Litijske baterije su vrsta baterija koje koriste metalni litij ili slitinu litija kao materijal negativne elektrode i nevodenu otopinu elektrolita. Najranije litijeve baterije proizašle su iz velikog izumitelja Edisona.
Zbog vrlo reaktivnih kemijskih svojstava metalnog litija, obrada, očuvanje i upotreba metalnog litija imaju visoke ekološke zahtjeve. Dakle, litijeve baterije se već dugo ne primjenjuju.
S razvojem tehnologije mikroelektronike u 20. stoljeću povećava se broj minijaturiziranih uređaja, a pred napajanja se postavljaju visoki zahtjevi. Litijske baterije su kasnije ušle u fazu velike praktične primjene.
Prvi put je primijenjen u srčanim stimulatorima. Budući da je stopa samopražnjenja litijske baterije izuzetno niska, napon pražnjenja je blag. Omogućuje ugradnju srčanih stimulatora u ljudsko tijelo za dugotrajnu upotrebu.
Litijske baterije općenito imaju nazivni napon veći od 3.0 volta, što ih čini prikladnijima za korištenje kao izvori napajanja s integriranim krugom. Baterije mangan-dioksida naširoko se koriste u računalima, kalkulatorima, kamerama i satovima.
Kako bi razvili sorte s boljim učinkom, ljudi su proveli istraživanja na različitim materijalima. Tako stvaramo proizvode bez presedana. Na primjer, litij sumpor dioksid baterije i litij sulfit klorid baterije imaju vrlo jedinstvene karakteristike. Njihova aktivna tvar pozitivne elektrode također je otapalo za elektrolit. Ova se struktura pojavljuje samo u nevodenim elektrokemijskim sustavima. Stoga je istraživanje litijevih baterija također potaknulo razvoj elektrokemijske teorije u nevodenim sustavima. Osim korištenja različitih nevodenih otapala, istraživanja su također provedena na polimernim tankoslojnim baterijama.
1. Litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije trenutno se dijele u dvije kategorije: tekuće litij-ionske baterije (LIB) i polimerne litij-ionske baterije (PLB). Među njima, tekuće litij-ionske baterije odnose se na sekundarne baterije s Li plus ugrađenim spojevima kao pozitivnim i negativnim elektrodama. Pozitivna elektroda koristi litijeve spojeve LiCoO2 ili LiMn2O4, a negativna elektroda koristi međuslojne spojeve litijeva ugljika. Litij-ionska baterija idealan je izvor energije za razvoj u 21. stoljeću zbog svog visokog radnog napona, male veličine, male težine, visoke energije, bez efekta pamćenja, bez zagađenja, malog samopražnjenja i dugog vijeka trajanja.
2. Kratka povijest razvoja litij-ionskih baterija
Litijeve baterije i litij-ionske baterije nove su vrste visokoenergetskih baterija koje su uspješno razvijene u 20. stoljeću. Negativna elektroda ove vrste baterija je metalni litij, dok je pozitivna elektroda izrađena od MnO2, SOCL2, (CFx) n. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća ulazi u praktičnu primjenu. Zbog svojih prednosti poput visoke energije, visokog napona baterije, širokog raspona radne temperature i dugog vijeka skladištenja, naširoko se koristi u vojnim i civilnim malim električnim uređajima, poput mobilnih telefona, prijenosnih računala, kamera, fotoaparata itd., djelomično zamjenjujući tradicionalne baterije.
3. Perspektive razvoja litij-ionskih baterija
Litij-ionske baterije naširoko se koriste u prijenosnim uređajima kao što su prijenosna računala, kamere i mobilne komunikacije zbog svojih jedinstvenih prednosti u radu. Trenutno razvijene litij-ionske baterije velikog kapaciteta počele su s probnom upotrebom u električnim vozilima i očekuje se da će postati jedan od glavnih izvora energije za električna vozila u 21. stoljeću, a primjenjivat će se u umjetnim satelitima, zrakoplovstvu i pohrani energije.
4. Osnovna izvedba baterija
(1) Napon otvorenog kruga baterije
(2) Unutarnji otpor baterije
(3) Radni napon baterije
(4) Napon punjenja
Napon punjenja odnosi se na napon koji vanjski izvor napajanja primjenjuje na oba kraja sekundarne baterije tijekom punjenja. Osnovne metode punjenja uključuju punjenje konstantnom strujom i punjenje konstantnim naponom. Općenito, koristi se punjenje konstantnom strujom, koje karakterizira konstantna struja punjenja tijekom procesa punjenja. Kako punjenje napreduje, aktivna tvar se obnavlja, područje reakcije elektrode nastavlja se smanjivati, a polarizacija motora se postupno povećava.
(5) Kapacitet baterije
Kapacitet baterije odnosi se na količinu električne energije dobivenu iz baterije, obično predstavljenu s C i izraženu u jedinicama Ah ili mAh. Kapacitet je važan pokazatelj električnih performansi baterije. Kapacitet baterije obično se dijeli na teoretski kapacitet, stvarni kapacitet i nazivni kapacitet.
Kapacitet baterije određen je kapacitetom elektroda. Ako kapacitet elektroda nije jednak, kapacitet baterije ovisi o elektrodi s manjim kapacitetom, ali nikada nije zbroj kapaciteta pozitivne i negativne elektrode.
(6) Učinkovitost skladištenja i životni vijek baterija
Jedna od glavnih karakteristika kemijskih izvora energije je sposobnost oslobađanja električne energije tijekom uporabe i pohranjivanja električne energije kada se ne koriste. Takozvana izvedba skladištenja odnosi se na kapacitet punjenja i zadržavanja sekundarnih baterija.
Za sekundarne baterije, vijek trajanja je važan parametar za mjerenje performansi baterije. Sekundarna baterija naziva se ciklus nakon jednog punjenja i pražnjenja. Pod određenim sustavom punjenja i pražnjenja, broj puta koliko baterija može izdržati punjenje i pražnjenje prije nego što dosegne određenu vrijednost naziva se servisni ciklus sekundarne baterije. Litij-ionske baterije imaju izvrsne performanse skladištenja i dug životni vijek.