Litiumioni vs. litiumpolymeeriakut - kumpi on parempi?

Johdanto

Litiumioni vs. litiumpolymeeriakut - kumpi on parempi? Teknologian ja kannettavien energiaratkaisujen nopeasti kehittyvässä maailmassa litiumioniakut (Li-ion) ja litiumpolymeeriakut (LiPo) ovat kaksi johtavaa kilpailijaa. Molemmat teknologiat tarjoavat selviä etuja ja niillä on omat ainutlaatuiset sovelluksensa, jotka erottavat ne toisistaan energiatiheyden, syklin keston, latausnopeuden ja turvallisuuden suhteen. Kun kuluttajat ja yritykset selvittävät energiantarpeensa, näiden akkutyyppien erojen ja etujen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää. Tässä artikkelissa syvennytään molempien akkuteknologioiden yksityiskohtiin ja tarjotaan tietoa, jonka avulla yksityishenkilöt ja yritykset voivat tehdä tietoon perustuvia päätöksiä, jotka on räätälöity heidän erityistarpeisiinsa.

Mitä eroja on litiumioniakkujen ja litiumpolymeeriakkujen välillä?

Litiumioni vs litiumpolymeeriakkujen edut ja haitat Vertailukuva Kuva

Litiumioniakut (Li-ion) ja litiumpolymeeriakut (LiPo) ovat kaksi valtavirtaista akkuteknologiaa, joilla kummallakin on omat erityispiirteensä, jotka vaikuttavat suoraan käyttökokemukseen ja arvoon käytännön sovelluksissa.

Ensinnäkin litiumpolymeeriakkujen energiatiheys on ylivoimainen niiden kiinteän elektrolyytin ansiosta, sillä se on tyypillisesti 300-400 Wh/kg, mikä on paljon enemmän kuin litiumioniakkujen 150-250 Wh/kg. Tämä tarkoittaa, että voit käyttää kevyempiä ja ohuempia laitteita tai varastoida enemmän energiaa samankokoisiin laitteisiin. Käyttäjille, jotka ovat usein liikkeellä tai tarvitsevat pitkää käyttöä, tämä tarkoittaa pidempää akun käyttöikää ja kannettavampia laitteita.

Toiseksi litiumpolymeeriakkujen käyttöikä on pidempi, yleensä 1500-2000 lataus- ja purkaussykliä, kun litiumioniakkujen käyttöikä on 500-1000 sykliä. Tämä pidentää laitteiden käyttöikää ja vähentää myös akkujen vaihtotiheyttä, mikä alentaa huolto- ja vaihtokustannuksia.

Toinen merkittävä etu ovat nopeat lataus- ja purkuominaisuudet. Litiumpolymeeriakut tukevat jopa 2-3 C:n latausnopeutta, jolloin saat riittävästi energiaa lyhyessä ajassa, mikä vähentää merkittävästi odotusaikaa ja parantaa laitteen käytettävyyttä ja käyttömukavuutta.

Lisäksi litiumpolymeeriakkujen itsepurkautumisnopeus on suhteellisen alhainen, tyypillisesti alle 1% kuukaudessa. Tämä tarkoittaa, että voit säilyttää vara-akkuja tai -laitteita pidempiä aikoja ilman usein toistuvaa latausta, mikä helpottaa hätä- tai varakäyttöä.

Turvallisuuden kannalta kiinteän olomuodon elektrolyyttien käyttö litiumpolymeeriakuissa lisää myös turvallisuutta ja pienentää riskejä.

Litiumpolymeeriakkujen hinta ja joustavuus voivat kuitenkin olla joillekin käyttäjille harkinnan arvoisia tekijöitä. Teknologisten etujensa vuoksi litiumpolymeeriakut ovat yleensä kalliimpia ja tarjoavat vähemmän suunnitteluvapautta kuin litiumioniakut.

Yhteenvetona voidaan todeta, että litiumpolymeeriakut tarjoavat käyttäjille entistä kannettavamman, vakaamman, tehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän energiaratkaisun, koska niiden energiatiheys on suuri, käyttöikä pitkä, lataus- ja purkautumisominaisuudet ovat nopeat ja itsepurkautumisnopeus alhainen. Ne soveltuvat erityisen hyvin sovelluksiin, joissa vaaditaan akun pitkää käyttöikää, suurta suorituskykyä ja turvallisuutta.

