Litiumioniakut
Litiumioniakut ovat ensisijainen valinta kannettavien laitteiden virtalähteeksi johtuen niiden pienestä koosta ja painosta. Litiumioniakuissa ei nähdä muisti-ilmiötä (jännitteen romahdus), joka on yleinen vanhemmissa kennotyypeissä. Nikkelipohjaisia akkuja korkeamman energiatiheytensä ja alhaisen itsepurkautumisen takia litiumioniakut ovat mullistaneet kannettavat laitteet, joiden suunnittelua rajoittivat ennen virtalähteiden koko, paino ja käyttöaika.
Koska litiumakkujen energiatiheys on korkea ja ne ovat nikkeliakkuja epävakaampia, turvallisuustekijät ovat jatkuvasti esillä niiden suunnittelusta sarjatuotantoon saakka.
Litiumioniakut vaativat vähän kunnossapitoa. Jännitteen romahdusta ei ilmene, eikä uudelleenkennotusta tarvita akkujen käyttöiän pidentämiseen. Lisäksi itsepurkautumista tapahtuu vähemmän kuin puolet siitä mitä nikkelikadmiumakuissa, minkä takia litiumioniakut sopivat hyvin käytettäväksi nykyaikaisissa polttoainemittareissa. Litiumionikennoista on vain vähän haittaa niiden hävittämisen yhteydessä.
Huolimatta litiumioniakkujen eduista niillä on myös huonot puolensa. Ne ovat hauraita ja vaativat suojapiirin turvallisen toiminnan takaamiseksi. Jokaiseen akkuyksikköön sisäänrakennettu suojapiiri rajoittaa kennojen huippujännitettä lataamisen aikana sekä jännitteen laskemista liian alas virran purkautumisen yhteydessä. Lisäksi kennon lämpötilaa tarkkaillaan äärilämpötilojen välttämiseksi. Useimmissa yksiköissä suurin mahdollinen lataus- ja purkuvirta on 1 – 2C:n välillä. Näiden varotoimenpiteiden myötä litiumin anodin pinnalle kertymisen mahdollisuus häviää käytännössä.
Litiumioniakkujen ikääntyminen on yksi huolenaihe. Kapasiteetin vähenemistä voidaan havaita yhden vuoden jälkeen, vaikka akkua ei olisi käytettykään. Akut menettävät toimintakykynsä usein 2 – 3 vuoden jälkeen. On kuitenkin mainittava, että muissakin kennotyypeissä esiintyy ikääntymisestä johtuvaa toimintakyvyn heikkenemistä. Tämä pitää paikkansa erityisesti nikkelimetallihydridiakkujen tapauksessa, jos ne altistuvat korkeille lämpötiloille. Toisaalta litiumioniyksikköjen tiedetään toimineen viisikin vuotta joissain sovelluksissa.
Valmistajat kehittävät litiumioniakkuja jatkuvasti. Uusia ja paranneltuja kemiallisia yhdistelmiä esitellään puolen vuoden välein. Nopeasta kehityksestä johtuen on vaikea arvioida, miten ikääntyminen vaikuttaa uusiin akkuihin.
Litiumioniakkujen varastoiminen viileässä hidastaa niiden (ja muidenkin akkutyyppien) ikääntymistä. Valmistajat suosittelevat akkujen säilyttämistä 15 celsiusasteen lämpötilassa. Lisäksi akut tulisi ladata osittain säilyttämisen aikana. Valmistajat suosittelevat 40 % latausta.
Kustannusten ja energian välisen suhteen perusteella taloudellisen litiumioniakku on sylinterimäinen 18650 (18 tarkoittaa halkaisijaa ja 650 pituutta millimetreissä). Tätä kennotyyppiä käytetään kannettavassa tietotekniikassa ja muissa sovelluksissa, joissa ei tarvita äärimmäisen ohutta rakennetta. Jos tarvitaan ohut akkuyksikkö, prismaattinen litiumionikenno on paras valinta. Näiden kennojen kustannukset ovat korkeampia verrattuna varastoitavan energian määrään.
