kompo2010 - Litium paristo
Tämä artikkeli antaa yleiskatsauksen sekä kertakäyttöisestä että ladattavasta litium paristosta. Artikkelissa käsitellään litium pariston toimintaperiaatetta, kemiaa, käyttökohteita, kauppaa ja turvallisuutta.
Johdatus paristoihin
Paristo on kemiallinen jännitelähde, joka koostuu yhdestä tai useammasta sähköparista. Sähköparin keksi Alessandro Volta 1800-luvulla, ja sähköpari muodostuu kahdesta erilaisesta metallista (erilaisilla pelkistyspotentiaaleilla) sekä niitä yhdistävästä elektrolyytistä. Elektrolyytti voi olla joko johtava neste tai kuiva tahna. Paristoja on kahden tyyppisiä: kertakäyttöisiä ja ladattavia. Kertakäyttöinen paristo tuottaa sähköenergiaa purkautuessaan sisäisellä sähkökemiallisella reaktiolla. Näin tekee myös ladattava paristo, mutta energian purkautumisen jälkeen paristo on mahdollista ladata ulkoisen energialähteen avulla, jolloin virta pariston sisällä kulkee vastakkaiseen suuntaan kuin purkautuessa. [1]
Kertakäyttöinen litium paristo
Litium paristo on kertakäyttöinen teholähde, jonka anodi muodostuu litiumista tai litiumyhdisteistä. Litium paristot toimivat jännitealueella 1.5-3.7V, joka on kaksinkertainen verrattuna tavallisiin alkaaliparistoihin. [2] Energianvarastointikapasiteetissa on laaja kirjo välillä 48mAh-5Ah. [3] Esimerkkinä litium paristosta kuvassa 1 on esitetty Sonyn kolmen voltin CR2430 litium nappiparisto.
Kuva 1. Sony CR2430 litium nappiparisto 3V.
Yleinen toimintaperiaate on, että sähkövirran avulla saadaan aikaan hapetus-pelkistys-reaktio elektrolyyttiliuoksessa. Elektrolyytti hajoaa positiivisiksi ja negatiivisiksi ioneiksi, jolloin sähköinen vetovoima saa ionit liikkumaan varatuille sauvoille. Positiiviset ionit kulkeutuvat katodille ja negatiiviset ionit kulkeutuvat anodille. [4] Litium paristoja on olemassa lukuisilla eri kemioilla. Taulukkoon 1 on koottu yhteen muutama esimerkki litiumparistoista ja niiden kemioista.
Taulukko 1. Yhteenveto yleisimmistä litiumpariston kemioista. Muokattu [5]
Lämpökäsitelty magnaanipitoinen dioksidi
Litiumperkloriitti propyleenikarbonaatissa ja dimetoksietaanissa
Tionyylikloridi
Litium tetrakloorialuminaatti
Li-Ag2V4O11
Hopeaoksidi ja vanadiumpentoksidi
Litiumheksafluorofosfaatti
Li-CuO
Kupari(II)oksidi
Litium perkloraatti liuotettuna dioksolaaniin
LiMnO2 paristo on yleisin kulutus litium paristo ja sen markkinaosuus on noin 80% litium paristojen markkinoista. Se on valmistettu edullisista materiaaleista ja se soveltuu hyvin pitkäikäiseen käyttöön. Se pystyy toisaalta myös kuljettamaan korkeita virtapulsseja ja sillä on laaja lämpötila-alue. Li-SOCl2 paristo on tarkoitettu alhaisen lämpötilan sovelluksiin, joten se toimii myös hyvin alhaisissa lämpötiloissa aina -55 °C asti. Li-Ag2V4O11 paristoa käytetään lääketieteellisissä sovelluksissa, koska sillä on pitkä käyttöikä ja se pystyy toimimaan yhtäjaksoisesti ruumiin lämpötilassa. Li-CuO paristoa voidaan käyttää korkeissa lämpötiloissa jopa 150 °C saakka ja sen on kehitetty korvaamaan sinkkihiili ja alkaaliparistot. Tosin sillä on rajoitettu virran käyttö. [6]
Ladattava litiumioni paristo
Litiumioni paristo on ladattava teholähde, jossa katodi koostuu litiumista ja anodi yleensä hiilestä. Litiumioni paristoja on saatavilla erilaisilla ominaisuuksilla, suorityskyvyllä ja hinnalla. Purkautumisen aikana, kun paristo on kytketty piiriin, virta kulkee anodilta katodille eli sisäinen prosessi kuljettaa positiivisia litiumioneja anodilta katodille elektrolyytin kautta. Latautumisen aikana virta kulkee vastakkaiseen suuntaan ja litiumionit kulkevat katodilta anodille. Litiumioni paristot ovat yleisiä kulutuselektroniikassa niiden ominaisuuksien vuoksi. Ne purkautuvat itsestään hitaasti, niillä ei ole muistiominaisuutta ja niillä on korkea energia-paino-suhde. Litiumioni paristoja käytetään esimerkiksi avaruustekniikan ja autoalan sovelluksissa korkean energiatiheyden vuoksi. [7]