Litiumioniakkujen ja litiumpolymeeriakkujen nopea vertailutaulukko

Vertailu Parametri	Litium-ioniakut	Litium-polymeeriakut
Elektrolyyttityyppi	Neste	Solid
Energiatiheys (Wh/kg)	150-250	300-400
Syklin käyttöikä (lataus- ja purkaussyklit)	500-1000	1500-2000
Latausnopeus (C)	1-2C	2-3C
Itsepurkautumisnopeus (%)	2-3% kuukaudessa	Alle 1% kuukaudessa
Ympäristövaikutukset	Kohtalainen	Matala
Vakaus ja luotettavuus	Korkea	Erittäin korkea
Lataus-/purkaustehokkuus (%)	90-95%	Yli 95%
Paino (kg/kWh)	2-3	1-2
Markkinoiden hyväksyttävyys ja sopeutumiskyky	Korkea	Kasvava
Joustavuus ja suunnittelun vapaus	Kohtalainen	Korkea
Turvallisuus	Kohtalainen	Korkea
Kustannukset	Kohtalainen	Korkea
Lämpötila-alue	0-45°C	-20-60°C
Lataussyklit	500-1000 sykliä	500-1000 sykliä
Ekologinen kestävyys	Kohtalainen	Korkea

(Vinkkejä: Todelliset suorituskykyparametrit voivat vaihdella eri valmistajien, tuotteiden ja käyttöolosuhteiden vuoksi. Siksi päätöksiä tehtäessä on suositeltavaa tutustua valmistajien toimittamiin erityisiin teknisiin eritelmiin ja riippumattomiin testiraportteihin).

Kuinka arvioida nopeasti, mikä akku on oikea sinulle

Yksittäiset asiakkaat: Miten arvioida nopeasti, mikä akku kannattaa ostaa?

Case: Sähköpolkupyörän akun ostaminen
Kuvittele, että harkitset sähköpolkupyörän ostamista, ja sinulla on kaksi akkuvaihtoehtoa: Litiumioniakku ja litiumpolymeeriakku. Seuraavassa on muutamia näkökohtia:

1. Energiatiheys: Haluat, että sähköpolkupyörälläsi on pidempi kantama.
2. Syklin käyttöikä: Et halua vaihtaa akkua usein, vaan haluat pitkäikäisen akun.
3. Lataus- ja purkamisnopeus: Haluat akun latautuvan nopeasti, jolloin odotusaika lyhenee.
4. Itsepurkautumisnopeus: Suunnittelet käyttäväsi sähköpolkupyörää satunnaisesti ja haluat, että akku säilyy latautuneena ajan myötä.
5. Turvallisuus: Haluat, että akku ei ylikuumene tai räjähdä.
6. Kustannukset: Sinulla on budjetti ja haluat akun, joka tarjoaa hyvää vastinetta rahalle.
7. Suunnittelun joustavuus: Haluat, että akku on kompakti eikä vie liikaa tilaa.

Yhdistetään nyt nämä näkökohdat arviointitaulukon painotuksiin:

Tekijä	Litiumioniakku (0-10 pistettä)	Litiumpolymeeriakku (0-10 pistettä)	Paino Pisteet (0-10 pistettä)
Energiatiheys	7	10	9
Syklin käyttöikä	6	9	8
Lataus- ja purkamisnopeus	8	10	9
Itsepurkautumisnopeus	7	9	8
Turvallisuus	9	10	9
Kustannukset	8	6	7
Suunnittelun joustavuus	9	7	8
Kokonaispisteet	54	61

Yllä olevasta taulukosta nähdään, että litiumpolymeeriakun kokonaispistemäärä on 61 pistettä, kun taas litiumioniakun kokonaispistemäärä on 54 pistettä.

Tarpeidesi mukaan:

• Jos asetat etusijalle energiatiheyden, lataus- ja purkausnopeuden sekä turvallisuuden ja voit hyväksyä hieman korkeammat kustannukset, valitse Litium-polymeeriakku voi olla sinulle sopivampi.
• Jos olet enemmän huolissasi kustannuksista ja suunnittelun joustavuudesta ja voit hyväksyä alhaisemman käyttöiän ja hieman hitaamman lataus- ja purkautumisnopeuden, valitse seuraavat vaihtoehdot Litium-ioniakku voisi olla sopivampi.

Näin voit tehdä tietoon perustuvan valinnan tarpeidesi ja edellä esitetyn arvioinnin perusteella.

Yritysasiakkaat: Miten arvioida nopeasti, mikä akku kannattaa hankkia?

