Astăzi este litiu- baterii ionice cel mai des folosit în diverse zone. Ele sunt utilizate pe scară largă în electronice mobile (PDA-uri, telefoane mobile, laptopuri și multe altele), vehicule electrice și așa mai departe. Acest lucru se datorează avantajelor lor față de bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) și nichel-hidrură metalică (Ni-MH) utilizate pe scară largă anterior. Și dacă acestea din urmă s-au apropiat de limita lor teoretică, atunci tehnologia baterii litiu-ion sunt la începutul călătoriei.

Dispozitiv

În bateriile litiu-ion, aluminiul servește ca electrod negativ (catod), iar cuprul acționează ca electrod pozitiv (anod). Electrozii pot fi fabricați în diferite forme, totuși, de regulă, sunt folii sub forma unui pachet alungit sau a unui cilindru.

• Materialul anodic de pe folia de cupru și materialul catodic de pe folia de aluminiu sunt separate printr-un separator poros, care este impregnat cu un electrolit.
• Pachetul de electrozi este instalat într-o carcasă etanșă, iar anozii și catozii sunt conectați la bornele colectorului de curent.
• Sub capacul bateriei pot exista dispozitive speciale. Un dispozitiv răspunde prin creșterea rezistenței la un coeficient de temperatură pozitiv. Al doilea dispozitiv se sparge conexiune electricaîntre borna pozitivă și catod când presiunea gazului din baterie crește peste limita admisă. În unele cazuri, carcasa este echipată cu o supapă de siguranță care eliberează presiunea internă în cazul încălcării condițiilor de funcționare sau a situațiilor de urgență.
• Pentru a crește siguranța de funcționare, o serie de baterii folosesc și externe protectie electronica. Previne posibilitatea de încălzire excesivă, scurtcircuitarea și supraîncărcarea bateriei.
• Din punct de vedere structural, bateriile sunt produse în versiuni prismatice și cilindrice. Un pachet rulat de separator și electrozi în baterii cilindrice este plasat în aluminiu sau corp din oțel, la care este conectat electrodul negativ. Polul pozitiv al bateriei este scos prin izolator la capac. Bateriile prismatice sunt create prin stivuirea plăcilor dreptunghiulare una peste alta.

Aceste tipuri de baterii litiu-ion permit un ambalaj mai strâns, dar sunt mai dificil de menținut forțele de compresie asupra electrozilor decât bateriile cilindrice. Un număr de baterii prismatice utilizează un ansamblu de rolă dintr-un pachet de electrozi răsuciți într-o spirală eliptică.

Majoritatea bateriilor sunt produse în versiuni prismatice, deoarece scopul lor principal este asigurarea funcționării laptopurilor și telefoanelor mobile. Designul bateriilor Li-ion este complet sigilat. Această cerință dictat de inadmisibilitatea scurgerii de electrolit lichid. Dacă intră vapori de apă sau oxigen, are loc o reacție cu electrolitul și materialele electrodului, ceea ce duce la defectarea completă a bateriei.

Principiul de funcționare

• Bateriile litiu-ion au doi electrozi sub formă de anod și catod, cu un electrolit între ei. La anod, atunci când o baterie este conectată într-un circuit închis, se formează o reacție chimică, care duce la formarea de electroni liberi.
• Acești electroni tind să ajungă la catod, unde concentrația lor este mai mică. Cu toate acestea, ceea ce îi împiedică să meargă direct la catod de la anod este electrolitul, care este situat între electrozi. Singura cale rămasă este prin circuitul în care bateria este închisă. În acest caz, electronii, care se deplasează de-a lungul circuitului specificat, alimentează dispozitivul cu energie.
• Ionii de litiu încărcați pozitiv, care au fost lăsați în urmă de electronii evadați, sunt în același timp direcționați prin electrolit către catod pentru a satisface cererea de electroni pe partea catodului.
• După ce toți electronii se mută la catod, are loc „moartea” bateriei. Dar bateria litiu-ion este reîncărcabilă, ceea ce înseamnă că procesul poate fi inversat.

