Danas se litijum-jonske baterije najčešće koriste u raznim oblastima. Posebno se široko koriste u mobilnoj elektronici (PDA uređaji, mobilni telefoni, laptopi i drugo), električnim vozilima i tako dalje. To je zbog njihovih prednosti u odnosu na ranije široko korištene nikl-kadmijum (Ni-Cd) i nikl-metal hidridne (Ni-MH) baterije. A ako su potonji blizu svoje teorijske granice, onda je tehnologija litijum-jonskih baterija na početku.

Uređaj

U litijum-jonskim baterijama aluminijum deluje kao negativna elektroda (katoda), a bakar deluje kao pozitivna elektroda (anoda). Elektrode se mogu izraditi u različitim oblicima, međutim, u pravilu je to folija u obliku izdužene vrećice ili cilindra.

• Anodni materijal na bakrenoj foliji i katodni materijal na aluminijskoj foliji razdvojeni su poroznim separatorom koji je impregniran elektrolitom.
• Paket elektroda je ugrađen u zatvoreno kućište, a anode i katode su spojene na terminale strujnog kolektora
• Ispod poklopca baterije se mogu nalaziti posebni uređaji. Jedan uređaj reaguje povećanjem otpora na PTC. Drugi uređaj prekida električnu vezu između pozitivnog terminala i katode kada pritisak gasova u bateriji poraste iznad dozvoljene granice. U nekim slučajevima, tijelo je opremljeno sigurnosnim ventilom koji smanjuje unutarnji tlak u slučaju kršenja radnih uvjeta ili hitnih situacija.
• Kako bi se povećala sigurnost rada, eksterna elektronska zaštita se također koristi u brojnim baterijama. Sprječava pregrijavanje, kratki spoj i prekomjerno punjenje baterije.
• Strukturno, baterije se proizvode u prizmatičnoj i cilindričnoj verziji. Umotani paket separatora i elektroda u cilindričnim akumulatorima smješten je u aluminijsko ili čelično kućište na koje je spojena negativna elektroda. Pozitivni pol baterije izvodi se kroz izolator na poklopcu. Prizmatični akumulatori nastaju slaganjem pravokutnih ploča jedna na drugu.

Takve litijum-jonske baterije omogućavaju čvršće pakiranje, ali teže održavaju tlačne sile na elektrodama nego cilindrične. Određeni broj prizmatičnih baterija koristi rolni sklop paketa elektroda uvijenih u eliptičnu spiralu.

Većina baterija se proizvodi u prizmatičnim verzijama, jer im je osnovna namjena osiguranje rada laptopa i mobilnih telefona. Dizajn Li-ion baterije je potpuno zatvoren. Ovaj zahtjev diktira nedopustivost curenja tekućeg elektrolita. Ako vodena para ili kisik uđu unutra, dolazi do reakcije s elektrolitom i materijalima elektrode, što dovodi do potpunog uništenja baterije.

Princip rada

• Litijum-jonske baterije imaju dve elektrode u obliku anode i katode, sa elektrolitom između njih. Na anodi, kada se baterija spoji na zatvoreni krug, dolazi do kemijske reakcije koja dovodi do stvaranja slobodnih elektrona.
• Ovi elektroni teže da dođu do katode, gdje je njihova koncentracija niža. Međutim, njihov elektrolit, koji se nalazi između elektroda, drži ih od direktnog puta do katode od anode. Ostao je samo jedan put - kroz krug u kojem je baterija zatvorena. U ovom slučaju, elektroni, koji se kreću duž navedenog kruga, opskrbljuju uređaj energijom.
• Pozitivno nabijeni litijevi joni koje su ostavili odbjegli elektroni istovremeno se usmjeravaju kroz elektrolit na katodu kako bi se zadovoljila potražnja za elektronima na strani katode.
• Nakon što se svi elektroni pomaknu na katodu, dolazi do "smrti" baterije. Ali litijum-jonska baterija se može puniti, što znači da se proces može obrnuti.

Uz pomoć punjača, energija se može ubrizgati u strujni krug, čime se pokreće reakcija u suprotnom smjeru. Rezultat će biti akumulacija elektrona na anodi. Nakon dopunjavanja baterije, ona će najvećim dijelom ostati takva do trenutka kada se aktivira. Međutim, tokom vremena, baterija će izgubiti dio napunjenosti čak iu stanju pripravnosti.

• Kapacitet baterije se odnosi na količinu litijum jona koja može ući u kratere i sitne pore anode ili katode. S vremenom, nakon brojnih punjenja, katoda i anoda degradiraju. Kao rezultat, smanjuje se broj iona koje oni mogu prihvatiti. U tom slučaju, baterija više ne može držati istu količinu napunjenosti. Na kraju potpuno gubi svoju funkciju.

Litijum-jonske baterije su dizajnirane na način da se njihovo punjenje mora stalno pratiti. U tu svrhu u kućište je ugrađena posebna ploča, koja se zove kontroler punjenja. Čip na ploči kontroliše proces punjenja baterije.

Standardno punjenje baterije je kako slijedi:

• Na početku procesa punjenja, regulator daje struju od 10% od nazivne. U ovom trenutku napon raste na 2,8 V.
• Tada se struja punjenja povećava na nominalnu. Tokom ovog perioda, napon pri konstantnoj struji raste na 4,2 V.
• Na kraju procesa punjenja, struja opada pri konstantnom naponu od 4,2 V dok se baterija ne napuni 100%.

Postavljanje se može razlikovati zbog upotrebe različitih kontrolera, što dovodi do različitih brzina punjenja i, shodno tome, ukupne cijene baterije. Litijum-jonske baterije mogu biti bez zaštite, odnosno kontroler se nalazi u punjaču, ili sa ugrađenom zaštitom, odnosno kontroler se nalazi unutar baterije. Možda postoje uređaji kod kojih je zaštitna ploča ugrađena direktno u bateriju.

Sorte i primjena

Postoje dva faktora oblika za litijum-jonske baterije:

1. Cilindrične litijum-jonske baterije.
2. Ćelijske litijum-jonske baterije.

Različiti podtipovi elektrohemijskog litijum-jonskog sistema su imenovani prema vrsti aktivne supstance koja se koristi. Ono što je zajedničko svim ovim litijum-jonskim baterijama je da su sve zapečaćene baterije koje ne zahtevaju održavanje.

6 najčešćih tipova litijum-jonskih baterija su:

1. Litijum kobalt baterija ... Popularno je rješenje za digitalne kamere, laptope i mobilne telefone zbog velike gustine energije. Baterija se sastoji od katode od kobalt oksida i grafitne anode. Nedostaci litijum-kobalt baterija: ograničen kapacitet opterećenja, loša termička stabilnost i relativno kratak vijek trajanja.

Područja upotrebe ; mobilna elektronika.

1. Litijum mangan baterija ... Kristalna litijum-mangan spinel katoda se odlikuje trodimenzionalnom strukturom okvira. Spinel pruža nisku otpornost, ali ima umjereniju gustoću energije od kobalta.

Područja upotrebe; električne jedinice, medicinska oprema, električni alati.

1. Litijum-nikl-mangan-kobalt-oksidna baterija ... Katoda baterije kombinuje kobalt, mangan i nikl. Nikl je poznat po visokom specifičnom energetskom sadržaju, ali niskoj stabilnosti. Mangan pruža nizak unutrašnji otpor, ali rezultira niskim specifičnim energetskim sadržajem. Kombinacija metala vam omogućava da nadoknadite njihove slabosti i iskoristite njihove prednosti.

