Μπαταρία λιθίου

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Να μην συγχέεται με το μπαταρία ιόντων λιθίου.
Μπαταρία λιθίου στοιχείου-κουμπιού CR2032
Μπαταρίες λιθίου μεγεθών 9 βολτ, AA και AAA. Η πάνω μονάδα έχει εσωτερικά τρία στοιχεία λιθίου-διοξειδίου του μαγνησίου, οι δύο κάτω μονάδες είναι μονά στοιχεία λιθίου-διθειούχου σιδήρου που είναι συμβατές ηλεκτρικά και στις διαστάσεις με μπαταρίες ψευδαργύρου 1,5 βολτ.

Οι μπαταρίες λιθίου είναι πρωτογενείς μπαταρίες που έχουν λίθιο ως άνοδο. Αυτοί οι τύποι μπαταριών αναφέρονται επίσης ως μπαταρίες μεταλλικού λιθίου. Ξεχωρίζουν από τις άλλες μπαταρίες λόγω της υψηλής πυκνότητας φορτίου (μεγάλης διάρκειας ζωής) και του υψηλού κόστους ανά μονάδα. Ανάλογα με τον σχεδιασμό και τις χρησιμοποιούμενες χημικές ενώσεις, τα στοιχεία λιθίου μπορούν να παράξουν τάσεις από 1,5 V (παρόμοια με μπαταρίες ψευδαργύρου-άνθρακα ή αλκαλικές μπαταρίες μέχρι περίπου 3,7 V.

Οι πρωτογενείς μπαταρίες λιθίου μιας χρήσης πρέπει να διακρίνονται από τις δευτερογενείς μπαταρίες ιόντων λιθίου και τις μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς,[1] που είναι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Το λίθιο είναι ιδιαίτερα χρήσιμο, επειδή τα ιόντα του μπορούν να διαταχθούν ώστε να μετακινηθούν μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, χρησιμοποιώντας παρεμβαλόμενη ένωση λιθίου ως υλικό καθόδου, αλλά χωρίς τη χρήση μεταλλικού λιθίου ως υλικού ανόδου. Το καθαρό λίθιο θα αντιδράσει στιγμιαία με το νερό, ή ακόμα και με την υγρασία του αέρα· το λίθιο σε αυτές τις μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σε λιγότερο δραστική ένωση. Κακή μεταχείριση κατά τη διάρκεια της φόρτισης ή της εκφόρτισης μπορεί να προκαλέσει εξαέρωση κάποιων από τα συστατικά τους, που μπορεί να προκαλέσει εκρήξεις ή φωτιά.

Οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται πλατιά σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές πλατιάς κατανάλωσης, αλλά και σε ηλεκτρικά οχήματα από τηλεχειριζόμενα ηλεκτρικά παιχνίδια μέχρι οχήματα πλήρους μεγέθους.

Ιστορικό[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Περιγραφή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο όρος "μπαταρία λιθίου" αναφέρεται σε μια οικογένεια από μεταλλικό λίθιο με διαφορετικές χημικές ιδιότητες, περιλαμβάνοντας πολλούς τύπους καθόδων και ηλεκτρολυτών, αλλά όλες οι μπαταρίες έχουν μεταλλικό λίθιο ως άνοδο. Η μπαταρία χρειάζεται από 0,15 μέχρι 0,3 kg λιθίου ανά kWh.

Διάγραμμα μπαταρίας στοιχείου-κουμπιού με MnO2 (διοξείδιο του μαγνησίου) στην κάθοδο

Ο πιο συνηθισμένος τύπος στοιχείου λιθίου που χρησιμοποιείται σε καταναλωτικές εφαρμογές χρησιμοποιεί μεταλλικό λίθιο ως άνοδο και διοξείδιο μαγνησίου ως κάθοδο, με άλας διαλυμένου λιθίου σε οργανικό διαλύτη.

 Εσωτερικά τμήματα μπαταρίας-κουμπιού
Αποσυναρμολογημένη μπαταρία CR2032. Από αριστερά — αρνητικό κέλυφος από την εσωτερική πλευρά του, στρώση λιθίου (οξειδωμένη σε αέρα), διαχωριστικό (πορώδες υλικό), Κάθοδος (διοξείδιο του μαγνησίου), μεταλλικό πλέγμα — τρέχων συλλέκτης, μεταλλικό περίβλημα (+) (με ζημία κατά το άνοιγμα του στοιχείου), στον πυθμένα υπάρχει πλαστικός δακτύλιος μόνωσης

Ένας άλλος τύπος στοιχείου λιθίου που έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα είναι το στοιχείο χλωριούχου θειονυλίου-λιθίου. Εφευρέθηκε από τον Adam Heller το 1973, οι μπαταρίες λιθίου-χλωριούχου θειονυλίου δεν πωλούνται γενικά στην καταναλωτική αγορά, αλλά βρίσκονται περισσότερο σε χρήση σε εμπορικές/βιομηχανικές εφαρμογές: αυτόματη ανάγνωση μετρητή (AMR)[2] και σε ιατρικές εφαρμογές: αυτόματοι εξωτερικοί απινιδωτές (AEDs).[3] Η παρακάτω χημεία του ηλεκτρολύτη δεν είναι επαναφορτίσιμη.[4] Το στοιχείο περιέχει υγρό μείγμα από θειονυλοχλωρίδιο (SOCl2), τετραχλωροαργιλικό λίθιο (lithium tetrachloroaluminate) (LiAlCl4) και πενταχλωριούχο νιόβιο (niobium pentachloride) (NbCl5) που δρα ως καθολύτης (ηλεκτρολυτικό διάλυμα της καθόδου)(catholyte), ηλεκτρολύτης και δεξαμενή ηλεκτρονίων, καθώς και ως προληπτικός δενδρίτης κατά την κατάσταση της αντίστροφης τάσης και ηλεκτρολύτης,[5] αντίστοιχα. Πορώδες υλικό από άνθρακα χρησιμεύει ως συλλέκτης καθοδικού ρεύματος που δέχεται ηλεκτρόνια από το εξωτερικό κύκλωμα. Οι μπαταρίες λιθίου-θειονυλοχλωριδίου προσαρμόζονται καλά σε εφαρμογές εξαιρετικά χαμηλού ρεύματος ή μέτριων παλμών όπου είναι απαραίτητη διάρκεια ζωής μέχρι 40 έτη.[6]

