Baterii litiu vs gel – Evolutia tehnologiei in stocarea de energie

Stocarea energiei este foarte importanta in prezent, fiind solicitata in diverse domenii. In acest sens se remarca doua tehnologii, si anume bateriile cu litiu si cele cu gel, ambele dintre ele venind cu avantaje si dezavantaje. Cresterea cererii pentru cautarea de solutii eficiente de stocare a energiei determina oamenii de stiinta sa faca tot mai multe demersuri catre evolutia tehnologiei, asa ca pe viitor, cu siguranta, oamenii vor avea parte de inovatii senzationale. 

Primele incercari de a dezvolta baterii cu gel s-au efectuat in 1930, dar progrese semnificative s-au inregistrat mai tarziu, prin 1950-1960. O popularitate mare au cunoscut-o prin anii ‘90, fiind aplicate in domenii in care se cerea o solutie sigura si usor de gestionat, care sa depaseasca bateriile cu plumb acid traditionale. Dupa anii 2000, aceste baterii au inceput sa fie utilizate la sistemele de energie regenerabila si dispozitivele medicale.

Bateriile cu litiu au aparut pentru prima data in anii ‘70, insa erau instabile si nu foarte sigure. tehnologia s-a imbunatatit in deceniul urmator, ceea ce a dus la cresterea densitatii energetice si a duratei de viata. Cu trecerea anilor, bateriile cu litiu au devenit tot mai performante si au devenit omniprezente in dispozitivele pe care oamenii le folosesc zilnic. 

In articolul de mai jos veti descoperi informatii utile despre cum functioneaza bateriile litiu si cele cu gel, despre diferentele dintre acestea, dar si despre avantajele si dezavantajele lor. De asemenea, veti afla cum sa faceti alegerea corecta intre cele doua tehnologii, in functie de aplicatia in care doriti sa le utilizati.

Cuprins:

1. Baterii litiu vs gel – Informatii generale

1.1. Cum functioneaza bateria cu litiu vs cu gel

1.2. Diferente intre bateriile litiu vs gel

2. Avantaje si dezavantaje ale bateriilor cu gel vs baterii litiu

2.1. Avantaje ale bateriilor gel vs cu litiu

2.2. Dezavantaje ale bateriilor gel vs litiu

3. Baterii cu gel sau litiu – Alegerea corecta in functie de aplicatii

1. Baterii litiu vs gel – Informatii generale

In ultimii ani s-au inregistrat progrese semnificative in domeniul stocarii de energie. Bateriile au inceput sa fie tot mai utilizate in diferite domenii de activitate, dar si in viata de zi cu zi a tuturor. Doua tipuri de baterii au atras atentia prin avantajele lor si anume bateriile cu litiu si cele cu gel. 

Bateriile litiu sunt surse de energie formate din celule electrochimice cu conexiuni externe. Ele folosesc litiul ca material activ pentru generarea de curent electric. Structura unei baterii litiu este formata din anod, catod, electrolit, separator, colector de curent. Pe masura ce dispozitivele electronice portabile au devenit tot mai populare a crescut si cererea de astfel de baterii. 

Exista mai multe tipuri de baterii cu litiu: 

• litiu-ion (cele mai populare) – se utileaza la o diversitate larga de dispozitive (telefoane, laptopuri, camere foto etc.);
• litiu-polimer – se intrebuinteaza pentru dispozitive cu profil subtire;
• litiu-fier-fosfat – sunt cunoscute pentru stabilitate termica si siguranta, fiind des utilizate la biciclete, vehicule electrice etc.;
• litiu-nichel-cobalt-aluminiu-oxid- au stabilitate foarte buna si capacitate ridicata;
• litiu-nichel-mangan-cobalt-oxid;

Bateriile cu gel sunt numite si baterii cu electrolit gelificat si sunt de tip plumb-acid. Sunt intalnite in diverse aplicatii, precum sisteme solare si energie regenerabila, telecomunicatii, vehicule electrice, biciclete electrice, echipamente medicale, sisteme de alimentare de urgenta, sisteme UPS, echipamente solare portabile, nave, barci. 

O clasificare a bateriilor cu gel se prezinta in felul urmator:

• Baterii cu plumb-acid;
• Baterii cu gel plumb calcium;
• Baterii AGM;
• Baterii cu gel pentru vehicule;
• In unele cazuri se poate utiliza tehnologia aceasta cu cea cu litiu-fier-fosfat.

