Lítium-ion akkumulátorok vs. Ólom-sav

A legismertebb elemtípusok közül két, talán anélkül, hogy tudná, az ólom-sav akkumulátor és a lítium-ion akkumulátor. Amerikában a legtöbb autó fedélzetén ólom-sav akkumulátort hordoz, míg gyakorlatilag minden Blackberry és laptop számítógép lítium-ion akkumulátorral szerzi az erejét. Az egyik fajta akkumulátor jó az autójához, a másik pedig a mobiltelefonjához, az egyes akkumulátorok belsejében használt vegyi anyagokból származik.

Az akkumulátor egy elektrokémiai eszköz, vagyis a különböző anyagok közötti ellenőrzött kémiai reakciók révén villamos energiát hoz létre. A legtöbb elem, beleértve a lítiumion- és ólomsav-elemeket, tartalmaz egy anódot, egy katódot, és közöttük egy anyag elektrolitként szolgál. Az anód általában pozitív kapocs, és az akkumulátor használatakor elektromos áram folyik be benne. A katód általában negatív kapocs, és használat közben elektromos áram folyik ki belőle. A köztük lévő kémia biztosítja az elektromos áram töltését, de közegként egy harmadik anyagra van szükségük elektrolit formájában. Ha az anód és a katód érintkezésbe kerül, rövidzárlat keletkezik.

Az anód és a katód egy tipikus ólom-sav akkumulátorban ólomból és ólom-dioxidból készülnek, és ezeket egy oldat elektrolitja köti össze, amely nagyjából egyharmada kénsav. Amint az akkumulátor lemeríti az áramot, a kémiai reakció fokozatosan átalakítja a két elektródot ólom-szulfáttá. Az akkumulátor újratöltése részben megfordítja ezt az átalakulást.

A lítium-ion akkumulátorok különféle anyagokat használnak, amelyek közös eleme a lítium vándorlása az elektródák között az áramtermelő reakció során. Az anód előállításához tipikusan grafitot használnak, míg a katódokat lítium-kobalt-oxidból, lítium-vas-foszfátból vagy lítium-mangán-oxidból és egyéb lítium-alapú anyagokból készíthetik. Az elektrolit tipikusan lítiumsó oldata szerves oldószerben. A lítium-ion akkumulátor újratöltése megfordítja a lítium migrációját az akkumulátor kémiai anyagában.

Az ólom-sav akkumulátorok az egyik legrégebbi praktikus, újratölthető akkumulátor-kialakítás, amely a 19. század közepére nyúlik vissza. Az egyik legalacsonyabb energia-tömeg és energia-térfogat akkumulátor-kialakítással rendelkeznek, ami nagyon nagy és nehéz az általuk elengedett teljes energiamennyiséghez képest. Számukra az az, hogy nagyon magas a túlfeszültség-tömeg arány, vagyis egyszerre képes nagy áramütést leadni. Így tökéletesek olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy, hirtelen erőfeszítést igényelnek, mint például az autóindítók. Az ólom-savas akkumulátorok előállítása is olcsó. Ezek azonban nem túl jók olyan szerepekben, amelyek hosszú távon állandó, alacsony vagy közepes áramellátást igényelnek. Hosszú töltési idejük is van.

Különösen ólom-savas akkumulátorral összehasonlítva a lítium-ionos formatervezési minták nagy teljesítmény / tömeg és teljesítmény / térfogat arányúak. Nehéz lenne elképzelni a modern hordozható számítógépeket, mobiltelefonokat és egyéb erőre szomjazó elektronikus eszközöket ezek nélkül akkumulátorok, mert ezeknek az energiaigényeknek a kielégítése más elemtípusokkal rövidebb akkumulátorokat jelentene élethosszig. Vannak még olyan lítium-ion akkumulátorok is, amelyek nagy túlfeszültség-képességgel rendelkeznek, mint például az ólom-savas akkumulátorok. Van azonban két nagy hátrányuk. Először is, nagyon drágák elkészíteni. Másodszor, a töltöttségük képessége akkor is romlik, ha az akkumulátort nem használják. Az ólomakkumulátor jó kapacitással több évig működhet. Aki ugyanazt a mobiltelefon- vagy laptop-akkumulátort tartja egy vagy két évig, tudja, hogy ez nem mondható el a tipikus lítium-ion akkumulátorról.