Litiumioniakkujen edut
- Korkeampi energiatiheys – mahdollisuus vieläkin suurempiin kapasiteetteihin.
- Uusi akku ei vaadi pitkää ensilatausta, vain yhden tavallisen latauksen.
- Suhteellisen alhainen itsepurkautuminen – itsepurkautuminen on vähemmän kuin puolet nikkelipohjaisiin akkuihin verrattuna.
- Vähäinen kunnossapito – ajoittaista purkautumista ei tarvita, muisti-ilmiötä ei esiinny.
- Erikoiskennot mahdollistavat hyvin suuren virran esimerkiksi voimatyökaluja varten.
Litiumioniakkujen rajoitukset
- Vaativat suojapiirin jännitteen ja virran pitämiseksi turvallisella tasolla.
- Alttiita ikääntymiselle, vaikka eivät olisi käytössäkään – säilyttäminen viileässä 40 % latauksessa vähentää ikääntymisen vaikutusta.
- Kuljetukseen liittyy rajoituksia – suurten määrien toimitus voi olla säännösteltyä. Nämä rajoitukset eivät päde henkilökohtaisiin mukana kuljetettaviin akkuihin (katso viimeinen osio).
- Kalliita valmistaa.
- Teknologiaa kehitetään edelleen – käytettävät metallit ja kemikaalit muuttuvat jatkuvasti.
Litiumioniakkujen toimitukseen liittyvät rajoitukset
Kaikki litiumioniakkuja suurina määrinä toimittavat ovat vastuussa niiden kuljettamiseen liittyvien vaatimusten toteutumisesta. Tämä pätee maa-, meri- tai ilmateitse tapahtuviin kotimaisiin sekä kansainvälisiin kuljetuksiin.
Litiumionikennot joiden yhteenlaskettu litiumsisältö ylittää 1,5 tai 8 grammaa akkuyksikköä kohti on toimitettava "Luokka 9: muut haitalliset aineet" -merkinnällä varustettuna. Litiumin määrä riippuu kennojen kapasiteetistä ja lukumäärästä.
Tämä ei koske yksiköitä, jotka sisältävät alle 8 grammaa litiumia. Jos lähetys kuitenkin sisältää enemmän kuin 24 litiumkennoa tai 12 litiumakkuyksikköä, erityismerkinnät ja asianmukaiset asiakirjat on löydyttävä. Jokaiseen pakkaukseen on merkittävä, että se sisältää litiumakkuja.
Kaikki litiumioniakut on testattava UN 3090 (Kokeet ja kriteerit, Osa 3, alaluku 38.3) määritysten mukaisesti riippumatta litiumsisällöstä. Tämä varotoimenpide suojelee viallisten akkujen toimitukselta.
Kennot ja akut on eroteltava toisistaan oikosulkujen estämiseksi sekä pakattava kestäviin pakkauksiin.
Litiumpolymeeriakkujen tyypillisiä sovelluskohteita
Kannettavat lääketieteelliset tuotteet
- Infuusiopumput
- Kannettavat röntgenlaitteet
- Hengityskoneet
- Defibrillaattorit
- Kirurgiset välineet
- Potilaiden valvontalaitteet
- Moottoroidut sängyt ja kärryt
- Lihasstimulaattorit
Kannettava elektroniikka
- Kannettavat tulostimet
- Mittauslaitteet
- Tiedonkeruulaitteet
- Kaasunilmaisimet
- Kuvauslaitteet
Turvallisuus
- Pimeänäkökamerat
- Valvontalaitteet
- Lämpökuvauslaitteet
- Päälle puettavat kaasunilmaisinsysteemit
- Hengityssuojaimet
- Henkilökohtaiset hälyttimet
Asevoimat
- Suojatut kannettavat viestintävälineet
- Suojatut tietokoneet
- Voimatyökalut ja kodinkoneet
- Mittauslaitteet ja laserit
- Rakennus- ja kokoonpanolaitteet
Viestintä
- Matkapuhelimet
- Mobiililaitteet
- Teollisuudessa käytettävät kannettavat tietokoneet
- Litiumioniakut ovat ensisijainen valinta kannettavien laitteiden virtalähteeksi johtuen niiden pienestä koosta ja painosta.
