Acumulatori

Litiu-ion polimer

(Li-poly)

Baterii litiu-ion polimer

Bateriile litiu-ion polimer (abreviate LiPo, Li-poly, Li-pol) sunt baterii reincarcabile si care reprezinta evolutia tehnologica a bateriilor litiu-ion (Li-ion). In acest sens, electrolitul format dintr-o sare de litiu nu mai este continut intr-un solvent organic cum se intampla in cazul Li-ion, dar intr-un polimer compozit solid cum ar fi oxidul de polietilena sau poliacrilonitrila.

Prezentare generala

Bateriile cu polimer din ziua de azi au un design diferit fata de cele mai vechi cu litiu-ion. Spre deosebire de bateriile Li-ion, care aveau forma cilindrica sau prismatica datorita carcaselor metalice, celulele cu polimer au o carcasa formata dintr-o folie de polimer laminat. Principala diferenta intre bateriile comerciale LiPo si cele Li-ion este faptul ca, in primul caz electrozii si separatorii sunt laminati impreuna, pe cand in cel din urma carcasa metalica asigura presiunea care le tine laolalta. Datorita faptului ca aceasta carcasa nu mai este necesara, bateria poate fi mai usoara si poate primi o forma care sa o faca potrivita pentru orice tip de dispozitiv. Din cauza structurii mai dense, fara loc intre celule cilindrice si a lipsei carcasei de metal, densitatea energetica a acumulatorilor Li-poly este cu peste 20% mai ridicata decat in cazul clasicelor Li-ion, stocand mai multa energie si decat celulele nichel-cadmiu (Ni-Cd) sau nichel metal hibrid (NiMH) la acelasi volum.

Voltajul unei celule Li-poli variaza de la aproximativ 2.7V (descarcata) pana la 4.23V (incarcata complet), dar acestea trebuie protejate impotriva incarcarii excesive prin limitarea voltajului aplicat la 4.235V per celula dintr-o legare in serie, in caz de supraincarcare aparand pericolul de foc sau explozie. In timpul descarcarii, voltajul nu trebuie lasat sa coboare sub 3V per celula, in caz contrar existand posibilitatea ca celula sa nu mai poata accepta o incarcare completa sau ar putea avea probleme in mentinerea voltajului cand este folosita.

La inceputurile acestei tehnologii exista problema rezistentei interne, care era prea mare precum si faptul ca bateriile cu polimer au nevoie de peste o ora pentru a se incarca complet. In decembrie 2007, Toshiba a anuntat un nou model care are nevoie de un timp mult mai mic de incarcare (aprox. 5 minute pentru a ajunge la 90%). Aceste celule au fost lansate pe piata in martie 2008 si se asteapta sa aiba un efect dramatic in industria vehiculelor electrice si a dispozitivelor elecronice portabile.

In comparatie cu bateriile Li-ion, Li-poly pot suporta un numar mult mai mare de cicluri incarare-descarcare, unii producatori sustinand ca au obtinut celule care suporta 10.000 de cicluri inainte ca energia stocata sa scada sub 80%.

Aplicatii

Un avantaj care a convins producatorii sa persevereze in imbunatatirea acestei tehnologii este faptul ca celulele Li-poly pot fi produse in aproape orice forma, fapt care este extrem de important pentru producatorii de telefoane mobile si alte dispozitive electronice portabile in incercarea lor de a gasi design-uri din ce in ce mai mici, mai subtiri sau mai usoare. Un alt punct forte al acestor baterii in comparatie cu Ni-Cd sau NiMH este ca rata de descarcare cand nu sunt folosite este extrem de redusa.

