Литий | Наука | Fandom

Ли́тий — химический элемент с атомным номером 3 в периодической системе, обозначается символом Li (лат. Lithium), мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия Править

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si₄AlO₁₀], а затем в сподумене LiAl[Si₂O₆] и в лепидолите KLi_1.5Al_1.5[Si₃AlO₁₀](F,OH)

2. Металлический литий впервые получил Хемфри Дэви в 1825 году.

Свое название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Название было предложено Берцелиусом.

В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO₃ (щелочной способ), или обрабатывают K₂SO₄ (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li₂CO₃, который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl

2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси). В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.

ЛИТИЙ — это… Что такое ЛИТИЙ?

1. ЛИТИЙ — (лат. lithium, от греч. lithos камень). Металл белого цвета, открытый в 1817 г. в петалите; все соли его растворимы в воде. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛИТИЙ белый металл, самый легкий из всех,… …   Словарь иностранных слов русского языка

2. Литий — (Lithium), Li, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 3, атомная масса 6,941; относится к щелочным металлам, tпл 180,54°C. Литий используют для изготовления анодов для химических источников тока, в производстве меди,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

3. ЛИТИЙ — (лат. Lithium) Li, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам. Название от греч. lithos камень (открыт в минерале петалите). Серибристо белый, самый легкий из металлов;… …   Большой Энциклопедический словарь

4. Литий —         Li (от греч. lithos камень * a. lithium; н. Lithium; ф. lithium; и. litio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 3, ат. м. 6,941, относится к щелочным металлам. B природе встречаются 2 стабильных изотопа: 6Li (7,42%) …   Геологическая энциклопедия

5. ЛИТИЙ — ЛИТИЙ, хим. элемент, символ Li, порядков. номер 3, серебристо белый металл, ат. в. 6,940 (изотопы 6 и 7), t° пл. 186°; относится к группе щелочн. металлов, имеет наименьший по сравн. с др. металлами уд. в. (0,59). Открыт Арфедзоном… …   Большая медицинская энциклопедия

6. ЛИТИЙ — хим. элемент, символ Li (лат. Lithium), ат. н. 3, ат. м. 6,941; серебристо белый, самый лёгкий металл, принадлежит к щелочным металлам, плотность 534 кг/м3, tпл = 180,5°С; легко режется ножом. Л. химически очень активен, взаимодействует с водой и …   Большая политехническая энциклопедия

7. ЛИТИЙ — (символ Li), редкий серебряного цвета элемент, один из ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, впервые был обнаружен в 1817 г. Содержится в таких рудах, как лепидолит и сподумен. По химическим свойствам близок к натрию. Самый легкий из всех металлов, используется в… …   Научно-технический энциклопедический словарь

8. ЛИТИЙ — ЛИТИЙ, лития, мн. нет, муж. (от греч. lithios каменный) (минер., хим.). Химический элемент серебристобелый, мягкий, очень легкий щелочный металл, не встречающийся в природе в чистом виде, а только в виде солей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н.… …   Толковый словарь Ушакова

9. ЛИТИЙ — (Lithium), Li, хим. элемент I группы периодич. системы элементов, ат. номер 3, ат. масса 6,941, относится к щелочным металлам. Природный Л. состоит из смеси стабильных (7,5%) и (92,5%) с сильно различающимися сечениями захвата тепловых нейтронов… …   Физическая энциклопедия

10. литий — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

Литий — это… Что такое Литий?

11. ЛИТИЙ — (лат. lithium, от греч. lithos камень). Металл белого цвета, открытый в 1817 г. в петалите; все соли его растворимы в воде. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛИТИЙ белый металл, самый легкий из всех,… …   Словарь иностранных слов русского языка

12. ЛИТИЙ — (Lithium), Li, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 3, атомная масса 6,941; относится к щелочным металлам, tпл 180,54шC. Литий используют для изготовления анодов для химических источников тока, в производстве меди,… …   Современная энциклопедия

13. Литий — (Lithium), Li, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 3, атомная масса 6,941; относится к щелочным металлам, tпл 180,54°C. Литий используют для изготовления анодов для химических источников тока, в производстве меди,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

