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.

Fogyasztóvédelem

Egy olvasónk segítségünket kérte vásárlási problémájával kapcsolatban. Részben neki nyújtandó segítségként, másrészt pedig általánosítható tanulságként közzé tesszük levelét. Írása mellett rögtön...


Napkollektor kontra napelem

Az utóbbi években a napenergia energetikai célú hasznosításának területén lényeges változás következett be. Régebben szinte kizárólag napkollektoros hőtermelő berendezések valósultak meg,...