Oggi è il litio- batterie agli ioni più spesso usato in varie aree. Sono particolarmente utilizzati nell'elettronica mobile (PDA, telefoni cellulari, laptop e molto altro), nei veicoli elettrici e così via. Ciò è dovuto ai loro vantaggi rispetto alle batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd) e al nichel-metallo idruro (Ni-MH), precedentemente ampiamente utilizzate. E se questi ultimi si sono avvicinati al loro limite teorico, allora è la tecnologia batterie agli ioni di litio sono all'inizio del viaggio.

Dispositivo

Nelle batterie agli ioni di litio, l’alluminio funge da elettrodo negativo (catodo) e il rame funge da elettrodo positivo (anodo). Gli elettrodi possono essere realizzati in diverse forme, tuttavia, di norma, sono fogli a forma di confezione oblunga o cilindro.

• Il materiale anodico sul foglio di rame e il materiale catodico sul foglio di alluminio sono separati da un separatore poroso impregnato con un elettrolita.
• Il pacchetto elettrodi è installato in un alloggiamento sigillato e gli anodi e i catodi sono collegati ai terminali del collettore di corrente
• Potrebbero esserci dispositivi speciali sotto il coperchio della batteria. Un dispositivo risponde aumentando la resistenza a un coefficiente di temperatura positivo. Il secondo dispositivo si rompe connessione elettrica tra il terminale positivo e il catodo quando la pressione del gas nella batteria supera il limite consentito. In alcuni casi, l'alloggiamento è dotato di una valvola di sicurezza che allevia la pressione interna in caso di violazione delle condizioni operative o situazioni di emergenza.
• Per aumentare la sicurezza operativa, alcune batterie utilizzano anche batterie esterne protezione elettronica. Previene la possibilità di riscaldamento eccessivo, cortocircuito e sovraccarico della batteria.
• Strutturalmente, le batterie sono prodotte nelle versioni prismatiche e cilindriche. Un pacchetto arrotolato di separatore ed elettrodi in batterie cilindriche è posto in alluminio o corpo in acciaio, a cui è collegato l'elettrodo negativo. Il polo positivo della batteria viene fatto uscire attraverso l'isolante fino al coperchio. Le batterie prismatiche vengono create impilando piastre rettangolari una sopra l'altra.

Questi tipi di batterie agli ioni di litio consentono un imballaggio più stretto, ma è più difficile mantenere le forze di compressione sugli elettrodi rispetto alle batterie cilindriche. Un certo numero di batterie prismatiche utilizzano un gruppo di rulli di un pacchetto di elettrodi attorcigliati in una spirale ellittica.

La maggior parte delle batterie sono prodotte in versioni prismatiche, poiché il loro scopo principale è garantire il funzionamento di laptop e telefoni cellulari. Il design delle batterie agli ioni di litio è completamente sigillato. Questo requisito dettata dall'inammissibilità della fuoriuscita di elettrolita liquido. Se all'interno penetra vapore acqueo o ossigeno, si verifica una reazione con l'elettrolita e i materiali degli elettrodi, che porta al completo guasto della batteria.

Principio operativo

• Le batterie agli ioni di litio hanno due elettrodi sotto forma di anodo e catodo, con un elettrolita tra di loro. All'anodo, quando una batteria è collegata in un circuito chiuso, si forma una reazione chimica che porta alla formazione di elettroni liberi.
• Questi elettroni tendono ad arrivare al catodo, dove la loro concentrazione è minore. Tuttavia, ciò che impedisce loro di raggiungere direttamente il catodo dall'anodo è l'elettrolita, che si trova tra gli elettrodi. L'unico modo rimasto è attraverso il circuito in cui la batteria è chiusa. In questo caso, gli elettroni, muovendosi lungo il circuito specificato, forniscono energia al dispositivo.
• Gli ioni di litio con carica positiva, che sono stati lasciati indietro dagli elettroni in fuga, vengono contemporaneamente diretti attraverso l'elettrolita al catodo per soddisfare la richiesta di elettroni dal lato del catodo.
• Dopo che tutti gli elettroni si sono spostati verso il catodo, si verifica la "morte" della batteria. Ma la batteria agli ioni di litio è ricaricabile, il che significa che il processo può essere invertito.

Utilizzando un caricabatterie è possibile introdurre energia nel circuito, avviando così la reazione nella direzione opposta. Il risultato sarà un accumulo di elettroni sull'anodo. Una volta ricaricata, la batteria rimarrà tale per la maggior parte del tempo finché non verrà attivata. Tuttavia, con il passare del tempo, la batteria perderà parte della sua carica anche in modalità standby.

• La capacità della batteria si riferisce al numero di ioni di litio che possono annidarsi nei crateri e nei minuscoli pori dell'anodo o del catodo. Nel tempo, dopo numerose ricariche, il catodo e l'anodo si degradano. Di conseguenza, il numero di ioni che possono accogliere diminuisce. In questo caso la batteria non riesce più a mantenere la stessa quantità di carica. Alla fine perde completamente le sue funzioni.

Le batterie agli ioni di litio sono progettate in modo tale che la loro carica debba essere costantemente monitorata. A tale scopo, nella custodia è installata una scheda speciale, denominata regolatore di carica. Il chip sulla scheda controlla il processo di ricarica della batteria.

La ricarica standard della batteria si presenta così:

• All'inizio del processo di ricarica il controller fornisce una corrente pari al 10% della corrente nominale. IN questo momento la tensione sale a 2,8 V.
• Quindi la corrente di carica aumenta fino a quella nominale. IN questo periodo tensione a DC sale a 4,2 V.
• Al termine del processo di ricarica, la corrente scende a tensione costante 4,2 V finché la batteria non è carica al 100%.

La messa in scena può differire a causa dell'uso di controller diversi, il che porta a velocità diverse ricarica e, di conseguenza, il costo totale della batteria. Le batterie agli ioni di litio possono essere senza protezione, ovvero il controller si trova nel caricabatterie, o con protezione integrata, ovvero il controller si trova all'interno della batteria. Potrebbero esserci dispositivi in ​​cui la scheda di protezione è integrata direttamente nella batteria.

Varietà e applicazioni

Esistono due fattori di forma delle batterie agli ioni di litio:

1. Batterie cilindriche agli ioni di litio.
2. Batterie agli ioni di litio per tablet.

I diversi sottotipi del sistema elettrochimico agli ioni di litio prendono il nome dal tipo di sostanza attiva utilizzata. Ciò che tutte queste batterie agli ioni di litio hanno in comune è che sono tutte batterie sigillate e che non richiedono manutenzione.

Esistono 6 tipi più comuni di batterie agli ioni di litio:

1. Batteria al litio cobalto . È una soluzione popolare per fotocamere digitali, laptop e cellulari a causa dell’elevata intensità energetica specifica. La batteria è costituita da un catodo di ossido di cobalto e un anodo di grafite. Svantaggi delle batterie al litio cobalto: opportunità limitate carichi, bassa stabilità termica e durata di servizio relativamente breve.

Aree di utilizzo ; elettronica mobile.

1. Batteria al litio manganese . Il catodo cristallino di spinello di litio e manganese presenta una struttura a struttura tridimensionale. Lo spinello fornisce una bassa resistenza, ma ha una densità di energia più moderata rispetto al cobalto.

Aree di utilizzo; centraline elettriche, apparecchiature medicali, elettroutensili.

