Lukuaika: 9 minuuttia
1. Mikä on litiumioniakku?
Litiumioniakku tai -paristo tarkoittaa litiumyhdisteisiin perustuvaa energianvarastointivälinettä. Se toimii yleisterminä lukuisille erilaisille akuille – tässä mielessä ei siis ole olemassa ”yhtä ainoaa” litiumakkua. Sen sijaan on olemassa lukuisia erilaisia energianvarastointijärjestelmiä, joissa litiumia käytetään puhtaassa tai sitoutuneessa muodossa. Periaatteessa erotetaan toisistaan primaariset (ei-ladattavat) ja sekundaariset (ladattavat) litiumioniakut. Yleisessä kielenkäytössä tarkoitetaan yleensä jälkimmäisiä, kun puhutaan litiumioniakuista tai tarkemmin sanottuna litiumioniparistoista.
Miten litiumioniakku toimii?
Litiumioniakku koostuu tehoonsa riippuen useista kennoista. Jokainen litiumionikenno koostuu positiivisesta ja negatiivisesta elektrodista, eli anodista ja katodista. Niiden välissä on ioneja johtava elektrolyytti. Se varmistaa litiumionien kulun elektrodien välillä lataus- tai purkausprosessin aikana. Tunnetuin litiumenergian varastointimuoto ovat litiumioniakut, joissa käytetään nestemäistä elektrolyyttiä. Toinen tärkeä komponentti on erotin. Se estää anodin ja katodin suoran kosketuksen ja ehkäisee siten oikosulun syntymistä. Purkautumisen aikana anodipuolelta vapautuu litiumioneja ja elektroneja. Elektronit virtaavat ulkoisen virtapiirin läpi ja suorittavat sähkötyön. Samalla litiumionit kulkevat elektrolyyttinesteen läpi ja erottimen läpi katodiin. Lataamisen aikana tämä prosessi kääntyy päinvastaiseksi.
Litiumioniakun rakenne ja materiaalit voivat vaihdella järjestelmästä riippuen. Litiumpolymeeriakussa elektrolyytti on sidottu polymeerikalvon molekyylirakenteeseen. Tämän ansiosta erillistä erottelijaa ei tarvita. Litiumpolymeeriakut voivat tuottaa vain pieniä purkausvirtoja. Polymeerikalvo mahdollistaa kuitenkin litteän rakenteen, minkä vuoksi tällaisia akkuja käytetään erityisesti matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa. Ohutkalvolitiumkenno on energianvarasto, jossa elektrolyytti on korvattu ioneja johtavalla lasilla. Tämä mahdollistaa litiummetallin käytön ja siten erittäin korkean energiatiheyden. Tämä tekniikka on tällä hetkellä tärkeä osa litiumenergianvarastojen tutkimusta.
Litiumioniakkujen ja -paristojen kemialliset ominaisuudet
Periaatteessa litiumakku voidaan jakaa anodiin, elektrolyyttinesteeseen ja katodiin. Anodimateriaalina käytetään yleensä grafiittia (C), jota ei CLP-asetuksen mukaan tarvitse merkitä. Katodissa käytetään monia erilaisia aineita. Katodimateriaalin tarkka koostumus määrää ratkaisevasti ominaisuudet, kuten käyttöiän, latausajat ja suorituskyvyn. Katodissa käytetään usein rautaa, mangaania, kobolttia tai nikkeliä. Elektrolyyttineste koostuu orgaanisesta liuottimesta ja johtavasta suolasta. Vaikka mahdollisia liuottimia on lukuisia, johtavana suolana käytetään lähes yksinomaan litiumheksafluorifosfaattia (LiPF6).
Elektrolyyttineste = orgaaninen liuotin + johtava suola (LiPF6)
Kunkin liuosseoksen tarkka kemiallinen koostumus on yleensä valmistajan salaisuus. Tutustumalla erilaisiin tuotetietoihin voidaan kuitenkin saada yleiskuva käytetyistä ainesosista. Liuotinainesosien leimahduspisteet vaihtelevat välillä +160 °C – osittain alle 0 °C. Tämä selittää litiumakun termisen epävakauden. Johtosuolassa on muun muassa fluoria (F). Vapaaksi vapautuva fluoriinihappo (HF) laimentuneessa muodossa voi aiheuttaa erilaisia vaaratilanteita, jos litiumakku vaurioituu.