Χημείες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Χημεία Κάθοδος Ηλεκτρολύτης Ονομαστική τάση Τάση ανοικτού κυκλώματος Wh/kg Wh/L
Li-MnO2
(Κωδικός IEC: C),
"CR"
Θερμικά κατεργασμένο διοξείδιο του μαγνησίου Υπερχλωρικό λίθιο σε ανθρακικό προπυλένιο και διμεθοξυαιθάνιο 3 V 3,3 V 280 580
"Li-Mn". Η πιο συνηθισμένη μπαταρία λιθίου καταναλωτή, περίπου το 80% της αγοράς μπαταριών λιθίου. Χρησιμοποιεί φθηνά υλικά. Κατάλληλη για εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης (low-drain), μεγάλης διάρκειας ζωής και χαμηλού κόστους. Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα για μάζα και όγκο. Η θερμοκρασία λειτουργίας κυμαίνεται από -30 °C έως 60 °C. Μπορεί να δώσει ρεύματα υψηλού παλμού.[7] Με την εκφόρτιση, η εσωτερική εμπέδηση αυξάνεται και η τάση των τερματικών μειώνεται. Υψηλή αυτοεκφόρτιση σε υψηλές θερμοκρασίες.
Li-(CF)x
(Κωδικός IEC: B),
"BR"
Μονοφθοριούχος άνθρακας Τετραφθοροβορικό λίθιο σε ανθρακικό προπυλένιο, διμεθοξυαιθάνιο, ή γ-βουτυρολακτόνη 3 V 3,1 V 360–500 1000
Το υλικό της καθόδου σχηματίζεται από παρεμβολή αερίου [[|φθόριο|φθορίου]] σε σκόνη γραφίτη σε υψηλή θερμοκρασία. Σε σύγκριση με το διοξείδιο του μαγνησίου (CR), που έχει την ίδια ονομαστική τάση, δίνει μεγαλύτερη αξιοπιστία.[7] Χρησιμοποιείται για εφαρμογές χαμηλού έως μέτριου ρεύματος σε μπαταρίες μνήμης και εφεδρικές μπαταρίες ρολογιού. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές αεροδιαστημικής από το 1976, σε επίγειες και ναυτικές στρατιωτικές εφαρμογές, σε πυραύλους και σε τεχνητούς καρδιακούς βηματοδότες.[8] Λειτουργεί μέχρι περίπου τους 80 °C. Πολύ χαμηλή αυτοεκφόρτιση (<0,5%/έτος στους 60 °C, <1%/έτος στους 85 °C). Αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1970 από τη Matsushita.[9]
Li-FeS2
(Κωδικός IEC: F)]],
"FR"
Διθειούχος σίδηρος Ανθρακικό προπυλένιο, διοξολάνη, διμεθοξυαιθάνιο 1,4–1,6 V 1,8 V 297
"Λιθίου-σιδήρου", "Li/Fe". Αποκαλείται λιθίου "συμβατής τάσης", επειδή μπορεί να δουλέψει ως αντικατάσταση αλκαλικών μπαταριών με την ονομαστική τάση 1,5 V. Ως τέτοια, τα στοιχεία λιθίου Energizer μεγεθών AA[10] και AAA χρησιμοποιούν αυτήν τη χημεία. 2,5 φορές πιο υψηλός χρόνος ζωής για περιπτώσεις εκφόρτισης υψηλού ρεύματος από τις αλκαλικές μπαταρίες, καλύτερος χρόνος αποθήκευσης λόγω της χαμηλής αυτοεκφόρτισης, χρόνος αποθήκευσης 10–20 έτη. Η μπαταρίες FeS2 είναι φτηνές. Η κάθοδος σχεδιάζεται συχνά ως πολτός σκόνης θειούχου σιδήρου αναμειγμένου με γραφίτη σε σκόνη. Παραλλαγή της αποτελεί το Li-CuFeS2.
Li-SOCl2
(Κωδικός IEC: E)]]
Θειονυλοχλωρίδιο Τετραχλωροαργιλικό λίθιο σε θειονυλοχλωρίδιο 3,5 V 3,65 V 500–700 1200
Υγρή κάθοδος. Για εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας. Μπορεί να λειτουργήσει μέχρι τους −55 °C, όπου διατηρεί πάνω από το 50% της ονομαστικής της χωρητικότητας. Αμελητέα ποσότητα αερίου δημιουργείται στην ονομαστική χρήση, περιορισμένη ποσότητα σε περίπτωση κατάχρησης. Έχει σχετικά χαμηλή εσωτερική εμπέδηση και περιορισμένο ρεύμα βραχυκύκλωσης. Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, περίπου 500 Wh/kg. Τοξική. Ο ηλεκτρολύτης αντιδρά με το νερό. Στοιχεία χαμηλού ρεύματος που χρησιμοποιούνται για φορητά ηλεκτρονικά και εφεδρείες μνήμης. Στοιχεία υψηλού ρεύματος χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές εφαρμογές. Σε μακροχρόνια αποθήκευση, σχηματίζει στρώση παθητικοποίησης στην άνοδο, που μπορεί να οδηγήσει σε προσωρινή καθυστέρηση τάσης όταν λειτουργήσει. Το υψηλό κόστος και ανησυχίες ασφαλείας περιορίζουν τη χρήση της στις κοινές εφαρμογές. Μπορεί να εκραγεί σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Τα Underwriters Laboratories απαιτούν εκπαιδευμένους τεχνικούς για αντικατάσταση αυτών των μπαταριών. Επικίνδυνα απόβλητα, κλάση 9 αποστολής Hazmat.[11] Δεν χρησιμοποιείται για μπαταρίες γενικού σκοπού ή για απλούς καταναλωτές.
Li-SOCl2,BrCl, Li-BCX
(Κωδικός IEC: E)
Θειονυλοχλωρίδιο με χλωριούχο βρώμιο Τετραχλωροαργιλικό λίθιο σε θειονυλοχλωρίδιο 3,7–3,8 V 3,9 V 350 770
Υγρή κάθοδος. Παραλλαγή της μπαταρίας θειονυλοχλωριδίου με 300 mV υψηλότερη τάση. Η υψηλότερη τάση επιστρέφει στα 3,5 V μόλις καταναλωθεί το χλωριούχο βρώμιο κατά τη διάρκεια του 10-20% της πρώτης εκφόρτισης. Τα στοιχεία με προσθήκη χλωριούχου βρωμίου θεωρούνται πιο ασφαλή σε περίπτωση κατάχρησης.
Li-SO2Cl2 Χλωριούχο σουλφουρύλιο 3,7 V 3,95 V 330 720
Υγρή κάθοδος. Παρόμοια με το θειονυλοχλωρίδιο. Η εκφόρτιση δεν καταλήγει στην αύξηση του στοιχειακού θείου, που θεωρείται ότι εμπλέκεται σε κάποιες επικίνδυνες αντιδράσεις και συνεπώς οι μπαταρίες χλωριούχου σουλφουρυλίου μπορεί να είναι πιο ασφαλείς. Η εμπορική χρήση παρεμποδίζεται από την τάση του ηλεκτρολύτη να διαβρώσει τις ανόδους λιθίου, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής. Σε κάποια στοιχεία προστίθεται χλώριο για να τα καταστήσει πιο ανθεκτικά σε κατάχρηση. Τα στοιχεία χλωριούχου σουλφουρυλίου δίνουν λιγότερο μέγιστο ρεύμα τα στοιχεία θειονυλοχλωριδίου, λόγω της πόλωσης της καθόδου άνθρακα. Το χλωριούχο σουλφουρύλιο αντιδρά βίαια με νερό, ελευθερώνοντας υδροχλώριο και θειικό οξύ[12]
Li-SO2 Διοξείδιο του θείου σε άνθρακα συνδεμένο με τεφλόν Βρωμιούχο λίθιο σε θείο με μικρή ποσότητα αιθανονιτριλίου 2.85 V 3.0 V 250 400
Υγρή κάθοδος. Μπορεί να λειτουργεί μεταξύ −55 °C και +70 °C. Περιέχει υγρό SO2 σε υψηλή πίεση. Απαιτεί απαερισμό ασφαλείας, μπορεί να εκραγεί σε κάποιες συνθήκες. Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Υψηλό κόστος. Σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλά ρεύματα, λειτουργεί καλύτερα από το Li-MnO2. Τοξικό. Το ακετονιτρίλιο σχηματίζει κυανιούχο λίθιο και μπορεί να σχηματίσει υδροκυάνιο σε υψηλές θερμοκρασίες.[13] Χρησιμοποιείται σε στρατιωτικές εφαρμογές.