1. Batteria al litio nichel manganese cobalto ossido . Il catodo della batteria combina cobalto, manganese e nichel. Il nichel è famoso per la sua elevata intensità energetica specifica, ma bassa stabilità. Il manganese fornisce una bassa resistenza interna ma si traduce in una bassa densità di energia. La combinazione di metalli consente di compensare i loro svantaggi e di sfruttare i loro punti di forza.

Aree di utilizzo; per uso privato e industriale (sistemi di sicurezza, centrali solari, illuminazione di emergenza, telecomunicazioni, veicoli elettrici, biciclette elettriche ecc.).

1. Batteria al litio ferro fosfato . I suoi principali vantaggi: lungo termine servizio, valori di corrente elevati, resistenza all'uso improprio, maggiore sicurezza e buona stabilità termica. Tuttavia, questa batteria ha una capacità ridotta.

Aree di applicazione: dispositivi specializzati fissi e portatili dove sono richieste resistenza e correnti di carico elevate.

1. Batteria al litio nichel cobalto ossido di alluminio . I suoi principali vantaggi: alta densità di energia e intensità energetica, durata. Tuttavia, il record di sicurezza e alto prezzo limitarne l'uso.

Aree di utilizzo; propulsori elettrici, apparecchiature industriali e mediche.

1. Batteria al titanato di litio . I suoi principali vantaggi: ricarica rapida, lunga durata, ampio intervallo di temperature, prestazioni eccellenti e sicurezza. Questa è la batteria agli ioni di litio più sicura disponibile.

Ha però un costo elevato e una bassa intensità energetica specifica. Attualmente sono in corso sviluppi per ridurre i costi di produzione e aumentare l’intensità energetica specifica.

Aree di utilizzo; stradali, centraline elettriche di automobili (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Caratteristiche tipiche

In generale, le batterie agli ioni di litio hanno le seguenti caratteristiche tipiche:

• La tensione minima non è inferiore a 2,2-2,5 V.
• La tensione massima non è superiore a 4,25-4,35 V.
• Tempo di ricarica: 2-4 ore.
• L'autoscarica a temperatura ambiente è pari a circa il 7% annuo.
• Intervallo di temperatura operativa da −20 °C a +60 °C.
• Il numero di cicli di carica/scarica fino al raggiungimento di una perdita del 20% della capacità è 500-1000.

Vantaggi e svantaggi

I vantaggi includono:

• Elevata densità di energia rispetto alle batterie alcaline che utilizzano nichel.
• La tensione di una cella della batteria è piuttosto elevata.
• Non esiste un "effetto memoria", che garantisce un funzionamento semplice.
• Un numero significativo di cicli di carica-scarica.
• Lunga durata.
• Ampio intervallo di temperature per prestazioni costanti.
• Sicurezza ambientale relativa.

Tra gli svantaggi ci sono:

• Corrente di scarica moderata.
• Invecchiamento relativamente veloce.
• Costo relativamente alto.
• Impossibilità di lavorare senza controller integrato.
• Possibilità di combustione spontanea in caso di carichi elevati e scarico troppo profondo.
• Il design richiede miglioramenti significativi, perché non è perfezionato.

Saluti, miei cari amici e ammiratori, lettori di questo blog. Invece di un'altra lezione, sarebbe più corretto dire articoli in salvadanaio della scuola fotografica, ho deciso di scrivere un articolo su un argomento dolente e importante per tutti.

Penso che molti, compresi voi, miei cari lettori, troveranno interessante e utile sapere quali sono queste cose fondamentali batterie agli ioni di litio, quali sono le loro caratteristiche limitanti, come devono essere utilizzati, con cosa si possono ottenere uso corretto e, naturalmente, di cosa dovrebbe occuparsi lunga durata della batteria. Avanti così.

Perché? - mi chiedi, in realtà ho iniziato a scrivere su questo argomento. Bene, una batteria, una batteria e che dire. COSÌ? Ma no. Batteria agli ioni di litio, questo è essenzialmente un serbatoio di carburante per molti dei nostri dispositivi preferiti, o dispositivi nel linguaggio comune. E allora? - dimmi tu, - che differenza fa per noi? E la differenza è grande e importante per te. L’idea di scrivere questo articolo è nata dopo che io e gli studenti della scuola di fotografia abbiamo frequentato. Tempo atmosferico abbastanza normale, circa -7 -10 gradi Celsius, soleggiato, brezza leggera, sereno. Tempo generalmente piacevole per l'occhio curioso di un fotografo amatoriale. Tuttavia, molti studenti si sono preoccupati: non è pericoloso per la fotocamera? Non si congelerà? Cosa succede se si congela? (Scriverò una nota separata sulle condizioni di temperatura della fotocamera) Cosa accadrà alla batteria della fotocamera? Abbiamo sentito che la batteria della fotocamera è molto sensibile al freddo e può guastarsi, è vero? Vero, ma non tutto e non del tutto. Scopriamolo.

Le nostre fotocamere contengono batterie agli ioni di litio. Cosa significherebbe? Ecco cosa. Le batterie agli ioni di litio hanno significativamente parametri migliori utilizzo rispetto ad altri tipi di batterie. Non entrerò nei dettagli, ma al giorno d'oggi, la maggior parte dei produttori elettronica di consumo, provano a fornire i propri prodotti con batterie agli ioni di litio, poiché sono più semplici ed economiche da produrre e meno dannose per l'ambiente.

Le celle primarie ("batterie") con anodo di litio apparvero all'inizio degli anni '70 del XX secolo e trovarono rapidamente applicazione grazie alla loro elevata energia specifica e ad altri vantaggi. Pertanto, è stato realizzato il desiderio di vecchia data di creare una fonte di corrente chimica con l'agente riducente più attivo: un metallo alcalino, che ha permesso di aumentare drasticamente sia la tensione operativa della batteria che la sua energia specifica. Mentre lo sviluppo di celle primarie con anodo al litio è stato coronato da un successo relativamente rapido e tali elementi hanno preso saldamente il loro posto come fonti di energia per apparecchiature portatili, la creazione di batterie al litio ha incontrato difficoltà fondamentali, che hanno richiesto più di 20 anni per essere superate.

Dopo numerosi test condotti negli anni '80 si scoprì che il problema delle batterie al litio ruotava attorno agli elettrodi al litio. Più precisamente intorno all’attività del litio: i processi avvenuti durante il funzionamento hanno portato infine ad una reazione violenta, denominata “ventilazione con emissione di fiamma”. Nel 1991 gli stabilimenti produttivi furono richiamati un gran numero di batterie al litio, inizialmente utilizzate come fonte di alimentazione per i telefoni cellulari. Il motivo è che durante una conversazione, quando il consumo di corrente era al massimo, dalla batteria è esplosa una fiamma che ha bruciato il volto dell'utente del cellulare.

A causa dell’instabilità intrinseca del litio metallico, soprattutto durante la ricarica, la ricerca si è spostata verso la creazione di una batteria senza l’uso del litio, ma utilizzando i suoi ioni. Sebbene le batterie agli ioni di litio forniscano una densità energetica leggermente inferiore rispetto a batterie al litio Tuttavia, le batterie agli ioni di litio sono sicure se fornite modalità corrette carica e scarica.

Se inoltre qualcuno è interessato alla parte su quali processi chimici erano e sono nelle batterie agli ioni di litio e come questi stessi processi sono stati domati, allora vai su Google. Non sono abbastanza forte in chimica e fisica per scrivere un articolo che mi farebbe addormentare leggendolo.