14. ЛИТИЙ — (лат. Lithium) Li, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам. Название от греч. lithos камень (открыт в минерале петалите). Серибристо белый, самый легкий из металлов;… …   Большой Энциклопедический словарь

15. Литий —         Li (от греч. lithos камень * a. lithium; н. Lithium; ф. lithium; и. litio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 3, ат. м. 6,941, относится к щелочным металлам. B природе встречаются 2 стабильных изотопа: 6Li (7,42%) …   Геологическая энциклопедия

16. ЛИТИЙ — ЛИТИЙ, хим. элемент, символ Li, порядков. номер 3, серебристо белый металл, ат. в. 6,940 (изотопы 6 и 7), t° пл. 186°; относится к группе щелочн. металлов, имеет наименьший по сравн. с др. металлами уд. в. (0,59). Открыт Арфедзоном… …   Большая медицинская энциклопедия

17. ЛИТИЙ — хим. элемент, символ Li (лат. Lithium), ат. н. 3, ат. м. 6,941; серебристо белый, самый лёгкий металл, принадлежит к щелочным металлам, плотность 534 кг/м3, tпл = 180,5°С; легко режется ножом. Л. химически очень активен, взаимодействует с водой и …   Большая политехническая энциклопедия

18. ЛИТИЙ — (символ Li), редкий серебряного цвета элемент, один из ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, впервые был обнаружен в 1817 г. Содержится в таких рудах, как лепидолит и сподумен. По химическим свойствам близок к натрию. Самый легкий из всех металлов, используется в… …   Научно-технический энциклопедический словарь

19. ЛИТИЙ — ЛИТИЙ, лития, мн. нет, муж. (от греч. lithios каменный) (минер., хим.). Химический элемент серебристобелый, мягкий, очень легкий щелочный металл, не встречающийся в природе в чистом виде, а только в виде солей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н.… …   Толковый словарь Ушакова

20. ЛИТИЙ — (Lithium), Li, хим. элемент I группы периодич. системы элементов, ат. номер 3, ат. масса 6,941, относится к щелочным металлам. Природный Л. состоит из смеси стабильных (7,5%) и (92,5%) с сильно различающимися сечениями захвата тепловых нейтронов… …   Физическая энциклопедия

21. литий — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

Изотопы лития — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Изото́пы лития — разновидности атомов (и ядер) химического элемента лития, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 9 изотопов лития и ещё 2 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов, ^10m1Li − ^10m2Li.

В природе встречаются два стабильных изотопа лития: ⁶Li (7,5 %) и ⁷Li (92,5 %).

Наиболее устойчивый искусственный изотоп, ⁸Li, имеет период полураспада 0,8403 с.

Экзотический изотоп ³Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.

⁷Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть в период от 1 секунды до 3 минут после Большого Взрыва^[1]) в количестве не более 10⁻⁹ от всех элементов.^[2][3] Некоторое количество изотопа ⁶Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем ⁷Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе^[1].

Примерно в десять раз больше ⁷Li образовались в звёздном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом реакции ppII, но при высоких температурах активно преобразуется (англ.)русск. в гелий^[4][5].

Наблюдаемые соотношения ⁷Li и ⁶Li не сходятся с предсказанием стандартной модели первичного нуклеосинтеза (standard BBN). Данное расхождение известно как «primordial lithium problem».^[1][6]

Литий-6 имеет большее сродство с ртутью, чем литий-7. На этом основан процесс обогащения COLEX^[7]. Альтернативный процесс — вакуумная дистилляция, происходящая при температурах около 550 °C.

Обычно разделение изотопов лития требовалось для военных ядерных программ (СССР, США, Китая). В настоящее время функционирующими мощностями по разделению обладают лишь Россия и Китай^[7].

Изотопы ⁶Li и ⁷Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний.

Литий-6[править | править код]

Применяется в термоядерной энергетике.

При облучении нуклида ⁶Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий ³H:

36Li+01n→13H+24He{\displaystyle {}_{3}^{6}{\textrm {Li}}+{}_{0}^{1}{\textrm {n}}\rightarrow {}_{1}^{3}{\textrm {H}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}}

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 ⁶LiD.

Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.

Литий-7[править | править код]

Применяется в ядерных реакторах^[8]. Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов жидкий литий-7 (часто в виде сплава с натрием или цезием) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF₂) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и для производства трития.

Соединения лития, обогащённые по изотопу лития-7, применяются на реакторах PWR для поддержания водно-химического режима, а также в деминерализаторе первого контура. Ежегодная потребность США оценивается в 200—300 кг, производством обладают лишь Россия и Китай^[7].

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа[9] (а. е. м.)	Период полураспада[10] (T1/2)	Моды распада	Спин и чётность ядра[10]
	Энергия возбуждения (кэВ)
3Li	3	0
4Li	3	1	4,02719(23)	91(9)⋅10−24 с [6,03 МэВ]	p	2-
5Li	3	2	5,01254(5)	370(30)⋅10−24 с [~1,5 МэВ]	p	3/2-
6Li	3	3	6,015122795(16)	стабилен		1+
7Li	3	4	7,01600455(8)	стабилен		3/2-
8Li	3	5	8,02248736(10)	840,3(9) мс	β−	2+
9Li	3	6	9,0267895(21)	178,3(4) мс	β−+n (50,8%), β− (49,2%)	3/2-
10Li	3	7	10,035481(16)	2,0(5)⋅10−21 с [1,2(3) МэВ]	n	(1-,2-)
10m1Li	200(40) кэВ			3,7(15)⋅10−21 с		1+
10m2Li	480(40) кэВ			1,35(24)⋅10−21 с		2+
11Li	3	8	11,043798(21)	8,75(14) мс	β−+n (84,9%), β− (8,07%), β−+2n (4,1%), β−+3n (1,9%), β−+деление (1,027%)	3/2-
12Li	3	9	12,05378(107)#	<10 нс	n
13Li	3	10

1. ↑ ^{1 2 3} BD Fields, The Primordial Lithium Problem, Annual Reviews of Nuclear and Particle Science 2011
2. ↑ Постнов К.А. Лекции по общей астрофизике для физиков (неопр.).; см Рис. 11.1
3. ↑ http://www.int.washington.edu/PHYS554/2005/vanderplas.pdf
4. ↑ Lecture 27: Stellar Nucleosynthesis Архивная копия от 28 мая 2015 на Wayback Machine // Университет Toledo — «The Destruction of Lithium in Young Convective Stars» slide 28
5. ↑ Greg Ruchti, Lithium in the Cosmos — «Lithium is Fragile» slide 10
6. ↑ Karsten JEDAMZIK, Big Bang Nucleosynthesis and the Cosmic Lithium Problem
7. ↑ ^{1 2 3} PWR — литиевая угроза, ATOMINFO.RU (23.10.2013). Дата обращения 29 декабря 2013.
8. ↑ Managing Critical Isotopes: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 // U.S. Government Accountability Office, 19 September 2013; pdf
9. ↑ Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
10. ↑ ^{1 2} Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729….3A.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 августа 2018; проверки требует 31 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 августа 2018; проверки требует 31 правка.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO₄, LFP) — тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий-ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO₄ в качестве катода.

LiFePO₄ аккумулятор
• Удельная плотность энергии: 190–250 Вт•ч/кг (320-498 Дж/г)
• Объёмная плотность энергии: 220–350 Вт•ч/дм³ (790 кДж/дм³)
• Объёмная плотность конструкции: 2 кг/дм³
• Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 2000-7000^[1]
• Срок хранения: до 15 лет^[1]
• Саморазряд при комнатной температуре: 3-5% в месяц
• Напряжение
  • максимальное в элементе: 3,65 В (полностью заряжен)
  • средней точки: 3.3 В
  • минимальное: 2 В (полностью разряжен)
  • рабочее: 3.0-3.3 В
  • минимальное рабочее напряжение (разряда): 2.8 В
• Удельная мощность: >6,6 Вт/г (при разряде током 60С)
• диапазон рабочих температур: от -30°C до +55°C

Впервые LiFePO₄ был открыт в 1996 году профессором Джоном Гуденафом из Техасского университета, как катод для литий-ионного аккумулятора. Примечателен данный материал был тем, что в сравнении с традиционным LiCoO₂, обладает значительно меньшей стоимостью, является менее токсичным и более термоустойчив. Главным недостатком являлось то, что он обладал меньшей ёмкостью.