Mitkä ovat litiumioniakkujen edut?
Paino & koko
Juuri korkean energiatiheyden ansiosta litiumioniakut voidaan rakentaa huomattavasti pienemmiksi kuin vastaavat akut, samalla kun energiateho pysyy samana.
Kestoaika
Litiumioniakun kapasiteetti kylläkin pienenee akun käyttöiän kuluessa, mutta kapasiteetista riippuen sen käyttöiän voidaan odottaa olevan pitkä, jopa 500–1000 latauskertaa.
Tehokkuus
Litiumioniakut ovat rakenteensa ja toimintaperiaatteensa ansiosta energiatehokkuudeltaan huomattavasti parempia. Niiden energiatehokkuus on esimerkiksi 2,5 kertaa suurempi kuin nikkelimetallisen hybridiakun.
Vähäinen itsestään purkautuminen
Toisin kuin lyijyakuissa tai hybridiakuissa, litiumioniakkujen itsestään purkautuminen on alle 2 prosenttia kuukauden aikana vakiolämpötiloissa.
Uudelleenladattava
Toisin kuin litiumparisto, litiumakku on ladattava.
Litiumakkujen erot
Minkälaisia eri litiumakkuja on olemassa?
Periaatteessa termi ”litiumakku” viittaa sekä kertakäyttöisiin (primaariakut) että ladattaviin (sekundääriakut) akkuihin.
Lisäksi litiumakut eroavat toisistaan toisaalta kennojen kemiallisen koostumuksen perusteella – esimerkiksi litiumpolymeeri- ja litiumrautafosfaattiakut. Toisaalta ne eroavat toisistaan tehon perusteella (akkuun asennettujen kennojen lukumäärä). Akku koostuu siis vähintään kahdesta kennosta.
Mitä ovat VdS-standardin mukaiset keskitehoiset litiumakut?
VdS:n määritelmän mukaan keskitehoisiksi litiumakuiksi katsotaan kaikki litiummetalliakut, joiden litiumpitoisuus on yli 2 g ja bruttopaino enintään 12 kg akkua kohti. Litiumioniakkujen osalta raja-arvot ovat > 100 Wh ja ≤ 12 kg brutto per akku. Keskitehoisia litiumakkuja käytetään esimerkiksi sähköavusteisissa polku- ja sähköpyörissä, sähköskoottereissa tai suuremmissa puutarhatyökaluissa. On erityisen tärkeää tietää, luokitteleeko VdS tuotteen keskitehoiseksi litiumakuksi, sillä VdS:n määräysten mukaan keskitehoisista luokista alkaen litiumakkujen varastoinnille vaaditaan tiukempia turvallisuusvarotoimia.
Mikä litiumakutyyppi syttyy tuleen useimmin?
Vaikka tiettyjä koostumuksia pidetään yleisesti turvallisempina, akkukemian osalta ei ole tilastoja, jotka vahvistaisivat tiettyjen akkutyyppien suuremman tai pienemmän palovaaran. VdS erittelee riskinarvioinnissa teholuokat (pieni, keskisuuri ja suuri teho). Käytännössä suurin palovaara aiheutuu viallisesta akusta.
Missä litiumioniakkuja käytetään?
Pienlaitteet
Kompaktin ja energiatiheän rakenteensa ansiosta litiumioniakut sopivat erinomaisesti pienlaitteisiin, kuten älypuhelimiin, kameroihin tai kannettaviin tietokoneisiin. Litiumioniakkuja käytetään myös kannettavissa virtalähteissä, kuten powerbankeissa.
Sähköajoneuvot
Sähköisen liikenteen jatkuva kehitys on keskeinen tekijä akkujen tutkimuksessa ja kehityksessä. Nykyisiä litiumioniakkuja ei käytetä pelkästään sähköautoissa, vaan myös sähköpyörissä, sähköpyörätuoleissa ja sähköskoottereissa.