Kotien energiavarastojen akkusovellusten yhteydessä jakelijat kiinnittävät enemmän huomiota akkujen pitkäikäisyyteen, vakauteen, turvallisuuteen ja kustannustehokkuuteen. Tässä on arviointitaulukko, jossa otetaan huomioon nämä tekijät:

Tapaus: Akkutoimittajan valitseminen kotienergian varastointiakkujen myyntiä varten

Kun jakelijat asentavat kodin energiavarastointiakkuja suurelle määrälle käyttäjiä, heidän on otettava huomioon seuraavat avaintekijät:

1. Kustannustehokkuus: Jakelijoiden on tarjottava akkuratkaisu, joka on kustannustehokas.
2. Syklin käyttöikä: Käyttäjät haluavat akkuja, joiden käyttöikä on pitkä ja joiden lataus- ja purkaussyklit ovat korkeat.
3. Turvallisuus: Turvallisuus on erityisen tärkeää kotiympäristössä, ja akkujen ja paristojen turvallisuussuorituskyvyn on oltava erinomainen.
4. Toimitusvakaus: Toimittajien on pystyttävä tarjoamaan vakaa ja jatkuva akkujen syöttö.
5. Tekninen tuki ja palvelu: Tarjoamme ammattitaitoista teknistä tukea ja huoltopalvelua käyttäjien tarpeisiin.
6. Brändin maine: Toimittajan tuotemerkin maine ja markkinasuorituskyky.
7. Asennuksen mukavuus: Akun koko, paino ja asennustapa ovat tärkeitä sekä käyttäjille että jakelijoille.

Otetaan huomioon edellä mainitut tekijät ja määritetään painotukset:

Tekijä	Litiumioniakku (0-10 pistettä)	Litiumpolymeeriakku (0-10 pistettä)	Paino Pisteet (0-10 pistettä)
Kustannustehokkuus	7	6	9
Syklin käyttöikä	8	9	9
Turvallisuus	7	8	9
Toimitusvakaus	6	8	8
Tekninen tuki ja palvelu	7	8	8
Brändin maine	8	7	8
Asennuksen mukavuus	7	6	7
Kokonaispisteet	50	52

Yllä olevasta taulukosta nähdään, että litiumpolymeeriakun kokonaispistemäärä on 52 pistettä, kun taas litiumioniakun kokonaispistemäärä on 50 pistettä.

Näin ollen toimittajan valinnan kannalta, kun kyseessä on suuri määrä kotitalouksien energiavarastointiakkujen käyttäjiä, on tärkeää, että Litium-polymeeriakku voi olla parempi valinta. Hieman korkeammista kustannuksistaan huolimatta se saattaa tarjota käyttäjille luotettavamman ja tehokkaamman energiavarastointiratkaisun, kun otetaan huomioon sen elinkaari, turvallisuus, toimitusvakaus ja tekninen tuki.

Mikä on litiumioniakku?

Litium-ioniakku Yleiskatsaus

Litiumioniakku on ladattava akku, joka varastoi ja vapauttaa energiaa siirtämällä litiumioneja positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Siitä on tullut monien mobiililaitteiden (kuten älypuhelinten ja kannettavien tietokoneiden) ja sähköajoneuvojen (kuten sähköautojen ja sähköpolkupyörien) ensisijainen virtalähde.

Litiumioniakun rakenne

1. Positiivisen elektrodin materiaali:
   • Litiumioniakun positiivisessa elektrodissa käytetään tyypillisesti litiumsuoloja (kuten litiumkobolttioksidia, litiumnikkeli-mangaanikobolttioksidia jne.) ja hiilipohjaisia materiaaleja (kuten luonnollista tai synteettistä grafiittia, litiumtitanaattia jne.).
   • Positiivisen elektrodin materiaalin valinnalla on merkittävä vaikutus akun energiatiheyteen, syklin kestoon ja kustannuksiin.
2. Negatiivinen elektrodi (katodi):
   • Litiumioniakun negatiivisessa elektrodissa käytetään yleensä hiilipohjaisia materiaaleja, kuten luonnollista tai synteettistä grafiittia.
   • Joissakin tehokkaissa litiumioniakuissa käytetään myös materiaaleja, kuten piitä tai litiummetallia, negatiivisena elektrodina akun energiatiheyden lisäämiseksi.
3. Elektrolyytti:
   • Litiumioniakkuissa käytetään nestemäistä elektrolyyttiä, tyypillisesti orgaanisiin liuottimiin liuotettuja litiumsuoloja, kuten litiumheksafluorofosfaattia (LiPF6).
   • Elektrolyytti toimii johtimena ja helpottaa litiumionien liikkumista, mikä määrittää akun suorituskyvyn ja turvallisuuden.
4. Erotin:
   • Litiumioniakun erotin on pääasiassa valmistettu mikrohuokoisista polymeeri- tai keraamisista materiaaleista, jotka on suunniteltu estämään suora kosketus positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä ja sallimaan samalla litiumionien kulku.
   • Erottimen valinta vaikuttaa merkittävästi akun turvallisuuteen, käyttöikään ja suorituskykyyn.
5. Kotelo ja tiiviste:
   • Litiumioniakun kotelo on tyypillisesti valmistettu metallimateriaaleista (kuten alumiinista tai koboltista) tai erikoismuovista, jotta se antaa rakenteellista tukea ja suojaa sisäisiä komponentteja.
   • Akun tiivis rakenne varmistaa, että elektrolyytti ei vuoda ja estää ulkopuolisten aineiden pääsyn sisään, mikä ylläpitää akun suorituskykyä ja turvallisuutta.