Folosind un încărcător, puteți introduce energie în circuit, pornind astfel reacția în direcția opusă. Rezultatul va fi o acumulare de electroni pe anod. Odată ce bateria a fost reîncărcată, aceasta va rămâne în cea mai mare parte până când este activată. Cu toate acestea, în timp, bateria își va pierde o parte din încărcare chiar și în modul de așteptare.

• Capacitatea bateriei se referă la numărul de ioni de litiu care se pot încorpora în craterele și porii minusculi ai anodului sau catodului. În timp, după numeroase reîncărcări, catodul și anodul se degradează. Ca urmare, numărul de ioni pe care îi pot găzdui scade. În acest caz, bateria nu mai poate păstra aceeași cantitate de încărcare. În cele din urmă, își pierde complet funcțiile.

Bateriile litiu-ion sunt proiectate astfel încât încărcarea lor să fie monitorizată constant. În acest scop, în carcasă este instalată o placă specială, numită controler de încărcare. Cipul de pe placă controlează procesul de încărcare a bateriei.

Încărcarea standard a bateriei arată astfel:

• La începutul procesului de încărcare, controlerul furnizează un curent de 10% din curentul nominal. ÎN acest moment tensiunea crește la 2,8 V.
• Apoi curentul de încărcare crește la cel nominal. ÎN aceasta perioada tensiune la DC crește la 4,2 V.
• La sfârșitul procesului de încărcare, curentul scade la tensiune constantă 4,2 V până când bateria este încărcată 100%.

Stadiul poate diferi din cauza utilizării diferitelor controlere, ceea ce duce la viteze diferiteîncărcare și, în consecință, costul total al bateriei. Bateriile litiu-ion pot fi fără protecție, adică controlerul este amplasat în încărcător, sau cu protecție încorporată, adică controlerul este situat în interiorul bateriei. Pot exista dispozitive în care placa de protecție este încorporată direct în baterie.

Soiuri și aplicații

Există doi factori de formă ai bateriilor litiu-ion:

1. Baterii cilindrice litiu-ion.
2. Baterii litiu-ion pentru tablete.

Diferitele subtipuri ale sistemului electrochimic litiu-ion sunt denumite în funcție de tipul de substanță activă utilizată. Ceea ce au în comun toate aceste baterii litiu-ion este că toate sunt baterii sigilate, fără întreținere.

Există 6 tipuri cele mai comune de baterii litiu-ion:

1. Baterie litiu-cobalt . Este o soluție populară pentru camere digitale, laptopuri și telefoane mobile datorita intensitatii energetice specifice ridicate. Bateria este formată dintr-un catod de oxid de cobalt și un anod de grafit. Dezavantajele bateriilor cu litiu-cobalt: oportunități limitate sarcini, stabilitate termică scăzută și durată de viață relativ scurtă.

Domenii de utilizare ; electronice mobile.

1. Baterie litiu mangan . Catodul spinel cristalin litiu mangan are o structură cadru tridimensională. Spinelul oferă rezistență scăzută, dar are o densitate energetică mai moderată decât cobaltul.

Domenii de utilizare; unități electrice, echipamente medicale, scule electrice.

1. Baterie litiu nichel mangan cobalt oxid . Catodul bateriei combină cobaltul, manganul și nichelul. Nichelul este renumit pentru intensitatea sa ridicată de energie specifică, dar stabilitatea scăzută. Manganul oferă rezistență internă scăzută, dar are ca rezultat o densitate energetică scăzută. Combinația de metale vă permite să le compensați dezavantajele și să le folosiți punctele forte.

Domenii de utilizare; pentru uz privat și industrial (sisteme de securitate, centrale solare, iluminat de urgență, telecomunicații, vehicule electrice, biciclete electrice și așa mai departe).

1. Baterie litiu fosfat de fier . Principalele sale avantaje: termen lung service, curent nominal ridicat, rezistență la utilizare greșită, securitate sporită si o buna stabilitate termica. Cu toate acestea, această baterie are o capacitate mică.

