Litiumjonbatterier är små, lätta och extremt effektiva högkapacitetsbatterier?
Varför pratar alla om litiumjonbatterier?
Små, lätta och framför allt mobila batteridrivna apparater blir alltmer populära. Det inkluderar mobiltelefoner, bärbara datorer och sedan en tid tillbaka till och med trädgårdsredskap. Alla behöver de en energikälla men elkablar upplevs alltmer som ohanterliga, även för trädgårdsredskap. Därför har det blivit allt viktigare med pålitliga högkapacitetsbatterier. Moderna litiumjonbatterier har nyligen blivit en vedertagen energikälla för trädgårdsredskap. De har en speciell fördel: De drabbas inte av någon störande minneseffekt som batterier av tidigare generationer och kan därför användas vid önskat tillfälle. Hur fungerar då dessa kompakta batterier, som också har låg självurladdning?
Hur fungerar litiumjonbatterier?
Som namnet antyder är litiumjonbatterier laddningsbara batterier som bygger på lättmetallen litium. Till skillnad från litiumbatterier är litiumjonbatterier laddningsbara. De innehåller en kombination av känsliga kemiska komponenter med olika elektriska laddningar som kan reagera oerhört snabbt. De positivt och negativt laddade kemiska ämnena skiljs åt av ett mycket tunt plastskikt.
Litiumjonbatteriet kallas även "ion transfer battery" (jonöverföringsbatteri). Det namnet beskriver den här batteritypens grundläggande funktionsprincip: Laddnings- och urladdningsprocessen innebär i stort sett bara att litiumjonerna, dvs. de elektriskt laddade litiumatomerna, överförs mellan de två elektroderna. När batteriet laddas överförs litiumjonerna till ett grafitskikt. Under urladdningen migrerar jonerna tillbaka igen. När jonerna migrerar genereras en elektromagnetisk kraft som styr strömmen av elektroner. I litiumjonbatterier är pluspolen (anoden) gjord av litiummetalloxid och minuspolen (katoden) av grafit.
Vad innebär minneseffekt?
Ett litiumjonbatteris kapacitet förminskas med tiden även om det inte används, främst på grund av att litiumet reagerar exploaterande med elektrolyterna. Den här processen är känd som självurladdning. Den förekommer i alla typer av batterier, men mycket mindre i litiumjonbatterier än i äldre typer av batterier.
Litiumjonbatterier drabbas inte av minneseffekten. Gamla nickelkadmiumbatterier (NiCd) som laddades upp ofta och bara delvis, kunde drabbas av minneseffekten, dvs. batteriet "mindes" hur mycket energi som tidigare behövts för uppladdning och gav därför inte full kapacitet efter ett tag. Litiumjonbatterier kan däremot laddas till sin fulla kapacitet vid valfritt tillfälle och har låg självurladdning. Det gör dem lättare att hantera och trots att de är högkapacitetsbatterier är de små och lätta. De finns dessutom numera i högre prestandaklasser till lägre priser, vilket gör att de kan användas i större utrustning där energikraven är större.
Varför har denna användbara teknik inte funnits tidigare?
Trots att man teoretiskt sett kände till litiumjonbatterier redan i början av 1900-talet var det inte möjligt att använda dem under lång tid. Fördelarna med litium som elektrodmaterial var kända sedan tidigare och litiumsvaveldioxidbatterier fanns tillgängliga 1938 och litiumtionylkloridbatterier 1969. Litiumjonbatterier var dock fortfarande ytterst känsliga för felaktig hantering och därför inte lämpliga för vardaglig användning. 1995 lanserades dock det första litiumjonbatteriet på marknaden av Sony. Idag kontrolleras de kemiska processerna i batteriet med ett system för batterihantering och övervakning (BMS). Det skyddar batteriet mot djupurladdning, överladdning och överhettning. Utöver ett komplext laddningssystem har litiumjonbatterier även en speciell tryckbeständig inkapsling, vilket gör dem cirka 30 % dyrare än nickelmetallhybridbatterier (NiMH).
