyciu ka\u017cdego z nas. Bateria litowo-jonowa to przecie\u017c nie tylko laptopy, ale i elektronarz\u0119dzia, odkurzacze, drony, a nawet samochody. Dzisiaj dowiemy si\u0119 czym tak naprawd\u0119 s\u0105 baterie litowo-jonowe (zwane te\u017c bateriami li-ion) i dlaczego s\u0105 tak powszechne.<\/p>\n\n\n\n
Historia rozwoju technologii li-ion<\/strong> Pierwszy wa\u017cny krok w kierunku ogniw litowo-jonowych nast\u0105pi\u0142 w roku 1979. Profesor John Goodenough oraz Koichi Mizushima na Uniwersytecie Oksfordzkim stworzyli nowy rodzaj baterii litowej, w kt\u00f3rej lit m\u00f3g\u0142 w\u0119drowa\u0107 przez bateri\u0119 z jednej elektrody w drug\u0105 w postaci jon\u00f3w. Rozwi\u0105zanie to jest baz\u0105 dla obecnych baterii litowo-jonowych. Poni\u017cej schemat dzia\u0142ania akumulatora. Podczas \u0142adowania jony litu przemieszczaj\u0105 si\u0119 z w\u0119glowej anody do katody z tlenku litu i innego metalu i s\u0105 tam przechowywane. Podczas roz\u0142adowania proces ten si\u0119 odwraca\u2026 ale o samej budowie i dzia\u0142aniu za chwil\u0119.<\/p>\n\n\n\n Pierwszej komercyjnej baterii litowo-jonowej doczekali\u015bmy si\u0119 jednak dopiero w 1991 roku. Wprowadzi\u0142o j\u0105 Sony w swoich kamerach, a kolejne firmy pod\u0105\u017cy\u0142y \u015bladami japo\u0144skiego giganta. Szybko dostrze\u017cono wielk\u0105 przewag\u0119 technologii litowo-jonowej nad dominuj\u0105c\u0105 w\u00f3wczas niklowo-kadmow\u0105. Atutem by\u0142a nie tylko wysoka g\u0119sto\u015b\u0107, pozwalaj\u0105ca na zgromadzenie dwukrotnie wi\u0119kszego \u0142adunku w baterii o takim samym rozmiarze, ale i wysokie napi\u0119cie ogniwa na poziomie 3.6V. Ogniwa niklowo-kadmowe uzyskiwa\u0142y napi\u0119cie 1.2V, wi\u0119c potrzebowaliby\u015bmy trzech, by uzyska\u0107 podobne napi\u0119cie. Dodatkowe zalety, kt\u00f3re popchn\u0119\u0142y li-ion do przodu to brak efektu pami\u0119ci, niska szkodliwo\u015b\u0107 dla \u015brodowiska oraz wolniejsze samoroz\u0142adowanie.<\/p>\n\n\n\n Czy baterie litowo-jonowe to dobry wyb\u00f3r?<\/strong> Budowa akumulatora litowo-jonowego<\/strong> Ogniwo \u2013 podstawowe urz\u0105dzenie przeznaczone do magazynowania energii sk\u0142adaj\u0105ce si\u0119 z elektrod, separatora i elektrolitu. W teorii samo ogniwo mog\u0142oby funkcjonowa\u0107 jako bateria, jednak w przypadku ogniw litowo-jonowych by\u0142oby to niebezpieczne, mi\u0119dzy innymi ze wzgl\u0119du na ryzyko przegrzewania. Ogniwo litowo-jonowe mo\u017ce przybiera\u0107 r\u00f3\u017cne kszta\u0142ty, jednak zdecydowanie najcz\u0119\u015bciej u\u017cywana jest forma ogniwa cylindrycznego 18650. Liczba 18650 oznacza wymiary \u2013 oko\u0142o 18 mm \u015brednicy i 65 mm d\u0142ugo\u015bci. Takie ogniwa osi\u0105gaj\u0105 maksymaln\u0105 pojemno\u015b\u0107 3500 mAh, jednak pr\u0105d, jaki mog\u0105 oddawa\u0107, mo\u017ce si\u0119 r\u00f3\u017cni\u0107 w zale\u017cno\u015bci od ich budowy. Ogniwa mog\u0105 mie\u0107 r\u00f3\u017cn\u0105 struktur\u0119 chemiczn\u0105, co znacznie wp\u0142ywa na parametry. Najpopularniejsz\u0105 wersj\u0105 jest litowo-kobaltowa, ale do budowy ogniw mog\u0105 by\u0107 u\u017cyte m.in. mangan, tytan, aluminium czy nikiel w r\u00f3\u017cnych mieszankach i proporcjach. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 tych opcji jest jednak nieop\u0142acalna.