Η προσθήκη μονοχλωριούχου βρωμίου μπορεί να αυξήσει την τάση στα 3,9 V καθώς και την ενεργειακή πυκνότητα.[14]

Li-I2 Ιώδιο που έχει αναμειχθεί και θερμανθεί με πολυ-2-βινυλπυριδίνη (P2VP) για να σχηματίσει ένα στερεό οργανικό σύμπλοκο μεταφοράς φορτίου. Στερεή μονομοριακή στρώση κρυσταλλικού ιωδιούχου λιθίου που άγει τα ιόντα λιθίου από την άνοδο στην κάθοδο, αλλά δεν άγει το ιώδιο.[15] 2,8 V 3,1 V
Στερεός ηλεκτρολύτης. Πολύ υψηλή αξιοπιστία και χαμηλός ρυθμός αυτοεκφόρτισης. Χρησιμοποιείται σε ιατρικές εφαρμογές που χρειάζονται μεγάλη διάρκεια ζωής, π.χ. βηματοδότες. Δεν δημιουργεί αέρια ακόμα και σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Χημεία στερεής κατάστασης, περιορισμένο ρεύμα βραχυκυκλώματος, κατάλληλο μόνο για εφαρμογές χαμηλού ρεύματος. Η τάση του τερματικού μειώνεται με τον βαθμό εκφόρτισης λόγω καθίζησης του ιωδιούχου λιθίου.
Li-Ag2CrO4 Χρωμικός άργυρος Διάλυμα υπερχλωρικού λιθίου 3,1/2,6 V 3,45 V
Πολύ υψηλή αξιοπιστία. Όταν φτάσει συγκεκριμένο ποσοστό εκφόρτισης έχει σταθερό επίπεδο τάσης 2,6 V· δίνει πρώιμη προειδοποίηση επικείμενης εκφόρτισης. Αναπτύχθηκε ειδικά για ιατρικές εφαρμογές, π.χ., εμφυτευμένοι βηματοδότες.
Li-Ag2V4O11, Li-SVO, Li-CSVO Οξείδιο του αργύρου+πεντοξείδιο του βαναδίου (SVO) Εξαφθοροφωσφορικό λίθιο ή εξαφθοροαρσενικικό λίθιο σε ανθρακικό προπυλένιο με διμεθοξυαιθάνιο
Χρησιμοποιείται σε ιατρικές εφαρμογές, όπως εμφυτεύσιμοι απινιδωτές, νευροδιεγέρτες και συστήματα έγχυσης φαρμάκων. Σχεδιάζεται χρήση σε άλλα ηλεκτρονικά, όπως σε πομπούς εντοπισμού επείγουσας ανάγκης (emergency locator transmitters). Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Μεγάλη διάρκεια ζωής. Ικανό για συνεχή λειτουργία σε ονομαστική θερμοκρασία 37 °C.[16] Εκφόρτιση δύο σταδίων με σταθερό επίπεδο. Η τάση εξόδου μειώνεται ανάλογα με τον βαθμό εκφόρτισης. Ανθεκτικό στην κατάχρηση.
Li-CuO
(Κωδικός IEC: G),
"GR"
Οξείδιο του χαλκού(II) Υπερχλωρικό λίθιο διαλυμένο σε διοξολάνη 1,5 V 2,4 V
Μπορεί να λειτουργήσει έως τους 150 °C. Αναπτύχθηκε ως υποκατάστατο των μπαταριών ψευδαργύρου-άνθρακα, καθώς και των αλκαλικών μπαταριών. Πρόβλημα "άνω τάσης", υψηλή διαφορά μεταξύ ανοικτού κυκλώματος και ονομαστικής τάσης. Παράχθηκε μέχρι τα μέσα της δεκαετίας 1990, αντικαταστάθηκε από θειούχο σίδηρο-λίθιο. Η τρέχουσα χρήση είναι περιορισμένη.
Li-Cu4O(PO4)2 Οξυφωσφορικός χαλκός
See Li-CuO
Li-CuS Θειούχος χαλκός Μεταλλικό λίθιο 1,5 V Άλας λιθίου ή άλας όπως χλωριούχο τετρααλκυλαμμώνιο διαλυμένο σε LiClO4 σε οργανικό διαλύτη που είναι μείγμα 1,2-διμεθοξυ αιθάνιο, 1,3-διοξολάνη και 2,5-διμεθυλοξαζόλη ως σταθεροποιητή [17]
Li-PbCuS Θειούχος μόλυβδος και θειούχος χαλκός 1,5 V 2,2 V
Li-FeS Θειούχος σίδηρος Ανθρακικό προπυλένιο, διοξολάνη, διμεθοξυαιθάνιο 1.5–1.2 V
"Lithium-iron", "Li/Fe". Χρήση ως αντικαταστάτης των αλκαλικών μπαταριών. Δείτε διθειούχος σίδηρος-λίθιο.
Li-Bi2Pb2O5 Βισμουθικός μόλυβδος 1,5 V 1,8 V
