Lityum iyon pil
Lityum pillerle ilgili öncü çalışmalar 1912'de GN Lewis yönetiminde başladı, ancak ilk şarj edilemeyen lityum pillerin ticari olarak piyasaya sürülmesi 1970'lerin başına kadar değildi. lityum tüm metallerin en hafifidir, en büyük elektrokimyasal potansiyele sahiptir ve ağırlığa göre en büyük enerji yoğunluğunu sağlar.
Şarj edilebilir lityum pil geliştirme girişimleri güvenlik sorunları nedeniyle başarısız oldu. Lityum metalin özellikle şarj sırasındaki doğal kararsızlığı nedeniyle araştırma, lityum iyonları kullanan metalik olmayan bir lityum pile yöneldi. Enerji yoğunluğu lityum metalinden biraz daha düşük olmasına rağmen, şarj ve deşarj sırasında belirli önlemlerin alınması koşuluyla lityum iyon güvenlidir. 1991 yılında Sony Corporation ilk lityum iyon pili ticarileştirdi. Diğer üreticiler de aynı şeyi yaptı.
Lityum iyonun enerji yoğunluğu tipik olarak standart nikel-kadmiyumun iki katıdır. Daha yüksek enerji yoğunlukları potansiyeli vardır. Yük özellikleri oldukça iyidir ve deşarj açısından nikel-kadmiyuma benzer şekilde davranır. 3,6 voltluk yüksek hücre voltajı, tek hücreli akü paketi tasarımlarına olanak sağlar. Günümüzün cep telefonlarının çoğu tek bir hücrede çalışıyor. Nikel bazlı bir paket, seri olarak bağlanmış üç adet 1.2-voltluk hücre gerektirir.
Lityum-iyon az bakım gerektiren bir aküdür; bu, diğer pek çok kimyagerin iddia edemeyeceği bir avantajdır. Pilin ömrünü uzatmak için hafıza yoktur ve programlanmış bir döngüye gerek yoktur. Ek olarak, kendi kendine deşarj nikel-kadmiyuma kıyasla yarıdan daha azdır, bu da lityum iyonu modern yakıt göstergesi uygulamaları için çok uygun hale getirir. Lityum iyon hücreleri atıldığında çok az zarar verir.
Genel avantajlarına rağmen lityum iyonun dezavantajları vardır. Kırılgandır ve güvenli çalışmayı sürdürmek için bir koruma devresi gerektirir. Her bir pakette yerleşik olan koruma devresi, şarj sırasında her bir hücrenin tepe voltajını sınırlar ve deşarj sırasında hücre voltajının çok düşük düşmesini önler. Ayrıca aşırı sıcaklıkları önlemek için hücre sıcaklığı izlenir. Çoğu paketteki maksimum şarj ve deşarj akımı 1C ile 2C arasında sınırlıdır. Bu önlemlerin alınmasıyla, aşırı şarj nedeniyle ortaya çıkan metalik lityum kaplama olasılığı neredeyse tamamen ortadan kaldırılmıştır.
Eskime çoğu lityum iyon pil için bir sorundur ve birçok üretici bu konu hakkında sessiz kalmaktadır. Pil kullanılsın veya kullanılmasın, bir yıl sonra kapasitede bir miktar bozulma fark edilir. Pil genellikle iki veya üç yıl sonra arızalanır. Diğer kimyaların da yaşa bağlı dejeneratif etkilerinin olduğunu belirtmek gerekir. Bu, özellikle yüksek ortam sıcaklıklarına maruz kalan nikel-metal-hidrit için geçerlidir. Aynı zamanda lityum iyon paketlerinin bazı uygulamalarda beş yıl hizmet verdiği de biliniyor.
Üreticiler sürekli olarak lityum iyonu geliştiriyorlar. Her altı ayda bir yeni ve geliştirilmiş kimyasal kombinasyonlar tanıtılmaktadır. Bu kadar hızlı ilerlemeyle, revize edilen pilin ne kadar eskiyeceğini değerlendirmek zor.
Serin bir yerde saklamak, lityum iyonun (ve diğer kimyaların) yaşlanma sürecini yavaşlatır. Üreticiler 15 derecelik (59 derece F) saklama sıcaklıklarını önermektedir. Ayrıca pilin depolama sırasında kısmen şarj edilmesi gerekir. Üretici %40'lık bir şarj önermektedir.