Kaiken kaikkiaan litiumioniakut saavuttavat hyvän energiatiheyden, syklin keston ja suorituskyvyn monimutkaisen rakenteensa ja huolellisesti valittujen materiaaliyhdistelmien ansiosta. Näiden ominaisuuksien ansiosta litiumioniakut ovat nykyaikaisten kannettavien elektroniikkalaitteiden, sähköajoneuvojen ja energian varastointijärjestelmien yleisin valinta. Litiumioniakuilla on litiumpolymeeriakkuihin verrattuna tiettyjä etuja energiatiheyden ja kustannustehokkuuden suhteen, mutta niihin liittyy myös turvallisuuteen ja vakauteen liittyviä haasteita.

Litium-ioniakun periaate

• Latauksen aikana litiumionit vapautuvat positiivisesta elektrodista (anodista) ja siirtyvät elektrolyytin läpi negatiiviseen elektrodiin (katodiin), jolloin akun ulkopuolella syntyy sähkövirta, joka antaa laitteelle virtaa.
• Purkautumisen aikana tämä prosessi on päinvastainen, jolloin litiumionit siirtyvät negatiiviselta elektrodilta (katodilta) takaisin positiiviselle elektrodille (anodille), jolloin varastoitu energia vapautuu.

Litiumioniakun edut

1. Korkea energiatiheys

• Kannettavuus ja keveys: Litium-ioniakkujen energiatiheys on tyypillisesti välillä 150-250 Wh/kgNäin kannettavat laitteet, kuten älypuhelimet, tabletit ja kannettavat tietokoneet, voivat varastoida suuren määrän energiaa suhteellisen kevyeen tilavuuteen.
• Pitkäkestoinen käyttö: Suuren energiatiheyden ansiosta laitteet voivat toimia pidempiä aikoja rajoitetussa tilassa, mikä vastaa käyttäjien tarpeita, kun niitä käytetään pitkään ulkona tai pitkään, ja akun käyttöikä on pidempi.

2. Pitkä käyttöikä ja vakaus

• Taloudelliset hyödyt: Litiumioniakkujen tyypillinen käyttöikä vaihtelee välillä 500-1000 lataus- ja purkaussykliämikä tarkoittaa, että akkua vaihdetaan vähemmän, mikä alentaa kokonaiskustannuksia.
• Vakaa suorituskyky: Akun vakaus tarkoittaa tasaista suorituskykyä ja luotettavuutta koko käyttöiän ajan, mikä vähentää akun ikääntymisestä johtuvan suorituskyvyn heikkenemisen tai vikaantumisen riskiä.

3. Pikalataus- ja -purkamiskyky

• Mukavuus ja tehokkuus: Litiumioniakut tukevat nopeaa latausta ja purkautumista, ja tyypilliset latausnopeudet ovat jopa 1-2CSe vastaa nykyaikaisten käyttäjien vaatimuksiin nopeasta latauksesta, lyhentää odotusaikoja ja parantaa jokapäiväistä elämää ja työtehoa.
• Sopeutuva nykyaikaiseen elämään: Pikalatausominaisuus vastaa nykyaikaisen elämän nopeisiin ja käteviin lataustarpeisiin, erityisesti matkoilla, töissä tai muissa tilanteissa, joissa akun nopeaa täydennystä tarvitaan.

4. Ei muistivaikutusta

• Kätevät lataustavat: Ilman havaittavaa "muistiefektiä" käyttäjät voivat ladata milloin tahansa ilman, että akkua tarvitsee säännöllisesti tyhjentää kokonaan optimaalisen suorituskyvyn säilyttämiseksi, mikä vähentää akun hallinnan monimutkaisuutta.
• Korkean tehokkuuden ylläpitäminen: Muistivaikutuksen puuttuminen tarkoittaa, että litiumioniakut voivat jatkuvasti tarjota tehokasta ja tasaista suorituskykyä ilman monimutkaista latauksen ja purkauksen hallintaa, mikä vähentää käyttäjien huolto- ja hallintataakkaa.

5. Alhainen itsepurkautumisnopeus

• Pitkäaikainen varastointi: Litium-ioniakkujen itsepurkautumisnopeus on tyypillisesti 2-3% kuukaudessa, mikä tarkoittaa, että akun varauksen menetys on minimaalista pidempien käyttämättömyysaikojen aikana ja että akun varaustaso pysyy korkeana valmiustilassa tai hätätapauksissa.
• Energiansäästö: Alhainen itsepurkautumisaste vähentää käyttämättömien akkujen energiahäviötä, mikä säästää energiaa ja vähentää ympäristövaikutuksia.

