Működésük
alapja a következő reakció: 2Li + 2SO2 -> Li2S2O4
lítium akkumulátorok
Számos lítium alapú akkumulátor
létezik sok különböző reakcióval.
Ennek oka, hogy a lítium nagyon könnyű
és normál potenciálja legmagasabb a fémek
között (3V fölötti). Léteznek közel 4V feszültségű
lítium cellák.
A lítium akkumulátoroknak számos előnyük van:
- viszonylag magas az energiasűrűségük
a nikkel-kadmium akkumulátorokénak
kétszerese, (néhány közülük megközelíti a 150 Wh/kg értéket)
- nem vesztik el a töltést, mint a nikkel-kadmium
akkumulátorok
- nagyon magas a cellafeszültségük
feltöltve 4 volt, még
a kimerült cella is képes 3 volt
körüli feszültséget
szolgáltatni, ezért egyetlen cella képes ellátni pl. egy mobiltelefont.
- meglepően kis súlyúak
- 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 akkumulátorokhoz hasonlóan
ezek az akkuk is nagyon kevés mérgező anyagot tartalmaznak
Sajnos a Li-ion akkumulátor sem tökéletes. Még a NiMH
akkumulátoroknál is gondosabb és hosszasabb feltöltést igényel, ráadásul
jelenleg még meglehetősen drága.
Folyékonykatódos lítium akkumulátorok:
- LiSO2 -- Lítium - Kén-dioxid
Katód: Porózus
szerkezetű szén
Elektrolit:
acetonitril oldószeres lítium-bromid oldat.
Porózus polipropilén az elválasztó.
Működésük
alapja a következő reakció:
2Li + 2SO2 -> Li2S2O4
Alkalmazás
Elsősorban katonai célokra, magas költségei miatt.
- LiSOCl2 -- Lítium - tionil-klorid
Katód: Porózus
szerkezetű szén és tionil-klorid az aktív
katód anyag
Elektrolit:
lítium-alumínum-klorid (LiAlCl4)
Nem szövött üveg az elválasztó.
Az akkumulátorban lejátszódó folyamatok
Az anódon:
Li -> Li+ + e-
A katódon:
4Li+ + 4e- + 2SOCl2 -> 4LiCl + SO2
+ S
Az összesített folyamat:
4Li + 2SOCl2 -> 4LiCl + SO2 + S
Ennek a rendszernek az energia sűrűsége nagyon magas (kb. 500 Wh/kg)
Üzemi feszültsége
3.3 - 3.5 V.
Alkalmazás
A kisebb kapacitású akkuk számítógépes háttértárolók feszültségellátására,
a nagyobb kapacitásúakat katonai célokra.
Szilárdkatódos lítium akkumulátorok:
- LiMnO2 -- Lítium - Mangán-dioxid
Katód: hőkezelt
mangán-dioxid
Elektrolit:
propilén-karbonát és 1,2-dimetoil-etán
Az akkumulátorban lejátszódó folyamatok
Az anódon:
Li -> Li+ + e-
A katódon:
MnIVO2 + Li+ + e- -> MnIIIO2(Li+)
Az összesített folyamat:
Li + MnIVO2 -> MnIIIO2(Li+)
Alacsonyabb hőmérsékleten és nagy terhelésnén az LiSO2 cellák sokkal jobban. Alacsonyabb terhelésnél és magasabb hőmérsékleten, azonban ugyanolyan jók, és előnyük, hogy nem szükséges nyomás alatt tartani.
- Li(CF)n -- Lítium-polikarbon-monofluorid
Katód: karbon-monofluorid
(Egy olyan speciális vegyület, amelyben fluor épül be a grafit kristályrácsába.)
Elektrolit:
lítium-tetrafluoro-borát (LiBF4) propilén-karbonátban és dimetoxi-etánban
oldva.
Az akkumulátorban lejátszódó folyamatok
Az anódon:
Li -> Li+ + e-
A katódon:
MnIVO2 + Li+ + e- -> MnIIIO2(Li+)
Az összesített folyamat:
Li + MnIVO2 -> MnIIIO2(Li+)
Ezeknek a celláknak is magas a feszültsége (kb. 3.0 V) és nagy az energia sűrűsége
(kb. 250 Wh/kg).
Ezen kívül magas az élettartama (7 év) és alacsony a vesztesége.
Alkalmazás
Az említett tulajdonságai miatt nagyon jól használható órákban, számológépekben
és memóriákban.
Szilárdelektrolitos lítium akkumulátorok:
Anód: lítium
Katód: poli-2-vinil-piridin
(P2VP)
Elektrolit:
szilárd lítium-jodid
Az akkumulátorban
lejátszódó folyamatok
Az anódon:
Li -> Li+ + e-
A katódon:
2Li+ + 2e + P2VP· nI2 -> P2VP·
(n–1)I2 + 2LiI
Az összesített folyamat:
2Li + P2VP· nI2 -> P2VP·
(n–1)I2 +2LiI
Alkalmazás
Nagyon hosszú élettartamuk miatt pacemakerekben (szívritmuskeltő) (a képen).
Li-ion -- Lítium-ion akkumulátorok
Az akkumulátorok
legfiatalabb generációjába tartoznak.
Anód: szénvegyület,
grafit
Katód: lítium-oxid
(MnO2)
Elektrolit:
LiPF6, vagy újabban a kevésbé korrodáló LiBF4, általában
folyékony, szerves oldat formájában.
Nevüket onnan kapták, hogy a töltés
tárolásáról lítium-ionok
gondoskodnak, amelyek feltöltéskor a negatív, szén
alapú elektródához,
kisütéskor pedig a pozitív fémoxid elektródához
vándorolnak. (Ezért
nevezik beágyazott vagy hintaszék-elemnek is)
Az anódot és a katódot
szerves elektrolit
választja el egymástól.
A 80-as években előállított első típusok még fém
litiumot tartalmaztak, ami hasonlóan
reakcióképes, mint a nátrium, ezért
problémákat okozott. Kisebb üzemzavar hatására is hajlamos volt villámsebesen
felforrósodni, és ez az akku felrobbanásához vagy elolvadásához vezetett.
A ma kapható változatokban a lítium-ionok
forrásaként különféle vegyületeket használnak, melyekben megfelelően biztonságosan
kötött a lítium.
Li-polimer -- Lítium-polimer akkumulátorok
A Li-ion akkuk utódja, a Hatalmas előnye, hogy nem vagy csak
nagyon kis mennyiségben tartalmaz folyékony elektrolitot,
helyette speciális szilárd 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
még rövidebb élettartammal és még hosszasabb feltöltési időkkel kell számolnunk.
Alkalmazás
Elektronikus eszközök, pl. mobiltelefonok áramforrásai.
Az elektromos áramot
termelő elektrokémiai
folyamatokat bemutató animációk találhatók a Kémia rész galvánelem
címszavánál.