Литий-ионные аккумуляторы. Как устроены, где применяются, безопасность.

Литий-ионные аккумуляторы. Как устроены аккумуляторы и насколько они опасны? В каких сферах используются?

В современном мире литий-ионные аккумуляторы массово используются в электромобилях, поломоечных машинах, бытовой электронной технике и во многих других устройствах. В данной статье рассмотрим, как устроены литий-ионные аккумуляторы, насколько они являются опасными и в каких сферах используются.

Вспомним историю создания

Поблагодарим великих учёных, Стэнли Уиттингема, Джона Гуденафа и Акира Ёсино, которые подарили миру гениальную разработку – литий-ионные аккумуляторы. Разработка прошла эволюционный путь с 1970 года по 1991.

Впервые заряжаемый аккумулятор был разработан в 1970 году британцем М.С Уитенгемом. Аккумулятор имел анод из сульфида титана, а катод состоял из лития. Но его разработка имела весомые недостатки: низкое напряжение ‒ 2,3В, большая стоимость и, к тому же, батарея имела высокий риск возгорания.

Позже, в 1890 году Джон Гуденаф, американский учёный, сделал попытку использовать кобальтат лития в качестве материала для катода в аккумуляторах. Он смог достичь высокого напряжения до 4В, что привело к появлению мощных аккумуляторов. Вот только проблема с возгоранием снова осталась нерешенной.

И, наконец, в 1991 году эту острую проблему решил японский учёный-химик Акиро Ёсино. Его изобретением стала аккумуляторная батарея с анодом из графита и катодом из кобальта лития. Его изобретение было признано более эффективным и безопасным в эксплуатации. В 1991 году по патенту учёного, корпорация «Sony» выпустила первый литий-ионный аккумулятор. А В 2019 году все вышеперечисленные учёные стали лауреатами Нобелевской премии за данную разработку. А Акиро Ёсино всю свою последующую деятельность связал с совершенствованием данной технологии.

Попытки усовершенствования процесса производства и технических характеристик аккумуляторов не останавливается и на сегодняшний день.

Как устроен аккумулятор?

Литий-ионный аккумулятор по своему строению похож на свинцово-кислотный. В его состав входит анод, катод и электролит. Активные вещества представлены графитом и оксидом лития. В составе анода и катода имеются и другие вещества, не только те, которые мы указали. Все эти вещества наносятся тонким слоем на фольгу из меди или алюминия. Между этими листами находится разделитель, который пропитан электролитом. В итоге, на выходе мы имеем пластину, состоящую из тонких листов фольги, которая скручивается в трубочку ‒ это и есть литий-ионный аккумулятор.

Насколько опасны литий-ионные аккумуляторы?

Как известно, в работе литиевого аккумулятора имеются нестабильные вещества, которые пытаются высвободить энергию. В процессе электрохимической реакции происходит выделение газов в связи с тем, что, когда ионы лития оседают на одной пластине, на другой происходит образование соли кислорода. При нормальной работе аккумуляторной батареи газовыделение находится под контролем. Однако, если аккумулятор перегреется или перезарядится, то может произойти вздутие от внутреннего давления.

В большинстве случаев аккумуляторы оснащены внутренним контролёром, задача которого сделать невозможным нарушение параметров заряда. Но, не будем забывать, что существует заводской брак и производители без имени. Эти два фактора, связанные с качеством производств могут создавать опасность для потребителя.

Если вы увидели, что аккумулятор вздулся, то сразу же примите меры по его утилизации.

Как утилизировать литий-ионный аккумулятор и не навредить себе?

Напомним, что литий нестабилен; он воспламеняется при взаимодействии с кислородом. Поэтому, такой параметр как герметичность является весьма важным. Так же причиной возгорания может послужить замыкание между положительной и отрицательной пластиной. В основном это происходит из-за значительного уровня износа и перегрева, который оказывает влияние на целостность электролита. Миссия разделителя – защитить потребителя от внутреннего короткого замыкания, но вероятность последнего всё же имеется.

Если вы видите, что аккумулятор скоро начнёт загораться или уже горит, то не стоит пытаться поливать его водой, ведь литий активно взаимодействует с кислородом, а он имеется в составе воды. Такое действие может спровоцировать взрыв аккумулятора. В подобной ситуации позвольте реакции завершиться естественным путём, предварительно поместив аккумулятор в безопасное место. Многие пользователи, которые сталкивались с подобной ситуацией, рекомендуют поместить аккумулятор в кастрюлю. В случае, если возможности поместить аккумулятор в безопасное место нет, так как он уже во всю горит, то накройте его негорючим предметом, например, той же самой кастрюлей, которая заодно перекроет доступ к кислороду.

Где применяют литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионные аккумуляторные батареи широко применяются в промышленных товарах, на железнодорожном транспорте и других видах техники. А также в портативных устройствах, таких как радиооборудование, телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, видеокамеры и другие устройства.