Litiumioniakun haitat

1. Turvallisuuskysymykset

Litiumioniakkuihin liittyy turvallisuusriskejä, kuten ylikuumeneminen, palaminen tai räjähdys. Nämä turvallisuuskysymykset voivat lisätä käyttäjiin kohdistuvia riskejä akun käytön aikana ja aiheuttaa mahdollisesti terveys- ja omaisuusvahinkoja, minkä vuoksi tarvitaan tehostettua turvallisuusjohtamista ja -valvontaa.

2. Kustannukset

Litiumioniakkujen tuotantokustannukset vaihtelevat tyypillisesti välillä $100-200 kilowattituntia (kWh) kohti.. Muihin akkutyyppeihin verrattuna hinta on suhteellisen korkea, mikä johtuu pääasiassa erittäin puhtaista materiaaleista ja monimutkaisista valmistusprosesseista.

3. Rajoitettu käyttöikä

Litiumioniakkujen keskimääräinen käyttöikä on tyypillisesti välillä 300-500 lataus- ja purkaussykliä. Akun kapasiteetti ja suorituskyky voivat heikentyä nopeammin, jos akkua käytetään usein ja erittäin intensiivisesti.

4. Lämpötilaherkkyys

Litiumioniakkujen optimaalinen käyttölämpötila on yleensä seuraavien rajojen sisällä 0-45 celsiusastetta. Liian korkeissa tai matalissa lämpötiloissa akun suorituskyky ja turvallisuus voivat heikentyä.

5. Latausaika

Vaikka litiumioniakkujen pikalataus on mahdollista, joissakin sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, pikalataustekniikkaa on vielä kehitettävä. Tällä hetkellä joillakin pikalataustekniikoilla voidaan ladata akku seuraavasti 80% 30 minuutin kuluessa, mutta 100%:n varauksen saavuttaminen vaatii yleensä enemmän aikaa.

Litiumioniakulle soveltuvat toimialat ja skenaariot

Ylivoimaisten suorituskykyominaisuuksiensa, erityisesti suuren energiatiheyden, keveytensä ja "muistivaikutuksen" puuttumisen ansiosta litiumioniakut soveltuvat eri teollisuudenaloille ja sovelluskohteisiin. Seuraavassa on lueteltu toimialoja, skenaarioita ja tuotteita, joihin litiumioniakut soveltuvat paremmin:

Litium-ioniakkujen sovellusskenaariot

1. Kannettavat elektroniikkatuotteet, joissa on litiumioniakkuja:
   • Älypuhelimet ja tabletit: Litiumioniakut ovat suuren energiatiheytensä ja keveytensä ansiosta nykyaikaisten älypuhelinten ja tablettien tärkein virtalähde.
   • Kannettavat audio- ja videolaitteet: Kuten Bluetooth-kuulokkeet, kannettavat kaiuttimet ja kamerat.
2. Litiumioniakkujen avulla toimivat sähköajoneuvot:
   • Sähköautot (EV) ja hybridisähköautot (HEV): Suuren energiatiheytensä ja pitkän käyttöikänsä ansiosta litiumioniakuista on tullut sähkö- ja hybridiajoneuvojen ensisijainen akkuteknologia.
   • Sähköpolkupyörät ja sähköskootterit: Yhä suositumpi lyhyen matkan matkoilla ja kaupunkiliikenteessä.

3. Kannettavat virtalähteet ja energiavarastointijärjestelmät litiumioniakkujen kanssa:
   • Kannettavat laturit ja kannettavat virtalähteet: Älylaitteiden lisävirtalähteen tarjoaminen.
   • Asuin- ja kaupalliset energiavarastointijärjestelmät: Esimerkiksi kotien aurinkoenergian varastointijärjestelmät ja verkkovarastointihankkeet.
4. Lääkinnälliset laitteet, joissa on litiumioniakkuja:
   • Kannettavat lääkinnälliset laitteet: Kuten kannettavat hengityskoneet, verenpainemittarit ja kuumemittarit.
   • Lääketieteelliset mobiililaitteet ja seurantajärjestelmät: Kuten langattomat EKG-laitteet ja terveyden etäseurantajärjestelmät.
5. Ilmailu- ja avaruusalan litiumioniakut:
   • Miehittämättömät ilma-alukset (UAV) ja ilma-alukset: Litiumioniakkujen keveyden ja suuren energiatiheyden ansiosta ne ovat ihanteellisia virtalähteitä lennokkeihin ja muihin kevyisiin ilma-aluksiin.
   • Satelliitit ja avaruusluotaimet: Litiumioniakut otetaan vähitellen käyttöön ilmailu- ja avaruussovelluksissa.

