Litiumioniakut ja niiden soveltaminen kapasitanssimittarissa NCM-20

Abstract

Litiumioniakut ovat nyt jo perustavanlaatuinen osa ihmisten jokapäiväistä arkea ja niiden kysyntä kasvaa jatkuvasti sähköautojen ja energianvarastointiin käytettävien akkujen yleistyessä. Litiumioniakkuja valmistetaan monista eri materiaaleista, joilla kaikilla on erilaisia ominaisuuksia. Kaikkien litiumioniakkujen toimintaperiaate on kuitenkin sama: Akkua ladatessa litiumionit liikkuvat elektrolyytin läpi positiiviselta navalta negatiiviselle ja elektronit liikkuvat päinvastaiseen suuntaan. Akun purkautuessa liikesuunnat ovat päinvastaiset. Litiumioniakkujen ensimmäinen käyttökohde olivat matkapuhelimet, joista niiden käyttö levisi muihin kannettaviin laitteisiin, kuten kameroihin ja kannettaviin tietokoneisiin. Matkapuhelimia enemmän kapasiteettia ja tehoa tarvitsevien käyttökohteiden akut koostuvat yksittäisistä soluista kootuista moduuleista, joita voidaan yhdistää akkupaketeiksi. Suuria akkupaketeista koostuvia järjestelmiä, kuten energiavarastoja kutsutaan akustoiksi. Litiumioniakkujen valmistus aiheuttaa kasvihuonepäästöjä epäsuorasti ja suorasti. Eniten kasvihuonepäästöjä aiheutuu suorasti valmistuksen vaiheista, joissa litiumionisoluja lämmitetään. Litiumioniakkujen pitkän käyttöiän ansiosta valmistuksen aiheuttamat kasvihuonepäästöt ovat kuitenkin esimerkiksi autoteollisuudessa merkityksettömiä, kun niitä verrataan polttomoottorillisten autojen koko käyttöaikanaan aiheuttamiin kasvihuonekaasuihin. Työn kokeellisessa osassa selostetaan pienen litiumioniakkupaketin ja sen latauspiirin suunnittelu- ja rakentamisprosessia. Akkupaketit rakennettiin Samsung 18650 litiumionisoluista ja latauspiirissä käytettiin TexasInstruments:in valmistamaa BQ24133 latausyksikköä.