Teollisuus
Sen lisäksi, että litiumioniakkuja käytetään pienlaitteissa ja sähköajoneuvoissa, niitä hyödynnetään yhä enemmän hajautettuina varastointiratkaisuina teollisuuslaitoksissa ja kotitalouksissa. Tuuli- ja aurinkoenergia varastoidaan litiumioniakkuihin, joita käytetään kiinteinä suurten energiamäärien varastointiratkaisuina kestävän energian varastoimiseksi.
Tiesitkö, että...?
EU:ssa älypuhelimet kuluttavat vuosittain noin 1,3 miljardia kilowattituntia sähköä. Pelkästään tämän vuoksi kivihiilivoimalaitokset tarvitsevat vähintään 160 miljoonaa kiloa kivihiiltä.
2. Mitä vaaroja litiumioniakut sisältävät?
Rakenteensa ja toimintaperiaatteensa vuoksi litiumioniakut aiheuttavat kohonneen palovaaran. Suuri energiatiheys, pieni omapaino ja nopea latausnopeus merkitsevät toisaalta kohonnutta riskiä. Litiumioniakkujen valmistuksessa korkeat turvallisuusstandardit ja turvallisuustestit on tarkoitettu poistamaan vaarat etukäteen. Erityisen suuri vaara syntyy varastoidun energian hallitsemattomasta vapautumisesta. Tästä johtuva hallitsematon ketjureaktio tunnetaan myös nimellä ”thermal runaway”.
Lämpöylikuormitus
Mekaaniset vauriot
Sähköinen ylikuormitus
Kriittisten litiumakkujen käsittely
Miten tunnistaa viallinen litiumioniakku?
Vialliset litiumakut aiheuttavat suurimman vaaran. Viallista Li-ion-akkua on kuitenkin usein vaikea tunnistaa. Akun sisäisiä vikoja ei välttämättä näy ulkopuolelta. Laturi saattaa havaita vian, mutta siihen ei kannata luottaa sataprosenttisesti. Viallisten litiumakkujen ulkoisia merkkejä ovat esimerkiksi tahmea kalvo, vaurioitunut kotelo (merkki mekaanisesta vauriosta) tai paisunut kotelo (merkki lämpövauriosta).
Miten viallista litiumioniakkua tulisi käsitellä?
Jos litiumakussa on merkittäviä ulkoisia vaurioita, akku on eristettävä välittömästi ja toimitettava hävitettäväksi. Rikkoutuneita ja toimimattomia litiumioniakkuja saa säilyttää ja kuljettaa ainoastaan tähän tarkoitukseen hyväksytyissä kuljetus- ja hävitysastioissa. Valikoimastamme löydät erilaisia laatikoita litiumioniakkujen turvalliseen säilytykseen, kuljettamiseen ja kierrätykseen.
Mitä pitäisi tehdä, jos litiumioniakku putoaa?
Käytännössä tapahtuu ajoittain, että litiumioniakulla toimiva laite putoaa lattialle. Putoaminen voi aiheuttaa mekaanisia vaurioita – riippuen ulkoisista olosuhteista, kuten putoamiskorkeudesta, lattian pinnasta tai laitteen rakenteesta (onko kyseessä kestävä laatutuote vai heikkolaatuinen tuote?). Kun akkukäyttöinen laite on pudonnut, se tulisi ensin tarkistaa silmämääräisesti: Onko kotelo murtunut? Toimiko laite edelleen? Ilmoittaako laturi ongelmasta? Vakavasti vaurioituneita laitteita ei tulisi korjata esimerkiksi teipillä, vaan ne tulisi joko antaa ammattilaisen tarkastettavaksi ja korjattavaksi tai hävittää.
Litiumioniakkujen palontorjunta
Mitkä tilanteet aiheuttavat litiumioniakkujen palovaaran?
Litiumioniakkujen syttymisen syynä on aina kennon sisällä tapahtuva oikosulku, joka johtaa lämpökarkaamiseen (thermal runaway). Tämän oikosulun voivat laukaista erilaiset tekijät, kuten laturin aiheuttama ylikuormitus, lämpeneminen tai vieraiden materiaalien pääsy akkuun.
Onko lämpökarkaaminen alkamassa?
Kyllä, jos litiumakusta vapautuu kaasuja tai savua. Huomio: Aika, jonka akku savuaa ennen kuin se ylikuumenee, vaihtelee suuresti. Tätä aikaa ei voida arvioida tarkasti. Kaasujen vapautumisen tai savun ilmetessä on joka tapauksessa kyseessä välitön vaara.