Le moderne batterie agli ioni di litio hanno caratteristiche specifiche elevate: 100-180 Wh/kg e 250-400 Wh/l. Voltaggio operativo: 3,5-3,7 V.

Se solo pochi anni fa, gli sviluppatori di produzione considerassero la capacità massima ottenibile dalle batterie agli ioni di litio non superiore a diversi ampere-ora (ricordate corso scolastico fisica), ora la maggior parte dei motivi che limitavano l'aumento di capacità sono stati superati e molti produttori hanno iniziato a produrre batterie con una capacità di centinaia di ampere-ora, o addirittura migliaia.

Le moderne batterie di piccole dimensioni funzionano con correnti di scarica fino a 2 C, quelle potenti fino a 10-20 C. Intervallo di temperatura di funzionamento: da -20 a +60 °C. Tuttavia molti produttori hanno già sviluppato batterie che funzionano a -40 °C. È possibile espandere l'intervallo di temperatura a temperature più elevate.

L'autoscarica delle batterie agli ioni di litio è del 4-6% nel primo mese, poi è decisamente inferiore: in 12 mesi le batterie perdono il 10-20% della capacità immagazzinata. La perdita di capacità delle batterie agli ioni di litio è molte volte inferiore a quella delle batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd), sia a 20 °C che a 40 °C. Risorsa delle batterie agli ioni di litio: 500-1000 cicli di carica-scarica.

E qui molti diranno: -Ahhh. Questo è il motivo per cui puoi scattare con la tua fotocamera a temperature moderatamente fredde. Sì, ti risponderò. Inoltre, quando la batteria funziona, rilasciando energia, al suo interno si verificano reazioni chimiche, il cui effetto collaterale è il rilascio di energia termica, che consente alla batteria di mantenere più a lungo il suo intervallo di temperatura operativa. Inoltre, quando tiriamo fuori la fotocamera dalla custodia per strada, anche essa (la fotocamera, la fotocamera) ha una temperatura positiva, ovvero aumentiamo ulteriormente la risorsa temporale durante la quale possiamo scattare per strada a -7 ..-15°C. A ciò si aggiunge il riscaldamento termico del processore della fotocamera durante lo scatto, il riscaldamento della matrice, anche il calore delle mani con cui teniamo la fotocamera e la trasferiamo su di essa, prolunga la durata termica e temporale della fotocamera a temperature moderatamente basse .

Ciò riguarda l'uso delle batterie durante il lavoro. Ora diamo un'occhiata un po' al lato della carica e dello stoccaggio. Litio- batterie agli ioni non richiedono cure particolari. Le regole base per il loro funzionamento si trovano nelle istruzioni del telefono/laptop/fotocamera, a tutto il resto provvede il circuito BMS e il regolatore di carica nel dispositivo alimentato. Tuttavia, al momento dell'acquisto, puoi spesso sentire le seguenti dichiarazioni da parte di un venditore o di un altro "guru":

“...prima carica - 12–15 ore...” o, in alternativa, “...lascia semplicemente collegato il dispositivo tutta la notte...”;

"...è necessario eseguire 3-5 cicli completi affinché la batteria acquisisca capacità...";

“...si consiglia di caricare e scaricare completamente la batteria...”;

“... e se la batteria avesse già un anno, non fosse stata utilizzata; la sua durata dipende esclusivamente dal numero di cicli di carica-scarica...”

Vediamo quanto è vero quanto sopra.

La prima affermazione è semplicemente priva di significato: l'elettronica di controllo non consentirà di caricare la batteria più di quanto dovrebbe.

Anche il suggerimento n. 2 è insostenibile. Dopo la prima carica, le batterie agli ioni di litio funzionano con la massima efficienza e all'inizio si scaricano più velocemente semplicemente perché il proprietario del dispositivo lo configura e lo studia, lo mostra ad amici e conoscenti, ecc. Dopo una o due settimane, il gadget arriva in uso modalità normale, che naturalmente ha un effetto positivo sull'autonomia. Ma solo completamente carico prima di iniziare l'utilizzo è comunque consigliabile. Ciò non è necessario per la batteria, ma affinché il dispositivo possa determinarne la reale capacità e successivamente visualizzare correttamente la carica rimanente.

La raccomandazione n. 3 ha “gambe in crescita” anche rispetto alle regole per il funzionamento delle batterie al nichel-cadmio, che prima dovevano essere completamente scaricate, altrimenti parte della capacità sarebbe andata persa in modo irreversibile. I loro omologhi agli ioni di litio non hanno un simile "effetto memoria", inoltre la scarica profonda è controindicata per loro. Con un uso frequente, questo non è rilevante, poiché il sistema BMS non consente alla batteria di scaricarsi completamente, ma se rimane scarica per un mese o più, la carica rimanente “disperderà”, il circuito di protezione si bloccherà il processo di ricarica e spegnerlo, dopodiché la ricarica non sarà più possibile. Anche il sovraccarico è dannoso, ma la maggior parte dei dispositivi ne tiene già conto e non carica la batteria al 100%.

Ci sono anche consigli del tipo “carica come vuoi, ma almeno una volta alla settimana (al mese) effettua un ciclo completo”. Questo schema operativo è ottimale per le batterie al nichel-metallo idruro: hanno anche un effetto memoria, ma molto inferiore alle Ni-Cd e ripristinano la capacità dopo 1-2 cicli completi. Per batterie agli ioni di litio Ciò è vero solo in parte; ad esempio, si consiglia di farlo dopo una conservazione a lungo termine.

Dall'affermazione numero 4 segue una conclusione apparentemente logica: poiché la durata della batteria si misura dal numero di cicli, significa che è meglio sfruttarla al massimo. Questo è un errore. La carica e la scarica completa lo consumano più velocemente, mentre i cicli incompleti, al contrario, prolungano la vita. Inoltre, le batterie agli ioni di litio perdono capacità anche senza utilizzo. Già dopo un anno “sullo scaffale” le loro risorse diminuiscono del 5-10%, dopo 2 anni del 20-30%. Pertanto, quando si acquista un nuovo dispositivo portatile, prestare attenzione alla data di rilascio dell'alimentatore. È anche ovvio che acquistare una batteria per un utilizzo futuro, anche se difficilmente reperibile in commercio, è inutile.

È molto importante conformarsi regime di temperatura funzionamento delle batterie agli ioni di litio. Con il gelo inferiore a -20 °C smettono semplicemente di erogare corrente, mentre con il caldo superiore a +45 °C, nonostante funzionino, tali condizioni climatiche attivano il processo di invecchiamento, riducendo notevolmente la durata della batteria. Ma puoi caricarlo solo a temperature positive (Celsius), altrimenti il ​​rischio di guasto del dispositivo è elevato. In generale, ottimale temperatura di lavoro batterie agli ioni di litio è +20 °C.

Le batterie agli ioni di litio vengono costantemente migliorate e i produttori sperimentano attivamente materiali per elettrodi ed elettroliti. Nel 1994 sono apparse batterie con catodi al litio-manganese e nel 1996 con catodi al litio-ferro-fosfato. Sono molto più stabili e resistono facilmente a correnti di scarica elevate, quindi vengono utilizzati negli utensili elettrici e nei veicoli elettrici. Dal 2003 vengono prodotte batterie che utilizzano una composizione catodica complessa (LiNiMnCoO2) e hanno la migliore combinazione caratteristiche tra tutte elencate. Ma nessuno è ancora riuscito a superare gli esemplari di litio-cobalto in termini di capacità specifica e prezzo, e i vantaggi dei nuovi tipi non sono richiesti nei telefoni cellulari e nei laptop, che consumano relativamente poco corrente elevata.