Tunnetut litiumioniakkuja käyttävät tuotteet

• Teslan sähköautojen akut: Teslan litiumioniakut käyttävät korkean energiatiheyden litiumioniakkuteknologiaa, joka tarjoaa sähköautoille pitkän kantaman.
• Applen iPhone- ja iPad-akut: Apple käyttää iPhone- ja iPad-sarjojensa pääasiallisena virtalähteenä korkealaatuisia litiumioniakkuja.
• Dyson langattoman pölynimurin akut: Dysonin johdottomissa pölynimureissa käytetään tehokkaita litiumioniakkuja, jotka tarjoavat käyttäjille pidemmän käyttöajan ja nopeamman latausnopeuden.

Mikä on litiumpolymeeriakku?

Litiumpolymeeriakku Yleiskatsaus

Litiumpolymeeriakku (LiPo), joka tunnetaan myös nimellä kiinteän olomuodon litiumakku, on edistyksellinen litiumioniakkuteknologia, jossa käytetään perinteisen nestemäisen elektrolyytin sijasta kiinteän olomuodon polymeeriä elektrolyyttinä. Tämän akkuteknologian keskeiset edut ovat sen parantunut turvallisuus, energiatiheys ja vakaus.

Litiumpolymeeriakun periaate

• Latausprosessi: Kun lataus alkaa, akkuun kytketään ulkoinen virtalähde. Positiivinen elektrodi (anodi) ottaa vastaan elektroneja, ja samalla litiumionit irtoavat positiivisesta elektrodista, siirtyvät elektrolyytin läpi negatiiviseen elektrodiin (katodi) ja sulautuvat. Samalla myös negatiivinen elektrodi ottaa vastaan elektroneja, mikä lisää akun kokonaisvarausta ja varastoi enemmän sähköenergiaa.
• Purkamisprosessi: Akun käytön aikana elektronit virtaavat negatiiviselta elektrodilta (katodi) laitteen läpi ja palaavat positiiviselle elektrodille (anodi). Tällöin negatiiviseen elektrodiin sulautuneet litiumionit alkavat irrota ja palata positiiviseen elektrodiin. Kun litiumionit siirtyvät, akun varaus vähenee ja varastoitu sähköenergia vapautuu laitteen käyttöön.

Litiumpolymeeriakun rakenne

Litiumpolymeeriakku on perusrakenteeltaan samanlainen kuin litiumioniakku, mutta siinä käytetään erilaisia elektrolyyttejä ja joitakin materiaaleja. Tässä ovat litiumpolymeeriakun pääkomponentit:

1. Positiivinen elektrodi (anodi):
   • Aktiivinen materiaali: Positiivinen elektrodimateriaali on yleensä litium-ioniin upotettuja materiaaleja, kuten litiumkobolttioksidia, litiumrautafosfaattia jne.
   • Virran kerääjä: Anodi on yleensä päällystetty sähköä johtavalla virrankerääjällä, kuten kuparifoliolla, sähkön johtamiseksi.
2. Negatiivinen elektrodi (katodi):
   • Aktiivinen materiaali: Negatiivisen elektrodin aktiivinen materiaali on myös upotettu, yleensä grafiitti- tai piipohjaisia materiaaleja käyttäen.
   • Virran kerääjä: Samoin kuin anodi, myös katodi tarvitsee hyvän johtavan virran kerääjän, kuten kuparifolion tai alumiinifolion.
3. Elektrolyytti:
   • Litiumpolymeeriakkujen elektrolyytteinä käytetään kiinteitä tai geelimäisiä polymeerejä, mikä on yksi tärkeimmistä eroista perinteisiin litiumioniakkuihin verrattuna. Tämä elektrolyyttimuoto tarjoaa paremman turvallisuuden ja vakauden.
4. Erotin:
   • Erottimen tehtävänä on estää suora kosketus positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä ja päästää litiumionit läpi. Tämä auttaa estämään akun oikosulun ja ylläpitää akun vakautta.
5. Kotelo ja tiiviste:
   • Akun ulkokuori on tyypillisesti valmistettu metallista tai muovista, joka tarjoaa suojaa ja rakenteellista tukea.
   • Tiivistysmateriaali varmistaa, että elektrolyytti ei vuoda ja säilyttää akun sisäisen ympäristön vakauden.

Kiinteän tilan tai geelimäisten polymeerielektrolyyttien käytön ansiosta litiumpolymeeriakkujen ominaisuudet ovat seuraavat suuri energiatiheys, turvallisuus ja vakaus, mikä tekee niistä houkuttelevamman vaihtoehdon tiettyihin sovelluksiin verrattuna perinteisiin nestemäisellä elektrolyytillä toimiviin litiumioniakkuihin.

