Литий-ионные аккумуляторы

Литий часто считают редким элементом, однако это в корне неверно. По распространённости на Земле он занимает 21-е место и четвертое среди металлов. До недавнего времени спрос на литий был умеренным, и его добыча в основном осуществлялась в Чили и Австралии. Однако с бумом на электромобили, которые требуют от 6 до 10 кг лития на одну батарею, спрос и цены на него резко возросли. Несмотря на это, анонсы разработки новых месторождений привели к снижению цен почти вдвое с конца 2022 года.

Комментарий Илона Маска

Илон Маск однажды назвал цену на литий абсурдно высокой, заявив, что лития вполне достаточно, но существуют проблемы с его добычей и переработкой. Он оказался прав. Несмотря на рост производства электромобилей, индустрия ускорила добычу, что обещает стабилизировать рынок.

Исторический Спрос на Литий

До 2020 года спрос на литий составлял менее 100 тысяч тонн в год, причем основными потребителями были керамическая и стекольная промышленность (32%) и фармацевтика (2%). Остальное шло на батареи для первых электромобилей и бытовых приборов.

История Создания Литий-Ионных Аккумуляторов

Создание литий-ионных аккумуляторов связано с именами трех великих ученых: Стэнли Уиттингеа, Джона Гуденафа и Акиры Ёсино. Их исследования и разработки начались еще в 1970 году и завершились в 1991 году.

Развитие Технологии

В 1970 году М.С. Уиттингеам разработал первый заряжаемый аккумулятор с анодом из сульфида титана и катодом из лития. Однако его изобретение имело значительные недостатки: низкое напряжение 2,3В, высокая стоимость, а также высокий риск возгорания.

В 1980 году Джон Гуденаф улучшил конструкцию, предложив использовать кобальтат лития для катода, что позволило достичь напряжения до 4В. Однако проблема возгорания остаётся нерешённой.

Наконец, в 1991 году японский химик Акира Ёсино предложил использовать графит и кобальт лития, что сделало аккумуляторы более эффективными и безопасными. Эта технология была реализована компанией «Sony», став основой для массового производства литий-ионных аккумуляторов. Благодаря этому Ёсино и его коллеги в 2019 году получили Нобелевскую премию.

Устройство Литий-Ионного Аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор имеет схожую структуру со свинцово-кислотной батареей: в его состав входят анод, катод и электролит. Активные вещества представляют собой графит и оксиды лития. Эти материалы нанесены в виде тонких слоев на фольгу из меди или алюминия. Между этими листами располагается сепаратор, пропитанный электролитом, обеспечивающий стабильную работу аккумулятора. На выходе получается целостная пластина, которая затем сворачивается в трубочку – такой и является литий-ионный аккумулятор.

Опасности Литий-Ионных Аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы содержат нестабильные вещества, которые при неправильной эксплуатации могут привести к высвобождению энергии в неконтролируемой форме. В ходе электрохимических реакций происходит выделение газов. При нормальной работе выделение газов контролируется. Однако при перегреве или перезарядке происходит вздутие и риск разгерметизации.

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют встроенные системы контроля, предотвращающие нарушение параметров заряда. Тем не менее, все еще остается шанс заводского брака или использования низкокачественных компонентов.

Если аккумулятор вздулся или начал проявлять признаки разгерметизации, необходимо как можно скорее его утилизировать в соответствии с рекомендациями.

Утилизация Литий-Ионных Аккумуляторов

Литий легко воспламеняется при контакте с кислородом, о чём важно помнить при утилизации. Герметичность аккумулятора играет ключевую роль в безопасности его использования. Замыкание между положительным и отрицательным пластинами может привести к возгоранию, часто вызванному износом и перегревом. Сепаратор, расположенный между пластинами, предотвращает короткое замыкание, однако его эффективность может снижаться с течением времени.

При подозрении на возгорание аккумулятора следует избегать контакта с водой, так как литий вступает в сильную реакцию с водой. В случае возгорания рекомендуется поместить аккумулятор в металлический контейнер или кастрюлю для изоляции от кислорода.

Применение Литий-Ионных Аккумуляторов

Широкая применимость литий-ионных аккумуляторов делает их неотъемлемой частью многих современных устройств. Они активно используются в промышленности, железнодорожной технике и других видах транспорта. Кроме того, их применяют во многих бытовых устройствах, включая мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые камеры и электроинструменты. Их положительные качества – легкость, высокая плотность энергии и потенциал долговременного хранения заряда – делают их предпочтительными для этих применений.

Электромобили и гибридные автомобили полностью зависят от этих аккумуляторов, так как они предоставляют необходимую мобильность без использования ископаемого топлива. Развитие технологий и снижение цен на литий-ионные аккумуляторы способствует увеличению их применения в различных сферах, от бытовой техники до энергетических хранилищ.