Se hai temporaneamente messo da parte il tuo dispositivo, ma vuoi mantenerne la batteria funzionante, sappi che le batterie agli ioni di litio si conservano meglio ad una temperatura di circa +5°C. Più è alto e più il livello di carica è vicino al 100%, più velocemente la batteria invecchia e perde capacità. È meglio caricarlo al 40–50%, rimuoverlo dal dispositivo, imballarlo in un sacchetto di plastica sigillato, metterlo in frigorifero (ma non in congelatore!) e ricaricare periodicamente.

Questo è tutto quello che volevo dire sulle batterie, sui nostri amici, sugli animali elettronici. Che si tratti di un telefono, un lettore o una fotocamera.

Questo articolo è stato preparato sulla base di materiali trovati su Internet e raccolti qui in una pila per comodità e comprensione dell'essenza del processo.

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Leggendo i "suggerimenti per il funzionamento" delle batterie sui forum, non puoi fare a meno di pensare: o le persone hanno saltato fisica e chimica a scuola, oppure pensano che le regole per il funzionamento delle batterie al piombo-acido e degli ioni siano le stesse.
Cominciamo con i principi di funzionamento di una batteria agli ioni di litio. Sulle dita tutto è estremamente semplice: c'è un elettrodo negativo (di solito in rame), ce n'è uno positivo (in alluminio), tra loro c'è una sostanza porosa (separatore) impregnata di elettrolita (impedisce il " trasferimento “non autorizzato” di ioni di litio tra gli elettrodi):

Il principio di funzionamento si basa sulla capacità degli ioni di litio di integrarsi nel reticolo cristallino vari materiali- solitamente grafite o ossido di silicio - con formazione di legami chimici: pertanto, durante la carica, gli ioni vengono incorporati nel reticolo cristallino, accumulando così una carica su un elettrodo; durante la scarica, tornano rispettivamente all'altro elettrodo, cedendo l'elettrone di cui abbiamo bisogno (chi è interessato a una spiegazione più accurata dei processi in atto - intercalazione di Google). Come elettrolita vengono utilizzate soluzioni contenenti acqua che non contengono un protone libero e sono stabili vasta gamma fatica. Come visto in batterie moderne tutto viene fatto in modo abbastanza sicuro: non c'è litio metallico, non c'è niente che possa esplodere, solo gli ioni attraversano il separatore.
Ora che tutto è diventato più o meno chiaro sul principio di funzionamento, passiamo ai miti più comuni sulle batterie agli ioni di litio:

1. Mito uno. La batteria agli ioni di litio del dispositivo non può essere scaricata fino allo zero%.
   In effetti, tutto sembra corretto ed è coerente con la fisica: quando viene scaricata a ~2,5 V, la batteria agli ioni di litio inizia a degradarsi molto rapidamente e anche una scarica di questo tipo può ridurne significativamente (fino al 10%) la sua capacità. Inoltre, se la tensione viene scaricata a tale tensione con un caricabatterie standard, non sarà più possibile caricarla: se la tensione della cella della batteria scende al di sotto di ~3 V, il controller "intelligente" la spegnerà come danneggiata, e se ci sono tutte queste celle, la batteria può essere portata nella spazzatura.
   Ma c'è una cosa molto importante di cui tutti si dimenticano: nei telefoni, nei tablet e altro dispositivi mobili L'intervallo di tensione operativa della batteria è 3,5-4,2 V. Quando la tensione scende al di sotto di 3,5 V, l'indicatore mostra una carica pari allo zero% e il dispositivo si spegne, ma è ancora molto lontano dai 2,5 V “critici”. Ciò è confermato dal fatto che se si collega un LED a una batteria così “scarica”, può ancora accendersi per molto tempo(forse qualcuno si ricorda che vendevano telefoni con torce che si accendevano tramite un pulsante indipendentemente dal sistema. Quindi la luce lì continuava ad accendersi anche dopo che il telefono era scarico e spento). Cioè, come si può vedere quando uso normale Non c'è scarica fino a 2,5 V, il che significa che è del tutto possibile scaricare la batteria fino allo zero%.
2. Mito due. Se le batterie agli ioni di litio sono danneggiate, esplodono.
   Ricordiamo tutti "esplosivo" Samsung Galaxy Nota 7. Tuttavia, questa è piuttosto un'eccezione alla regola: sì, il litio è un metallo molto attivo e non è difficile farlo esplodere nell'aria (e brucia molto intensamente nell'acqua). Tuttavia, le batterie moderne non utilizzano il litio, ma i suoi ioni, che sono molto meno attivi. Quindi, affinché si verifichi un'esplosione, è necessario impegnarsi molto: danneggiare fisicamente la batteria in carica (causare un cortocircuito) o caricarla con una tensione molto elevata (quindi verrà danneggiata, ma molto probabilmente il controller semplicemente brucerà si spegne e non consente alla batteria di caricarsi). Pertanto, se all'improvviso ti ritrovi tra le mani una batteria danneggiata o fumante, non gettarla sul tavolo e scappare dalla stanza gridando "moriremo tutti", ma mettila semplicemente in un contenitore di metallo e prendila sul balcone (per non respirare le sostanze chimiche): la batteria brucerà per un po' e poi si spegnerà. L'importante è non riempirlo d'acqua, gli ioni ovviamente sono meno attivi del litio, ma quando reagisce con l'acqua verrà rilasciata comunque una certa quantità di idrogeno (e gli piace esplodere).
3. Mito tre. Quando una batteria agli ioni di litio raggiunge i 300 (500/700/1000/100500) cicli, diventa pericolosa e deve essere sostituita urgentemente.
   Un mito, per fortuna, che circola sempre meno nei forum e non ha alcuna spiegazione fisica o chimica. Sì, durante il funzionamento, gli elettrodi si ossidano e si corrodono, il che riduce la capacità della batteria, ma ciò non ti minaccia se non con una durata della batteria più breve e un comportamento instabile con una carica del 10-20%.
4. Mito quattro. Le batterie agli ioni di litio non possono essere utilizzate al freddo.
   Si tratta più di una raccomandazione che di un divieto. Molti produttori vietano l'uso dei telefoni a temperature inferiori allo zero e molti hanno sperimentato uno scaricamento rapido e persino lo spegnimento dei telefoni al freddo. La spiegazione è molto semplice: l'elettrolita è un gel contenente acqua, e tutti sanno cosa succede all'acqua a temperature inferiori allo zero (sì, congela, semmai), rendendo così inutilizzabili alcune aree della batteria. Ciò porta ad una caduta di tensione e il controller inizia a considerarla una scarica. Questo non va bene per la batteria, ma non è nemmeno fatale (dopo il riscaldamento, la capacità ritornerà), quindi se hai un disperato bisogno di usare il telefono al freddo (per usarlo, tiralo fuori da una tasca calda, controlla il tempo e rimetterlo a posto non conta) quindi è meglio caricarlo al 100% e accendere qualsiasi processo che carica il processore: questo lo raffredderà più lentamente.
5. Mito quinto. Una batteria agli ioni di litio gonfia è pericolosa e deve essere smaltita immediatamente.
   Questo non è esattamente un mito, ma piuttosto una precauzione: una batteria gonfia può semplicemente scoppiare. Da un punto di vista chimico, tutto è semplice: durante il processo di intercalazione, gli elettrodi e l'elettrolita si decompongono, provocando il rilascio di gas (può essere rilasciato anche durante la ricarica, ma ne parleremo più avanti). Ma ne viene rilasciata molto poca, e affinché la batteria appaia gonfia, devono essere effettuate diverse centinaia (se non migliaia) di cicli di ricarica (a meno che, ovviamente, non sia difettosa). Per eliminare il gas non ci sono problemi: basta forare la valvola (in alcune batterie si apre da sola quando c'è pressione eccessiva) e spurgarla (non consiglio di respirarci), dopodiché puoi coprire il foro con resina epossidica resina. Naturalmente, questo non riporterà la batteria alla sua capacità precedente, ma almeno ora non scoppierà sicuramente.
6. Mito sei. Il sovraccarico è dannoso per le batterie agli ioni di litio.
   Ma questo non è più un mito, ma una dura realtà - durante la ricarica, c'è un'alta probabilità che la batteria si gonfi, scoppi e prenda fuoco - credetemi, c'è poco piacere nell'essere spruzzati con elettrolito bollente. Pertanto, tutte le batterie sono dotate di controller che impediscono semplicemente che la batteria venga caricata al di sopra di una certa tensione. Ma qui devi stare estremamente attento nella scelta della batteria: i controller artigianali cinesi spesso possono funzionare male e non credo che i fuochi d'artificio dal tuo telefono alle 3 del mattino ti renderanno felice. Naturalmente, lo stesso problema esiste con le batterie di marca, ma in primo luogo ciò accade molto meno spesso lì e, in secondo luogo, sostituiranno l'intero telefono in garanzia. Questo mito di solito dà origine a quanto segue:
7. Mito settimo. Quando raggiungi il 100%, è necessario rimuovere il telefono dalla ricarica.
   Dal sesto mito, questo sembra ragionevole, ma in realtà non ha senso alzarsi nel cuore della notte e scollegare il dispositivo: in primo luogo, i guasti del controller sono estremamente rari e, in secondo luogo, anche quando l'indicatore raggiunge il 100%, il la batteria si carica ancora per un po' al massimo basse correnti, che aggiunge un altro 1-3% di capacità. Quindi, in realtà, non dovresti andare sul sicuro.
8. Mito otto. È possibile caricare il dispositivo solo con il caricabatterie originale.
   Il mito esiste a causa della scarsa qualità dei caricabatterie cinesi - con una tensione normale di 5 +- 5% volt possono produrre sia 6 che 7 - il controller, ovviamente, attenuerà questa tensione per un po ', ma in futuro nella migliore delle ipotesi porterà alla combustione del controller e, nel peggiore dei casi, all'esplosione e (o) al guasto scheda madre. Succede anche il contrario: sotto carico il caricabatterie cinese produce 3-4 volt: questo farà sì che la batteria non possa caricarsi completamente.