Litiumpolymeeriakun edut

Perinteisiin nestemäisellä elektrolyytillä toimiviin litiumioniakkuihin verrattuna litiumpolymeeriakuilla on seuraavat ainutlaatuiset edut:

1. Kiinteän tilan elektrolyytti

• Parannettu turvallisuus: Kiinteän elektrolyytin käytön ansiosta litiumpolymeeriakut vähentävät merkittävästi ylikuumenemisen, palamisen tai räjähdyksen riskiä. Tämä ei ainoastaan paranna akun turvallisuutta vaan vähentää myös mahdollisia vuotojen tai sisäisten oikosulkujen aiheuttamia vaaroja.

2. Korkea energiatiheys

• Optimoitu laitesuunnittelu: Litiumpolymeeriakkujen energiatiheys on tyypillisesti seuraava 300-400 Wh/kg, huomattavasti korkeampi kuin 150-250 Wh/kg perinteisten nestemäisellä elektrolyytillä toimivien litiumioniakkujen osalta. Tämä tarkoittaa, että litiumpolymeeriakkuihin voidaan samalla tilavuudella tai painolla varastoida enemmän sähköenergiaa, minkä ansiosta laitteet voidaan suunnitella ohuemmiksi ja kevyemmiksi.

3. Vakaus ja kestävyys

• Pitkä käyttöikä ja vähäinen ylläpito: Koska litiumpolymeeriakut käyttävät kiinteitä elektrolyyttejä, niiden käyttöikä on tyypillisesti seuraavat vuodet 1500-2000 lataus- ja purkaussykliä, mikä ylittää huomattavasti 500-1000 lataus- ja purkaussykliä perinteisten nestemäisellä elektrolyytillä toimivien litiumioniakkujen osalta. Tämä tarkoittaa, että käyttäjät voivat käyttää laitteita pidempään, mikä vähentää akun vaihtotiheyttä ja siihen liittyviä ylläpitokustannuksia.

4. Pikalataus- ja -purkamiskyky

• Parempi käyttömukavuus: Litiumpolymeeriakut tukevat nopeaa latausta, ja latausnopeus on jopa 2-3 C. Näin käyttäjät saavat nopeasti virtaa, lyhentävät odotusaikoja ja tehostavat laitteen käyttöä.

5. Korkean lämpötilan suorituskyky

• Laajemmat sovellusskenaariot: Kiinteän olomuodon elektrolyyttien korkean lämpötilavakauden ansiosta litiumpolymeeriakut toimivat hyvin laajemmalla käyttölämpötila-alueella. Tämä lisää joustavuutta ja luotettavuutta sovelluksissa, jotka edellyttävät toimintaa korkeissa lämpötiloissa, kuten sähköajoneuvoissa tai ulkokäyttöön tarkoitetuissa laitteissa.

Kaiken kaikkiaan litiumpolymeeriakut tarjoavat käyttäjille paremman turvallisuuden, suuremman energiatiheyden, pidemmän käyttöiän ja laajemman sovellusvalikoiman, mikä vastaa nykyaikaisten elektroniikkalaitteiden ja energian varastointijärjestelmien tarpeita.

Litiumpolymeeriakun haitat

1. Korkeat tuotantokustannukset:
   • Litiumpolymeeriakkujen tuotantokustannukset ovat tyypillisesti noin euroa. $200-300 kilowattituntia (kWh) kohti., mikä on suhteellisen korkea hinta verrattuna muuntyyppisiin litiumioniakkuihin.
2. Lämmönhallinnan haasteet:
   • Ylikuumenemisolosuhteissa litiumpolymeeriakkujen lämmönluovutusnopeus voi nousta jopa seuraaviin arvoihin 10°C/min, mikä edellyttää tehokasta lämmönhallintaa akun lämpötilan hallitsemiseksi.
3. Turvallisuuskysymykset:
   • Tilastojen mukaan litiumpolymeeriakkujen turvallisuusonnettomuuksien määrä on noin 0,5 prosenttia. 0.001%, joka on alhaisempi kuin joidenkin muiden akkutyyppien, mutta vaatii silti tiukkoja turvatoimenpiteitä ja hallintaa.
4. Syklin käyttöiän rajoitukset:
   • Litiumpolymeeriakkujen keskimääräinen käyttöikä on yleensä välillä 800-1200 lataus- ja purkaussykliä, johon vaikuttavat käyttöolosuhteet, latausmenetelmät ja lämpötila.
5. Mekaaninen vakaus:
   • Elektrolyyttikerroksen paksuus on tyypillisesti välillä 20-50 mikronia, jolloin akku on herkempi mekaanisille vaurioille ja iskuille.
6. Latausnopeuden rajoitukset:
   • Litiumpolymeeriakkujen tyypillinen latausnopeus on yleensä välillä 0.5-1Cmikä tarkoittaa, että latausaika voi olla rajallinen, erityisesti suurilla virroilla tai pikalatausolosuhteissa.