<\/p>\n\n\n\n Bateria (akumulator) \u2013 bateria to urz\u0105dzenie s\u0142u\u017c\u0105ce do magazynowania energii elektrycznej i przystosowane do oddawania tej energii w bezpieczny spos\u00f3b. Na potrzeby artyku\u0142u ograniczamy si\u0119 tylko do definicji akumulatora litowo-jonowego, kt\u00f3ry jest bateri\u0105 wielokrotnego u\u017cytku \u2013 mo\u017cna go \u0142adowa\u0107 i roz\u0142adowywa\u0107.<\/p>\n\n\n\n Akumulator mo\u017ce sk\u0142ada\u0107 si\u0119 z dowolnej ilo\u015bci ogniw. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 baterii litowo-jonowych sk\u0142ada si\u0119 w\u0142a\u015bnie ze wspomnianych wcze\u015bniej ogniw 18650 \u0142\u0105czonych szeregowo w wy\u017csze napi\u0119cia. Te same ogniwa mog\u0105 tworzy\u0107 zar\u00f3wno bateri\u0119 do laptopa o napi\u0119ciu 10,8V (6 ogniw, \u0142\u0105czonych 3S2P, czyli 3 szeregowo i 2 r\u00f3wnolegle), jak i ogromn\u0105 bateri\u0119 Tesli P100D o napi\u0119ciu ponad 400V i mocy maksymalnej 451 kW. Bateria ta sk\u0142ada si\u0119 z ponad 7000 ogniw typu 18650. Wszystko jednak wskazuje na to, \u017ce technologia ta zostanie zmieniona na inny typ li-ion.<\/p>\n\n\n\n Wydajno\u015b\u0107 i \u017cywotno\u015b\u0107 baterii litowo-jonowej<\/strong> Drugi aspekt to zu\u017cycie energii. W przypadku laptopa, lub telefonu, zu\u017cycie energii mo\u017ce wynika\u0107 z bardzo wielu czynnik\u00f3w, takich jak jasno\u015b\u0107 ekranu, zu\u017cycie procesora, korzystanie z internetu, a nawet z temperatury i wieku samego urz\u0105dzenia. W zale\u017cno\u015bci od ka\u017cdego z tych warunk\u00f3w czas pracy mo\u017ce si\u0119 r\u00f3\u017cni\u0107 diametralnie. Nale\u017cy tak\u017ce pami\u0119ta\u0107, \u017ce bateria litowo-jonowa traci \u0142adunek tak\u017ce w spoczynku.<\/p>\n\n\n\n Ka\u017cdy akumulator jest podatny na starzenie i te tworzone w technologii li-ion nie s\u0105 wyj\u0105tkiem. Ich \u017cywotno\u015b\u0107 jednak mo\u017ce si\u0119 znacznie r\u00f3\u017cni\u0107 w zale\u017cno\u015bci od intensywno\u015bci i poprawno\u015bci u\u017cytkowania. Bardzo cz\u0119stym przypadkiem jest, \u017ce identyczny akumulator litowo jonowy u jednej osoby przetrwa 1,5 roku, a u innej nawet 5 lat. Kr\u00f3tszy \u017cywot baterii bardzo cz\u0119sto wynika z nieodpowiedniego korzystania. Najbardziej szkodliwym b\u0142\u0119dem, jaki mo\u017cna pope\u0142ni\u0107 jest doprowadzenie do g\u0142\u0119bokiego roz\u0142adowania poprzez wy\u0142adowanie baterii do 0% i pozostawienie jej w tym stanie przez d\u0142u\u017cszy czas. Cho\u0107 wi\u0119c baterie litowo jonowe uznawane s\u0105 za bardzo wydajne \u2013 ich \u017cywotno\u015b\u0107 uzale\u017cniona jest od sposobu u\u017cytkowania.<\/p>\n\n\n\n Niestety, bardzo cz\u0119sto zupe\u0142nie nie\u015bwiadomym dzia\u0142aniem mocno szkodzimy baterii i zamiast po kilku latach, odmawia nam ona wsp\u00f3\u0142pracy po roku.<\/p>\n\n\n\n Dalszy rozw\u00f3j akumulatora litowo-jonowego?<\/strong> Pojawi\u0142y si\u0119 tak\u017ce usprawnienia zwi\u0105zane z wykorzystaniem grafenu. Je\u015bli tylko uda si\u0119 odnale\u017a\u0107 prost\u0105 i tani\u0105 metod\u0119 uzyskiwania grafenu, mo\u017ce on z pewno\u015bci\u0105 by\u0107 wykorzystany do zwi\u0119kszenia sprawno\u015bci ogniw litowo-jonowych.