Αντικαταστάτης των μπαταριών οξειδίου του αργύρου, με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, χαμηλή τάση διαρροής και καλύτερη απόδοση σε πιο υψηλές θερμοκρασίες.
Li-Bi2O3 Τριοξείδιο του βισμουθίου 1,5 V 2,04 V
Li-V2O5 Πεντοξείδιο του βαναδίου 3,3/2,4 V 3,4 V 120/260 300/660
Δύο σταθερά επίπεδα εκφόρτισης. Χαμηλή πίεση. Επαναφορτιζόμενη. Χρησιμοποιείται σε εφεδρικές μπαταρίες.
Li-CoO2 Οξείδιο του κοβαλτίου-λίθιο
Li-NiCoO2 Οξείδιο κοβαλτίου-νικελίου-λίθιο
Li-CuCl2 Χλωριούχος χαλκός(II) Τετραχλωροαργιλικό λίθιο (LiAlCl4) ή LiGaCl4 σε SO2, υγρός, ανόργανος, μη υδατικός ηλεκτρολύτης.
Επαναφορτιζόμενη. Αυτό το στοιχείο έχει τρία σταθερά επίπεδα τάσης, επειδή εκφορτίζεται στα (3,3 V, 2,9 V και 2,5 V).[18] Η εκφόρτιση κάτω από το πρώτο σταθερό επίπεδο μειώνει τη ζωή του στοιχείου.[18] Το σύμπλοκο άλας διαλυμένο σε SO2 έχει πιο χαμηλή τάση ατμών σε θερμοκρασία δωματίου από το καθαρό διοξείδιο του θείου,[19] καθιστώντας την κατασκευή πιο απλή και πιο ασφαλή από τις μπαταρίες Li-SO2.
Li/Al-MnO2 Διοξείδιο του μαγνησίου 3 V[20]
Επαναφορτιζόμενη. Γνωστή και ως τύπος ML.
Li/Al-V2O5 Πεντοξείδιο του βαναδίου 3 V[21]
Επαναφορτιζόμενη. Γνωστή και ως τύπος VL.
Li-Se Σελήνιο Μη υδατικοί ανθρακικοί ηλεκτρολύτες 1,9 V .[22]
Li–αέρας Πορώδης άνθρακας Οργανικός, υδατικός, υαλοκεραμικός (συστατικά πολυμερή-κεραμικά) 1800–660 [23] 1600–600 [23]
Επαναφορτιζόμενη. Καμία εμπορική εφαρμογή δεν είναι διαθέσιμη μέχρι το 2012 λόγω των δυσκολιών στην επίτευξη πολλαπλών κύκλων εκφόρτισης χωρίς απώλεια χωρητικότητας.[23] Υπάρχουν πολλές δυνατές εφαρμογές, που η καθεμιά τους έχει διαφορετικές ενεργειακές χωρητικότητες, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τον Νοέμβριο του 2015, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ προώθησαν την εργασία στις μπαταρίες λιθίου-αέρα αναπτύσσοντας διαδικασία φόρτισης ικανής να επιμηκύνει τη ζωή και την αποδοτικότητα της μπαταρίας. Η εργασία τους κατέληξε σε μπαταρία που έδινε υψηλές ενεργειακές πυκνότητες, αποδοτικότητα πάνω από 90% και μπορούσε να επαναφορτιστεί μέχρι 2.000 φορές. Οι μπαταρίες λιθίου-αέρα περιγράφονται ως οι "απόλυτες" μπαταρίες επειδή προτείνουν υψηλή θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα έως δεκαπλάσια της προσφερόμενης ενέργειας από τις κανονικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αναπτύχθηκαν πρώτα σε ερευνητικό περιβάλλον από Abraham & Jiang το 1996.[24] Η τεχνολογία, όμως, έως τον Νοέμβριο του 2015, δεν ήταν άμεσα διαθέσιμη στις βιομηχανίες και μπορεί να πάρει μέχρι 10 χρόνια για τις μπαταρίες λιθίου-αέρα να μπουν σε συσκευές.[25] Η άμεση πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι εμπλεκόμενοι επιστήμονες είναι ότι η μπαταρία χρειάζεται ειδικό πορώδες ηλεκτρόδιο γραφενίου, μεταξύ άλλων χημικών συστατικών και στενό φάσμα μεταξύ φόρτισης και εκφόρτισης για να αυξηθεί σημαντικά η αποτελεσματικότητα.