1.1. Cum functioneaza bateria cu litiu vs cu gel

Bateriile cu litiu sunt unele dintre cele mai performante tipuri de acumulatoare disponibile, fiind utilizate in numeroase aplicatii, precum alimentarea laptopurilor, a becurilor neconectate la retea si chiar pentru inmagazinarea electricitatii produse de panourile fotovoltaice. Pentru a indeplini aceasta sarcina, bateriile se bazeaza pe principiul miscarii ionilor de litiu intre cei doi electrozi, respectiv anodul si catodul. In acest sens pot fi identificate trei etape:

• Incarcarea se produce atunci cand la aplicarea curentului electric, ionii de litiu extrasi din catodul din oxid de cobalt migreaza catre anodul din grafit unde sunt stocati;
• Descarcarea se produce prin inversarea miscarii ionilor de litiu de la anod catre catod;
• Repetarea ciclului are loc de cateva mii de ori pana la scaderea capacitatii de stocare a energiei.

Bateriile cu gel utilizeaza ca electrolit un gel spre diferenta de cele clasice, in care rolul este indeplinit de un lichid. In acest mod se evita posibilitatea scurgerii electrolitului si se asigura o stabilitate mai mare a dispozitivului. Acumularea si generarea de curent electric se produc prin miscarea ionilor intre anod si catod, putandu-se trece prin mii de cicluri succesive de incarcare si descarcare.

1.2. Diferente intre bateriile litiu vs gel

Bateriile cu litiu si cele cu gel indeplinesc acelasi rol de acumulare a curentului electric, in vederea utilizarii ulterioare a acestuia. Totusi, tehnologiile sunt diferite, ceea ce duce la unele caracteristici particulare, in ceea ce priveste chimia utilizata, natura electrolitului si performanta. 

Cele doua variante de baterii se diferentiaza in urmatoarele moduri:

• Compozitia si chimia implicata (bateriile cu litiu se bazeaza pe miscarea ionilor de litiu, pe cand cele cu gel pe folosirea unui electrolit gelificat, format din acid sulfuric, apa si un element ce ofera vascozitate);
• Greutatea si densitatea energetica (bateriile cu litiu sunt usoare, au o mare densitate de energie, fiind astfel potrivite pentru dispozitivele portabile, pe cand bateriile cu gel sunt mai grele, acumuleaza mai putina energie, dar sunt mai sigure si mai usor de manipulat);
• Ciclurile de viata si durabilitatea (bateriile cu litiu au durata de viata mai lunga datorita ciclurilor de incarcare-descarcare superioare, pe cand bateriile cu gel rezista mai bine la vibratii si la temperaturi inalte);
• Costuri (bateriile cu litiu sunt mai scumpe, pe cand cele cu gel sunt mai accesibile).

2. Avantaje si dezavantaje ale bateriilor cu gel vs baterii litiu

Bateriile cu litiu si cele cu gel sunt echipamente esentiale in numeroase aplicatii, acolo unde este necesara acumularea de energie electrica pentru a fi utilizata in vederea alimentarii diverselor scule si aparate electrice. Cel mai adesea, bateriile sunt intalnite la unelte portabile sau la acumularea curentului electric din cadrul sistemelor fotovoltaice off-grid. Ambele tipuri prezinta unele avantaje si dezavantaje ce trebuie sa fie luate in calcul in vederea unei alegeri informate, care sa permita folosirea la maximum a capabilitatilor fiecarui model in parte.

2.1.Avantaje ale bateriilor gel vs cu litiu

Tehnologia acumularii de energie este cunoscuta de mai bine de o suta de ani, insa in ultima vreme a avut loc o adevarata explozie prin folosirea unor inovatii ce au permis cresterea capacitatii de inmagazinare, scaderea preturilor de achizitie si multiplicarea ciclurilor de incarcare. 

In acest sens, bateriile cu litiu sunt considerate varful de gama datorita numeroaselor avantaje oferite: 

• Densitatea energetica ridicata. Datorita utilizarii tehnologiei cu litiu, bateriile de acest tip reusesc sa acumuleze o cantitate insemnata de energie, fara a avea, insa, o masa apreciabila. In acest mod sunt utile in aplicatii precum alimentarea telefoanelor mobile, a laptopurilor sau chiar a vehiculelor electrice;
• Durata de viata prelungita. Datorita tehnologiei implicate aceste tipuri de acumulatoare pot fi incarcate si descarcate de cateva mii de ori, fara a pierde din calitati. Fiabilitatea in timp permite folosirea lor in aplicatii variate, acolo unde este necesara existenta unor cicluri de incarcare – descarcare frecvente;
• Timpul de incarcare rapid. Ultimele variante de acumulatori cu litiu permit incarcarea ultrarapida, ceea ce ofera posibilitatea incarcarii in cateva zeci de minute;
• Usoare si compacte. Litiul este un metal cu greutate redusa. Bateriile cu litiu au greutate mai mica decat echivalentele de alt tip, element esential in realizarea unor dispozitive portabile, usor de folosit si in construirea unor masini electrice eficiente;
• Eficienta ridicata. Tehnologia ofera pierderi de energie reduse, conversia fiind facuta in proportii ridicate.

