Lítium alapú akkumulátorok

A hatvanas években kifejlesztett nikkel-kadmium akkumulátorokat, majd a nyolcvanas években megjelent nikkel metál-hidrid akkumulátorokat egyre több területen váltják fel a lítium alapú, újratölthető áramforrások. Írásunkban e típus előnyeiről, hátrányairól és kezeléséről szólunk.

A lítium-ion (Li-ion) technológia a legfiatalabb akkumulátor-generációba tartozik. Nevét onnan kapta, hogy a töltés tárolásáról lítium-ionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szén alapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fémoxid elektródához vándorolnak. Az anódot és a katódot szerves elektrolit választja el egymástól.
Először a nyolcvanas években sikerült ilyen akkumulátorokat előállítani. Ezek még fémes lítiumot tartalmaztak, ami kisebb üzemzavar hatására is hajlamos volt villámsebesen felforrósodni, és ez az akku felrobbanásához vagy elolvadásához vezetett. A ma kapható variáció a lítium-ionok forrásaként különféle vegyületeket használ, amelyekben megfelelően biztonságosan kötött a lítium.
A veszélyek ellenére is nagyon sok gyártó belefogott a Li-ion akkuk fejlesztésébe, mivel ennek a típusnak a legnagyobb a kapacitása - a NiCd akkukénak kétszerese - és cellafeszültsége. Mivel még a kimerült cella is képes legalább 3 V-ot szolgáltatni az 1-1,25 V-os NiCd, illetve NiMH akkukkal szemben (teljesen feltöltött állapotban mintegy 4 V a cellafeszültség), egyetlen cellával táplálható a legtöbb modern rádiótelefon, és a hasonló feszültségen működő számítógépekre is csak néhány évet kell várni.
Az egyetlen cellából épített akkumulátor esetén nem kell számolni a rosszul párosított vagy gyári hibás cellákból eredő, valamint az egyenetlen elöregedés okozta problémákkal. Az előnyök között szerepel még a meglepően kis súly, és az, hogy egyáltalán nem képződnek kristályok az akkumulátorban, így nem kell gondot fordítani a rendszeres tréningeztetésre. Sőt, a Li-ion akkumulátorok nem is szeretik igazán, ha teljesen kisütik őket. A NiMH technológiához hasonlóan ezek az akkuk is nagyon kevés mérgező anyagot tartalmaznak. Sajnos a Li-ion akkumulátor sem tökéletes. Még a NiMH akkuknál is gondosabb és hosszasabb töltést igényel.

Lítium-polimer

Ma már egyre több mobil készülékben találkozhatunk a Li-ion utódjával, a lítium-polimer (Li-polimer) akkumulátorral. Hatalmas előnye, hogy nem vagy csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz folyékony elektrolitot, helyette speciális polimer választja el az anódot és a katódot. Ez nagyon vékony és nagyon rugalmas cellákat eredményezhet, mivel nem kell vastag falú burkolattal védekezni a folyadék kifolyása ellen. Az is elképzelhető, hogy egy szabadon hajtogatható lapocska lesz a jövő akkumulátora, amit ízlés szerint betömködhetünk a rendelkezésre álló nyílásba. Cserébe várhatóan rövidebb élettartammal és még hosszasabb töltési időkkel kell számolnunk.