Voiko palavan litiumioniakun sammuttaa?
Soluun syntyvä sisäinen oikosulku aiheuttaa ketjureaktion (leviämisen moduulin sisällä oleviin viereisiin soluihin, jotka myös ylikuumenevat). Ylikuumennut solu on menetetty. Muiden solujen ylikuumenemista voidaan estää vain sammutusaineella jäähdyttämällä, jolloin ketjureaktio katkeaa.
Mitkä sammutusaineet sopivat palaviin litiumioniakkuihin?
Litiumakut voidaan yleensä sammuttaa hyvin vedellä sen jäähdytysvaikutuksen ansiosta. DENIOKSEN litiumioniakkujen varastokontit tarjoavat monipuolisen valikoiman palontorjuntavälineitä, esimerkiksi sammutusjärjestelmien asennuksen kautta. Joissakin tapauksissa vesi voi kuitenkin olla sopimaton, esimerkiksi litiummetalliparistoissa – tällöin vettä ei saa missään tapauksessa käyttää sammuttamiseen. Siksi on olemassa muita palontorjuntakeinoja, jotka estävät palon leviämisen. DENIOKSEN litiumioniakkuja varten on saatavana malleja, joissa on aerosolisammutustekniikka. Myös DENIOKSEN litiumkontit ovat saatavilla aerosolisammutustekniikalla varustettuina. Litiumakkujen kuljetuslaatikoissa mahdollisten palovaurioiden minimoimiseksi käytetään piidioksidista (Pyrobubbles) valmistettua täyteainetta – sillä on alhainen lämmönjohtavuus ja se toimii sähköeristeenä.
Tarvitaanko akkuvarastossa sammutusveden keräysjärjestelmää?
Vastuullinen viranomainen päättää tapauskohtaisesti, tarvitaanko sammutusveden keräysjärjestelmää. Tarvittaessa DENIOS tarjoaa sopivia ratkaisuja tilajärjestelmiin sekä nesteiden leviämisen estämiseen.
Lisätietoja palontorjunnasta ja litiumioniakkujen vaaroista
Litiumioniakkujen ja -paristojen aiheuttamia vaaroja ja tulipaloja pidetään erittäin vaikeina hallita ja sammuttaa. Lisätietoja esimerkiksi vedellä tai aerosolipohjaisilla sammutusmenetelmillä sammuttamisesta sekä litiumioniakkujen käsittelyyn liittyvistä vaaroista löytyy aihekohtaisesta artikkelistamme.
Missä litiumioniakut hävitetään?
Tärkein asia ensiksi: Vialliset akut ja paristot eivät kuulu kotitalousjätteisiin!
Lain mukaan sinulla on velvollisuus hävittää käytetyt akut ja paristot asianmukaisesti. Voit tehdä sen esimerkiksi valituissa keräyspisteissä tai vähittäiskaupan keräyslaatikoissa – jälleenmyyjillä on velvollisuus asettaa keräyslaatikoita esille, jos he myyvät akkuja ja paristoja.
Suuremmat litiumioniakut ja teollisuusparistot, esimerkiksi sähköpyöristä tai sähköskoottereista, voidaan palauttaa suoraan valmistajalle maksutta. Teollisuusparistot tai vanhat litiumioniakut työkaluista, sähkölaitteista, kodinkoneista tai ruohonleikkuriroboteista voidaan lisäksi palauttaa kunnallisiin kierrätyskeskuksiin.
Kerätyt paristot ja akut hävitetään kierrätyssyistä erillään talousjätteestä. Talousjätteen ja akkujen sekä paristojen sisältämien haitallisten aineiden selkeä erottelu takaa riskittömän ja ympäristöystävällisen kierrätysmenetelmän arvokkaiden metallien osalta. Metallit, kuten nikkeli, koboltti, kupari, rauta tai alumiini, voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen sekundaarisina raaka-aineina.
“Tuottajan on järjestettävä markkinoille saattamiensa 48 §:ssä tarkoitettujen tuotteiden jätehuolto sekä vastattava siitä aiheutuvista kustannuksista."