- Litiumioniakuissa ei nähdä muisti-ilmiötä (jännitteen romahdus), joka on yleinen vanhemmissa kennotyypeissä. Nikkelipohjaisia akkuja korkeamman energiatiheytensä ja alhaisen itsepurkautumisen takia litiumioniakut ovat mullistaneet kannettavat laitteet, joiden suunnittelua rajoittivat ennen virtalähteiden koko, paino ja käyttöaika.
Koska litiumakkujen energiatiheys on korkea ja ne ovat nikkeliakkuja epävakaampia, turvallisuustekijät ovat jatkuvasti esillä niiden suunnittelusta sarjatuotantoon saakka.
Litiumioniakut vaativat vähän kunnossapitoa. Jännitteen romahdusta ei ilmene, eikä uudelleenkennotusta tarvita akkujen käyttöiän pidentämiseen. Lisäksi itsepurkautumista tapahtuu vähemmän kuin puolet siitä mitä nikkelikadmiumakuissa, minkä takia litiumioniakut sopivat hyvin käytettäväksi nykyaikaisissa polttoainemittareissa. Litiumionikennoista on vain vähän haittaa niiden hävittämisen yhteydessä.
Huolimatta litiumioniakkujen eduista niillä on myös huonot puolensa. Ne ovat hauraita ja vaativat suojapiirin turvallisen toiminnan takaamiseksi. Jokaiseen akkuyksikköön sisäänrakennettu suojapiiri rajoittaa kennojen huippujännitettä lataamisen aikana sekä jännitteen laskemista liian alas virran purkautumisen yhteydessä. Lisäksi kennon lämpötilaa tarkkaillaan äärilämpötilojen välttämiseksi. Useimmissa yksiköissä suurin mahdollinen lataus- ja purkuvirta on 1 – 2C:n välillä. Näiden varotoimenpiteiden myötä litiumin anodin pinnalle kertymisen mahdollisuus häviää käytännössä.
Litiumioniakkujen ikääntyminen on yksi huolenaihe. Kapasiteetin vähenemistä voidaan havaita yhden vuoden jälkeen, vaikka akkua ei olisi käytettykään. Akut menettävät toimintakykynsä usein 2 – 3 vuoden jälkeen. On kuitenkin mainittava, että muissakin kennotyypeissä esiintyy ikääntymisestä johtuvaa toimintakyvyn heikkenemistä. Tämä pitää paikkansa erityisesti nikkelimetallihydridiakkujen tapauksessa, jos ne altistuvat korkeille lämpötiloille. Toisaalta litiumioniyksikköjen tiedetään toimineen viisikin vuotta joissain sovelluksissa.
Valmistajat kehittävät litiumioniakkuja jatkuvasti. Uusia ja paranneltuja kemiallisia yhdistelmiä esitellään puolen vuoden välein. Nopeasta kehityksestä johtuen on vaikea arvioida, miten ikääntyminen vaikuttaa uusiin akkuihin.
Litiumioniakkujen varastoiminen viileässä hidastaa niiden (ja muidenkin akkutyyppien) ikääntymistä. Valmistajat suosittelevat akkujen säilyttämistä 15 celsiusasteen lämpötilassa. Lisäksi akut tulisi ladata osittain säilyttämisen aikana. Valmistajat suosittelevat 40 % latausta.
Kustannusten ja energian välisen suhteen perusteella taloudellisen litiumioniakku on sylinterimäinen 18650 (18 tarkoittaa halkaisijaa ja 650 pituutta millimetreissä). Tätä kennotyyppiä käytetään kannettavassa tietotekniikassa ja muissa sovelluksissa, joissa ei tarvita äärimmäisen ohutta rakennetta. Jos tarvitaan ohut akkuyksikkö, prismaattinen litiumionikenno on paras valinta. Näiden kennojen kustannukset ovat korkeampia verrattuna varastoitavan energian määrään.