Domenii de aplicare: dispozitive specializate staționare și portabile unde sunt necesare rezistență și curenți mari de sarcină.

1. Baterie litiu nichel cobalt oxid de aluminiu . Principalele sale avantaje: densitate mare de energie și intensitate energetică, durabilitate. Cu toate acestea, dosarul de siguranță și preț mare limitează utilizarea acestuia.

Domenii de utilizare; motopropulsoare electrice, echipamente industriale și medicale.

1. Baterie cu titanat de litiu . Principalele sale avantaje: încărcare rapidă, durată lungă de viață, gamă largă de temperatură, performanță excelentă și siguranță. Aceasta este cea mai sigură baterie litiu-ion disponibilă.

Cu toate acestea, are un cost ridicat și o intensitate energetică specifică scăzută. În prezent, sunt în curs de dezvoltare pentru a reduce costul de producție și a crește intensitatea energetică specifică.

Domenii de utilizare; stradă, unități electrice de mașini (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Caracteristici tipice

În general, bateriile litiu-ion au următoarele caracteristici tipice:

• Tensiunea minimă nu este mai mică de 2,2-2,5V.
• Tensiunea maximă nu este mai mare de 4,25-4,35 V.
• Timp de încărcare: 2-4 ore.
• Autodescărcarea la temperatura camerei este de aproximativ 7% pe an.
• Interval de temperatură de funcționare de la -20 °C la +60 °C.
• Numărul de cicluri de încărcare/descărcare până la atingerea unei pierderi de 20% din capacitate este de 500-1000.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele includ:

• Densitate mare de energie în comparație cu bateriile alcaline care utilizează nichel.
• Tensiunea unei celule a bateriei este destul de mare.
• Nu există „efect de memorie”, care asigură o operare simplă.
• Un număr semnificativ de cicluri de încărcare-descărcare.
• Durată lungă de viață.
• Gamă largă de temperatură pentru performanță constantă.
• Siguranța relativă a mediului.

Printre dezavantaje se numără:

• Curent de descărcare moderat.
• Îmbătrânire relativ rapidă.
• Cost relativ ridicat.
• Imposibilitatea de a lucra fără controler încorporat.
• Posibilitatea de ardere spontană la sarcini mari și descărcare prea adâncă.
• Designul necesită îmbunătățiri semnificative, deoarece nu este perfecționat.

Salutări, dragii mei prieteni și admiratori, cititori ai acestui blog. În loc de altă lecție, ar fi mai corect să spui articole în pușculiță școală foto, am decis să scriu un articol despre un subiect care este dureros și important pentru toată lumea.

Cred că mulți, inclusiv dumneavoastră, dragii mei cititori, le veți găsi atât interesant, cât și util să știe care sunt astfel de lucruri fundamentale. baterii litiu-ion, care sunt caracteristicile lor limitative, cum trebuie utilizate, cu ce se poate obține utilizarea corectă, și desigur, pentru ce ar trebui să fie îngrijirea durată lungă de viață a bateriei. Așa că mergeți înainte.

De ce - mă întrebi, chiar am început să scriu pe acest subiect. Ei bine, o baterie și o baterie și ce zici de asta. Asa de? Dar nu. baterie Li-ion, acesta este în esență un rezervor de combustibil pentru multe dintre dispozitivele noastre preferate sau dispozitive în limbajul obișnuit. Şi ce dacă? - îmi spui, - ce diferență are la noi? Iar diferența este mare și importantă pentru tine. Ideea de a scrie acest articol a venit după ce am urmat eu și elevii școlii de fotografie. Vreme destul de obișnuit, aproximativ -7 -10 Celsius, însorit, adiere ușoară, senin. Vreme în general plăcută pentru ochiul iscoditor al unui fotograf amator. Cu toate acestea, mulți studenți au devenit îngrijorați: nu este acest lucru periculos pentru cameră? Nu va îngheța? Ce se întâmplă dacă îngheață? (Voi scrie o notă separată despre condițiile de temperatură ale camerei) Ce se va întâmpla cu bateria camerei? Am auzit că bateria camerei este foarte sensibilă la frig și poate eșua, este adevărat? Adevărat, dar nu în totalitate și nu în totalitate. Să ne dăm seama.

