Baterije in akumulatorji NMC. Tehnologija nikelj-mangan-kobalt
Objavljeno: 10.10.2023 | Čas branja: 3 minute
Akumulatorji NMC ali baterije NMC, kot jih zdaj vse pogosteje imenujemo, spadajo v veliko družino litijevih akumulatorskih baterij. Kratica NMC pomeni nikelj, mangan in kobalt, zato strokovnjaki baterije imenujejo tudi litij-nikelj-mangan-kobaltne baterije. Ime baterije za ponovno polnjenje izhaja iz materiala pozitivnega pola, za katerega se uporabljajo litij-nikelj-mangan-kobaltni oksidi v različnih sestavah.
Glede na sestavo oksida se lahko zmogljivost in zmogljivost, pa tudi cena, zelo razlikujejo. To pomeni, da je mogoče akumulatorske baterije NMC med proizvodnjo optimalno konfigurirati za predvideno uporabo z izbiro pravega materiala za elektrode.
Struktura akumulatorske baterije NMC ustreza strukturi klasične litij-ionske celice z anodo, katodo, separatorjem in elektrolitom. Po potrebi si lahko natančno strukturo litij-ionske celice preberete v našem vodniku po litijskih akumulatorskih baterijah.
Edina razlika v primerjavi z litij kobalt oksidno baterijo, prikazano v vodniku, je struktura pozitivne elektrode. Za baterijo NMC se uporablja mešanica litij nikelj mangan kobalt oksid. Obstajajo različna razmerja mešanja in tehnologije za sestavo elektrodnega oksida:
NMC 333 litij-ionska baterija s 33,33 % niklja (Ni), 33,33 % mangana (Mn) in 33,33 % kobalta (Co).
NMC 622 litij-ionska baterija s 60 % niklja (Ni), 20 % mangana (Mn) in 20 % kobalta (Co).
NMC 811 Litij-ionska baterija z 80 % niklja (Ni), 10 % mangana (Mn) in 10 % kobalta (Co).
Kobalt in kobaltovi oksidi so razmeroma dragi. Poleg tega se rudarjenje, na primer v Demokratični republiki Kongo, včasih izvaja nezakonito in brez upoštevanja socialnih, zdravstvenih, delovnih ali okoljskih vidikov. Zato si proizvajalci nenehno prizadevajo zmanjšati delež kobalta v celicah NMC. Hkrati si prizadevajo povečati zmogljivost, energijo in zmogljivost ter konkurenčnost.
Tako kot zasnova je tudi način delovanja baterije NMC enak kot pri drugih litij-ionskih baterijah.
Postopek polnjenja
Med polnjenjem polnilna napetost črpa elektrone iz pozitivne elektrode baterije in jih daje na voljo negativni elektrodi. Posledično se iz pozitivne sponke sproščajo litijevi ioni, ki migrirajo skozi elektrolit in separator do negativne sponke. Tam prevzamejo po en elektron in se odložijo v grafitni plasti. Energija procesa polnjenja tako veže zelo veliko število elektronov na negativno elektrodo.
Postopek raztovarjanja
Za praznjenje baterije je dovolj, da vzpostavite zunanji tokokrog s porabnikom. Takoj ko se tokokrog zapre, litij sprosti predhodno absorbirane elektrone. Ta nato potuje skozi separator kot litijev ion nazaj do pozitivne elektrode. Elektroni, sproščeni na negativni elektrodi, prav tako tečejo prek zunanjega vezja do pozitivne sponke, kjer omogočijo absorpcijo litijevega iona v oksid.
Posamezne procese, ki potekajo med polnjenjem in praznjenjem, smo podrobno opisali v našem vodniku po litijevih baterijah.
Akumulatorji NMC imajo ob pravilni uporabi in vzdrževanju zelo visoko specifično energijo in dolgo življenjsko dobo. Zato se te celice pogosto uporabljajo za najrazličnejše aplikacije, pri katerih je najpomembnejša zmogljivost.
Verjetno najpomembnejše področje uporabe je elektromobilnost.
Baterije s tehnologijo NMC se v avtomobilski industriji po vsem svetu najpogosteje uporabljajo v električnih avtomobilih. Le ameriški proizvajalec Tesla v svojih električnih vozilih vse pogosteje uporablja baterije NCA ali LFP.
Tudi za preprosta električna vozila, kot so e-kolesa ali skuterji, so baterije NMC najprimernejša izbira.
Vendar se baterije NMC vse pogosteje uporabljajo tudi v majhnih elektronskih napravah, kot so pametni telefoni in prenosni računalniki, in so zaradi visoke energijske gostote že skoraj popolnoma nadomestile prej uporabljene baterije iz litij kobalt oksida.
Kako lahko prepoznate, da gre za baterijo NMC?
Proizvajalci na tipski ploščici litij-ionske baterije pogosto napišejo le Li-Ion, žal pa ne navedejo nobenih informacij o uporabljeni tehnologiji. Ker tudi podatki o napetosti celic v tem primeru niso v pomoč, je treba te informacije po potrebi poiskati v tehnični dokumentaciji za baterijo ali ustrezno napravo. Če ste v dvomih, se obrnite na proizvajalca.
Kaj je treba upoštevati pri ravnanju z baterijami za ponovno polnjenje NMC?
Pri ravnanju z akumulatorskimi baterijami je treba vedno upoštevati varnostna navodila proizvajalca. To vključuje tudi dejstvo, da je treba litijeve baterije vedno polniti s polnilnikom, ki je namenjen temu namenu. Postopek polnjenja mora vedno nadzorovati oseba, ki uporablja baterijo. Ob pravilnem ravnanju so litijeve baterije zelo varne naprave za shranjevanje energije z visoko gostoto energije in dolgo življenjsko dobo. Vendar pa v primeru prekomernega polnjenja ali mehanskih poškodb obstaja nevarnost, da se baterija vžge. Strokovnjaki ta učinek imenujejo eksotermna reakcija ali termični pobeg.
Kakšna je prihodnost baterij NMC?
Različna podjetja si močno prizadevajo povečati zmogljivost in življenjsko dobo. Zlasti na področju elektromobilnosti je življenjska doba baterij odločilno merilo za nakup električnih vozil.