Litiumioniakun nopea lataus : vaikutukset ja kehitys

Abstract

Litiumioniakut ovat nykypäivänä yleisiä muun muassa pienelektroniikassa, sähköautoissa, sähkökäyttöisissä työkaluissa sekä uusiutuvan energian varastoinnissa. Litiumioniakuilla on monia hyviä ominaisuuksia, kuten keveys, korkea ulostulojännite sekä korkeat energia- ja tehotiheydet. Litiumioniakkuja on myös mahdollista ladata nopeasti, mikä on etenkin sähköautomarkkinoille tärkeää. Nopeaa latausta litiumioniakuissa tarvitsee kuitenkin vielä tutkia ja kehittää erilaisilla tavoilla akun toimintakyvyn säilymistä ja turvallisuutta varten. Akun nopean latauksen analysoinnissa tarvitsee ottaa huomioon paljon erilaisia asioita liittyen sekä latausnopeuteen että sen turvallisuuteen. Tärkeimpiä turvalliseen nopeaan lataukseen vaikuttavia tekijöitä ovat akkukennon materiaalit, lataustekniikka sekä akunhallintajärjestelmä. Akkukennon materiaalit vaikuttavat siihen, kuinka nopeasti litiumionit pystyvät kulkeutumaan elektrodien välillä. Tämä on suoraan latausnopeutta rajoittava tekijä. Lataustekniikka säätelee enimmäkseen laturista saatavaa sähkövirtaa ja jännitettä. Sen avulla pystytään vaikuttamaan saatavaan latausnopeuteen sekä akun kestävyyteen ja turvallisuuteen. Akunhallintajärjestelmä hallinnoi kaikkea akun toimintaa. Se säätää laturista saadun tehon akulle sopivaksi, jos laturista saadaan liikaa tehoa. Tämä edesauttaa akun turvallista toimintaa ja pidentää sen elinikää. Tutkielmassa todettiin nopean latauksen vaikuttavan akkuun negatiivisesti eri tavoilla. Se nopeuttaa akun normaalia kulumista, lisää akun latausvaiheen lämpenemistä sekä altistaa akkukennon mekaanisille vaurioille, kuten elektrodien halkeilulle. Näiden lisäksi nopea lataus aiheuttaa litiumin pinoutumista akkukennossa sekä vaaran lämpökarkaamiselle. Litiumin pinoutuminen on anodin pinnalle kertyvää metallista litiumia, mikä heikentää akun kapasiteettia ja toimintaa sekä aiheuttaa turvallisuusriskejä. Lämpökarkaaminen puolestaan on itsestään kiihtyvä reaktio, jossa lämpötila nousee hallitsemattomasti. Se voi johtaa tulipaloon tai räjähdykseen. Näiden negatiivisien vaikutuksien vuoksi nopeaa latausta litiumioniakuissa tarvitsee vielä kehittää erilaisilla tavoilla. Tutkielmassa keskityttiin elektrodi- ja elektrolyyttimateriaalien, latausalgoritmien sekä jäähdytysteknologioiden parantamiseen ja todettiin kokonaisuuden kehittämisen olevan ydinasia toimivan ja turvallisen nopean latauksen mahdollistamisessa.