Litiumparistoja hyödynnetään monissa erilaisissa sovelluskohteissa. Niitä käytetään laajalti kulutuselektroniikassa, kuten kelloissa, kameroissa ja leluissa. [8] Litium nappiparistoja on sekä pysty- että vaakamalleja piirilevyasennukseen, litiumrautasulfidiparisto on tarkoitettu suureen virrankulutukseen esimerkiksi digikameroihin, ja korkea- ja suurikapasiteettisia paristoja käytetään vähän tai kohtuullisesti virtaa kuluttaviin soveluksiin, joiden käyttöikä on pitkä. Ladattava litiumparisto sopii muistin apuparistoksi erilaisissa elektronisissa laitteissa. Sen ominaisuuksia ovat alhainen purkautuvuus, laaja lämpötila-alue ja pitkä käyttöikä. [9] Lisäksi litium paristoja käytetään lääketieteellisissä sovelluksissa muun muassa tehonlähteenä sydämentahdistajissa. Sen etuna implantoitavissa sovelluksissa on pariston pitkä elinikä eli se kestää noin 10 vuotta vaihtamatta. Käyttö alkoi 1970-luvulla ja sitä käytetään yhä nykyäänkin. Tosin tulevaisuudessa vaihtoehtoiset sovellukset voivat korvata litium pariston. [10] Autoteollisuudessa taas litium paristoja voidaan käyttää hybridiautojen teholähteinä. [11]
Kertakäyttöisiä litium paristoja valmistavat muun muassa Energizer, Sanyo ja Saft. Ladattavia litium paristoja valmistaa esimerkiksi Varta. [12]
Kertakäyttöisten litium paristojen kappalehinta on keskimäärin muutaman euron, mutta kalleimmat litium paristot ovat muutaman kymmenen euron hintaluokkaa. [13] [14] Ladattavat litium paristot ovat kalliimpia kuin kertakäyttöiset. [15]
Litium paristoja on saatavilla monilta eri jälleenmyyjiltä, kuten tavarataloista, supermarketeista ja elektroniikkaliikkeistä. Kuvan 1 paristo on hankittu Verkkokaupasta. Internetissä on paljon eri jälleenmyyjiä, joilta tavaraa voi tilata verkon kautta. Esimerkkeinä mainittakoon Hansabattery Oy ja Akkunetti.
Litium paristot, erityisesti litium thionyylikloridi paristot, saattavat purkautua nopeasti aiheuttaen korkeita virtoja, mikä puolestaan voi johtaa pariston äkilliseen kuumenemiseen ja sitä seuraavaan hajoamiseen tai mahdolliseen räjähtämiseen. Kulutusparistot on yleensä suojattu tätä riskiä vastaan. [16]
^ (Compiled by) Tanskanen Jarmo. Basic Electronics III. Second edition. Pearson Custom Publishing. 2008. s.56-62.
^ Wikipedia: Lithium battery. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_battery.
^ Farnell-luettelo.Lithium battery. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://fi.farnell.com/
^ Wikipedia: Elektrolyysi. Luettu 19.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://fi.wikipedia.org/wiki/Elektrolyysi
^ Wikipedia: Lithium-ion battery. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery.
^ ELFA -luettelo.Litiumparistot. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: https://www1.elfa.se/elfa~fi_fi/b2b/catalogstart.do?tab=catalog.
^ Mallela V., Ilankumaran V. and Rao N. Trends in cardiac pacemaker batteries. Indian Pacing Electrophysiol J. 2004;4(4):201-12.
^ Scrosati B. Sources for portable electronics and hybrid cars: lithium batteries and fuel cells. Chem Rec. 2005;5(5):286-97.
^ Farnell-luettelo.Lithium battery. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://fi.farnell.com/.
^ Wikipedia: Lithium battery. Luettu 10.1.2010. Saatavilla Internetistä: http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_battery