Ο υγρός οργανικός ηλεκτρολύτης είναι διάλυμα ανόργανης ένωσης λιθίου που σχηματίζει ιόντα σε μείγμα διαλύτη (ανθρακικού προπυλενίου) υψηλής επιτρεπτότητας (διηλεκτρικότητας) και διαλύτη (διμεθοξυαιθανίου) χαμηλού ιξώδους.

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι μπαταρίες λιθίου βρίσκουν εφαρμογή σε πολλές κρίσιμες συσκευές με μεγάλη διάρκεια ζωής, όπως βηματοδότες και άλλες εμφυτεύσιμες ηλεκτρονικές ιατρικές συσκευές. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν ειδικές μπαταρίες λιθίου-ιωδιδίου που είναι σχεδιασμένες να κρατήσουν 15 ή περισσότερα χρόνια. Αλλά για άλλες, λιγότερο κρίσιμες συσκευές όπως στα παιχνίδια, οι μπαταρίες λιθίου μπορεί στην πραγματικότητα να διαρκέσουν περισσότερο από τη συσκευή. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι ακριβές μπαταρίες λιθίου δεν συμφέρουν.

Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί για τα συνηθισμένα αλκαλικά στοιχεία σε πολλές συσκευές όπως σε ρολόγια και φωτογραφικές μηχανές. Αν και είναι πιο ακριβές, τα στοιχεία λιθίου παρέχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ελαχιστοποιώντας συνεπώς την αντικατάσταση της μπαταρίας. Όμως, θα πρέπει να δοθεί προσοχή στην πιο υψηλή τάση που αναπτύσσεται από τα στοιχεία λιθίου πριν να χρησιμοποιηθούν ως προσωρινοί αντικαταστάτες σε συσκευές που κανονικά χρησιμοποιούν κανονικά στοιχεία ψευδαργύρου.

CR2450.jpg

Οι μπαταρίες λιθίου αποδεικνύονται επίσης πολύτιμες σε ωκεανογραφικές εφαρμογές. Αν και οι συστοιχίες μπαταριών λιθίου είναι σημαντικά πιο ακριβές από τις τυπικές ωκεανογραφικές συστοιχίες, κρατάνε μέχρι τρεις φορές πιο πολύ από τις αλκαλικές συστοιχίες. Το υψηλό κόστος εξυπηρέτησης απομακρυσμένου ωκεανογραφικού εξοπλισμού (συνήθως με πλοία) δικαιολογεί συχνά το πιο υψηλό κόστος.

Μεγέθη και μορφές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μικρές μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται συχνά σε μικρές, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως υπολογιστές τσέπης (PDAs), ρολόγια, φορητές κάμερες, ψηφιακές κάμερες, θερμόμετρα, αριθμομηχανές, BIOS προσωπικών υπολογιστών (υλικολογισμικό),[26] εξοπλισμό επικοινωνιών και απομακρυσμένο κλείδωμα οχημάτων. Είναι διαθέσιμες σε πολλά σχήματα και μεγέθη, με μια συνηθισμένη ποικιλία να είναι ο τύπος "νομίσματος" 3 V μαγνησίου, συνήθως 20 mm σε διάμετρο και πάχος 1,6–4 mm.

Οι υψηλές ηλεκτρικές απαιτήσεις πολλών τέτοιων συσκευών καθιστούν τις μπαταρίες λιθίου μια ιδιαίτερα ελκυστική επιλογή. Ειδικότερα, οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να υποστηρίξουν εύκολα τις σύντομες, με υψηλές απαιτήσεις ρεύματος συσκευές όπως ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και μπορούν να συντηρήσουν πιο υψηλή τάση για μεγαλύτερη περίοδο από τα αλκαλικά στοιχεία.

Δημοφιλία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι πρωτογενείς μπαταρίες λιθίου αφορούν το 28% όλων των πωλήσεων πρωτογενών μπαταριών στην Ιαπωνία, αλλά μόνο το 1% από όλες τις μπαταρίες στην Ελβετία. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση μόνο το 0,5% από όλες τις πωλήσεις μπαταριών συμπεριλαμβανομένων των δευτεροταγών τύπων είναι πρωτογενή στοιχεία λιθίου.[27][28][29][30]

Θέματα ασφάλειας και κανονισμοί[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η τάση της βιομηχανίας υπολογιστών να αυξήσει τη χωρητικότητα των μπαταριών μπορεί να δοκιμάσει τα όρια ευαίσθητων συστατικών όπως ο διαχωριστής μεμβράνης, ένα υμένιο πολυαιθυλενίου ή πολυπροπυλενίου που έχει πάχος μόνο 20-25 µm. Η ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών λιθίου έχει υπερδιπλασιαστεί από την εισαγωγή τους το 1991. Όταν η μπαταρία έχει κατασκευαστεί να περιέχει περισσότερο υλικό, ο διαχωριστής μπορεί να υφίσταται πίεση.