Područja upotrebe; za privatnu i industrijsku upotrebu (sigurnosni sistemi, solarne elektrane, rasvjeta za hitne slučajeve, telekomunikacije, električni automobili, električni bicikli, itd.).

1. Litijum gvožđe fosfatna baterija ... Njegove glavne prednosti su: dug radni vijek, visoke stope struje, otpornost na pogrešnu upotrebu, povećana sigurnost i dobra termička stabilnost. Međutim, takva baterija ima mali kapacitet.

Primjene; ​​stacionarni i prijenosni specijalizirani uređaji gdje se zahtijevaju izdržljivost i velike struje opterećenja.

1. Litijum-nikl-kobalt-aluminijum-oksidna baterija ... Njegove glavne prednosti: visoki pokazatelji gustoće energije i energetskog intenziteta, trajnost. Međutim, sigurnosni učinak i visoka cijena ograničavaju njegovu upotrebu.

Područja upotrebe; električni pogoni, industrija i medicinska oprema.

1. Litijum titanatna baterija ... Njegove glavne prednosti su: brzo punjenje, dug radni vijek, širok raspon temperatura, odlične performanse i sigurnosni pokazatelji. To je najsigurnija Li-ion baterija.

Međutim, ima visoku cijenu i nisku specifičnu potrošnju energije. Trenutno su u toku aktivnosti na smanjenju troškova proizvodnje i povećanju specifičnog energetskog intenziteta.

Područja upotrebe; vanjski, električni agregati automobila (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Tipične karakteristike

Općenito, litijum-jonske baterije imaju sljedeće tipične karakteristike:

• Minimalni napon nije manji od 2,2-2,5V.
• Maksimalni napon nije veći od 4,25-4,35V.
• Vrijeme punjenja: 2-4 sata.
• Samopražnjenje na sobnoj temperaturi - oko 7% godišnje.
• Raspon radne temperature od -20°C do +60°C.
• Broj ciklusa punjenja/pražnjenja dok se ne postigne gubitak od 20% kapaciteta je 500-1000.

Prednosti i nedostaci

Prednosti uključuju:

• Visoka gustina energije u poređenju sa nikl alkalnim baterijama.
• Dovoljno visok napon jedne baterije.
• Nedostatak "memorijskog efekta", koji osigurava lako rukovanje.
• Značajan broj ciklusa punjenja-pražnjenja.
• Dug radni vek.
• Širok raspon temperatura za dosljedne performanse.
• Relativna ekološka sigurnost.

Među nedostatcima su:

• Umjerena struja pražnjenja.
• Relativno brzo starenje.
• Relativno visoka cijena.
• Nemogućnost rada bez ugrađenog kontrolera.
• Mogućnost spontanog izgaranja pri velikim opterećenjima i predubokom pražnjenju.
• Dizajn zahtijeva značajna poboljšanja, jer nije doveden do savršenstva.

Pozdrav dragi moji prijatelji i poštovaoci, čitaoci ovog bloga. Umjesto još jedne lekcije, ispravnije bi bilo reći članke u foto školska kasica prasica, odlučio sam da napišem članak o bolnoj temi i važnoj za sve.

Mislim da će mnogima, uključujući i vas, dragi moji čitaoci, biti i zanimljivo i korisno da saznaju šta je tako fundamentalno litijum jonske baterije, koje su njihove ograničavajuće karakteristike, kako ih treba koristiti, šta se može dobiti pravilnom upotrebom i naravno o čemu treba voditi računa dugo trajanje baterije... Zato samo naprijed.

Zbog čega? - pitate me, generalno sam počeo da škrabam na ovu temu. Pa baterija i baterija, i šta je s tim. pa? Ali ne. Li-ion baterija, ovo je u suštini rezervoar za gorivo za mnoge naše omiljene uređaje, a kod običnih uređaja. Pa šta? - reći ćeš mi, - kakva je to razlika nama? A razlika je velika i bitna za vas. Ideja da napišem ovaj članak nastala je nakon što smo ja i moji učenici fotoškole otišli u. Vremenski uslovi su sasvim uobičajeni, oko -7 -10 Celzijusa, sunčano, lagan povjetarac, vedro. Općenito ugodno vrijeme za radoznalo oko fotografa amatera. Međutim, mnogi studenti su bili zabrinuti: nije li opasno za kameru? Zar se neće smrznuti? Šta se dešava ako se smrzne? (Napisaću posebnu napomenu o temperaturnim režimima kamere) A šta će se dogoditi sa baterijom fotoaparata? Čuli smo da se baterija fotoaparata jako boji hladnoće i da može pokvariti, je li istina? Istina, ali ne sve i ne u potpunosti. Hajde da to shvatimo.

U našim fotoaparatima postoje litijum-jonske baterije. Sta to znaci? Evo šta. Li-ion baterije imaju znatno bolje parametre performansi u odnosu na druge tipove baterija. Neću ulaziti u detalje, ali u današnje vrijeme većina proizvođača potrošačke elektronike pokušava svoje proizvode snabdjeti Li-ion baterijama, jer su jednostavnije i jeftinije za proizvodnju i manje štetne za okoliš.

Primarne ćelije („baterije“) sa litijumskom anodom pojavile su se početkom 70-ih godina 20. veka i brzo su našle primenu zbog svoje visoke specifične energije i drugih prednosti. Tako je ostvarena dugogodišnja želja za stvaranjem hemijskog izvora struje sa najaktivnijim redukcionim agensom, alkalnim metalom, što je omogućilo dramatično povećanje i radnog napona baterije i njene specifične energije. Ako je razvoj primarnih ćelija s litijumskom anodom okrunjen relativno brzim uspjehom i takve ćelije su čvrsto zauzele svoje mjesto kao izvor napajanja za prijenosnu opremu, onda je stvaranje litijumskih baterija naišlo na fundamentalne poteškoće, za čije je prevladavanje trebalo više od 20 godina.

Nakon mnogo testiranja tokom 1980-ih, pokazalo se da je problem litijumskih baterija uvrnut oko litijumskih elektroda. Tačnije, oko aktivnosti litijuma: procesi koji su se odvijali tokom rada, na kraju su doveli do burne reakcije, nazvane "ventilacija uz oslobađanje plamena". Godine 1991. veliki broj litijumskih punjivih baterija je povučen u proizvodne pogone, koje su po prvi put korištene kao izvor napajanja za mobilne telefone. Razlog je taj što je tokom razgovora, kada je trenutna potrošnja maksimalna, iz baterije emitovao plamen koji je opekao lice korisnika mobilnog telefona.

Zbog nestabilnosti svojstvene metalnom litijumu, posebno tokom punjenja, istraživanja su se preselila na područje stvaranja baterije bez upotrebe Li, već koristeći njegove jone. Iako litijum-jonske baterije pružaju neznatno nižu gustoću energije od litijumskih baterija, litijum-jonske baterije su bezbedne kada se obezbede ispravni uslovi punjenja i pražnjenja.