Lítium alapú akkumulátorok töltése

Az úgynevezett "csoda-töltők", amelyek az akkumulátorok feljavítását illetve élettartamuk megnövelését ígérik, a lítium-kémiában nem léteznek, ahogyan a szuper gyorstöltők sem. A lítiom-ion akkumulátorok használati utasításai határozottak, szigorúak, a töltést ezek szerint kell végezni.
A lítium-ion nagyon tiszta technológia, így semmi szükség nincs az úgynevezett "formázásra", amit a korábban használatos nikkel-bázisú akkumulátoroknál végre kellett hajtanunk. Az első töltés semmiben nem különbözik az ötödiktől vagy akár az ötvenediktől. A forgalmazók azt tanácsolják, hogy első alkalommal töltsük az akkumulátort 8 órán át, de ez a tévhit még a nikkeles időkből maradt fenn. A töltő 3-4 óra után automatikusan kikapcsol. A legtöbb cellát 4,2 Volttal kell tölteni, +- 0,05 Volt ingadozást tolerálnak. Ha 4,1 Volttal töltünk, az csökkenti a kapacitást, de 10%-kal növeli az élettartamot. Az újabb cellák már 4,2 Volttal való töltés esetén is jó élettartammal bírnak. Az akkumulátor 99,9%-ra töltődik fel, a töltés alatt nem melegszik.
A teljes töltést a töltőáram folyamatos csökkentése mellett érik el. A feszültség maximumának eléréséig az akkumulátor megkapja a töltés nagy részét, a maximum töltöttség elérése viszont lassú folyamat. Ezért becsapós az, amikor bizonyos gyorstöltőknél azt ígérik, hogy a lítium-ion akkumulátort 1 óra alatt feltöltik. Ilyenkor az történik, hogy az akkumulátor-töltő elérve a maximum feszültséget "kész" állapotot jelez, valójában a töltöttség ilyenkor az elérhető 70%-a csak. A maradék 30% nagyjából kétszer ennyi ideig tart.

Mit nem tűrnek a lítium alapú akkumulátorok?

Csepptöltés

A csepptöltést a lítium-ion akkumulátorok nem tolerálják, mert nem tűrik a túltöltést. Ha mégis töltőn hagyjuk az akkumulátort, és a töltő 4,05 Volt/cellával tölti, az lítium-darabkák leválását eredményezheti, ami instabilitást okoz, és ez veszélyes. A túltöltés az akkumulátor olyan mértékű melegedéséhez vezethet, melynek eredményeképpen ki is gyulladhat. A teljes töltést javasolt 20 naponta végrehajtani.
Mivel a túlmerítést is meg kell akadályozni, a beépített áramkör akkor is leold, ha a terheletlen feszültség kevesebb, mint 2,5 Volt/cella. Ilyen értékeknél már olyan mértékben kisült az akkumulátor, amiről hagyományos töltővel már nem hozható vissza. Vannak biztonsági megoldások a túlmerülés megelőzésére, például elektromosan szét kell választani a cellákat, ha a cellafeszültség a 2,7-3,0 Volt/cella alá csökken.

A töltöttségi állapot kijelzése

A terhelés nélküli feszültség értéke tájékoztatást adhat az akkumulátor várható kimerülésének idejéről lítium-, alkáli- (alkaline) és ólom-alapú akkumulátorok esetében, de ez a nikkeles akkumulátoroknál nem használható módszer. A lítium-ion akkumulátor esetében a 3,8 Volt/cella feszültség a töltöttség 50%-os voltát feltételezi. Persze a feszültség mérése önmagában nem ad tájékoztató adatot, hiszen gyártóktól is függ az akkumulátor viselkedése, ami egy bonyolult elektrokémiai folyamat eredménye. A hőmérséklet változása is adhat tájékoztató adatot a töltöttségről, azaz minél magasabb a hőmérséklet, annál kisebb a töltöttség.

További érdekes cikkeinkről se maradsz le, ha követed az Ezermester Facebook oldalát, vagy előfizetsz a nyomtatott lapra, ahol folyamatosan újdonságokkal jelentkezünk!

Bérces Balázs


Szólj hozzá a cikkhez!

Be kell jelentkezned, hogy hozzászólhass a cikkekhez!
Ezermester, Facebook, vagy Google fiókkal is bejelentkezhetsz.

Napkollektorok

Az első vízmelegítő napkollektorokat már a XIX. században használták, melyek egyszerű, feketére festett fémtartályok voltak. Ezeknek az eszközöknek azonban egész napba telt, míg felforrósították a...


Ryobi® új hibrid kerti gépek

Az akkumulátoros technológia fejlődésével olyan alkalmazási lehetőségek nyíltak meg az akkumulátoros gépek használata előtt, amiket korábban elképzelni sem lehetett – ma pedig már több gyártó...