Προβλήματα ταχείας εκφόρτισης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι μπαταρίες λιθίου μπορεί να παρέχουν πολύ υψηλά ρεύματα και μπορούν να εκφορτίζονται πολύ γρήγορα όταν βραχυκυκλωθούν. Αν και αυτό είναι χρήσιμο σε εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλά ρεύματα, μια υπερβολικά γρήγορη εκφόρτιση των μπαταριών λιθίου μπορεί να καταλήξει σε υπερθέρμανση της μπαταρίας, ρήξη και ακόμα σε έκρηξη. Οι μπαταρίες λιθίου-θειονυλοχλωριδίου είναι ιδιαίτερα επιρρεπείς σε αυτόν τον τύπο εκφόρτισης. Οι μπαταρίες συνήθως ενσωματώνουν προστασία υπερέντασης ή θερμική προστασία ή διεξόδους για να αποτραπεί έκρηξη.

Αεροπορικά ταξίδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από την 1 Ιανουαρίου 2013, εισάχθηκαν πολύ πιο αυστηροί κανονισμοί από την IATA όσον αφορά τη μεταφορά μπαταριών λιθίου αεροπορικά και υιοθετήθηκαν από τη Διεθνή Ταχυδρομική Ένωση· όμως, κάποιες χώρες, π. χ. το Ενωμένο Βασίλειο, έχουν αποφασίσει ότι δεν θα δεχθούν μπαταρίες λιθίου εκτός και συμπεριλαμβάνονται στον εξοπλισμό που τροφοδοτούν.

Λόγω των παραπάνω κινδύνων, η αποστολή και μεταφορά των μπαταριών λιθίου περιορίζεται σε κάποιες περιπτώσεις, ιδιαίτερα στην μεταφορά μπαταριών λιθίου αεροπορικώς.

Η Υπηρεσία Ασφαλείας Μεταφορών των ΗΠΑ ανακοίνωσε περιορισμούς από 1 Ιανουαρίου 2008 για τις μπαταρίες λιθίου στον έλεγχο και στις χειραποσκευές. Οι κανονισμοί αποκλείουν τις μπαταρίες λιθίου που δεν είναι εγκατεστημένες σε συσκευές από τις ελεγμένες αποσκευές και τις περιορίζουν στις χειροαποσκευές από το συνολικό περιεχόμενο του λιθίου.[31]

Το Αυστραλιανό Ταχυδρομείο απαγόρευσε τη μεταφορά μπαταριών λιθίου με αεροπορικό ταχυδρομείο κατά τη διάρκεια του 2010.[32]

Οι κανονισμοί στο Ενωμένο Βασίλειο για τη μεταφορά μπαταριών λιθίου τροποποιήθηκαν από το National Chemical Emergency Centre το 2009.[33]

Προς το τέλος του 2009, κάποιες τουλάχιστον ταχυδρομικές διευθύνσεις περιόριζαν την αεροπορική μεταφορά (συμπεριλαμβανόμενης της Express Mail Service) μπαταριών λιθίου, μπαταριών ιόντων λιθίου και προϊόντων που τις περιέχουν (όπως φορητοί υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα). Μεταξύ αυτών των χωρών είναι το Χονγκ Κονγκ, οι ΗΠΑ και η Ιαπωνία.[34][35][36]

Εργαστήρια μεθαμφεταμίνης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μη χρησιμοποιημένες μπαταρίες λιθίου παρέχουν μια βολική πηγή μεταλλικού λιθίου για χρήση ως αναγωγικού μέσου σε εργαστήρια μεθαμφεταμίνης. Κάποιες περιοχές έχουν περάσει νόμους περιορισμού των πωλήσεων μπαταριών λιθίου ή έχουν ζητήσει από τις επιχειρήσεις να κάνουν εθελοντικούς περιορισμούς σε μια προσπάθεια να βοηθήσουν στην καταπολέμηση της δημιουργίας παράνομων εργαστηρίων μεθαμφεταμίνης. Το 2004 τα καταστήματα Wal-Mart ανέφεραν τον περιορισμό της πώλησης απλών μπαταριών λιθίου σε τρία πακέτα στο Μισούρι και τέσσερα πακέτα στις άλλες πολιτείες.[37]

Θέματα υγείας κατά την κατάποση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι μπαταρίες-κουμπιά είναι ελκυστικές σε μικρά παιδιά και συχνά καταπίνονται. Τα περασμένα 20 χρόνια, αν και δεν υπήρξε αύξηση στον συνολικό αριθμό των μπαταριών στοιχείων κουμπιού που κατάπιαν παιδιά τον χρόνο, ερευνητές σημείωσαν μια αύξηση 6,7 φορών στον κίνδυνο που η κατάποση μπορεί να καταλήξει σε μέτρια ή μεγάλη επιπλοκή.[38]

Ο κύριος μηχανισμός τραυματισμού με καταπόσεις μπαταριών-κουμπιών είναι η δημιουργία ιόντων υδροξειδίου, που προκαλούν σοβαρά χημικά εγκαύματα, στην άνοδο. Αυτό είναι ηλεκτροχημικό φαινόμενο της άθικτης μπαταρίας και δεν απαιτούν την παραβίαση του περιβλήματος ή την ελευθέρωση του περιεχομένου της μπαταρίας. Οι επιπλοκές περιλαμβάνουν οισοφαγικές στενώσεις, τραχειοοισοφαγικά συρίγγια, παράλυση φωνητικών χορδών, αορτοοισοφαγικά φυσίγγια και θάνατο.[39] Η πλειοψηφία των καταπόσεων δεν γίνεται με μάρτυρες· οι προβολές δεν είναι ειδικές· η τάση των μπαταριών έχει αυξηθεί·οι μπαταρίες-κουμπιά μεγέθους 20 έως 25 mm είναι πιο πιθανό να να φρακάρουν στην κρικοφαρυγγική ένωση και μπορεί να συμβεί σημαντική βλάβη ιστών μέσα σε 2 ώρες. Οι μπαταρίες λιθίου 3 V, 20 mm CR2032 έχουν εμπλακεί σε πολλές από τις επιπλοκές από τις καταπόσεις μπαταριών-κουμπιών από παιδιά ηλικίας μικρότερης των 4 ετών.[40] Οι μπαταρίες-κουμπιά μπορεί επίσης να προκαλέσουν σημαντικό νεκρωτικό τραύμα όταν κολλήσουν στη μύτη ή τα αφτιά.[41]