Baterie cu 3 celule LiPo pentru aeromodele

Acumulatorii LiPo incep sa castige teren in domeniul aeromodelelor sau a masinilor teleghidate, unde avantajele masei reduse si a timpilor de functionare mult mai mari sunt suficiente pentru a justifica preturile acestora. La acest cost al celulelor in sine se adauga si pretul incarcatoarelor speciale, care sunt necesare pentru a preveni pericolul de foc sau de explozie. Explozii mai pot aparea si daca bateriile sunt scurt-circuitate deoarece un curent imens trece prin acestea intr-un timp foarte scurt. Entuziastii in domeniul aeromodelelor sunt foarte atenti si iau masuri speciale de precautie pentru a preveni scurtcircuitele, izoland foarte bine contactele si asigurandu-se ca firele sunt intacte la fiecare folosire. De asemenea bateriile sunt protejate de o carcasa solida de plastic, deoarece acestea pot lua foc daca sunt intepate sau lovite. Circuite speciale de limitare a vitezei motoarelor sunt folosite pentru a preveni o descarcare    prea rapida a bateriilor deoarece acest lucru duce la scaderea dramatica a performantelor celulelor. Este necesar si un circuit care sa opreasca functionarea cand voltajul scade sub 3V per celula, din aceleasi motive.

Batriile Li-poly incep sa fie din ce in ce mai folsite la PDA-uri si laptop-uri cum ar fi MacBook, MacBookPro si MacBook Air de la Apple, Kindle al firmei Amazon, Thinkpad X300 de la Lenovo, seriile OQO de palmtop-uri si produsele de la Dell cu baterii D-bay. Acesti acumulatori se gasesc de obicei in produse in care dimensiunile reduse si densitatea energetica foarte mare sunt mai importante decat costul suplimentar introdus prin utilizarea lor.

Vehicule electrice

Acumulatorii Li-poly sunt probabil raspunsul la nevoia de energie a urmatoarei generatii de automobile electrice. Cu toate ca utilizarea lor ar insemna un cost de productie foarte mare pentru aceste vehicule, se speculeaza ca, prin cresterea productiei de astfel de baterii, pretul per celula ar putea sa scada dramatic.

Hyundai Motor Company a anuntat ca va folosi aceste celule in vehiculele sale hibrid-electrice.

Tehnologia

In momentul de fata exista doua modele comercializate, ambele fiind celule cu litiu-ion-polimer (unde "polimer" se refera la "electrolit/separator din polimer"). Ambele sunt numite "baterii cu electrolit din polimer".

Constructia bateriei este urmatoarea:

• Anod: Li sau C-Li (compus intercalat)
• Separator: Electrolit din polimer electro-conductiv
• Catod: LiCoO₂ sau LiMnO₄

Reactia tipica:

• Anod: C-Li_x → C + xLi⁺ + xe⁻
• Separator: conductie de Li⁺
• Catod: Li_1−xCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ → LiCoO₂

Electrolitul/separatorul din polimer poate fi un polimer solid (ex: oxid de polietilena, PEO) plus LiPF₆ (sau alte saruri conductive cu SiO₂ ) sau alte materiale cu proprietati mecanice mai bune (astfel de sisteme nu sunt disponibile pe piata inca). Unii producatori, cum ar fi Avestor folosesc Li metalic pe post de anod ( acestea sunt baterii litiu-metal-polimer), in timp ce altii merg pe varianta dovedita a fi sigura, adica a intercalarilor de carbon-litiu.

Ambele tehnologii comercializate folosesc PVdF (un polimer) gelificat cu solventi obisnuiti cum ar fi EC/DMC/DEC. Diferenta intre cele doua tehnologii consta in faptul ca una dintre ele foloseste LiMn₂O₄ drept catod iar cealalta LiCoO₂.

Alte baterii Li-poly mai exotice (desi nedisponibile inca) folosesc un catod polimeric. De exemplu Moltech dezvolta o baterie cu un catod de plastic cu sulf-carbon, desi din 2005 aceasta tehnologie se pare ca are probleme cu auto-descarcarea si costul de productie.

Alta propunere este folosirea compusilor organici ce contin sulf pe post de catod, in combinatie cu un polimer conductor electric cum ar fi polianilina. Aceasta abordare promite amperaje mai mari (adica rezistente interne mai mici) si capacitati de stocare crescute, desi momentan se confrunta cu probleme in numarul de cicluri incarcare-descarcare viabile si costul de productie.

Bibliografie: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_polymer_battery