PV_4_21
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
18
magazyn fotowoltaika 4/2021
technologie
w ograniczonych ilościach i niewielu miejscach na świecie.
Ponadto ich wydobycie i uzyskiwanie jest bardzo uciążliwe dla
środowiska. Ponieważ zbieramy siedem razy więcej energii z wia-
tru i 44 razy więcej energii ze Słońca niż 10 lat temu, do 2040 r.,
dążąc do osiągania wyznaczonych celów klimatycznych, będziemy
musieli wydobywać trzy razy więcej metali ziem rzadkich, pięć
razy więcej telluru, 12 razy więcej kobaltu i 16 razy więcej litu niż
obecnie. Jeżeli nie opracujemy przyjaznej metody gromadzenia
energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, przede wszystkim
fotowoltaiki i wiatru, to popyt na metale ziem rzadkich w wyniku
przechodzenia na gospodarkę bezemisyjną może tylko wzrastać.
Technologia litowo-jonowa
Na dzień dzisiejszy na rynku gromadzenia i przecho-
wywania energii elektrycznej bezwzględnie dominuje tech-
nologia litowo-jonowa. Ponieważ akumulatory litowo-jo-
nowe są jednymi z najlżejszych zasobników magazynują-
cych, są one powszechnie stosowane we wszelkiego rodzaju
sprzęcie
elektronicznym
oraz
urządzeniach
przenośnych.
Wprowadzenie do produkcji samochodów i ciężarówek elektrycz-
nych na skalę masową może w niedalekiej przyszłości wielokrot-
nie zwiększyć produkcję ogniw litowo-jonowych. Także produ-
cenci pojazdów z napędem hybrydowym coraz częściej zaczy-
nają stosować ogniwa litowo-jonowe zamiast NiMH. Ogniwa
litowo-jonowe stosowane w pojazdach elektrycznych znacznie
różnią się od tych stosowanych w sprzęcie elektronicznym. Róż-
nice wynikają przede wszystkim z większych wymagań związa-
nych z warunkami pracy oraz większą wymaganą trwałością, się-
gającą 10 lat. Ponadto pakiety ogniw wyposażone są w specjalne
układy chłodzenia i ogrzewania, zapewniające optymalną tempe-
raturę pracy. Ogniwa litowo-jonowe używane w pojazdach mogą
być także szybko ładowane, zazwyczaj od 0 do 80% w 15–30 min
bez znaczącego wpływu na ich żywotność.
Technologia litowo-jonowa zrewolucjonizowała nasze życie.
Położyła podwaliny pod budowę infrastruktury społecznej i prze-
mysłowej pozbawionej paliw kopalnych. Magazynowanie energii
ze źródeł odnawialnych, takich jak energia słoneczna i wiatrowa,
dla stabilizowania pracy urządzeń przybrało realne wymiary.
Za stworzenie i rozwój baterii litowo-jonowych w 2019 r. uho-
norowano w dziedzinie chemii Nagrodą Nobla Amerykanina
Johna B. Goodenougha, Brytyjczyka M. Stanleya Whittinghama
i Japończyka Akirę Yoshino. Ci trzej naukowcy niezależnie i na
przestrzeni lat pracowali nad stworzeniem i rozwojem systemu
litowo-jonowego – podstawy dla najlepszych baterii, jakie do tej
pory udało się wyprodukować.
Jak zbudowane są akumulatory litowo-jonowe?
W porównaniu do innych typów akumulatorów, bateria lito-
wo-jonowa działa znacznie wydajniej. Przy mniejszych rozmia-
rach i wadze pozwala na skumulowanie większej ilości energii.
Akumulatory litowo-jonowe składają się z małych ogniw
łączonych w paczki, które można dowolnie konfiguro-
wać, aby uzyskać potrzebne napięcie. Skonfigurowane, cia-
sno ułożone paczki ogniw umieszczane są następnie w bar-
dzo wytrzymałych, metalowych pojemnikach bateryjnych
o kształtach dopasowanych do konkretnej funkcjonalności.
Akumulatory litowo-jonowe stanowią więc zespół szczelnie
zamkniętych, trwałych bloków, którymi steruje elektronika. Są
przez to znacznie bezpieczniejsze niż kwasowe baterie trakcyjne,
nie gazują, a ich budowa sprawia, że są odporne na wibracje.
Kategoria akumulatorów litowo-jonowych obejmuje w rzeczywi-
stości szereg różnych chemii, z których każda ma nieco inne wła-
ściwości. Dwa najpopularniejsze typy akumulatorów litowo-jo-
nowych to akumulatory litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe
(NMC) oraz fosforanowo-litowo-żelazowe (LFP). Baterie NMC
mają zwykle większą gęstość mocy.
Prawidłowa eksploatacja akumulatorów litowo-
jonowych
Prawidłowa eksploatacja baterii litowo-jonowych jest, wbrew
pozorom, bardzo prosta (a z pewnością łatwiejsza i mniej skom-
plikowana, niż w przypadku innych rodzajów zasilania). Wystar-
czy jedynie pamiętać o kilku zasadach:
––
Nie należy doprowadzać do sytuacji całkowitego rozłado-
wania akumulatora Li-ion. Ciągłe rozładowywanie go do
zera sprawia, że jego żywotność zmniejsza się i nie będzie
on służył tak długo, jak w przypadku dbania o prawidłowe
ładowanie.
––
Baterie litowo-jonowe mogą być doładowywane na każdym
etapie rozładowania – nawet wtedy, gdy mają jeszcze 80, 60
czy 40% mocy. Jest to wręcz oczekiwany sposób eksploata-
cji. W przypadku konwencjonalnych akumulatorów kwaso-
wych należało czekać do pełnego rozładowania. Tutaj taka
sytuacja, jak wcześniej zostało to wspomniane, nie powinna
mieć miejsca. Podsumowując: lepiej jest doładowywać aku-
mulatory Li-ion nawet w czasie krótkiej przerwy w pracy, niż
ładować je do 100% i całkowicie rozładowywać.
––
Przede wszystkim ogniwa litowo-jonowe są niezwy-
kle wydajne – technologia ta pozwala na zaoszczędze-
nie nawet 20% energii, w porównaniu do akumulatorów
kwasowych.
––
Ładowanie akumulatorów litowo-jonowych jest znacznie
szybsze niż akumulatorów kwasowych. Przykładowo, po
zaledwie 30 min doładowania akumulator 24 V osiągnie 50%
swojej sprawności. Przy akumulatorach o napięciu 80 V są to
53 min. Pełne doładowanie wymaga tylko 80 min dla aku-
mulatorów 24 V i 105 min dla akumulatorów 80 V. Możli-
wość szybkiego doładowania w każdej chwili zapewni prak-
tycznie stałą dostępność takiego magazynu energii i elastycz-
ność codziennej pracy. W przypadku ogniw kwasowych na
pełne ładowanie trzeba poczekać kilka godzin.
Fot.1. Moduły akumulatorowe z ogniwami cylindrycznymi są zbudowane z materiału Bayblend® firmy Co-
vestro i skutecznie montowane za pomocą kleju Henkel Loctite. Źródło: www.covestro.com
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52