Bateriile cu gel reprezinta o evolutie relativ recenta a bateriilor clasice cu electrolit. Prin noile tehnologii incorporate, aceste dispozitive pot fi o solutie optima datorita avantajelor oferite:

• Sunt foarte sigure. Electrolitul gelificat nu permite aparitia unor scurgeri si nici eliminarea de gaze periculoase in timpul folosirii;
• Pozitionare diversa. Acumulatorii cu gel pot fi montati in diferite pozitii, fara a li se afecta performantele. Acest lucru ofera flexibilitate;
• Rezistenta la vibratii si socuri. Elementul este important, deoarece exista diverse dispozitive care genereaza astfel de elemente si unde alte variante de baterii nu ar fi potrivite;
• Costurile de achizitie. Investitia este mai mica decat in cazul altor variante, bateriile fiind utile in acele aplicatii in care este necesara instalarea unui numar mare de dispozitive.

2.2. Dezavantaje ale bateriilor gel vs litiu

Dezavantajele ambelor variante sunt semnificative. Acest lucru este cauzat de faptul ca in anumite conditii raspunsul nu este cel asteptat. Luarea in calcul a elementelor de acest fel poate duce la alegerea variantei potrivite dintre bateriile cu litiu si cele cu gel. 

Principalele dezavantaje ale bateriilor cu litiu sunt legate de costurile ridicate ale dispozitivului din cauza substantelor chimice folosite si ale dificultatii industrializarii acestora. Nu trebuie uitat nici vulnerabilitatea acumulatorilor cu litiu la temperaturi extreme (temperaturile prea mari sau prea mici afecteaza mult eficienta dispozitivului) si nici limitarea ciclurilor de viata in aceste cazuri. In plus, in anumite situatii bateriile cu litiu se pot aprinde la contact cu aerul, fiind foarte greu de stins prin mijloace clasice. 

Bateriile cu gel prezinta si ele unele elemente nedorite, cum ar fi densitatea energetica scazuta, greutatea mai mare a dispozitivelor in comparatie cu cele echivalente care incorporeaza alte tehnologii, performanta slabita la descarcari inalte si pericolul de a se infierbanta in cazul aplicatiilor solicitante.

3. Baterii cu gel sau litiu – Alegerea corecta in functie de aplicatii

Acumulatorii sunt componente esentiale, utilizarea lor fiind in prezent la cote foarte inalte, in special datorita extinderii instalatiilor fotovoltaice de tip off grid, care necesita prezenta echipamentelor de acest fel pentru acumularea de energie ce poate fi folosita cand nu este generata (de exemplu in timpul noptii pentru sistemele fotovoltaice sau atunci cand nu bate vantul pentru cele eoliene). De asemenea, multitudinea de echipamente electrice portabile si extinderea tehnologiei automobilelor electrice fac ca cererea de acumulatori sa fie in crestere. 

Pentru a face o alegere corecta, utilizatorii trebuie sa tina cont de mai multe elemente care sa le aduca informatiile utile:

• Aplicatia specifica. Bateriile cu gel, fiind mai rezistente la vibratii si putand fi montate in diverse pozitii, sunt ideale in acele aplicatii in care este nevoie de o flexibilitate de instalare si de o siguranta sporita. Bateriile cu litiu, in schimb, sunt mai utile atunci cand este obligatorie sa se tina greutatea sub control si sa se ofere o densitate energetica ridicata;
• Durata de viata si cicluri. Bateriile cu gel rezista la numeroase cicluri, fara sa piarda din performante, pe cand cele cu litiu au o eficienta din ce in ce mai scazuta odata cu utilizarea mai indelungata;
• Densitatea energetica. In acest caz bateriile cu litiu reprezinta alegerea ideala, pentru ca reusesc sa acumuleze mai multa energie pe aceeasi masa fata de varianta cu gel;
• Costuri. Bateriile cu gel sunt considerate a fi o varianta mai putin costisitoare, pe cand acumulatorii cu litiu necesita o investitie mai mare;
• Sensibilitatea la temperaturi extreme. Bateriile cu gel nu sunt influentate major de temperatura din mediul ambiant, pe cand cele cu litiu pierd din performante la temperaturi prea scazute sau prea ridicate;
• Greutatea si dimensiunile. Bateriile cu litiu sunt usoare si compacte, pe cand cele cu gel sunt grele si voluminoase;
• Siguranta. Bateriile cu gel sunt extrem de sigure, pe cand cele cu litiu pot avea probleme din cauza ridicarii temperaturii si a aparitiei unor accidente care, insa, sunt foarte rare.

In concluzie, alegerea dintre bateriile cu gel si cele cu litiu trebuie sa fie facuta in cunostinta de cauza, tinandu-se cont de nevoile specifice ale fiecarui proiect. In acest sens, de o utilitate maxima sunt specificatiile tehnice ale fiecarei variante, ce vor indica motivele fiecarei alegeri. 

Surse foto: unsplash.com