До 2003 года данная технология практически не развивалась, пока за неё не взялась компания A123 Systems. История A123 Systems начиналась в лаборатории профессора Цзяна Йе-Мина из Массачусетского технологического института (MIT) в конце 2000 года. На тот момент Цзян работал над созданием аккумулятора, основанного на самовоспроизведении структуры коллоидного раствора при определенных условиях. Однако на данном фронте работ возникли серьёзные трудности и когда в 2003 году исследования зашли в тупик, команда Цзян занялась исследованием литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Инвесторами в созданную компанию стали такие мировые корпорации, как Motorola, Qualcomm и Sequoia Capital.

LiFePO₄ аккумуляторы происходят от литий-ионных, однако имеют ряд существенных отличий:

• LiFePO₄ обеспечивает более длительный срок службы, чем другие литий-ионные подходы;
• В отличие от других литий-ионных, LiFePO₄ аккумуляторы, как и никелевые, имеют очень стабильное напряжение разряда. Напряжение на выходе остается близко к 3,2 В во время разряда, пока заряд аккумулятора не будет исчерпан полностью. И это может значительно упростить или даже устранить необходимость регулирования напряжения в цепях.
• В связи с постоянным напряжением 3.2 В на выходе, четыре аккумулятора могут быть соединены последовательно для получения номинального напряжения на выходе в 12.8 В, что приближается к номинальному напряжению свинцово-кислотных аккумуляторов с шестью ячейками. Это, наряду с хорошими характеристиками безопасности LFP-аккумуляторов, делает их хорошей потенциальной заменой для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей во многих отраслях, таких как автомобилестроение и солнечная энергетика. По этой же причине, возможно использование 3,2 В LiFePO₄ аккумуляторов стандартного типоразмера 14500/10440 взамен пары гальванических элементов или аккумуляторов типоразмеров АА/ААА 1,5 В, для чего используется 1 LiFePO₄ аккумулятор, а вместо второго элемента применяется аналогичных размеров вставка-проводник^[2].
• Использование фосфатов позволяет избежать затрат кобальта и экологических проблем, в частности, при попадании кобальта в окружающую среду при неправильной утилизации.
• LiFePO₄ имеет более высокий пиковый ток (а, учитывая стабильность напряжения — пиковую мощность), чем у LiCoO₂.
• Удельная плотность энергии (энергия / объём) нового аккумулятора LFP примерно на 14% ниже, чем у новых литий-ионных аккумуляторов.
• LiFePO₄ аккумуляторы имеют более низкую скорость разряда, чем свинцово-кислотные или литий-ионные. Так как скорость разряда определяется в процентах от ёмкости аккумулятора, то более высокая скорость разряда может быть достигнута в более ёмких аккумуляторах (больше ампер-часов). Однако могут быть использованы LiFePO₄ элементы с высоким током разряда (имеющие более высокую скорость разряда, чем свинцово-кислотные батареи, или LiCoO₂ той же мощности).
• Из-за более медленного снижения плотности энергии, спустя некоторое время эксплуатации, LiFePO₄ элементы уже имеют большую плотность энергии, чем LiCoO₂ и литий-ионные.
• LiFePO₄ элементы медленнее теряют ёмкость, чем литий-ионные (LiCoO₂ [литий-кобальт оксидные], LiMn₂O₄ [литий-марганцевая шпинель])
• Одним из важных преимуществ по сравнению с другими видами литий-ионных аккумуляторов, является термическая и химическая стабильность, что существенно повышает безопасность батареи.
• Подвержены эффекту Пойкерта (Peukert’s law), как и другие химические источники тока. Однако, влияние эффекта Пойкерта на LiFePO4 аккумуляторы является минимальным, за счет чего, емкость при разряде в определенный промежуток времени (при маркировке обозначаемая: C1, C5, C10, C20 и т.д.) меняется незначительно.^[3]
• Морозостойкость. Например, для аккумулятора ANR26650M1-B^[4] производителя A123 Systems заявлен температурный диапазон -30°C … 55°C для работы и -40°C … 60°C для хранения.