Ako je dalje nekoga bitan i zanima dio o tome koji su hemijski procesi bili i jesu u litijum-jonskim baterijama, kako su ti isti procesi ukroćeni, onda je način da proguglate. Nisam toliko jak u hemiji i fizici da napišem članak od čitanja koji ću i sam zaspati.

Moderne Li-ion baterije imaju visoke specifične karakteristike: 100-180 Wh / kg i 250-400 Wh / l. Radni napon - 3,5-3,7 V.

Ako su prije nekoliko godina proizvođači smatrali maksimalno ostvarivim - kapacitet Li-ion baterija nije veći od nekoliko amper-sati (sjetite se školskog kursa fizike), sada je većina razloga koji ograničavaju povećanje kapaciteta prevladana i mnogi proizvođači počeli su proizvoditi baterije s kapacitetom od stotine ampera - sati, ili čak hiljade.

Moderne male baterije su efikasne pri strujama pražnjenja do 2 C, moćne - do 10-20 C. Raspon radne temperature: -20 do +60 °C. Međutim, mnogi proizvođači su već razvili baterije koje rade na -40°C. Moguće je proširenje temperaturnog raspona na više temperature.

Samopražnjenje Li-ion baterija je 4-6% u prvom mjesecu, zatim znatno manje: za 12 mjeseci baterije gube 10-20% pohranjenog kapaciteta. Gubitak kapaciteta u Li-ion baterijama je nekoliko puta manji nego kod nikl-kadmijum (Ni-Cd) baterija, i na 20°C i na 40°C. Resurs litijum-jonskih baterija: 500-1000 ciklusa punjenja-pražnjenja.

I ovdje će mnogi reći: -Aaaaa. Zbog toga možete snimati fotoaparatom na umjereno niskim temperaturama. Da, odgovoriću ti. Osim toga, kada baterija radi, ispuštajući energiju, u njoj se odvijaju kemijske reakcije, čija je nuspojava oslobađanje toplinske energije, što omogućava bateriji da duže održi raspon radne temperature. Osim toga, kada izvadimo fotoaparat iz kofera, na ulici, on (kamera, kamera) također ima pozitivnu temperaturu, odnosno još uvijek povećavamo vremenski resurs tokom kojeg možemo snimati na otvorenom na -7.. - 15 °C. Dodajte ovome termalno grijanje procesora fotoaparata tokom snimanja, zagrijavanje matrice, čak i toplinu ruku kojima držimo fotoaparat i prenosimo ga na njega, produžava termički i vremenski vijek kamere na umjereno niskim temperaturama .

Ovo se odnosi na upotrebu baterija u radu. Sada pogledajmo na brzinu stranu punjenja i skladištenja. Litijum-jonske baterije ne zahtevaju nikakvo posebno održavanje. Osnovna pravila za njihov rad nalaze se u uputama za telefon/laptop/kameru, a sve ostalo preuzima BMS kolo i kontroler punjenja u napajanom uređaju. Ipak, prilikom kupovine često možete čuti sljedeće izjave prodavca ili prijatelja-"gurua":

"... prvo punjenje je 12-15 sati ..." ili, alternativno, "... samo ostavite uređaj povezan cijelu noć...";

"... potrebno je napraviti 3-5 kompletnih ciklusa da bi baterija dobila kapacitet...";

"... preporučljivo je potpuno napuniti i isprazniti bateriju ...";

“… Pa šta ako je baterija već godinu dana, nije korištena; njegov vijek trajanja ovisi isključivo o broju ciklusa punjenja-pražnjenja...".

Hajde da vidimo koliko je gore navedeno tačno.

Prva izjava je jednostavno besmislena - kontrolna elektronika neće dozvoliti punjenje baterije više nego što bi trebalo.

Savet broj 2 je takođe neodrživ. Nakon prvog punjenja, litijum-jonske baterije rade sa punom efikasnošću, a isprva se brže prazne samo zato što ga vlasnik uređaja postavi i pregleda, demonstrira prijateljima i poznanicima itd. Nakon nedelju-dve gadžet ulazi normalnom načinu rada, što, naravno, ima pozitivan učinak na autonomiju. Ali jedno potpuno punjenje prije upotrebe je i dalje poželjno. To nije potrebno za bateriju, već kako bi uređaj mogao odrediti njen stvarni kapacitet i ubuduće ispravno prikazati preostalo punjenje.

U preporuci br. 3 „noge rastu“ iz pravila rada za nikl-kadmijumske baterije, koje su prethodno morale biti potpuno ispražnjene, inače je deo kapaciteta nepovratno izgubljen. Njihove litijum-jonske kolege nemaju takav "efekt pamćenja", štoviše, duboko pražnjenje im je kontraindicirano. Uz čestu upotrebu, to je nebitno, jer BMS sistem ne dozvoljava da se baterija isprazni do kraja, ali ako ostane u ispražnjenom stanju mesec dana ili više, preostalo punjenje će „iscuriti“, zaštitni krug će blokirati proces punjenja i isključiti, nakon čega punjenje više neće biti moguće. Pretjerano punjenje je također štetno, ali kod većine uređaja se to već vodi računa i ne pune bateriju do 100%.

Postoji i savjet poput "napunite kako želite, ali barem jednom sedmično (mjesečno) provedite ciklus u potpunosti." Takva shema rada je optimalna za nikl-metal hidridne baterije - one također imaju memorijski efekat, ali mnogo manji od Ni-Cd, i obnavljaju svoj kapacitet nakon 1-2 kompletna ciklusa. Za litijum-jonske baterije to je samo djelimično tačno, na primjer, preporučuje se to učiniti nakon dugotrajnog skladištenja.

Iz izjave broj 4 slijedi naizgled logičan zaključak: budući da se vijek trajanja baterije mjeri brojem ciklusa, onda je bolje koristiti ga maksimalno. Ovo je greška. Potpuno punjenje i pražnjenje ga brže troše, dok nepotpuni ciklusi, naprotiv, produžavaju životni vijek. Osim toga, litijum-jonske baterije gube kapacitet čak i kada se ne koriste. Već nakon godinu dana "na polici" njihov se resurs smanjuje za 5-10%, nakon 2 godine - za 20-30%. Stoga, prilikom kupovine novog prijenosnog uređaja, obratite pažnju na datum izdavanja izvora napajanja. Očigledno je i da je kupovina baterije "za buduću upotrebu", čak i ako je teško naći u prodaji, beskorisna.

Vrlo je važno pratiti radnu temperaturu litijum-jonskih baterija. U mrazu ispod -20°C jednostavno prestaju davati struju, a na vrućini iznad +45°C, iako funkcioniraju, takvi klimatski uvjeti aktiviraju proces starenja, značajno skraćujući vijek trajanja baterije. Ali možete ga puniti samo na pozitivnim (celzijusovim) temperaturama, inače postoji velika opasnost od kvara uređaja. Općenito, optimalna radna temperatura za litijum-jonske baterije je +20 ° C.

Litijum-jonske baterije se stalno poboljšavaju, proizvođači aktivno eksperimentišu sa elektrodnim i elektrolitskim materijalima. Godine 1994. pojavile su se baterije sa litijum-mangan katodama, a 1996. - sa litijum-gvozdeno-fosfatnim katodama. Mnogo su stabilniji i lako nose velike struje pražnjenja, stoga se koriste u električnim alatima i električnim vozilima. Od 2003. godine se proizvode baterije koje koriste složenu katodnu kompoziciju (LiNiMnCoO2) i imaju najbolju kombinaciju karakteristika od svih navedenih. Ali po specifičnom kapacitetu i cijeni, litijum-kobaltne kopije još nisu nadmašene, a prednosti novih tipova nisu tražene u mobilnim telefonima i laptopima koji troše relativno malo struje.

