Baterii cu litiu

Celulele de dioxid de mangan cu litiu

Electrodul negativ este litiu si electrodul pozitiv dioxidul de mangan. Sistemul de dioxid de mangan litiu este cel mai raspandit dintre toate sistemele. Avantajele celulei de litiu includ tensiunea inalta, densitatea energetica ridicata, curba de descarcare plata(in palier), comportamentul la stocare foarte bun si faptul ca poate fi utilizat pe o plaja larga de temperatura. In plus, este disponibil in toate formele de constructie. Bateriile cu litiu au o auto-descarcare minima ceea ce le face potrivite pentru aplicatii pe termen lung in electronica, echipamente fotografice telecomunicatii si metrologie. O noua dezvoltare este celula plata subtire de litiu, cunoscuta si sub numele de hartie cu litiu. Aceasta baterie masoara mai putin de 0,4 milimetri si este perfecta pentru a se incadra in carduri inteligente de dimensiunea cardului bancar. Cardurile inteligente sunt carduri active cu un microcip cu baterie si afisaj integrat.

Combinatia de litiu cu un electrolit cu un punct de inghet scazut, cum ar fi tionilclorura neinflamabila (SOCl2) produce o densitate energetica ridicata, o greutate redusa si o autodescarcare scazuta si functionarea in conditii extreme. In functie de tipul particular de celula si designul acesteia, celulele LiSOCl2 pot fi utilizate intr-o varietate de aplicatii, de exemplu, sisteme de backup, contoare de masurare, sisteme de securitate.
Bateriile primare cu litiu vin intr-o varietate de tipuri de constructii.

Bobina
In structura bobinei, catodul este cilindric. Anodul este rulat pe peretele intern al carcasei, care prezinta avantaje de siguranta, deoarece curentul din scurtcircuitul neintentionat nu poate fi foarte mare. Caldura care se genereaza in principal pe suprafata de contact dintre anod si catod poate fi dispersata extern. Nu se poate produce acumularea de inalta presiune, indiferent daca celula are sau nu supapa de siguranta.
Se potriveste perfect aplicatiilor pe termen lung 5-20 ani, cu o curba de descarcare avand cativa curenti de baza de ordinul µA si impulsuri periodice scurte de ordinul secundelor, de obicei in intervalul 5-150 mA.

Spirala
Constructie in spirala include modele specifice care pot functiona la temperaturi foarte ridicate cu aplicatii in petrol si gaz, de exemplu. Celulele sunt proiectate pentru aplicatii care necesita impulsuri periodice scurte de pana la 4 A.

Buton
In constructiile cu celule plane, anodul este presat pe baza containerului. Catodul este un disc pozitionat deasupra anodului, separat de anod de separator. Aceasta constructie are aceleasi avantaje de siguranta ca si structura bobinei. Celulele cu buton de litiu sunt construite in mod similar, in afara de sistemul de etansare (sigiliu plastic).

Baterii cu litiu poli-carbononofluorura Aceste baterii au o densitate ridicata de energie si prezinta performante stabile la temperaturi relativ ridicate ale mediului.
Baterii de litiu poli-carbononofluorura pentru temperatura ridicata
Materialele prezentate in aceste baterii de tip moneda au fost inlocuite, iar temperatura de functionare a fost semnificativ crescuta prin utilizarea unui electrolit cu punct de fierbere ridicat.

Caracteristici ale bateriilor primare cu litiu

Litiul cu o greutate specifica de 535 kg/mc, este cel mai ușor dintre metale și plutește pe apă. Litiul are cel mai mare potențial electrochimic ceea ce îl face cel mai reactiv metal. Aceste proprietăți conferă litiului potențialul de a obține densități foarte mari de energie și putere, permițând construirea de baterii cu durată de viață foarte lungă. Deoarece litiu reacționează violent cu apa, precum și cu azotul din aer, acest lucru necesită construirea de baterii sigilate cu supape de siguranță, care eliberează presiunea  pentru a preveni explozia necontrolată.

Avantaje:

• Densitate mare de energie pana la 500Wh/kg
• Autodescarcare redusa(durata de stocare pana la 20 ani)
• Operare la temperaturi intre -60°C si +85°C baterii speciale pana la +150°C
• Curba de descarcare “in platou” (tensiune stabila)

Chimiile pentru bateriile cu litiu sunt:
• Litiu-dioxid de mangan
• Bateriile litiu-tionil (Li-SoCl2)
anod din litiu și catod lichid cu un colector de curent din carbon poros umplut cu clorură de tionil (SOCl2).
Constructia poate fi cu electrozi asezati ca la bobina pentru aplicatii cu curenti mici de lunga durata sau cu electrozi în spirală pentru apicații de putere ambele variante asigurand o tensiune de 3.6V
• Lithium-sulfur dioxide (Li-SO2) for our LO/G cells (2.8 V)
• Lithium-manganese dioxide (Li-MnO2) for our LM/M cells (3.0 V)
• Litiu-disulfura de fier (Li-FeS2) este bateria construita pentru a oferi performante un nou venit în familia bateriilor primare și oferă performanțe îmbunătățite în comparație cu alcalinele. Bateriile cu litiu furnizează în mod normal 3 volți și mai mari, dar Li-FeS2 are 1,5 volți pentru a fi compatibil cu formatele AA și AAA. Are o capacitate mai mare și o rezistență internă mai mică decât cea alcalină. Aceasta permite încărcări moderate până la grele și este ideală pentru camerele digitale. Avantaje suplimentare sunt îmbunătățirea performanței scăzute a temperaturii, rezistența la scurgeri superioară și auto-descărcarea scăzută, ceea ce permite 15 ani de depozitare la temperaturi ambiante. Dezavantajele Li-FeS2 sunt un preț mai ridicat și probleme de transport datorită conținutului de metale de litiu din anod. În 2004, DOT-ul SUA și Administrația Federală a Aviației (FAA) au interzis expedierea în vrac a bateriilor de litiu primare pe zborurile de pasageri, însă pasagerii companiei aeriene le pot transporta în continuare dacă nu este depășit conținutul de litiu alocat. Fiecare Li-FeS2 de dimensiune AA conține