Данный тип аккумулятора активно применяется как буферный накопитель энергии в системах автономного электроснабжения с использованием ветрогенераторов и солнечных батарей, а также в складской технике (траспортировщики паллет, ричтраки, подборщики заказов, комплектовщики, штабелеры, вилочные электропогрузчики, буксировочные тягачи), поломоечных машинах, водном транспорте, гольфкарах, электровелосипедах, электроскутерах и электромобилях^[5].

LiFePO4.RU литий-железо-фосфатные аккумуляторы и комплектующие.

Ниобат лития — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ниобат лития (LiNbO₃) — химическое соединение, смешанный оксид ниобия, лития, бесцветные кристаллы с ромбоэдрической структурой (а = 0,547 нм, α{\displaystyle \alpha } = 53,72°, пространственная группа R3с). Не растворим в воде. Не взаимодействует с кислотами кроме фтористоводородной кислоты.

Получают LiNbO₃ взаимодействием Li₂CO₃ с Nb₂O₅ при 1050—1100 °C. Монокристаллы выращивают методом Чохральского.

Кристаллы оптически прозрачны в области длин волн 0,4-5,0 мкм; показатель преломления обыкновенного луча 2,29, необыкновенного — 2,20 (для длины волны 0,63 мкм).

Является сегнетоэлектриком с температурой Кюри ~1210 °C и величиной спонтанной поляризации 50—80 мкКл/см² при 300 K. Обладает высокими нелинейно-оптическими характеристиками, поэтому используется в лазерах для генерации второй гармоники. Кроме того, LiNbO₃ используется в качестве преобразователей энергии и звукопроводов (линии задержки, полосовые фильтры), элементов в электрооптических устройствах (модуляторы, дефлекторы и др.), пироэлектрических приемников излучения и др.

Кристаллы ниобата лития имеют тригональную сингонию и относятся к кристаллографической точечной группе 3m (C_3v) (дитригонально-пирамидальная). Его кристаллическая структура не имеет центральной симметрии, поэтому ниобат лития является сегнетоэлектриком и демонстрирует эффект Поккельса, пьезоэлектрический эффект, фотоупругость и нелинейную оптическую поляризуемость.

Не растворим в воде. Не взаимодействует с кислотами кроме фтористоводородной кислоты. Реагирует с гидрофторидом аммония.

Монокристаллы применяются в соответствии с их способностью изменять (увеличивать) длину волн видимого и инфракрасного излучения.

Линобат

Литий-ионный аккумулятор — это… Что такое Литий-ионный аккумулятор?

Цилиндрические элементы перед сборкой (18650)

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит свое применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Первый литий-ионный аккумулятор выпустила корпорация Sony в 1991 году.

Характеристики

В зависимости от электро-химической схемы литий-ионные аккумуляторы показывают следующие характеристики:

• Напряжение единичного элемента 3,6 В.
• Максимальное напряжение 4,2 В, минимальное 2,5–3,0 В. Устройства заряда поддерживают напряжение в диапазоне 4,05–4,2 В
• Энергетическая плотность: 110 … 230 Вт*ч/кг
• Внутреннее сопротивление: 5 … 15 мОм/1Ач
• Число циклов заряд/разряд до потери 20 % ёмкости: 1000—5000
• Время быстрого заряда: 15 мин — 1 час
• Саморазряд при комнатной температуре: 3 % в месяц
• Ток нагрузки относительно ёмкости (С):
  • постоянный — до 65С, импульсный — до 500С
  • наиболее приемлемый: до 1С
• Диапазон рабочих температур: −0 … +60 °C(при отрицательных температурах заряжание батарей невозможен)