Ako privremeno odložite svoj uređaj, ali želite da mu baterija bude u ispravnom stanju, znajte da je litijum-jonske baterije najbolje čuvati na temperaturi od oko +5°C. Što je ona veća i što je stanje napunjenosti bliže 100%, baterija brže stari i gubi kapacitet. Najbolje ga je napuniti do 40–50%, izvaditi ga iz uređaja, spakovati u zatvorenu plastičnu vrećicu, staviti u frižider (ali ne u zamrzivač!) i periodično puniti.

To je sve što sam htio reći o baterijama, našim prijateljima, elektronskim ljubimcima. Bilo da je u pitanju telefon, plejer ili kamera.

Ovaj članak je pripremljen na osnovu materijala pronađenih na Internetu i ovdje prikupljenih na gomili radi praktičnosti i razumijevanja suštine procesa.

Imate pitanja? Pišite u komentarima i sigurno ću odgovoriti.

P.S. Prijatelji, ako vam se članak svidio ili vam je postao koristan. I meni učini dobro. Podijelite vezu do članka na svojim stranicama "Vkontakte", "Odnoklassniki", "Facebook", "Tweeter" i drugim stranicama. Da biste to učinili, samo trebate kliknuti na gumbe na dnu stranice i slijediti jednostavne korake u uputama. Također vas pozivam da se pretplatite na moju mailing listu, tada sigurno ne propustite sljedeći, nadam se zanimljiv i koristan, članak. Obrazac za pretplatu se nalazi u gornjem desnom uglu stranice.

Čitajući "savjete za rad" baterija na forumima, nehotice se zapitate - ili su ljudi preskočili fiziku i hemiju u školi, ili misle da su pravila za rad olovnih i jonskih baterija ista.
Počnimo s principima Li-Ion baterije. Na prstima je sve krajnje jednostavno - postoji negativna elektroda (obično od bakra), postoji pozitivna (od aluminija), između njih je porozna tvar (separator) zasićena elektrolitom (sprečava " neovlašteni" prijelaz litij jona između elektroda):

Princip rada zasniva se na sposobnosti litijevih jona da se ugrade u kristalnu rešetku različitih materijala - obično grafita ili silicijum oksida - uz formiranje hemijskih veza: shodno tome, prilikom punjenja, ioni se ugrađuju u kristalnu rešetku, čime se akumulira naboj na jednoj elektrodi, pri pražnjenju, odnosno vraćaju se na drugu elektrodu, dajući elektron koji nam je potreban (koga zanima preciznije objašnjenje tekućih procesa - google interkalacija). Korišteni elektrolit su otopine koje sadrže vodu koje ne sadrže slobodni proton i stabilne su u širokom rasponu napona. Kao što vidite, u modernim baterijama sve se radi dovoljno sigurno - nema metalnog litijuma, nema šta da eksplodira, samo joni prolaze kroz separator.
Sada kada je sve postalo manje-više jasno s principom rada, prijeđimo na najčešće mitove o Li-Ion baterijama:

1. Prvi mit. Li-Ion baterija u uređaju ne može se isprazniti do nula posto.
   Zapravo, sve zvuči točno i slaže se s fizikom - pri pražnjenju na ~2,5 V, Li-Ion baterija počinje vrlo brzo degradirati, a čak i jedno takvo pražnjenje može značajno (do 10%!) smanjiti njen kapacitet. Osim toga, pri pražnjenju na takav napon više ga neće biti moguće puniti standardnim punjačem - ako napon baterije padne ispod ~ 3 V, pametni kontroler će ga isključiti kao oštećenog, a ako postoje svi u takvim ćelijama, baterija se može odneti na đubrište.
   Ali postoji jedna vrlo važna stvar, ali na koju svi zaboravljaju: u telefonima, tabletima i drugim mobilnim uređajima, radni napon na bateriji je 3,5-4,2 V. Kada napon padne ispod 3,5 V, indikator pokazuje nula posto punjenje i uređaj se gasi, ali do "kritičnih" 2,5 V je još jako daleko. To potvrđuje i činjenica da ako spojite LED na tako "ispražnjenu" bateriju, onda može dugo gorjeti (možda se neko sjeća da su se raniji telefoni prodavali sa baterijskim lampama koje su se uključivale gumbom bez obzira na sistem isključite telefon). Odnosno, kao što vidite, tokom normalne upotrebe ne dolazi do pražnjenja na 2,5 V, što znači da je sasvim moguće isprazniti Akum na nula posto.
2. Drugi mit. Ako je Li-Ion oštećen, baterije će eksplodirati.
   Svi se sjećamo "eksplozivnog" Samsung Galaxy Note 7. Međutim, ovo je prije izuzetak od pravila - da, litijum je vrlo aktivan metal, i nije ga teško raznijeti u zrak (i ​​gori vrlo jako u vodi). Međutim, moderne baterije ne koriste litijum, već njegove ione, koji su mnogo manje aktivni. Dakle, da bi došlo do eksplozije, morate se dobro potruditi - ili fizički oštetiti bateriju za punjenje (složiti kratki spoj), ili je napuniti vrlo visokim naponom (tada će se sama oštetiti, ali će najvjerovatnije kontroler jednostavno izgori i neće dozvoliti da se baterija napuni). Stoga, ako iznenada imate oštećenu ili dimu bateriju u rukama, nemojte je bacati na sto i bježati iz sobe vičući "svi ćemo umrijeti" - samo je stavite u metalnu posudu i iznesite na balkon (da ne udiše hemiju) - baterija će tinjati neko vrijeme pa će se ugasiti. Glavno je da ga ne preplavite vodom, joni su sigurno manje aktivni od litijuma, ali ipak će se u reakciji s vodom osloboditi i određena količina vodika (a on voli da eksplodira).
3. Treći mit. Kada Li-Ion baterija dostigne 300 (500/700/1000/100500) ciklusa, postaje nesigurna i treba je hitno promijeniti.
   Mit, koji na sreću sve manje šeta po forumima i nema nikakvo fizičko ili hemijsko objašnjenje. Da, tokom rada elektrode oksidiraju i korodiraju, što smanjuje kapacitet baterije, ali vam to ne prijeti ništa osim kraćeg vijeka trajanja baterije i nestabilnog ponašanja za 10-20% napunjenosti.
4. Četvrti mit. Nemojte raditi sa Li-Ion baterijama po hladnom vremenu.
   Ovo je više preporuka nego zabrana. Mnogi proizvođači zabranjuju upotrebu telefona na niskim temperaturama, a mnogi su iskusili brzo pražnjenje i općenito isključivanje telefona na hladnoći. Objašnjenje za to je vrlo jednostavno: elektrolit je gel koji sadrži vodu, a svi znaju što se događa s vodom na negativnim temperaturama (da, smrzava se ako išta), čime se dio baterije uklanja iz rada. To dovodi do pada napona, a kontroler to počinje smatrati pražnjenjem. Ovo nije korisno za bateriju, ali nije smrtonosno (nakon zagrijavanja, kapacitet će se vratiti), pa ako očajnički trebate da koristite telefon po hladnom vremenu (samo ga koristite - izvadite ga iz toplog džepa, pazite na vrijeme i sakriti ga nazad se ne računa), onda ga je bolje napuniti 100% i uključiti bilo koji proces koji učitava procesor - to će se sporije hladiti.
5. Peti mit. Natečena Li-Ion baterija je opasna i mora se hitno baciti.
   Ovo nije u potpunosti mit, već mjera predostrožnosti - natečena baterija može puknuti. Sa hemijske tačke gledišta, sve je jednostavno: tokom procesa interkalacije, elektrode i elektrolit se raspadaju, usled čega se oslobađa gas (može se osloboditi i prilikom ponovnog punjenja, ali o tome u nastavku). Ali ističe se vrlo malo, a da bi baterija izgledala napuhano, mora proći nekoliko stotina (ako ne i hiljade) ciklusa punjenja (osim, naravno, ako nije neispravna). Nema problema da se riješite plina - samo probušite ventil (kod nekih baterija se sam otvara pri nadpritisku) i odzračite ga (ne preporučujem udisanje), nakon čega možete pokriti rupu epoksidnom smolom. Naravno, to neće vratiti bateriju na prijašnji kapacitet, ali barem sada sigurno neće puknuti.
6. Šesti mit. Li-Ion baterije su štetne za prepunjavanje.
   Ali to više nije mit, već surova stvarnost - pri punjenju postoji velika šansa da će baterija nabubriti, prsnuti i zapaliti - vjerujte, malo je zadovoljstva u prskanju kipućim elektrolitom. Stoga sve baterije imaju kontrolere koji jednostavno ne dozvoljavaju punjenje baterije iznad određenog napona. Ali ovdje morate biti izuzetno oprezni u odabiru baterije - kontroleri kineskih rukotvorina često znaju otkazati, a mislim da nećete biti zadovoljni vatrometom iz telefona u 3 sata ujutro. Naravno, isti problem postoji i kod brendiranih baterija, ali prvo, to se tamo dešava mnogo rjeđe, a drugo, cijeli telefon će biti zamijenjen pod garancijom. Obično ovaj mit dovodi do sljedećeg:
7. Sedmi mit. Kada dostignete 100%, potrebno je da skinete telefon sa punjenja.
   Iz šestog mita, ovo se čini razumnim, ali zapravo nema smisla ustajati usred noći i uklanjati uređaj iz punjenja: prvo, kvarovi kontrolera su izuzetno rijetki, a drugo, čak i kada je indikator 100% na indikatoru Kada se postigne, baterija se puni do vrlo, vrlo maksimalno za neko vrijeme niske struje, što dodaje još 1-3% kapaciteta. Dakle, u stvari, ne biste trebali biti previše reosigurani.
8. Mit osam. Uređaj možete puniti samo originalnim punjačem.
   Mit se odvija zbog loše kvalitete kineskih punjača - pri normalnom naponu od 5 + - 5% volti, oni mogu dati i 6 i 7 - kontroler će, naravno, izgladiti takav napon neko vrijeme, ali u budućnosti će to u najboljem slučaju dovesti do izgaranja kontrolera, u najgorem - do eksplozije i (ili) kvara matične ploče. Događa se i suprotno - pod opterećenjem, kineski punjač daje 3-4 volta: to će dovesti do činjenice da se baterija ne može u potpunosti napuniti.