3. Missä litiumioniakkuja säilytetään?
Jotta litiumioniakku säilyttäisi toimintakykynsä pitkään, se on säilytettävä asianmukaisesti. Oikeanlaisella säilytyksellä vähennetään myös litiumioniakkujen käsittelyyn liittyviä mahdollisia riskejä ja vaaroja. Tämä koskee paitsi litiumioniakkujen teollista varastointia, myös kotona tapahtuvaa varastointia. Autamme sinua litiumioniakkujen varastoinnissa. Löydät optimaalisen ratkaisun litiumioniakkujen säilytyskaapeistamme ja kuljetuslaatikoistamme. Voit myös ottaa meihin yhteyttä yksilöllisten kyselyjen osalta. Olemme koonneet sinulle lisäohjeita ja tietoa.
Mitä minun on otettava huomioon litiumioniakkujen varastoinnissa?
| ... jos käytän yrityksessäni litiumioniakkuja? | ... jos käytän litiumioniakkuja kotona? |
|---|---|
| Jos litiumioniakkuja varastoidaan pitkään, niitä ei tule jättää tyhjiksi eikä täysin ladatuiksi. | Kodinkoneiden tai työkalujen akut tulisi poistaa laitteista ennen varastointia. |
| Varmistakaa turvallinen säilytyspaikka ja merkitkää säilytyspaikat selvästi – näin työntekijänne tietävät, missä litiumioniakkuja säilytetään. Valikoimastamme löydätte tähän tarkoitukseen erityisiä litiumioniakkukaappeja sekä kuljetuslaatikoita. | Älä säilytä akkuja työkaluvajassa tai autotallissa, vaan mieluiten kuivassa ja pakkaselta suojatussa paikassa, jossa lämpötila ei vaihtele. |
| Tarkistakaa varastoidut litiumioniakut säännöllisesti, jotta mahdolliset vauriot havaitaan mahdollisimman pian, ja ladatkaa akut uudelleen viimeistään 12 kuukauden kuluttua vaurioiden välttämiseksi. | Tarkistakaa varastoidut litiumioniakut säännöllisesti, jotta mahdolliset vauriot havaitaan ajoissa ja akut voidaan hävittää asianmukaisesti. |
Ohjeita litiumioniakkujen varastointiin
Lisätietoja litiumioniakkujen varastoinnista
Litiumioniakkujen käsittelyyn liittyy suuri vaarapotentiaali. Vaikka nykyaikaiset akut täyttävätkin korkeat turvallisuusvaatimukset, niin tulipalot, kemialliset reaktiot tai syväpurkautumiset voivat aiheuttaa vaaraa ympäristölle, työntekijöille ja toiminnoille. Tässä artikkelissa kerrotaan, kuinka voitte vähentää riskiä huomattavasti DENIOS-tuotteiden sekä oikeanlaisen varastoinnin avulla.
Usein kysyttyjä kysymyksiä litiumioniakkujen varastoinnista
Kuinka monta litiumioniakkua saa varastoida rakennuksissa?
Toistaiseksi ei ole olemassa lakisääteistä säännöstä siitä, kuinka monta litiumakkua rakennuksissa saa varastoida enintään. Tästä määrää omaisuusvakuutusyhtiönne.
Miksi litiumakkuja ei pitäisi ladata täyteen ennen varastointia?
Litiumioniakkuja ei tule ladata täyteen ennen varastointia, jotta vältetään akun nopea vanheneminen. Lisäksi pienempi varastoitu energiamäärä voi myös vähentää reaktion voimakkuutta tulipalon sattuessa.
Onko järkevää peittää litiumakun johdot teipillä ennen varastointia?
Kyllä, se on järkevää, sillä se vähentää oikosulun vaaraa merkittävästi. Kosketuspinnat voidaan kuitenkin peittää teipillä vain yksittäisissä kennoissa, joissa on avoimet päädyt. Jos kosketuspinnat ovat akkukotelon suojaamia, niitä ei voi peittää teipillä.
Miten litiumakkuja voidaan varastoida optimaalisesti pitkään?