Διάθεση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι κανονισμοί για τη διάθεση και ανακύκλωση των μπαταριών ποικίλλουν πολύ· οι τοπικές κυβερνήσεις μπορεί να έχουν πρόσθετες απαιτήσεις συγκριτικά με τις απαιτήσεις των εθνικών κανονισμών. Στις ΗΠΑ, ένας κατασκευαστής πρωτογενών μπαταριών λιθίου-διθειούχου σιδήρου συμβουλεύει τα χρησιμοποιημένα στοιχεία να απορρίπτονται στα αστικά απόβλητα, επειδή η μπαταρία δεν περιέχει ουσίες που ελέγχονται από τους ομοσπονδιακούς κανονισμούς των ΗΠΑ.[42] Ένας άλλος κατασκευαστής δηλώνει ότι οι μπαταρίες λιθίου μεγέθους "κουμπιού" περιέχει υπερχλωρικά, που θεωρούνται ως επικίνδυνα απόβλητα στην Καλιφόρνια· σχετικές ποσότητες δεν βρίσκονται στην τυπική χρήση καταναλωτών αυτών των στοιχείων.[43]

Επειδή το λίθιο σε εξαντλημένα αλλά εκτός λειτουργίας (δηλαδή, παρατεταμένη αποθήκευση) στοιχεία-κουμπιά είναι ακόμα πιθανό να είναι στο κάλυμμα της καθόδου, είναι εφικτή η εξαγωγή εμπορικά χρήσιμων ποσοτήτων μετάλλου από τέτοια στοιχεία καθώς και διοξειδίου του μαγνησίου και ειδικών πλαστικών. Πειραματικά, η συνηθισμένη κατάσταση αστοχίας είναι ότι μπορεί να δείχνουν 3,2V ή παραπάνω, αλλά δεν μπορούν να δημιουργήσουν χρήσιμο ρεύμα (μικρότερο από 5mA έναντι μεγαλύτερου των 40mA για καλό νέο στοιχείο) Μπορούν επίσης να συλλεχθούν κάποια κράματα λιθίου με μαγνήσιο (Mg) ώστε να περικοπούν τα κόστη και αυτά είναι ιδιαίτερα επιρρεπή στην αναφερόμενη κατάσταση αστοχίας.