Kao što možete vidjeti iz čitave gomile zabluda, nemaju sve naučno objašnjenje, a još manje zapravo pogoršavaju karakteristike baterija. Ali to ne znači da nakon čitanja mog članka morate trčati bezglavo i kupiti jeftine kineske baterije za par dolara - ipak, za izdržljivost je bolje uzeti ili originalne ili visokokvalitetne kopije originalnih.

Većina modernih elektronskih uređaja, kao što su laptop, telefon ili plejer, opremljeni su litijum-jonskim baterijama, koje deluju kao samostalni izvori napajanja. Ove ionske baterije razvijene su relativno nedavno, ali su zbog svojih karakteristika stekle veliku popularnost među dizajnerima i proizvođačima naprava. Sada su, pored raznih kućanskih aparata, mnogi alati za ukrašavanje i popravke, odvijači ili strojevi za rezanje opremljeni takvim izvorima energije. Ovaj članak govori o vrstama litijum-jonskih baterija, njihovim područjima primjene i principu rada.

Vrste litijum-jonskih baterija

Punjive baterije, koje rade na principu skladištenja energije i dopremanja do potrošenog uređaja, su više vrsta, koje se mogu kombinovati u jednu litijum-jonsku jedinicu. Ove baterije uključuju:

1. Litijum kobalt baterija. Takav uređaj se sastoji od grafitne anode i katode od kobalt oksida. Katoda ima strukturu nalik pločici s prazninama između dijelova, stoga, kada se troši energija, litijevi ioni se navode na ploče sa anode, dolazi do elektromagnetske reakcije, a napon se dovodi na terminale. Nedostatak takvog sustava je slaba otpornost mehanizma na temperaturne ekstreme, jer se s negativnim indikatorima baterija prazni, čak i ako nije priključena na potrošača. Tokom punjenja proizvoda, smjer struje se mijenja, a litijevi joni ulaze u anode kroz katode, dolazi do njihovog nakupljanja i napon raste. Strogo je zabranjeno priključiti punjač na bateriju čiji je nazivni napon veći od indikatora dijela, inače se baterija može pregrijati, ploče će se rastopiti, a kućište će puknuti;
2. Litijum mangan baterija. Također se odnosi i na litijum-jonske baterije, čije je radno okruženje napravljeno od manganskog spinela u obliku trodimenzionalnih ukrštenih tunela. Za razliku od kobaltnog sistema, ova vrsta baze osigurava nesmetan prolaz litijum jona od anode do katode i dalje do kontakata uređaja. Glavna prednost litijum-jonske manganske baterije je njena niska otpornost materijala, zbog čega se takve baterije često koriste za hibridna vozila, alate koji troše veliku količinu struje ili u medicinskoj opremi koja radi autonomno. Dozvoljeno je zagrijavanje baterije tokom punjenja do 80 stepeni, a nazivna struja može biti do 20-30 Ampera. Ne preporučuje se djelovanje na bateriju strujom, čiji je napon veći od 50A, duže od dvije sekunde, inače se spineli mogu pregrijati i otkazati;

1. Litijum-jonske punjive baterije sa gvozdeno-fosfatnom katodom. Takva baterija je rijetka zbog relativno visokih troškova proizvodnje, a konačna cijena joj je nešto viša od ostalih litijum-jonskih baterija. Fosfatna katoda ima veliku prednost: to je vijek trajanja proizvoda i učestalost punjenja znatno je bolja od sličnih uređaja. Najčešće, ove baterije imaju garanciju od 10 do 50 godina ili oko 500 ciklusa punjenja. Zbog ovih karakteristika, gvožđe fosfatne baterije se često koriste u industriji kada je potrebno dobiti visok izlazni napon;
2. Litijum-nikl-mangan-kobalt-oksid ionske baterije. Ovo je najpraktičnija, u smislu troškova proizvodnje i pouzdanosti gotovog proizvoda, kombinacija materijala za izradu katode. Zbog elektrohemijskih svojstava navedenih supstanci, katoda napravljena od njih ima niske vrijednosti otpora, pa će tijekom dugog mirovanja baterije pražnjenje biti minimalno. Također, povećanjem veličine staklene ili katodne ćelije, možete povećati ukupan kapacitet baterije ili povećati napon. Tajna leži u kombinaciji mangana i nikla, koji, kada se pravilno kombinuju, stvaraju lanac sa visokim nivoom elektrohemijskih svojstava;
3. Litijum titanatna baterija. Razvijen početkom 1980-ih, za razliku od jonskih baterija sa grafitnim jezgrom, katoda ovog uređaja je napravljena od nanokristala litij-titanata. Katoda napravljena od ovog materijala omogućava da se baterija napuni u kratkom vremenskom periodu i održi napon sa nultim otporom. Ova jedinica se često koristi u autonomnim sistemima ulične rasvjete, kada je potrebno akumulirati energiju u kratkom vremenu i dati je potrošaču dugo vremena. Nedostatak takvog sistema je relativno visoka cijena gotove baterije, ali se brzo isplati zbog produženog vijeka trajanja dijela.