Come si può vedere da tutta una serie di idee sbagliate, non tutte hanno una spiegazione scientifica, e ancora meno peggiorano effettivamente le prestazioni delle batterie. Ma questo non significa che dopo aver letto il mio articolo devi correre a capofitto e acquistare batterie cinesi economiche per un paio di dollari - tuttavia, per durare è meglio prendere quelle originali o copie di alta qualità dell'originale.

Il più moderno dispositivi elettronici, come un laptop, un telefono o un lettore, sono dotati di batterie agli ioni di litio, che fungono da fonti di energia autonome. Queste batterie agli ioni sono state sviluppate relativamente di recente, ma grazie alle loro caratteristiche hanno guadagnato grande popolarità tra i progettisti e i produttori di gadget. Ora, oltre a vari elettrodomestici, molti utensili di finitura e riparazione, cacciaviti o macchine da taglio sono dotati di tali fonti di alimentazione. Questo articolo discute i tipi di batterie agli ioni di litio, il loro ambito di applicazione e i principi di funzionamento.

Tipi di batterie agli ioni di litio

Le batterie ricaricabili, che funzionano secondo il principio di immagazzinamento di energia e di distribuzione al dispositivo consumato, sono disponibili in diversi tipi, che possono essere combinati in un unico litio blocco ionico. Queste batterie includono:

1. Batteria al litio cobalto. Tale dispositivo è costituito da un anodo di grafite e un catodo di ossido di cobalto. Il catodo ha una struttura a piastre con spazi tra le parti, quindi quando si consuma energia, gli ioni di litio vengono forniti alle piastre dall'anodo, si verifica una reazione elettromagnetica e viene applicata tensione ai terminali. Lo svantaggio di un tale sistema è la scarsa resistenza del meccanismo alle variazioni di temperatura, poiché a temperature negative la batteria si scarica, anche se non è collegata a un consumatore. Durante la ricarica del prodotto, la direzione della corrente cambia e gli ioni di litio fluiscono attraverso i catodi verso gli anodi, si accumulano e la tensione aumenta. È severamente vietato collegare il caricabatterie a una batteria la cui tensione nominale è superiore a quella del componente, altrimenti la batteria potrebbe surriscaldarsi, le piastre si scioglieranno e la custodia si romperà;
2. Batteria al litio manganese. Vale anche per le batterie agli ioni di litio, ambiente di lavoro che sono fatti di spinello di manganese sotto forma di tunnel tridimensionali a forma di croce. A differenza del sistema al cobalto, questo tipo di base garantisce il passaggio senza ostacoli degli ioni di litio dall'anodo al catodo e quindi ai contatti del dispositivo. Il vantaggio principale della batteria agli ioni di litio e manganese è la bassa resistenza del materiale, quindi tali batterie vengono spesso utilizzate per veicoli ibridi, strumenti che consumano una grande quantità di corrente o in apparecchiature mediche che funzionano in modo autonomo. È consentito riscaldare la batteria fino a 80 gradi durante la ricarica e corrente nominale può arrivare fino a 20-30 A. Si sconsiglia di esporre la batteria ad una tensione di corrente superiore a 50A per più di due secondi, altrimenti gli spinelli potrebbero surriscaldarsi e guastarsi;

1. Batterie agli ioni di litio con catodo al fosfato di ferro. Una batteria del genere è rara a causa del costo di produzione relativamente elevato, il suo prezzo finale è leggermente superiore rispetto ad altre batterie agli ioni di litio. Il catodo fosfato ha grande vantaggio: si tratta della durata del prodotto e della frequenza di ricarica che supera notevolmente dispositivi simili. Molto spesso queste batterie hanno una garanzia da 10 a 50 anni o circa 500 cicli di ricarica. A causa di tali indicatori, le batterie al fosfato di ferro vengono spesso utilizzate nell'industria quando è necessario ottenere un'elevata tensione di uscita;
2. Batterie agli ioni di litio nichel manganese ossido di cobalto. Questa è la combinazione più pratica, dal punto di vista del costo di produzione e dell'affidabilità del prodotto finito, di materiali per la fabbricazione del catodo. A causa delle proprietà elettrochimiche delle sostanze elencate, il catodo da esse costituito ha bassi valori di resistenza, quindi durante lunghi periodi di inattività della batteria, la scarica sarà minima. Inoltre, aumentando le dimensioni della cella di vetro o del catodo, è possibile aumentare la capacità totale della batteria o aumentare la tensione. Il segreto sta nella combinazione di manganese e nichel che, combinati correttamente, creano una catena dalle elevate proprietà elettrochimiche;
3. Batteria al titanato di litio. Sviluppato all'inizio degli anni '80, a differenza delle batterie agli ioni con nucleo in grafite, il catodo di questo dispositivo è costituito da nanocristalli di titanato di litio. Un catodo realizzato con questo materiale consente di ricaricare la batteria in un breve periodo di tempo e mantiene la tensione con resistenza pari a zero. Questa unità viene spesso utilizzata in sistemi autonomi illuminazione stradale, quando è necessario accumulare energia in un breve periodo di tempo e distribuirla al consumatore per lungo tempo. Lo svantaggio di un tale sistema è il costo relativamente elevato batteria finita, ma si ripaga rapidamente grazie alla maggiore durata del componente.