Chimiile tipice sunt dioxidul de litiu Mangan, dioxidul de sulf de litiu, clorura de tiil de litiu (vezi mai jos) și oxigenul de litiu (vezi mai jos), dar sunt disponibile alte variante. Tensiunile disponibile ale celulelor sunt cuprinse între 3 și 4 Volți Ambalarea celulelor include celulele de monedă și pachetele cilindrice. Sunt disponibile, de asemenea, celule subțiri de film bazate pe substraturi ceramice sau flexibile. Avantaje Densitate energetică ridicată, dublă față de bateriile alcaline premium Greutate mică Tensiune ridicată a celulelor Descărcare plană caracteristică Descărcare de sine scăzută Perioada de valabilitate foarte lungă Durată de viață foarte lungă (15 până la 20 de ani pentru clorura de tionil litiu) Largă temperatură de funcționare (-60 ° C până la +85 ° C pentru dioxid de sulf de litiu) Durabilitate excelentă Dimensiunea celulelor mici neajunsuri Costuri ridicate Aplicații Protejare memorie computer Implanturi medicale Pacemaker cardiacă Defibrilatoare Contoare de utilitate Ceasuri Camere Calculatoare Chei auto Transmițătoare de securitate Alarme de fum Aplicații aerospatiale Datorită caracteristicilor sale superioare de performanță Tehnologia litiu înlocuiește mai vechi , tehnologii tradiționale într-o gamă tot mai largă de aplicații. Costuri Mai scumpe decât consumatorii primari Baterii Leclanché și alcaline Dioxid de litiu-mangan Anodă: Catodă cu folie de litiu: Electrolit cu dioxid de mangan: foaie separatoare impregnată cu săruri electrolitice Tensiunea celulei: 3 volți Cea mai comună celulă de litiu neîncărcabilă. Anodul celulei cu disulfură de fier de litiu: catod cu folie de litiu: disulfură de fier cu electrolit de contact cu catod de aluminiu: foaie separatoare impregnată cu săruri electrolitice. Proiectat pentru a fi o scădere a înlocuirii de zinc zinc sau a bateriilor alcaline tensiunea celulei: 1,5 volți. Adesea numită celulă de litiu „compatibilă cu tensiune”, acestea au o densitate energetică mai mare decât celulele pe care le înlocuiesc și adaptate pentru aplicații cu curent ridicat. Celulă de clorură de litiu de litiu Cea mai mare densitate energetică a tuturor celulelor de tip litiu au o durată de serviciu de 15 până la 20 de ani. Celulă de iod litiu Oferă siguranță excelentă și viață lungă. Utilizează numai componente solide și separatorul se vindecă de sine dacă apar fisuri. O impedanță internă ridicată limitează utilizarea acesteia la aplicații de scurgere redusă. Folosit pentru majoritatea stimulatoarelor cardiace implantate. Celulă de aer cu litiu Similar cu celulele de aer cu zinc au o densitate teoretică foarte mare de energie. Anodul, o folie metalică de litiu presată într-un colector de curent cu plasă de nichel, este cuplată electrochimic la o alimentare nelimitată de oxigen atmosferic printr-un catod de aer. Catodul de aer este un electrod stratificat cu două straturi de carbon care conțin catalizatori, cum ar fi Manganul, despărțiți de un colector de curent cu plasă de nichel. O membrană de teflon PTFE este utilizată pentru a respinge apa din atmosferă, permițând totodată difuzia de oxigen. Electroliți neapoși, cum ar fi LiPF6, trebuie utilizați datorită interacțiunii cu litiu cu apa Tensiunea celulei este de 3,0 Volți, iar capacitatea de stocare este limitată de anodul de litiu. Celula are o curbă de descărcare plană și o durată de viață lungă de stocare. Performanța variază foarte mult cu temperatura. De asemenea, sunt posibile versiuni reîncărcabile. A se vedea nota privind toxicitatea litiului.

Pasivizarea bateriilor cu litiu

Pasivizarea este un fenomen caracteristic bateriilor cu litiu. Acesta consta in formarea unui strat subtire pe suprafata anodului de litiu la contactul cu electrolitul. Stratul subtire are un rol de „izolator” pe timpul depozitarii bateriei, ceea ce face ca perioada de stocare sa fie de min 10 ani deoarece autodescarcarea practic nu exista. Totusi in conditii de depozitare indelungata, la temperaturi de peste 25°C, stratul de pasivizare poate sa devina mai gros si atunci bateria prezinta o intarziere pana la atingerea tensiunii nominale. Cand se constata un astfel de fenomen este suficient sa se descarce bateria cu un curent apropiat de curentul maxim admis si ionii vor traversa stratul de pasivizare, facandu-l mai poros, iar bateria va ajunge la tensiunea unei baterii nepasivizate.