Bitan! Sve navedene litijum-jonske baterije su baterije koje se ne mogu servisirati, stoga u slučaju oštećenja ili kvara neće biti moguće popraviti ili izvršiti servisne radove za dodavanje elektrolita. Svaka manipulacija otvaranja poklopca baterije dovest će do uništenja ploča baterije i potpunog kvara.

Kako rade litijum-jonske baterije

Sve litijum-jonske baterije imaju sličnu strukturu, koja ima nekoliko manjih razlika koje ne utiču na to kako deo radi. Vanjski omotač je izrađen od kompozitnog materijala, plastike ili tankog obojenog metala, što je vrlo rijetko. Najčešće se baterija sastoji od plastičnog kućišta, metalnih terminala za kontakt sa potrošačem i unutrašnjih šipki sa pozitivnim i negativnim naponom. Unutrašnji litijum se puni povezivanjem eksternog uređaja sa stabilnom strujom, ali svaki proizvod ima primarni naboj, koji nastaje usled hemijske reakcije između anode i katode.

Procesi na negativnoj elektrodi od ugljičnog materijala, koji izgleda kao prirodni slojeviti grafit, su neuređeni, električno nabijeni atomi se kreću kroz matricu bez gubitka napona. Svi pokazatelji u ovom sektoru su negativni.

Pozitivna elektroda litijumske baterije izrađena je isključivo od oksida kobalta ili nikla i litijum-manganskih spinela. Tokom pražnjenja, litijum joni se udaljavaju od ugljeničnog jezgra i, reagujući sa kiseonikom, prodiru u katodu i jure van, ali ne mogu napustiti telo baterije. Nabijeni litijevi joni gube napon i ostaju na površini anode sve dok se litijum ne napuni. Tokom punjenja, ceo proces se odvija obrnutim redosledom.

Dizajn litijum-jonske baterije

Kao alkalna baterija, litijumska baterija se proizvodi u obliku cilindra ili može biti prizmatična. U cilindričnoj bateriji kao jezgro se koriste valjane elektrode, izolirane posebnim omotačem i smještene u metalno kućište koje je povezano s negativno nabijenim ćelijama. Da bi se održao polaritet, minus kontakt se nalazi na dnu, a plus kontakt je na vrhu dijela, a ovi elementi ne bi trebali dodirivati ​​jedan drugog, inače će struja cirkulirati kroz vodič, što će dovesti do spontanog pražnjenja.

Prizmatični oblik litijum-jonske baterije je prilično uobičajen. U ovom dizajnu, jezgro se formira preklapanjem posebnih ploča jedna na drugu, koje su na minimalnoj udaljenosti između sebe. Takav sistem omogućava postizanje viših tehničkih karakteristika, ali zbog čvrstog prianjanja ploča dok se baterije pune, moguće je pregrijavanje jezgre i topljenje mreže, što dovodi do smanjenja produktivnosti dijela.

Nije neuobičajeno pronaći kombinovani sistem litijum-jonskih baterija u kojem su namotane elektrode formirane u ovalni cilindar. U ovom slučaju se poštuju pravila glatkoće prijelaza, a istovremeno ravan dio imitira pločasti oblik. Takve baterije imaju karakteristike obje vrste proizvoda, njihov vijek trajanja je mnogo duži.

Tokom hemijske reakcije i rada baterije unutar kućišta nastaju gasovi koji sadrže štetne materije. Za brzo uklanjanje ovih para u slučaju litijum-jonskih baterija postoji izlaz koji ima vezu sa bankama i na vreme uklanja nakupljeni gas iz šupljine baterije. Neke baterije velike snage opremljene su posebnim ventilom koji se oslobađa tokom kritičnog nakupljanja pare.

Test litijum-jonske baterije

Litijumsko punjenje unutar baterije potrebno je periodično provjeravati, unatoč činjenici da se navedena baterija smatra neupotrebljivom, budući da je njeno kućište zapečaćeno, baterija se ipak mora provjeravati posebnim uređajem.

Pregled uvijek počinje vanjskim pregledom, tokom kojeg se tijelo dijela provjerava na pukotine i deformacije. Također, terminali baterije se pregledavaju, čiste se od oksidacije i drugih zagađivača.

Bitan! Potrebno je održavati bateriju čistom, ne dopuštajući da se kontakti zatvore, jer to može dovesti do potpunog pražnjenja baterije, bit će vrlo problematično vratiti je.

Za provjeru unutrašnjeg stanja jezgre koristi se utikač za opterećenje, koji se spaja na stezaljke i mjeri nazivni napon u mreži. Zatim se na bateriju vrši pražnjenje, a uređaj očitava indikatore za zadržavanje struje unutar dijela. Važno je uzeti u obzir da u vrijeme testa baterija mora biti potpuno napunjena, inače će očitanja biti netočna.

Primjena litijum-jonskih baterija

Litijum-jonske baterije se koriste u mnogim aplikacijama, ovisno o njihovoj konfiguraciji, obliku i nazivnom naponu. Najčešća upotreba baterija je u automobilskoj industriji, svako vozilo ima svoj izvor napajanja, koji je odgovoran za pokretanje automobila i obavlja druge funkcije.

Takođe, ove baterije se koriste u mobilnim uređajima, laptopima i drugim gadžetima. Uređaj takvih baterija sličan je automobilskim, jedina razlika je u dimenzijama proizvoda, koje mogu biti veličine kutije šibica.

U posljednje vrijeme postalo je popularno uvođenje litijum-jonskih baterija u sisteme neprekidnog napajanja kod kuće i kao hitne izvore električne energije, dok je baterija trajno povezana na centralnu mrežu. Tokom rada uređaja iz jednostavne elektrane, baterija se puni, a kada se napajanje isključi, automatski počinje opskrbljivati ​​strujom potrošača. U tom slučaju, punjiva baterija mora biti pravilno postavljena i opremljena sistemima za zaštitu od pregrijavanja.