Maliyet-enerji oranı açısından en ekonomik lityum iyon pil, silindirik 18650'dir (boyut 18 mm x 65,2 mm'dir). Bu hücre, mobil bilgi işlem ve ultra ince geometri gerektirmeyen diğer uygulamalar için kullanılır. İnce bir paket gerekiyorsa prizmatik lityum iyon hücre en iyi seçimdir. Bu hücreler depolanan enerji açısından daha yüksek bir maliyete sahiptir.
Avantajları
Yüksek enerji yoğunluğu – daha yüksek kapasite potansiyeli.
Yeniyken uzun süreli astarlamaya ihtiyaç duymaz. Tek gereken düzenli bir şarjdır.
Nispeten düşük kendi kendine deşarj - kendi kendine deşarj, nikel bazlı pillerin yarısından daha azdır.
Düşük Bakım - periyodik deşarja gerek yoktur; hafıza yok.
Özel hücreler, elektrikli aletler gibi uygulamalara çok yüksek akım sağlayabilir.
Sınırlamalar
Gerilimi ve akımı güvenli sınırlar içinde tutmak için koruma devresi gerektirir.
Yaşlanmaya maruz kaldığında kullanılmasa bile serin bir yerde %40 şarjla saklanması yaşlanma etkisini azaltır.
Taşıma kısıtlamaları - daha büyük miktarların nakliyesi düzenleyici kontrole tabi olabilir. Bu kısıtlama kişisel taşınan piller için geçerli değildir.
Üretimi pahalıdır; maliyeti nikel-kadmiyuma göre yaklaşık yüzde 40 daha yüksektir.
Tamamen olgunlaşmamış; metaller ve kimyasallar sürekli olarak değişmektedir.
Lityum polimer pil
Lityum polimer, kullanılan elektrolit türü açısından kendisini geleneksel akü sistemlerinden farklılaştırıyor. Geçmişi 1970'lere dayanan orijinal tasarımda kuru katı polimer elektrolit kullanılıyor. Bu elektrolit, elektriği iletmeyen ancak iyon değişimine (elektrik yüklü atomlar veya atom grupları) izin veren plastik benzeri bir filme benzer. Polimer elektrolit, elektrolitle ıslatılmış geleneksel gözenekli ayırıcının yerini alır.
Kuru polimer tasarımı imalat, sağlamlık, güvenlik ve ince profil geometrisi açısından basitleştirmeler sunar. Bir milimetre (0,039 inç) kadar küçük bir hücre kalınlığına sahip olan ekipman tasarımcıları form, şekil ve boyut açısından kendi hayal güçlerine bırakılmıştır.
Ne yazık ki kuru lityum polimer zayıf iletkenliğe sahiptir. İç direnç çok yüksektir ve modern iletişim aygıtlarına güç sağlamak ve mobil bilgi işlem ekipmanlarının sabit disklerini hızlandırmak için gereken akım patlamalarını sağlayamaz. Hücrenin 60 derece (140 derece F) ve daha yükseğe ısıtılması iletkenliği artırır; bu, taşınabilir uygulamalar için uygun olmayan bir gerekliliktir.
Uzlaşmayı sağlamak için bir miktar jelleşmiş elektrolit eklenmiştir. Ticari hücreler, sıvı elektrolitle doldurulduğunda jelleşen, bir polimerle doldurulmuş aynı geleneksel gözenekli polietilen veya polipropilen ayırıcıdan hazırlanan bir ayırıcı/elektrolit membranı kullanır. Dolayısıyla ticari lityum-iyon polimer hücreler kimya ve malzeme açısından sıvı elektrolit karşı parçalarına çok benzer.
Lityum-iyon-polimer bazı analistlerin beklediği kadar çabuk benimsenmedi. Diğer sistemlere olan üstünlüğü ve imalat maliyetlerinin düşük olması henüz fark edilememiştir. Kapasite kazanımlarında herhangi bir iyileşme elde edilmiyor; aslında kapasite, standart lityum iyon pilinkinden biraz daha az. Lityum-iyon-polimer, kredi kartı pilleri ve benzeri diğer uygulamalar gibi çok ince geometrilerde pazar yerini buluyor.
Avantajları
Çok düşük profil - kredi kartı profiline benzeyen piller uygundur.