Importante! Tutte le batterie agli ioni di litio elencate sono batterie esenti da manutenzione, pertanto in caso di danni o guasti non sarà possibile riparare o eseguire interventi di assistenza per aggiungere elettrolito. Qualsiasi manipolazione per aprire il coperchio della batteria porterà alla distruzione delle piastre della batteria e al completo guasto.

Principio di funzionamento delle batterie agli ioni di litio

Tutte le batterie agli ioni di litio hanno una struttura simile, che presenta alcune piccole differenze che non influiscono sul principio di funzionamento del componente. Il guscio esterno è realizzato in materiale composito, plastica o metallo non ferroso sottile, cosa molto rara. Molto spesso, la batteria è composta da contenitore di plastica, terminali metallici per il contatto con il consumatore e aste interne con tensione positiva e negativa. Il litio interno si carica collegando un dispositivo esterno con una corrente stabile, ma ogni prodotto ha una carica primaria, che avviene a causa di una reazione chimica tra anodo e catodo.

I processi sull'elettrodo negativo, realizzato in materiale carbonioso, che ha l'aspetto di grafite stratificata naturale, sono casuali; gli atomi elettricamente carichi si muovono attraverso la matrice senza perdere tensione. Tutti gli indicatori in questo settore sono negativi.

L'elettrodo positivo di una batteria al litio è costituito esclusivamente da ossidi di cobalto o nichel e da spinelli di litio e manganese. Durante la scarica, gli ioni di litio si allontanano dal nucleo di carbonio e, dopo aver reagito con l'ossigeno, penetrano nel catodo e fuoriescono, ma non riescono a lasciare il corpo della batteria. Gli ioni di litio carichi perdono la loro tensione e rimangono sulla superficie dell'anodo finché il litio non viene caricato. Durante la ricarica, l'intero processo avviene in ordine inverso.

Design della batteria agli ioni di litio

Come elemento alcalino alimentazione, la batteria al litio è realizzata a forma di cilindro o può avere forma prismatica. In una batteria cilindrica, gli elettrodi arrotolati vengono utilizzati come nucleo, isolati con un guscio speciale e inseriti custodia in metallo, che è associato ad elementi caricati negativamente. Per mantenere la polarità, il contatto negativo si trova nella parte inferiore e il contatto positivo nella parte superiore della parte e questi elementi non devono toccarsi, altrimenti la corrente circolerà attraverso il conduttore, provocando una scarica spontanea.

La forma prismatica di una batteria agli ioni di litio è abbastanza comune. In questo progetto, il nucleo è formato impilando piastre speciali una sopra l'altra, che si trovano a una distanza minima l'una dall'altra. Questo sistema consente una maggiore specifiche, ma a causa della stretta aderenza delle piastre durante la ricarica delle batterie, è possibile il surriscaldamento del nucleo e lo scioglimento della rete, il che porta ad una diminuzione della produttività della parte.

Spesso è possibile trovare un sistema combinato di batterie agli ioni di litio, in cui gli elettrodi vengono arrotolati in un rotolo e formati in un cilindro ovale. Allo stesso tempo, vengono osservate le regole della transizione graduale e, allo stesso tempo, la sezione diritta imita la forma della piastra. Tali batterie hanno le caratteristiche di entrambi i tipi di prodotti, la loro durata è molto più lunga.

Durante la reazione chimica e il funzionamento della batteria, all'interno dell'involucro si formano gas che contengono sostanze nocive. Per rimuovere rapidamente questi vapori, nel caso delle batterie agli ioni di litio è presente un'uscita, che è collegata ai banchi e rimuove prontamente il gas accumulato dalla cavità della batteria. Alcune batterie ad alta potenza sono dotate di una valvola speciale che viene attivata durante l'accumulo critico di vapore.

Controllo della batteria agli ioni di litio

Le cariche di litio all'interno della batteria richiedono un controllo periodico, nonostante la batteria specificata sia considerata esente da manutenzione, poiché il suo involucro è sigillato, la batteria deve comunque essere controllata utilizzando un dispositivo speciale.

L'ispezione inizia sempre con un'ispezione esterna, durante la quale viene controllata la presenza di crepe e deformazioni sul corpo del pezzo. Anche i terminali della batteria vengono ispezionati e puliti da ossidazione e altri contaminanti.

Importante!È necessario mantenere la batteria pulita, evitando di cortocircuitare i contatti, poiché ciò può portare allo scaricamento completo della batteria, il cui ripristino sarà molto problematico.

Per verificare le condizioni interne del nucleo, viene utilizzata una spina di carico, che è collegata ai terminali e misura la tensione nominale nella rete. Quindi viene applicata una scarica alla batteria e il dispositivo legge gli indicatori di ritenzione di corrente all'interno della parte. È importante notare che la batteria deve essere completamente carica al momento del test, altrimenti le letture saranno imprecise.

Applicazioni delle batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio vengono utilizzate in molte applicazioni a seconda della loro configurazione, forma e tensione nominale. L'uso più comune delle batterie è nell'industria automobilistica; ogni veicolo ha la propria fonte di energia, che è responsabile dell'avvio dell'auto e dell'esecuzione di altre funzioni.

Queste batterie vengono utilizzate anche in dispositivi mobili, laptop e altri gadget. Il design di tali batterie è simile alle batterie per auto, l'unica differenza sono le dimensioni dei prodotti, che possono avere le dimensioni di una scatola di fiammiferi.

IN UltimamenteÈ diventato popolare introdurre le batterie agli ioni di litio nei sistemi di continuità domestici e non fonti di emergenza elettricità, mentre la batteria è costantemente collegata alla rete centrale. Mentre i dispositivi sono in funzione, la batteria viene caricata da una semplice centrale elettrica e quando l'alimentazione viene spenta inizia automaticamente a fornire corrente al consumatore. In questo caso la batteria ricaricabile deve essere posizionata correttamente e dotata di sistemi di protezione contro il surriscaldamento.

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Ioni di litio e batterie ai polimeri di litio

Il pensiero ingegneristico è in continua evoluzione: è stimolato da problemi costantemente emergenti che richiedono lo sviluppo di nuove tecnologie per essere risolti. Un tempo, le batterie al nichel-cadmio (NiCd) venivano sostituite da quelle al nichel-metallo idruro (NiMH), mentre ora le batterie agli ioni di litio (Li-ion) stanno cercando di prendere il posto delle batterie agli ioni di litio (Li-ion). Le batterie NiMH hanno in una certa misura soppiantato le NiCd, ma a causa degli innegabili vantaggi di queste ultime come la capacità di fornire corrente elevata, basso costo e una lunga durata, non potrebbero garantirne la sostituzione completa. Ma che dire delle batterie al litio? Quali sono le loro caratteristiche e in cosa differiscono le batterie Li-pol da quelle agli ioni di litio? Proviamo a capire questo problema.