Video

Litijum-jonske i litijum-polimerske baterije

Inženjerska misao se stalno razvija: stimulisana je problemima koji se stalno pojavljuju, koji zahtijevaju razvoj novih tehnologija za njihovo rješavanje. Nikl-kadmijum (NiCd) baterije zamenjene su nikl-metal hidridnim (NiMH) baterijama, a sada pokušavaju da zauzmu mesto litijum-jonskih (Li-ion) baterija. NiMH baterije su u određenoj mjeri potisnule NiCd, ali zbog tako neospornih prednosti potonjeg kao što je mogućnost isporuke velike struje, niske cijene i dugog vijeka trajanja, nisu mogle osigurati njihovu potpunu zamjenu. Ali šta je sa litijumskim baterijama? Koje su njihove karakteristike i po čemu se Li-pol baterije razlikuju od Li-ion? Pokušajmo razumjeti ovo pitanje.

Po pravilu, prilikom kupovine mobilnog telefona ili laptopa, svi ne razmišljamo o tome kakvu bateriju imaju unutra i po čemu se ti uređaji generalno razlikuju. I tek tada, suočeni u praksi s potrošačkim kvalitetama određenih baterija, počinjemo analizirati i birati. Za one koji su u žurbi i žele odmah da dobiju odgovor na pitanje koja baterija je optimalna za mobilni telefon, odgovoriću ukratko - Li-ion. Dodatne informacije namijenjene su znatiželjnicima.

Za početak, mali izlet u istoriju.

Prvi eksperimenti za stvaranje litijumskih baterija počeli su 1912. godine, ali samo šest decenija kasnije, početkom 70-ih, prvi put su uvedene u kućne uređaje. Štaviše, naglašavam, upravo su to bile baterije. Kasniji pokušaji razvoja litijumskih baterija (punjivih baterija) bili su neuspješni zbog sigurnosnih razloga. Litijum, najlakši od svih metala, ima najveći elektrohemijski potencijal i pruža najveću gustoću energije. Baterije koje koriste litijumske metalne elektrode imaju i visok napon i odličan kapacitet. Ali kao rezultat brojnih studija 80-ih godina, ustanovljeno je da ciklički rad (punjenje - pražnjenje) litijumskih baterija dovodi do promjena na litijumskoj elektrodi, zbog čega se smanjuje termička stabilnost i postoji opasnost od termičke država izmiče kontroli. Kada se to dogodi, temperatura ćelije se brzo približava tački topljenja litijuma - i počinje burna reakcija, paljenje gasova koji se oslobađaju. Na primjer, veliki broj litijumskih baterija za mobilne telefone isporučenih u Japan 1991. godine povučen je nakon nekoliko požara.

Zbog nestabilnosti svojstvene litijumu, istraživači su skrenuli pogled na nemetalne litijumske baterije na bazi litijum jona. Nakon što su istovremeno malo izgubili u gustoći energije i poduzeli neke mjere opreza prilikom punjenja i pražnjenja, dobili su sigurnije takozvane Li-ion baterije.

Gustoća energije Li-ion baterija je obično dvostruko veća od standardne NiCd, a u budućnosti se, zahvaljujući upotrebi novih aktivnih materijala, očekuje da se ona još više poveća i postigne trostruku superiornost u odnosu na NiCd. Osim velikog kapaciteta, Li-ion baterija se tokom pražnjenja ponaša slično kao NiCd (oblik njihovih karakteristika pražnjenja je sličan i razlikuje se samo po naponu).

Trenutno postoji mnogo varijanti Li-ion baterija, a možete dugo pričati o prednostima i nedostacima jedne ili druge vrste, ali ih je nemoguće razlikovati po izgledu. Stoga bilježimo samo one prednosti i nedostatke koji su svojstveni svim vrstama ovih uređaja i razmatramo razloge koji su uzrokovali rođenje litijum-polimerskih baterija.

Glavne prednosti.

• Velika gustoća energije i, kao rezultat, veliki kapacitet sa istim dimenzijama u poređenju sa baterijama na bazi nikla.
• Nisko samopražnjenje.
• Visok napon jedne ćelije (3,6 V naspram 1,2 V za NiCd i NiMH), što pojednostavljuje dizajn - baterija se često sastoji od samo jedne ćelije. Mnogi proizvođači danas koriste takvu jednoćelijsku bateriju u mobilnim telefonima (sjetite se Nokie). Međutim, da bi se obezbijedila ista snaga, mora se isporučiti veća struja. A to zahtijeva osiguranje niskog unutrašnjeg otpora elementa.
• Nisko održavanje (tekući troškovi) - rezultat bez efekta memorije koji zahtijeva periodične cikluse pražnjenja da bi se obnovio kapacitet.

Nedostaci.

Tehnologija Li-ion baterija se stalno poboljšava. Ažurira se otprilike svakih šest mjeseci i teško je razumjeti kako se nove baterije ponašaju nakon dugotrajnog skladištenja.

Jednom riječju, svi bi imali dobru Li-ion bateriju da nije problema sa osiguranjem sigurnosti njenog rada i njene visoke cijene. Pokušaji rješavanja ovih problema doveli su do pojave litijum-polimerskih (Li-pol ili Li-polimer) baterija.

Njihova glavna razlika od Li-iona ogleda se u nazivu i leži u vrsti elektrolita koji se koristi. U početku, 70-ih godina, korišten je suhi čvrsti polimerni elektrolit, sličan plastičnoj foliji i koji ne provodi električnu struju, ali omogućava razmjenu iona (električno nabijenih atoma ili grupa atoma). Polimerni elektrolit zapravo zamjenjuje tradicionalni porozni separator impregniran elektrolitom.

Ovaj dizajn pojednostavljuje proces proizvodnje, sigurniji je i omogućava proizvodnju tankih baterija slobodnog oblika. Osim toga, odsustvo tečnog ili gel elektrolita eliminira mogućnost paljenja. Debljina elementa je oko jedan milimetar, tako da dizajneri opreme slobodno biraju oblik, oblik i veličinu, sve do ugradnje u komade odjeće.

Ali do sada, nažalost, suhe Li-polimer baterije imaju nedovoljnu električnu provodljivost na sobnoj temperaturi. Njihov unutrašnji otpor je previsok i ne može da obezbedi količinu struje potrebnu za moderne komunikacije i napajanje hard diskova laptopa. U isto vrijeme, kada se zagrije na 60 ° C ili više, električna vodljivost Li-polimera se povećava na prihvatljivu razinu, ali to nije prikladno za masovnu upotrebu.

Istraživači nastavljaju da razvijaju Li-polimer baterije sa suvim čvrstim elektrolitom koje rade na sobnoj temperaturi. Očekuje se da će takve baterije biti komercijalno dostupne do 2005. godine. Biće stabilne, omogućavaće 1000 punih ciklusa punjenja-pražnjenja i imaće veću gustinu energije od današnjih Li-ion baterija.

U međuvremenu, neke vrste Li-polimer baterija se trenutno koriste kao rezervno napajanje u vrućim klimama. Na primjer, neki proizvođači posebno instaliraju grijaće elemente koji održavaju temperaturu pogodnu za bateriju.

Pitate: kako to? Li-polimer baterije se uveliko prodaju na tržištu, proizvođači njima opremaju telefone i računare, a ovdje kažemo da još nisu spremne za komercijalnu upotrebu. Sve je vrlo jednostavno. U ovom slučaju govorimo o baterijama koje nisu sa suhim čvrstim elektrolitom. Kako bi se povećala električna provodljivost malih Li-polimer baterija, u njih se dodaje određena količina geliranog elektrolita. Većina Li-polimer baterija koje se danas koriste za mobilne telefone su zapravo hibridi jer sadrže elektrolit sličan gelu. Bilo bi ispravnije nazvati ih litijum-jonskim polimerima. Ali većina proizvođača ih jednostavno označava kao Li-polimer u promotivne svrhe. Zaustavimo se detaljnije na ovoj vrsti litijum-polimer baterija, jer su one trenutno od najvećeg interesa.