Litiumpolymeeriakulle soveltuvat toimialat ja skenaariot

Litiumpolymeeriakkujen sovellusskenaariot

• Kannettavat lääkinnälliset laitteet: Litiumpolymeeriakkuja käytetään litiumioniakkuja laajemmin kannettavissa lääkinnällisissä laitteissa, kuten kannettavissa hengityskoneissa, verenpainemittareissa ja kuumemittareissa, koska niiden energiatiheys, vakaus ja pitkä käyttöikä ovat suuria. Nämä laitteet vaativat tyypillisesti vakaata virransyöttöä pitkiä aikoja, ja litiumpolymeeriakut voivat täyttää nämä erityistarpeet.
• Suorituskykyiset kannettavat virtalähteet ja energiavarastointijärjestelmät: Litiumpolymeeriakut ovat suuren energiatiheytensä, nopean lataus- ja purkautumiskykynsä ja vakautensa ansiosta merkittävämpiä etuja tehokkaissa kannettavissa virtalähteissä ja laajamittaisissa energiavarastointijärjestelmissä, kuten kotitalouksien ja kaupallisten aurinkoenergian varastointijärjestelmissä.
• Ilmailu- ja avaruusalan sovellukset: Litiumpolymeeriakut ovat keveytensä, suuren energiatiheytensä ja korkean lämpötilavakauden ansiosta litiumioniakkuja laajempia sovelluskohteita kuin litiumioniakut ilmailu- ja avaruusalalla, kuten miehittämättömissä ilma-aluksissa (UAV), kevyissä lentokoneissa, satelliiteissa ja avaruusluotaimissa.
• Sovellukset erityisympäristöissä ja -olosuhteissa: Koska litiumpolymeeriakkujen kiinteän polymeerielektrolyytti tarjoaa paremman turvallisuuden ja vakauden kuin nestemäisellä elektrolyytillä toimivat litiumioniakut, ne soveltuvat paremmin sovelluksiin erityisissä ympäristöissä ja olosuhteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa, korkeissa paineissa tai korkeissa turvallisuusvaatimuksissa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että litiumpolymeeriakuilla on ainutlaatuisia etuja ja sovellusarvoa tietyillä erityisaloilla, erityisesti sovelluksissa, jotka edellyttävät suurta energiatiheyttä, pitkää käyttöikää, nopeaa latausta ja purkautumista sekä korkeaa turvallisuustasoa.

Tunnetut litiumpolymeeriakkuja käyttävät tuotteet

1. OnePlus Nord -sarjan älypuhelimet
   • OnePlus Nord -sarjan älypuhelimissa käytetään litiumpolymeeriakkuja, joiden ansiosta ne tarjoavat pidemmän akunkeston säilyttäen samalla ohuen muotoilun.
2. Skydio 2 Drones
   • Skydio 2 -lennokki käyttää suuren energiatiheyden omaavia litiumpolymeeriakkuja, joiden ansiosta se kestää yli 20 minuuttia lentoaikaa ja on samalla kevytrakenteinen.
3. Oura Ring Health Tracker
   • Oura Ring -terveysseuranta on älykäs rengas, joka käyttää litiumpolymeeriakkuja, jotka takaavat useiden päivien akunkeston ja samalla laitteen ohuen ja mukavan muotoilun.
4. PowerVision PowerEgg X
   • PowerVisionin PowerEgg X on litiumpolymeeriakkuja käyttävä monikäyttöinen lennokki, joka kykenee jopa 30 minuutin lentoaikaan ja jolla on sekä maa- että vesiominaisuudet.

Nämä tunnetut tuotteet ovat osoitus litiumpolymeeriakkujen laajasta levinneisyydestä ja ainutlaatuisista eduista kannettavissa elektroniikkatuotteissa, lennokeissa ja terveysseurantalaitteissa.

Päätelmä

Litiumioniakkujen ja litiumpolymeeriakkujen vertailussa litiumpolymeeriakut tarjoavat paremman energiatiheyden, pidemmän käyttöiän ja paremman turvallisuuden, joten ne soveltuvat erinomaisesti sovelluksiin, joissa vaaditaan suurta suorituskykyä ja pitkäikäisyyttä. Yksittäisille kuluttajille, joille nopea lataus ja turvallisuus ovat ensisijaisia ja jotka ovat valmiita maksamaan hieman korkeampia kustannuksia, litiumpolymeeriakut ovat parempi valinta. Kun yritykset hankkivat energiaa kotien energiavarastoihin, litiumpolymeeriakut ovat lupaava vaihtoehto niiden paremman käyttöiän, turvallisuuden ja teknisen tuen ansiosta. Viime kädessä valinta näiden akkutyyppien välillä riippuu erityistarpeista, prioriteeteista ja suunnitelluista sovelluksista.