Di norma, quando acquistiamo un telefono cellulare o un computer portatile, non pensiamo tutti a quale tipo di batteria è presente all'interno e in che modo questi dispositivi differiscono in generale. E solo allora, avendo riscontrato nella pratica le qualità di consumo di alcune batterie, iniziamo ad analizzare e scegliere. Per coloro che hanno fretta e vogliono ottenere immediatamente una risposta alla domanda su quale batteria sia ottimale cellulare, Risponderò brevemente: agli ioni di litio. Le seguenti informazioni sono destinate ai curiosi.

Innanzitutto, una breve escursione nella storia.

Primi esperimenti da creare batterie al litio iniziarono nel 1912, ma solo sei decenni dopo, all'inizio degli anni '70, furono introdotti per la prima volta elettrodomestici. Inoltre, lasciatemi sottolineare, queste erano solo batterie. I successivi tentativi di sviluppare batterie al litio (batterie ricaricabili) fallirono a causa di problemi di sicurezza. Il litio, il più leggero di tutti i metalli, ha il maggiore potenziale elettrochimico e fornisce la maggiore densità di energia. Le batterie che utilizzano elettrodi metallici al litio offrono sia alta tensione che eccellente capacità. Ma a seguito di numerosi studi negli anni '80, si è scoperto che il funzionamento ciclico (carica - scarica) delle batterie al litio porta a cambiamenti nell'elettrodo di litio, a seguito dei quali diminuisce la stabilità termica e vi è una minaccia dello stato termico andare fuori controllo. Quando ciò accade, la temperatura dell'elemento si avvicina rapidamente al punto di fusione del litio e inizia una reazione violenta che accende i gas rilasciati. Ad esempio, un gran numero di batterie al litio per telefoni cellulari spedite in Giappone nel 1991 sono state ritirate dal mercato dopo diversi incendi.

A causa dell'instabilità intrinseca del litio, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione alle batterie al litio non metalliche basate sugli ioni di litio. Avendo perso un po' di densità energetica e adottando alcune precauzioni durante la carica e la scarica, hanno ricevuto le cosiddette batterie agli ioni di litio più sicure.

La densità energetica delle batterie agli ioni di litio è solitamente doppia rispetto a quella delle batterie NiCd standard e in futuro, grazie all'utilizzo di nuovi materiali attivi, si prevede che lo aumenterà ulteriormente e raggiungerà una superiorità tre volte superiore rispetto al NiCd. Oltre alla grande capacità, le batterie agli ioni di litio si comportano in modo simile alle NiCd quando sono scariche (le loro caratteristiche di scarica sono simili nella forma e differiscono solo per la tensione).

Oggi esistono molte varietà di batterie agli ioni di litio e si può parlare a lungo dei vantaggi e degli svantaggi di un tipo o dell'altro, ma è impossibile distinguerli in aspetto. Pertanto, noteremo solo i vantaggi e gli svantaggi caratteristici di tutti i tipi di questi dispositivi e considereremo le ragioni che hanno portato alla nascita delle batterie ai polimeri di litio.

Principali vantaggi.

• Elevata densità di energia e, di conseguenza, grande capacità a parità di dimensioni rispetto alle batterie a base di nichel.
• Bassa autoscarica.
• Alta tensione di una singola cella (3,6 V contro 1,2 V per NiCd e NiMH), che semplifica la progettazione: spesso la batteria è composta da una sola cella. Molti produttori oggi utilizzano proprio una batteria a cella singola nei telefoni cellulari (ricordate Nokia). Tuttavia, per fornire la stessa potenza, è necessario fornire una corrente maggiore. E ciò richiede di garantire una bassa resistenza interna dell'elemento.
• I bassi costi di manutenzione (operativi) derivano dall'assenza di effetto memoria, che richiede cicli di scarica periodici per ripristinare la capacità.

Screpolatura.

La tecnologia di produzione delle batterie agli ioni di litio è in costante miglioramento. Viene aggiornato circa ogni sei mesi ed è difficile capire come "si comportano" le nuove batterie dopo una conservazione a lungo termine.

In una parola, una batteria agli ioni di litio andrebbe bene per tutti se non fosse per i problemi legati alla sicurezza del suo funzionamento e ai costi elevati. I tentativi di risolvere questi problemi hanno portato alla comparsa delle batterie ai polimeri di litio (Li-pol o Li-polimeri).

La loro principale differenza rispetto agli ioni di litio si riflette nel nome e risiede nel tipo di elettrolita utilizzato. Inizialmente, negli anni '70, veniva utilizzato un elettrolita polimerico solido secco, simile alla pellicola plastica e che non conduceva elettricità, ma consentiva lo scambio di ioni (atomi o gruppi di atomi caricati elettricamente). L'elettrolita polimerico sostituisce efficacemente il tradizionale separatore poroso impregnato di elettrolita.

Questo design semplifica il processo di produzione, è più sicuro e consente la produzione di batterie sottili e dalla forma libera. Inoltre, l'assenza di elettrolita liquido o gel elimina la possibilità di accensione. Lo spessore dell'elemento è di circa un millimetro, quindi gli sviluppatori dell'attrezzatura sono liberi di scegliere la forma, la forma e le dimensioni, inclusa anche la sua implementazione in frammenti di indumenti.

Ma finora, purtroppo, le batterie ai polimeri di litio a secco hanno una conduttività elettrica insufficiente a temperatura ambiente. La loro resistenza interna è troppo elevata e non può fornire la quantità di corrente necessaria per le comunicazioni moderne e per l'alimentazione dei dischi rigidi dei computer portatili. Allo stesso tempo, quando riscaldato a 60 °C o più, la conduttività elettrica del polimero di litio aumenta fino a un livello accettabile, ma questo non è adatto per l'uso di massa.

I ricercatori stanno continuando a sviluppare batterie ai polimeri di litio con un elettrolita solido secco che funziona a temperatura ambiente. Si prevede che tali batterie diventino disponibili in commercio entro il 2005. Saranno stabili, consentiranno 1000 cicli completi di carica-scarica e avranno una densità di energia maggiore rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio

Nel frattempo, alcuni tipi di batterie ai polimeri di litio vengono ora utilizzati come alimentatori di riserva nei climi caldi. Ad esempio, alcuni produttori installano appositamente elementi riscaldanti che mantengono una temperatura favorevole per la batteria.

Potresti chiederti: come può essere? Le batterie ai polimeri di litio sono ampiamente vendute sul mercato, i produttori le equipaggiano con telefoni e computer, ma qui stiamo dicendo che non sono ancora pronte per l'uso commerciale. Tutto è molto semplice. In questo caso stiamo parlando sulle batterie non con elettrolita solido secco. Per aumentare la conduttività elettrica delle piccole batterie ai polimeri di litio, viene aggiunta una certa quantità di elettrolita gelatinoso. E la maggior parte delle batterie ai polimeri di litio utilizzate oggi per i telefoni cellulari sono in realtà ibride perché contengono un elettrolita gelatinoso. Sarebbe più corretto chiamarli polimeri agli ioni di litio. Ma la maggior parte dei produttori li etichetta semplicemente come polimeri di litio per scopi pubblicitari. Soffermiamoci più in dettaglio su questo tipo di batterie ai polimeri di litio, poiché al momento sono di grande interesse.