Dakle, koja je razlika između Li-ion i Li-polimer baterije sa dodatkom gel elektrolita? Iako su karakteristike i efikasnost oba sistema uglavnom slične, jedinstvenost Li-ion polimer (možete je čak i tako nazvati) baterije je u tome što i dalje koristi čvrsti elektrolit, zamjenjujući porozni separator. Gel elektrolit se dodaje samo radi povećanja jonske provodljivosti.

Tehničke poteškoće i kašnjenje u povećanju proizvodnje odložili su uvođenje Li-ion polimernih baterija. Razlog tome je, smatraju pojedini stručnjaci, želja investitora koji su uložili velike sume novca u razvoj i masovnu proizvodnju Li-ion baterija, da vrate svoja ulaganja. Stoga se ne žure s prelaskom na nove tehnologije, iako će tokom masovne proizvodnje Li-ion polimerne baterije biti jeftinije od litijum-jonskih baterija.

A sada o karakteristikama rada Li-ion i Li-polimer baterija.

Njihove glavne karakteristike su vrlo slične. Punjenje Li-ion baterija je dovoljno detaljno opisano u članku. Osim toga, dat ću samo grafikon (slika 1) koji ilustruje faze punjenja i mala objašnjenja za to.

Vrijeme punjenja svih Li-ion baterija sa početnom strujom punjenja od 1C (numerički jednako nominalnoj vrijednosti kapaciteta baterije) je u prosjeku 3 sata. Potpuno punjenje se postiže kada je napon baterije jednak gornjoj granici i kada se struja punjenja smanji na nivo približno jednak 3% početne vrijednosti. Baterija ostaje hladna tokom punjenja. Kao što možete vidjeti iz grafikona, proces punjenja se sastoji od dvije faze. U prvom (nešto više od sat vremena) napon raste uz gotovo konstantnu početnu struju punjenja od 1C sve dok prvi ne dostigne gornji prag napona. U ovom trenutku baterija je napunjena do oko 70% svog kapaciteta. Na početku drugog stupnja napon ostaje gotovo konstantan, a struja opada sve dok ne dostigne gornjih 3%. Nakon toga, naplata se u potpunosti prekida.

Ako je potrebno bateriju stalno držati u napunjenom stanju, preporučuje se punjenje nakon 500 sati, odnosno 20 dana. Obično se provodi kada napon na terminalima baterije padne na 4,05 V i prestaje kada dostigne 4,2 V

Nekoliko riječi o temperaturnom rasponu prilikom punjenja. Većina tipova Li-ion baterija može se puniti strujom od 1C na temperaturi od 5 do 45°C. Na temperaturama od 0 do 5 °C preporučuje se punjenje strujom od 0,1 C. Punjenje na temperaturama ispod nule je zabranjeno. Optimalna temperatura za punjenje je 15 do 25°C.

Procesi punjenja kod Li-polimer baterija su gotovo identični gore opisanim, tako da potrošač ne mora znati koju od dvije vrste baterija ima u rukama. A svi ti punjači koje je koristio za Li-ion baterije su pogodni za Li-polimer.

A sada o uslovima ispuštanja. Tipično, Li-ion baterije se prazne do 3,0 V po ćeliji, iako je za neke varijante donji prag 2,5 V. Proizvođači opreme na baterije općenito dizajniraju uređaje s pragom isključivanja od 3,0 V (za sve prilike). Šta to znači? Napon na bateriji kada se telefon uključi postepeno opada, a čim dostigne 3,0 V, uređaj će vas upozoriti i isključiti. Međutim, to uopće ne znači da je prestao trošiti energiju iz baterije. Energija, iako beznačajna, potrebna je da se odredi kada se pritisne tipka za uključivanje telefona i neke druge funkcije. Osim toga, energiju troši vlastiti interni kontrolni i zaštitni krug, a samopražnjenje, iako malo, i dalje je tipično čak i za baterije na bazi litijuma. Kao rezultat toga, ako ostavite litijumske baterije duže vrijeme bez ponovnog punjenja, napon na njima će pasti ispod 2,5 V, što je vrlo loše. U tom slučaju moguće je onemogućiti interni kontrolni i zaštitni krug, a neće svi punjači moći puniti takve baterije. Osim toga, duboko pražnjenje negativno utječe na unutarnju strukturu same baterije. Potpuno ispražnjenu bateriju treba napuniti u prvoj fazi strujom od samo 0,1C. Ukratko, vjerovatnije je da će baterije biti u napunjenom stanju nego u ispražnjenom stanju.

Nekoliko riječi o temperaturnim uslovima tokom pražnjenja (pročitajte tokom rada).

Općenito, Li-ion baterije najbolje rade na sobnoj temperaturi. Rad u toplijim uslovima će ozbiljno skratiti njihov životni vek. Iako, na primjer, olovno-kiselinska baterija ima najveći kapacitet na temperaturama preko 30°C, produžena upotreba u takvom okruženju će skratiti vijek trajanja baterije. Isto tako, Li-ion radi bolje na visokim temperaturama, što u početku sprečava povećanje unutrašnjeg otpora baterije koje je rezultat starenja. Ali povećani izlaz energije je kratak, jer porast temperature, zauzvrat, potiče ubrzano starenje, praćeno daljim povećanjem unutrašnjeg otpora.

Jedini izuzetak su trenutno litijum-polimerske baterije sa suvim čvrstim polimernim elektrolitom. Za njih je od vitalnog značaja temperatura od 60°C do 100°C. I takve baterije su zauzele svoju nišu na tržištu rezervnih izvora na mjestima s vrućom klimom. Postavljeni su u toplotno izolirano kućište s ugrađenim grijaćim elementima koji se napajaju iz vanjske mreže. Smatra se da litijum-jonske polimerske baterije kao rezervne baterije nadmašuju VRLA baterije u kapacitetu i izdržljivosti, posebno na polju gde kontrola temperature nije moguća. Ali njihova visoka cijena ostaje odvraćajući faktor.

Na niskim temperaturama, efikasnost baterija u svim elektrohemijskim sistemima naglo opada. Dok je za NiMH, SLA i Li-ion baterije -20°C granica na kojoj prestaju funkcionirati, NiCd nastavlja raditi do -40°C. Samo ću napomenuti da opet govorimo samo o baterijama široke upotrebe.

Važno je ne zaboraviti da iako baterija može raditi na niskim temperaturama, to ne znači da se može puniti i pod tim uvjetima. Osjetljivost na punjenje većine baterija na vrlo niskim temperaturama je izuzetno ograničena i struju punjenja u ovim slučajevima treba smanjiti na 0,1C.

U zaključku, želio bih napomenuti da možete postavljati pitanja i raspravljati o problemima vezanim za Li-ion, Li-polymer, kao i druge vrste baterija na forumu u podforumu za dodatnu opremu.

Prilikom pisanja članka korišteni su materijali [- Baterije za mobilne uređaje i laptop računare. Analizatori baterija.