INR, ICR a może NCA - budowa i chemia ogniw

W artykule poświęconym podstawowej wiedzy dotyczącej akumulatorów Li-Ion dowiedzieliście się z czego zbudowane są pojedyncze ogniwa. Teraz zagłębimy się w tym temacie jeszcze bardziej- spojrzymy na to z czego zbudowane są poszczególne elementy akumulatorów 18650 i jak to wpływa na ich charakterystykę i pracę.

 

Ogniwa Li-Ion składają się z 4 głównych elementów:

 

  • separatora – porowata folia (membrana poliolefinowa) zabezpieczająca przed bezpośrednim kontaktem elektrod (zwarciem) ale umożliwia transfer jonów litu
  • elektrolitu – mieszanina organicznych rozpuszczalników (węglan propylenowy, węglan etylenowy, glikole, estry organiczne), w której rozpuszczone są złożone chemicznie sole litowe (LiPF6, LiBF4, LiCIO4, LiCF3SO3). Elektrolit może być w formie ciekłej lub stałej w postaci przewodzących polimerów zawierających sole litu (LiPo). Dzięki elektrolitowi jony litu są w stanie się przemieszczać między elektrodami
  • elektrody ujemnej (anody ) zbudowanej z porowatego węgla np. grafitu
  • elektrody dodatniej (katody) zbudowanej ze związków litu

 

Pierwsze 3 elementy zasadniczo nie różnią się znacząco w różnych modelach akumulatorów Li-Ion. Natomiast ostatnia część składowa – katoda jest tym elementem, którego skład chemiczny decyduje o cechach charakterystycznych danego ogniwa litowego: obciążalności, pojemności, ilości cykli i bezpieczeństwie.

 

W tabeli poniżej znajduje się zestawienie najbardziej popularnych składów chemicznych katod ogniw typu 18650:

 

KATODA z tlenku litowo-managanowego / IMR / LMO

 Struktura tlenku zawartego w tej katodzie usprawnia przepływ jonów litu co skutkuje niską rezystancją wewnętrzną i tym samym wysoką wydajnością prądową akumulatorka. Charakterystyczna budowa pozwala na zwiększanie odpowiednich jednej z trzech cech (kosztem pozostałych dwóch): żywotności, wydajności lub pojemności. Dodatkową zaletą jest stabilność termiczna i zwiększone bezpieczeństwo. Niska rezystancja wewnętrzna umożliwia szybkie ładowanie i rozładowywanie wysokim prądem. Ogniwa IMR 18650 mogą ‘oddać’ 20-30A ze stosunkowo małym wzrostem temperatury. Niektóre akumulatorki można obciążyć impulsowo (1 sek.) do 50A. Jednak rozładowanie prądem ciągłym o tak wysokim natężeniu spowodowałoby znaczny wzrost temperatury, nawet ponad dopuszczalne 80°C. Słabą stroną takich baterii jest stosunkowo niska ilość cykli- 300-700. Chociaż ogniwa IMR nie są zbyt popularne, nadal znajdują swoje zastosowanie w elektronarzędziach, aparaturze medycznej oraz w pojazdach elektrycznych i hybrydowych.

 

KATODA z tlenku litowo-niklowo-manganowo-kobaltowego / INR / NMC

 Jedną z najlepszych kombinacji w budowie katod jest związek niklu, manganu i kobaltu. Budowa tego tlenku podobnie do LMO umożliwia stworzenie ogniwa o zwiększonej pojemności, wydajności prądowej lub żywotności. Sekretem sukcesu ogniw NMC jest połączenie niklu i manganu. Największą zaletą niklu jest gromadzenie energii, ale sam w sobie jest mało stabilny. Natomiast mangan dzięki wspomnianej wcześniej charakterystycznej budowie powoduje obniżenie rezystancji wewnętrznej. Niestety sam w sobie słabo gromadzi energię. Te dwa metale jednak połączone w jednym związku znakomicie się uzupełniają i uwypuklają swoje zalety. Mocną stroną tych baterii jest również ilość cykli, która waha się między 1000 a 2000 cykli.

 

KATODA z tlenku litowo-niklowo-kobaltowo-glinowego / NCA

 Budowa tej katody jest podobna do NMC z wyjątkiem manganu, który został zastąpiony glinem. W rezultacie wydajność prądowa ogniw NCA jest stosunkowo niska. Akumulatory te nadrabiają jednak dużą pojemnością i żywotnością. Dzięki wyjątkowej wytrzymałości często znajdziemy je w pojazdach elektrycznych w tym w samochodach Tesli. Ogniwa te mają dużą żywotność dlatego mogą być długo przechowywane bez utraty pojemności, ale niestety mają bardzo niską ilość cykli pracy bo tylko ok. 500.

 

KATODA z tlenku litowo- kobaltowego / ICR / LCO

 LCO jako pierwsza z katod zbudowanych z tlenku metalu, która osiągnęła komercyjny sukces. Chemia ta pozwala na gromadzenie dużej ilości energii stąd mogą być bardzo pojemne, niestety kosztem stosunkowo małej żywotności, ilości cykli (500-1000), stabilności termalnej i wydajności prądowej. Maksymalny prąd ładowania i rozładowywania w akumulatorach ICR nie przekracza 1C. Np. bateria o pojemności 3,5Ah będzie miała wydajność prądową nieprzekraczającą 3.5A. Dlatego te ogniwa świetnie znajdują swoje zapotrzebowaie w takich sprzętach jak komórki, laptopy i aparaty fotograficzne.

do góry
Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy od home.pl