Allora, qual è la differenza tra una batteria agli ioni di litio e una ai polimeri di litio con l'aggiunta di elettrolita gel? Sebbene le caratteristiche e l'efficienza di entrambi i sistemi siano in gran parte simili, l'unicità della batteria ai polimeri di ioni di litio (si può chiamare così) è che utilizza ancora un elettrolita solido, in sostituzione di un separatore poroso. L'elettrolita gel viene aggiunto solo per aumentare la conduttività ionica.

Difficoltà tecniche e ritardi nell’incremento della produzione hanno ritardato l’introduzione delle batterie ai polimeri di ioni di litio. Ciò è dovuto, secondo alcuni esperti, al desiderio degli investitori che hanno investito molti soldi nello sviluppo e nella produzione in serie di batterie agli ioni di litio di recuperare i propri investimenti. Pertanto, non hanno fretta di passare alle nuove tecnologie, anche se con la produzione di massa Polimero agli ioni di litio le batterie saranno più economiche di quelle agli ioni di litio.

E ora le caratteristiche del funzionamento delle batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio.

Le loro caratteristiche principali sono molto simili. La ricarica delle batterie agli ioni di litio è descritta in modo sufficientemente dettagliato nell'articolo. Inoltre, fornirò solo un grafico (Fig. 1), che illustra gli stadi di carica, e piccole spiegazioni ad esso.

Il tempo di ricarica per tutte le batterie agli ioni di litio con una corrente di carica iniziale di 1C (numericamente uguale al valore nominale della capacità della batteria) è in media di 3 ore. Carica completa si ottiene quando la tensione della batteria è pari alla soglia superiore e quando la corrente di carica si riduce ad un livello pari a circa il 3% del valore iniziale. La batteria rimane fredda durante la ricarica. Come si può vedere dal grafico, il processo di ricarica si compone di due fasi. Nella prima (poco più di un'ora), la tensione aumenta con una corrente di carica iniziale quasi costante di 1C fino al raggiungimento della soglia di tensione superiore. A questo punto la batteria è carica al 70% circa della sua capacità. All'inizio del secondo stadio la tensione rimane pressoché costante e la corrente diminuisce fino a raggiungere il 3% sopra indicato. Successivamente la carica si interrompe completamente.

Se è necessario mantenere la batteria sempre carica, si consiglia di ricaricarla dopo 500 ore o 20 giorni. Solitamente viene eseguita quando la tensione ai terminali della batteria scende a 4,05 V e si arresta quando raggiunge 4,2 V

Qualche parola sull'intervallo di temperatura durante la ricarica. La maggior parte dei tipi di batterie agli ioni di litio possono essere caricati con una corrente di 1°C a temperature comprese tra 5 e 45 °C. A temperature comprese tra 0 e 5 °C, si consiglia di caricare con una corrente di 0,1 C. La ricarica a temperature inferiori allo zero è vietata. La temperatura ottimale per la ricarica è compresa tra 15 e 25 °C.

I processi di ricarica delle batterie ai polimeri di litio sono quasi identici a quelli sopra descritti, quindi il consumatore non ha assolutamente bisogno di sapere quale dei due tipi di batterie ha tra le mani. E tutti quelli dispositivo di ricarica, che ha utilizzato per le batterie agli ioni di litio, sono adatti per i polimeri di litio.

E ora riguardo alle condizioni di dimissione. In genere, le batterie agli ioni di litio si scaricano a un valore di 3,0 V per cella, sebbene per alcuni tipi la soglia inferiore sia 2,5 V. I produttori di apparecchiature alimentate a batteria in genere progettano dispositivi con una soglia di spegnimento di 3,0 V (per tutte le occasioni). Cosa significa questo? La tensione della batteria diminuisce gradualmente quando il telefono è acceso e non appena raggiunge i 3,0 V il dispositivo ti avviserà e si spegnerà. Tuttavia, ciò non significa che abbia smesso di consumare energia dalla batteria. L'energia, anche se piccola, è necessaria per rilevare quando viene premuto il tasto di accensione del telefono e per alcune altre funzioni. Inoltre, l'energia viene consumata dal proprio circuito interno di controllo e protezione e l'autoscarica, sebbene piccola, è ancora tipica anche per le batterie a base di litio. Di conseguenza, se le batterie al litio vengono lasciate senza ricarica per un lungo periodo di tempo, la loro tensione scenderà al di sotto di 2,5 V, il che è molto negativo. In questo caso, il circuito interno di controllo e protezione potrebbe essere disabilitato e non tutti i caricabatterie saranno in grado di caricare tali batterie. Inoltre, la scarica profonda influisce negativamente sulla struttura interna della batteria stessa. Una batteria completamente scarica deve essere caricata nella prima fase con una corrente di soli 0,1C. In breve, le batterie preferiscono essere cariche piuttosto che scariche.

Qualche parola sulle condizioni di temperatura durante lo scarico (leggere durante il funzionamento).

In generale, le batterie agli ioni di litio funzionano meglio a temperatura ambiente. Operare in condizioni più calde ridurrà seriamente la loro durata. Sebbene, ad esempio, una batteria al piombo abbia la massima capacità a temperature superiori a 30 °C, il funzionamento a lungo termine in tali condizioni riduce la durata della batteria. Allo stesso modo, gli ioni di litio funzionano meglio quando alta temperatura, che contrasta inizialmente l'aumento della resistenza interna della batteria derivante dall'invecchiamento. Ma l’aumento della produzione di energia è di breve durata, poiché l’aumento della temperatura, a sua volta, favorisce un invecchiamento accelerato, accompagnato da un ulteriore aumento della resistenza interna.

Le uniche eccezioni al momento sono le batterie ai polimeri di litio con elettrolita polimerico solido secco. Richiedono una temperatura vitale compresa tra 60 °C e 100 °C. E tali batterie hanno trovato la loro nicchia nel mercato delle fonti di backup nei climi caldi. Sono alloggiati in un alloggiamento termicamente isolato con elementi riscaldanti incorporati alimentati da rete esterna. Le batterie ai polimeri di ioni di litio come batterie di riserva sono considerate superiori in termini di capacità e durata rispetto alle batterie VRLA, soprattutto in condizioni del campo quando il controllo della temperatura non è possibile. Ma loro alto prezzo rimane un fattore limitante.

A basse temperature, l'efficienza delle batterie di tutti i sistemi elettrochimici diminuisce drasticamente. Mentre le batterie NiMH, SLA e agli ioni di litio smettono di funzionare a -20°C, le batterie NiCd continuano a funzionare fino a -40°C. Vorrei solo notare che anche in questo caso stiamo parlando solo di batterie di largo utilizzo.

È importante ricordare che sebbene una batteria possa funzionare a basse temperature, ciò non significa che possa essere caricata anche in queste condizioni. La reattività della maggior parte delle batterie a temperature molto basse è estremamente limitata e la corrente di carica in questi casi dovrebbe essere ridotta a 0,1°C.

In conclusione, vorrei sottolineare che è possibile porre domande e discutere problemi relativi agli ioni di litio, ai polimeri di litio e ad altri tipi di batterie nel forum nel sottoforum degli accessori.

Durante la stesura di questo articolo sono stati utilizzati materiali [—Batterie per dispositivi mobili e computer portatili. Analizzatori di batterie.