Litiumioniakkujen edut
- Korkeampi energiatiheys – mahdollisuus vieläkin suurempiin kapasiteetteihin.
- Uusi akku ei vaadi pitkää ensilatausta, vain yhden tavallisen latauksen.
- Suhteellisen alhainen itsepurkautuminen – itsepurkautuminen on vähemmän kuin puolet nikkelipohjaisiin akkuihin verrattuna.
- Vähäinen kunnossapito – ajoittaista purkautumista ei tarvita, muisti-ilmiötä ei esiinny.
- Erikoiskennot mahdollistavat hyvin suuren virran esimerkiksi voimatyökaluja varten.
Litiumioniakkujen rajoitukset
- Vaativat suojapiirin jännitteen ja virran pitämiseksi turvallisella tasolla.
- Alttiita ikääntymiselle, vaikka eivät olisi käytössäkään – säilyttäminen viileässä 40 % latauksessa vähentää ikääntymisen vaikutusta.
- Kuljetukseen liittyy rajoituksia – suurten määrien toimitus voi olla säännösteltyä. Nämä rajoitukset eivät päde henkilökohtaisiin mukana kuljetettaviin akkuihin (katso viimeinen osio).
- Kalliita valmistaa.
- Teknologiaa kehitetään edelleen – käytettävät metallit ja kemikaalit muuttuvat jatkuvasti.
Litiumioniakkujen toimitukseen liittyvät rajoitukset
Kaikki litiumioniakkuja suurina määrinä toimittavat ovat vastuussa niiden kuljettamiseen liittyvien vaatimusten toteutumisesta. Tämä pätee maa-, meri- tai ilmateitse tapahtuviin kotimaisiin sekä kansainvälisiin kuljetuksiin.
Litiumionikennot joiden yhteenlaskettu litiumsisältö ylittää 1,5 tai 8 grammaa akkuyksikköä kohti on toimitettava "Luokka 9: muut haitalliset aineet" -merkinnällä varustettuna. Litiumin määrä riippuu kennojen kapasiteetistä ja lukumäärästä.
Tämä ei koske yksiköitä, jotka sisältävät alle 8 grammaa litiumia. Jos lähetys kuitenkin sisältää enemmän kuin 24 litiumkennoa tai 12 litiumakkuyksikköä, erityismerkinnät ja asianmukaiset asiakirjat on löydyttävä. Jokaiseen pakkaukseen on merkittävä, että se sisältää litiumakkuja.
Kaikki litiumioniakut on testattava UN 3090 (Kokeet ja kriteerit, Osa 3, alaluku 38.3) määritysten mukaisesti riippumatta litiumsisällöstä. Tämä varotoimenpide suojelee viallisten akkujen toimitukselta.
Kennot ja akut on eroteltava toisistaan oikosulkujen estämiseksi sekä pakattava kestäviin pakkauksiin.
Litiumpolymeeriakkujen tyypillisiä sovelluskohteita
'''Kannettavat lääketieteelliset tuotteet''' * Infuusiopumput * Kannettavat röntgenlaitteet * Hengityskoneet * Defibrillaattorit * Kirurgiset välineet * Potilaiden valvontalaitteet * Moottoroidut sängyt ja kärryt * Lihasstimulaattorit '''Kannettava elektroniikka''' * Kannettavat tulostimet * Mittauslaitteet * Tiedonkeruulaitteet * Kaasunilmaisimet * Kuvauslaitteet '''Turvallisuus''' * Pimeänäkökamerat * Valvontalaitteet * Lämpökuvauslaitteet * Päälle puettavat kaasunilmaisinsysteemit * Hengityssuojaimet * Henkilökohtaiset hälyttimet '''Asevoimat''' * Suojatut kannettavat viestintävälineet * Suojatut tietokoneet * Voimatyökalut ja kodinkoneet * Mittauslaitteet ja laserit * Rakennus- ja kokoonpanolaitteet '''Viestintä''' * Matkapuhelimet * Mobiililaitteet * Teollisuudessa käytettävät kannettavat tietokoneet