Litiumioniakut tulisi ihannetapauksessa säilyttää viileässä lämpötilassa niihin tarkoitetuissa säilytyskaapeissa tai -varastoissa. Litiumakkujen varaustason (SoC) tulisi olla 30–50 % ja sitä tulisi seurata säännöllisesti, jotta akku ei pääse syväpurkautumaan. Kun lataustila laskee alle 5 %:n, litiumakku tulisi ladata uudelleen, jotta vältetään luonnollisen purkautumisprosessin aiheuttamat vauriot. Tämä on yksilöllistä ja riippuu useista tekijöistä: lämpötilasta (korkeammat lämpötilat edistävät nopeampaa purkautumista) sekä alkuperäisestä lataustilasta ja kennojen kemiallisesta koostumuksesta. Joissakin tuotteissa, kuten ruohonleikkuriroboteissa, on erityisiä talvitilatoimintoja, joiden avulla akunhallintajärjestelmä suorittaa automaattisia ylläpitolatauksia. Yleensä säännöllinen manuaalinen tarkistus on kuitenkin tarpeen.
Miten litiumakkujen erillistä varastointia koskevat ohjeet voidaan parhaiten toteuttaa päivittäisessä toiminnassa?
Sachversicherer-yhdistys (VdS) edellyttää litiumakkujen varastoinnissa rakenteellista tai tilallista erottelua, ja tilallisessa erottelussa sovelletaan eri turvaetäisyyksiä teholuokasta riippuen. Litiumakkujen varasto- tai latauskaapit ovat käytännössä optimaalinen ratkaisu, koska ne on organisatorisesti helpointa ja yksinkertaisinta integroida tuotantotoimintaan. Latauskaapissa on määritellyt latauspaikat, joihin työntekijät voivat jättää laitteensa latautumaan. Muussa tapauksessa työntekijöiden olisi aina huolehdittava siitä, että kussakin tapauksessa vaadittu turvaväli säilyy – tämä vaihtoehto on kuitenkin epävarma, koska sitä on vaikea organisoida ja valvoa.
Kuinka monta akkua voidaan säilyttää litiumakkukaapissa?
Lakien tai vakuutusten puolelta ei ole olemassa vakiintuneita määrällisiä rajoituksia. Käytännössä akkukaapin koko ja rakenne määräävät mahdollisen varastointitilavuuden ja -painon (hyllytasojen kantavuuden). Esimerkiksi DENIOKSEN SafeStore-akkukaapissa voidaan varastoida litiumakkuja, joiden kokonaispaino on 75 kg hyllytasoa kohti. Latauskaappien valinnassa on otettava huomioon myös latureiden virrankulutus. Esimerkiksi DENIOKSEN SmartStore-latauskaapissa on käytettävissä 3 x 16 A. Jos litiumakkukaapissa on integroitu sammutusjärjestelmä, käyttöohjeessa on tietoa siitä, kuinka paljon säilytystilaa on tarvittaessa pidettävä vapaana, jotta optimaalinen sammutus palotilanteessa voidaan taata.
Onko saatavilla myös ulkokäyttöön tarkoitettuja litiumakkujen säilytyskaappeja?
DENIOS tarjoaa kompaktin paloturvallisen RFP 115 Li-Ion varastointikontin pienempien litiumioniakkujen ulkovarastointiin.
4. Litiumioniakkujen kuljetus
Kansainvälisessä kuljetuslainsäädännössä litiumioniakut luokitellaan vaarallisiksi aineiksi. Siksi litiumioniakkujen määräysten mukainen ja turvallinen kuljetus on erityisen tärkeää.
Jo pelkkä putoaminen kovalle alustalle voi riittää vahingoittamaan akkua pysyvästi ja vääntämään sen sisällä olevia kennoja. Tähän kuuluvat myös vauriot, joita ei huomaa ensisilmäyksellä. Jotta voit suojella itseäsi ja ympäristöäsi, tarjoamme verkkokaupassamme kuljetuslaatikoita, jotka yhdessä PyroBubbles®-täyteaineen kanssa tarjoavat erinomaisen ja sertifioidun ratkaisun litiumioniakkujen kuljetukseen. PyroBubbles® toimii litiumakkujen alustana, ympäröi ne ja varmistaa vaarallisten aineiden turvallisen sijoittamisen. Löydät lisää litiumioniakkuja koskevia tuotteita verkkokaupastamme.