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Jak dobrze wiecie, technologia litowo-jonowa to nasz chleb powszedni. Nie ka\u017cdy jednak zdaje sobie spraw\u0119, jak bardzo powszechna jest ona w \u017cyciu ka\u017cdego z nas. Bateria litowo-jonowa to przecie\u017c nie tylko laptopy, ale i elektronarz\u0119dzia, odkurzacze, drony, a nawet samochody. Dzisiaj dowiemy si\u0119 czym tak naprawd\u0119 s\u0105 baterie litowo-jonowe (zwane te\u017c bateriami li-ion) i dlaczego […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"saved_in_kubio":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-10","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-poradniki-techniczne"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=10"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":11,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/10\/revisions\/11"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=10"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=10"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.bateriiswiat.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=10"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
Ju\u017c na pocz\u0105tku XX wieku zauwa\u017cono du\u017cy potencja\u0142 litu jako tworzywa baterii. Jest to metal o najmniejszej g\u0119sto\u015bci, du\u017cym potencjale elektrochemicznym i wysokim stosunku energii do masy. Ameryka\u0144ski fizyk chemiczny George Newton Lewis rozpocz\u0105\u0142 eksperymenty z litowymi bateriami ju\u017c w roku 1912, lecz dopiero w 1970 roku akumulatory litowe pojawi\u0142y si\u0119 na rynku.<\/p>\n\n\n\n
Baterie litowo-jonowe \u2013 por\u00f3wnuj\u0105c je z bateriami tworzonymi w starych technologiach \u2013 s\u0105 bardziej wydajne, du\u017co szybciej si\u0119 \u0142aduj\u0105, a dodatkowo (co ma znaczenie zw\u0142aszcza w przypadku sprz\u0119t\u00f3w mobilnych) \u2013 s\u0105 l\u017cejsze. Mo\u017cna je bez problemu \u201edo\u0142adowywa\u0107\u201d w dowolnej chwili. W trosce o ich \u017cywotno\u015b\u0107 nie ma potrzeby czekania a\u017c roz\u0142aduj\u0105 si\u0119 w pe\u0142ni, aby dopiero wtedy je do\u0142adowa\u0107 \u2013 a to czyni je wygodniejszymi w u\u017cytkowaniu.<\/p>\n\n\n\n
Chc\u0105c przybli\u017cy\u0107 temat budowy akumulatora litowo\u2013jonowego, na pocz\u0105tku wypada\u0142oby rozgraniczy\u0107 dwa poj\u0119cia, kt\u00f3rymi b\u0119dziemy si\u0119 pos\u0142ugiwa\u0107 w tym segmencie. Chodzi tutaj o ogniwo i bateri\u0119. Niestety, te dwa terminy cz\u0119sto s\u0105 ze sob\u0105 mylone.<\/p>\n\n\n\n
Czas pracy akumulatora litowo-jonowego jest zale\u017cny od dw\u00f3ch kwestii: pojemno\u015b\u0107 i zu\u017cycia energii. Pojemno\u015b\u0107 w przypadku baterii li-ion wyra\u017camy najcz\u0119\u015bciej w mAh i w przypadku ka\u017cdej baterii ulega zmianie na skutek u\u017cytkowania. Fabryczna pojemno\u015b\u0107 maksymalna baterii do laptopa na poziomie np. 4400 mAh po roku u\u017cytkowania mo\u017ce ju\u017c by\u0107 zmniejszona np. do 4000 mAh. To oczywi\u015bcie bezpo\u015brednio wp\u0142ywa na czas pracy urz\u0105dzenia.<\/p>\n\n\n\n
Co prawda, technologia li-ion i podobna jej litowo-polimerowa wci\u0105\u017c zdecydowanie dominuj\u0105 w wi\u0119kszo\u015bci urz\u0105dze\u0144 przeno\u015bnych, ale nie oznacza to, \u017ce nie szykuj\u0105 si\u0119 zmiany w tym zakresie. Na horyzoncie mamy co najmniej kilka usprawnie\u0144, kt\u00f3re mog\u0105 jeszcze bardziej pchn\u0105\u0107 do przodu technologi\u0119 mobiln\u0105.<\/p>\n\n\n\n