Esnek form faktörü - üreticiler standart hücre formatlarına bağlı değildir. Yüksek hacim ile makul her ebat ekonomik olarak üretilebilmektedir.
Hafif - jelleşmiş elektrolitler, metal kabuğu ortadan kaldırarak basitleştirilmiş paketlemeye olanak tanır.
Geliştirilmiş güvenlik - aşırı şarja karşı daha dayanıklı; elektrolit sızıntısı olasılığı daha azdır.
Sınırlamalar
Lityum iyona kıyasla daha düşük enerji yoğunluğu ve daha az döngü sayısı.
Üretimi pahalı.
Standart boyut yok. Hücrelerin çoğu yüksek hacimli tüketici pazarları için üretilmektedir.
Lityum iyona göre daha yüksek maliyet/enerji oranı
Hava yolculuğunda lityum içeriğine ilişkin kısıtlamalar
Uçak yolcuları şu soruyu soruyor: "Uçakta ne kadar lityum pil taşımama izin veriliyor?" İki pil türü arasında ayrım yapıyoruz: Lityum metal ve lityum iyon.
Lityum metal pillerin çoğu şarj edilemez ve film kameralarında kullanılır. Lityum iyon paketleri şarj edilebilir ve güçlü dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları ve video kameralardır. Yedek paketler de dahil olmak üzere her iki pil tipinin de taşınabilir olarak taşınmasına izin verilir ancak aşağıdaki lityum içeriğini aşamaz:
Lityum metal veya lityum alaşımlı piller için 2 gram
Lityum iyon piller için 8 gram
Ağırlığı 8 gramı aşan ancak 25 gramı aşmayan lityum iyon piller, kısa devreleri önlemek için ayrı ayrı korunmaları ve kişi başına iki yedek pille sınırlı olmaları koşuluyla el bagajında taşınabilir.
Lityum iyon pilin lityum içeriğini nasıl bilebilirim?Teorik açıdan bakıldığında tipik bir lityum iyon pilde metalik lityum yoktur. Ancak dikkate alınması gereken eşdeğer lityum içeriği vardır. Bir lityum iyon pil için bu, nominal kapasitenin (amper-saat cinsinden) 0,3 katı olarak hesaplanır.
Örnek:2Ah 18650 Li-ion hücresinde 0,6 gram lityum bulunur. 8 hücreli (4'ü seri ve 2'si paralel) tipik bir 60 Wh dizüstü bilgisayar pilinde bu, 4,8 grama denk gelir. 8-gram BM sınırının altında kalmak için getirebileceğiniz en büyük pil 96 Wh'dir. Bu paket, 12 hücreli bir düzende (4s3p) 2,2Ah hücre içerebilir. Bunun yerine 2,4Ah hücre kullanılmış olsaydı paketin 9 hücre (3s3p) ile sınırlandırılması gerekirdi.
Lityum iyon pillerin nakliyesine ilişkin kısıtlamalar
Lityum iyon pilleri toplu olarak gönderen herkes, nakliye yönetmeliklerine uymaktan sorumludur. Bu durum kara, deniz ve hava yoluyla yurt içi ve yurt dışı gönderiler için geçerlidir.
Eşdeğer lityum içeriği pil paketi başına 1,5 gramı veya 8 gramı aşan lityum iyon piller, "Sınıf 9 çeşitli tehlikeli madde" olarak gönderilmelidir. Hücre kapasitesi ve bir paketteki hücre sayısı lityum içeriğini belirler.
8 gramdan az lityum içeriği içeren paketler istisnadır. Ancak bir gönderi 24'ten fazla lityum hücre veya 12'den fazla lityum iyon pil paketi içeriyorsa, özel işaretler ve nakliye belgeleri gerekli olacaktır. Her paketin lityum pil içerdiği belirtilmelidir.
Tüm lityum iyon piller, lityum içeriğine bakılmaksızın UN 3090'da ayrıntılı olarak açıklanan spesifikasyonlara uygun olarak test edilmelidir (BM Testler ve Kriterler kılavuzu, Kısım III, alt bölüm 38.3). Bu önlem, arızalı pillerin nakliyesine karşı koruma sağlar.
Kısa devreyi önlemek için hücreler ve piller ayrılmalı ve sağlam kutularda paketlenmelidir.