Устройство

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов (катодного материала на алюминиевой фольге и анодного материала на медной фольге), разделенных пропитанными электролитом пористыми сепараторами. Пакет электродов помещен в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъемникам. Корпус имеет предохранительный клапан, сбрасывающий внутреннее давление при аварийных ситуациях и нарушении условий эксплуатации. Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком тока в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи, например: в графит с образованием LiC6, окислы (LiMO₂) и соли (LiM_RO_N) металлов. Первоначально в качестве отрицательных пластин применялся металлический литий, затем — каменноугольный кокс. В дальнейшем стал применяться графит. В качестве положительных пластин до недавнего времени применяли оксиды лития с кобальтом или марганцем, но они все больше вытесняются литий-ферро-фосфатными, которые оказались безопасны, дешевы и нетоксичны и могут быть подвержены утилизации, безопасной для окружающей среды. Литий-ионные аккумуляторы применяются в комплекте с системой контроля и управления — СКУ или BMS (battery management system) и специальным устройством заряда/разряда. В настоящее время в массовом производстве литий-ионных аккумуляторов используются три класса катодных материалов: — кобальтат лития LiCoO₂ и твердые растворы на основе изоструктурного ему никелата лития — литий-марганцевая шпинель LiMn₂O₄ — литий-феррофосфат LiFePO₄. Электро-химические схемы литий-ионных аккумуляторов: • литий-кобальтовые LiCoO2 + 6xC → Li1-xCoO2 + xLi+C6 • литий-ферро-фосфатные LiFePO4 + 6xC → Li1-xFePO4 + xLi+C6

Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда, Li-ion-аккумуляторы наиболее предпочтительны для применения в альтернативной энергетике. При этом помимо системы BMS (СКУ) они укомплектовываются инверторами (преобразователи напряжения).

Преимущества

• Высокая энергетическая плотность.
• Низкий саморазряд.
• Отсутствие эффекта памяти.
• Не требуют обслуживания.

Недостатки

Аккумуляторы Li-ion первого поколения были подвержены взрывному эффекту. Это объяснялось тем, что в них использовался анод из металлического лития, на котором в процессе многократных циклов зарядки/разрядки возникали пространственные образования (дендриты), приводящие к замыканию электродов и, как следствие, возгоранию или взрыву. Эту проблему удалось окончательно решить заменой материала анода на графит. Подобные процессы происходили и на катодах литий-ионных аккумуляторов на основе оксида кобальта при нарушении условий эксплуатации (перезарядке). Литий-ферро-фосфатные аккумуляторы полностью лишены этих недостатков. Кроме того, все современные литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.

Аккумуляторы Li-ion при неконтролируемом разряде могут иметь более короткий жизненный цикл в сравнении с другими типами аккумуляторов. При полном разряде литий-ионные аккумуляторы теряют возможность заряжаться при подключении зарядного напряжения. Эта проблема решаема путем приложения импульса более высокого напряжения, но это отрицательно сказывается на дальнейших характеристиках литий-ионных аккумуляторов. Максимальный срок «жизни» Li-ion аккумулятора достигается при ограничении заряда сверху на уровне 95 % и разряда 15–20 %. Такой режим эксплуатации поддерживается системой контроля и управления BMS (СКУ), которая входит в комплект любого литий-ионного аккумулятора.

Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при заряде на уровне 40–70 % от ёмкости аккумулятора и температуре около 5 °C. При этом низкая температура является более важным фактором для малых потерь ёмкости при долговременном хранении.^[1] Средний срок хранения (службы) литий-ионного АКБ составляет в среднем 36 месяцев, хотя может колебаться в интервале от 24 до 60 месяцев.

Потеря ёмкости при хранении^[1]:

температура	с 40 % зарядом	со 100 % зарядом
0 ⁰C	2 % за год	6 % за год
25 ⁰C	4 % за год	20 % за год
40 ⁰C	15 % за год	35 % за год
60 ⁰C	25 % за год	40 % за три месяца

Согласно всем действующим регламентам хранения и эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, для обеспечения длительного хранения необходимо подзаряжать их до уровня 70 % ёмкости 1 раз в 6–9 месяцев.

См. также

Примечания

Литература

• Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М: Изумруд, 2003.
• Юрий Филипповский Мобильное питание. Часть 2. (RU). КомпьютерраLab (26 мая 2009). — Подробная статья о Li-ion аккумуляторах.. Проверено 26 мая 2009.

Ссылки