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Batscap - La batterie lithium métal polymère in batscap.com
  2. «Aclara automatic meter reading (AMR) units rely on Tadiran Batteries». 25 November 2009. https://www.youtube.com/watch?v=VXLeVZC0BfE. 
  3. «Compare Lithium Cells». www.tadiranbat.com. http://www.tadiranbat.com/compare-lithium-cells.html. 
  4. «Single piece and bulk quantity Lithium thionyl chloride (LiSOCl2, Li/SOCl2)) Cells for sale from PowerStream». 2016-05-04. https://www.powerstream.com/lip.htm. Ανακτήθηκε στις 2016-05-05. «Lithium thionyl Chloride (Li/SOCl2) cells have the highest energy density of any lithium battery. They are not rechargeable, but have extremely long shelf-life» 
  5. Shipman, William H.; McCartney, Joseph F. (1981). «Lithium-thionyl chloride battery with niobium pentachloride electrolyte». https://www.google.com/patents/US4307160. 
  6. «Compare Lithium Cells». www.tadiranbat.com. http://www.tadiranbat.com/compare-lithium-cells.html. 
  7. 7,0 7,1 http://www.panasonic.com/industrial/batteries-oem/oem/primary-coin-cylindrical/br-cr.aspx
  8. «Lithium/carbon monofluoride (Li/CFx): a new pacemaker battery». Pacing Clin Electrophysiol 19 (11 Pt 2): 1836–40. November 1996. doi:10.1111/j.1540-8159.1996.tb03236.x. PMID 8945052. 
  9. «Lithium Poly Carbon Monoflouride». House Of Batteries. http://www.houseofbatteries.com/Howto/LiPolyC.htm. 
  10. http://data.energizer.com/PDFs/l91.pdf
  11. Pilarzyk, Jim. «White Paper - Lithium Carbon Monofluoride Coin Cells in Real-Time Clock and Memory Backup Applications». rayovac.com. Rayovac Corporation. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2007-12-12. https://web.archive.org/web/20071212033213/http://www.rayovac.com/technical/wp_lithium.htm. 
  12. «Lithium sulfuryl chloride battery». Corrosion-doctors.org. http://www.corrosion-doctors.org/PrimBatt/li-thionyl-sulfuryl.htm. Ανακτήθηκε στις 2011-01-19. 
  13. McGraw, Jack (March 7, 1984). «Letter to Dick Bruner, U.S. Defense Logistics Agency». U.S. Environmental Protection Agency. http://yosemite.epa.gov/OSW/rcra.nsf/Documents/CC7D81DF307086C085256611005AC8EC. 
  14. «Lithium Batteries Specifications». Lithium-batteries.globalspec.com. http://lithium-batteries.globalspec.com/Specifications/Electrical_Electronic_Components/Batteries/Lithium_Batteries. Ανακτήθηκε στις 2011-01-19. 
  15. Mallela, V. S.; Ilankumaran, V.; Rao, N. S. (2004). «Trends in cardiac pacemaker batteries». Indian pacing and electrophysiology journal 4 (4): 201–212. PMID 16943934. 
  16. Gonzalez, Lina (Summer 2005). «Solid State NMR Investigation of Silver Vanadium Oxide (SVO)». CUNY, Hunter College. http://nyc-amp.cuny.edu/abstracts/view.asp?ID=654. 
  17. Engineering Chemistry by RV Gadag and Narayan Shetty (ISBN 8188237833)
  18. 18,0 18,1 McDonald, R. C.. Harris, P.. Hossain, S.. Goebel, F. (1992). «Analysis of secondary lithium cells with sulfur dioxide based electrolytes». IEEE 35th International Power Sources Symposium, σελ. 246. doi:10.1109/IPSS.1992.282033. ISBN 0-7803-0552-3. 
  19. Πρότυπο:Cite patent
  20. http://www.panasonic.com/industrial/batteries-oem/oem/rechargeable-coin/manganese-lithium.aspx
  21. http://www.panasonic.com/industrial/batteries-oem/oem/rechargeable-coin/vanadium-pentoxide.aspx
  22. Eftekhari, Ali (2017). «The rise of lithium–selenium batteries». Sustainable Energy & Fuels 1: 14–29. doi:10.1039/C6SE00094K. 
  23. 23,0 23,1 23,2 Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. (2012). «A Critical Review of Li∕Air Batteries». Journal of the Electrochemical Society 159 (2): R1. doi:10.1149/2.086202jes. 
  24. Abraham, K. M. (1996). «A Polymer Electrolyte-Based Rechargeable Lithium/Oxygen Battery». Journal of The Electrochemical Society 143 (1): 1. doi:10.1149/1.1836378. ISSN 0013-4651. 
  25. Smith, Chris (November 2, 2015). «University of Cambridge researchers create new battery technology for first time ever». Yahoo Tech. https://www.yahoo.com/tech/s/university-cambridge-researchers-create-battery-technology-first-time-151555889.html. Ανακτήθηκε στις November 2, 2015. 
  26. Torres, Gabriel (24 November 2004). «Introduction and Lithium Battery». Replacing the Motherboard Battery. hardwaresecrets.com. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 December 2013. https://web.archive.org/web/20131224085334/http://www.hardwaresecrets.com/article/81. Ανακτήθηκε στις June 20, 2013. 
  27. «BAJ Website | Monthly battery sales statistics». Baj.or.jp. http://www.baj.or.jp/e/statistics/02.php. Ανακτήθηκε στις 2013-06-12. 
  28. INOBAT 2008 statistics Archived 2012-03-25 at the Wayback Machine.
  29. Battery Waste Management - 2006 DEFRA
  30. «Battery Statistics». EPBAEurope.net. European Portable Battery Association. 2000. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2012-03-21. https://web.archive.org/web/20120321012709/http://www.epbaeurope.net/statistics.html. Ανακτήθηκε στις 2015-07-28. 
  31. «Traveling Safe with Batteries». U.S. Department of Transportation. http://safetravel.dot.gov/whats_new_batteries.html. Ανακτήθηκε στις 2007-12-29. 
  32. «Customer guidelines for posting lithium batteries» (PDF). AusPost.com.au. http://auspost.com.au/media/documents/customer-guidelines-for-lithium-batteries.pdf. 
  33. «Lithium Battery Transport Regulation». The-NCEC.com. http://the-ncec.com/lithium-batteries/. 
  34. «Postage Guide - section 6.3» (PDF). Hong Kong Post. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2014-05-01. https://web.archive.org/web/20140501141321/http://www.hongkongpost.com/eng/publications/guide/content/6.3.pdf. 
  35. «349 Miscellaneous Hazardous Materials (Hazard Class 9)». Publication 52 - Hazardous, Restricted, and Perishable Mail. United States Postal Service. February 2015. http://pe.usps.gov/text/pub52/pub52c3_026.htm#ep900090. Ανακτήθηκε στις 2015-07-25. 
  36. «I want to send a laptop to overseas. How can I do that ?». Post.JapanPost.jp. http://post.japanpost.jp/int/question/12_en.html. Ανακτήθηκε στις 2011-01-19. 
  37. Parker, Molly (January 26, 2004). «Meth fear cuts cold-pill access ; Pseudoephedrine used in illegal drug». Chicago Tribune, σ. 1. https://pqasb.pqarchiver.com/chicagotribune/access/530679261.html?dids=530679261:530679261&FMT=ABS&FMTS=ABS:FT&type=current&date=Jan+26%2C+2004&author=Molly+Parker%2C+Tribune+staff+reporter&pub=Chicago+Tribune&desc=Meth+fear+cuts+cold-pill+access+%3B+Pseudoephedrine+used+in+illegal+drug&pqatl=google. (Απαιτείται εγγραφή)
  38. LItovitz, Toby; Whitaker N; Clark L; White NC; Marsolek M (June 2010). «Emerging battery-ingestion hazard: clinical implications.». Pediatrics 125 (6): 1168–77. doi:10.1542/peds.2009-3037. PMID 20498173. http://pediatrics.aappublications.org/content/125/6/1168.long. Ανακτήθηκε στις 11 June 2011. 
  39. «Parents warned after girl's battery death». Brisbane Times. AAP. July 2, 2013. http://www.brisbanetimes.com.au/queensland/parents-warned-after-girls-battery-death-20130702-2p8ei.html. Ανακτήθηκε στις July 2, 2013. 
  40. Litovitz, Toby; Whitaker N; Clark L. (June 2010). «Preventing battery ingestions: an analysis of 8648 cases.». Pediatrics 125 (6): 1178–83. doi:10.1542/peds.2009-3038. PMID 20498172. http://pediatrics.aappublications.org/content/125/6/1178.long. Ανακτήθηκε στις 11 June 2011. 
  41. Mack, Sharon Kiley, "Tiny lithium battery nearly kills Deer Isle toddler", Bangor Daily News, July 24, 2011 3:41 pm. Retrieved 2 August 2011
  42. Disposal of Energizer AA and AAA Lithium L92 and L92 Battery Lithium/Iron Disulfide, retrieved 2012 Aug 20
  43. Battery Disposal Guidelines

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]