Camerele noastre conțin baterii litiu-ion. Ce ar însemna asta? Iată ce. Bateriile Li-ion au semnificativ cei mai buni parametri utilizare comparativ cu alte tipuri de baterii. Nu voi intra în detalii, dar în prezent, majoritatea producătorilor electronice de consum, încearcă să-și aprovizioneze produsele cu baterii Li-ion, deoarece acestea sunt mai simple și mai ieftine de produs și mai puțin dăunătoare mediului.

Celulele primare („baterii”) cu un anod de litiu au apărut la începutul anilor 70 ai secolului al XX-lea și și-au găsit rapid aplicare datorită energiei specifice ridicate și a altor avantaje. Astfel, a fost realizată o dorință de lungă durată de a crea o sursă de curent chimic cu cel mai activ agent reducător - un metal alcalin, care a făcut posibilă creșterea bruscă atât a tensiunii de funcționare a bateriei, cât și a energiei sale specifice. În timp ce dezvoltarea celulelor primare cu un anod de litiu a fost încununată cu un succes relativ rapid și astfel de elemente și-au luat ferm locul ca surse de energie pentru echipamente portabile, crearea bateriilor cu litiu a întâmpinat dificultăți fundamentale, care au fost depășite în mai bine de 20 de ani.

După multe teste din anii 1980, s-a dovedit că problema bateriilor cu litiu se învârtea în jurul electrozilor de litiu. Mai exact, în jurul activității litiului: procesele care au avut loc în timpul funcționării au dus în cele din urmă la o reacție violentă, numită „ventilație cu emisie de flăcări”. În 1991, fabricile de producție au fost rechemate un numar mare de bateriile cu litiu, care au fost folosite pentru prima dată ca sursă de energie pentru telefoanele mobile. Motivul a fost că în timpul unei conversații, când consumul de curent era la maxim, o flacără a izbucnit din baterie, arzând fața utilizatorului de telefon mobil.

Datorită instabilității inerente a litiu-metalului, în special în timpul încărcării, cercetările s-au îndreptat către crearea unei baterii fără utilizarea Li, dar folosind ionii acesteia. Deși bateriile litiu-ion oferă o densitate de energie puțin mai mică decât baterii cu litiu, cu toate acestea, bateriile Li-ion sunt sigure dacă sunt furnizate moduri corecteîncărcare și descărcare.

Dacă mai departe, cineva este interesat de partea despre procesele chimice care au fost și sunt în bateriile litiu-ion și cum au fost îmblânzite aceleași procese, atunci mergeți la Google. Nu sunt suficient de puternic în chimie și fizică pentru a scrie un articol care să mă facă să adorm citindu-l.

Bateriile moderne Li-ion au caracteristici specifice ridicate: 100-180 Wh/kg și 250-400 Wh/l. Tensiune de operare: 3,5-3,7 V.

Dacă în urmă cu doar câțiva ani, dezvoltatorii de producție considerau că capacitatea maximă realizabilă a bateriilor Li-ion nu depășește câțiva amperi-ore (nu curs şcolar fizică), acum majoritatea motivelor care limitează creșterea capacității au fost depășite și mulți producători au început să producă baterii cu o capacitate de sute de amperi-ore, sau chiar mii.

Bateriile moderne de dimensiuni mici funcționează la curenți de descărcare de până la 2 C, cele puternice - până la 10-20 C. Interval de temperatură de funcționare: de la -20 la +60 °C. Cu toate acestea, mulți producători au dezvoltat deja baterii care funcționează la -40 °C. Este posibil să extindeți intervalul de temperatură la temperaturi mai ridicate.

Autodescărcarea bateriilor Li-ion este de 4-6% în prima lună, apoi este semnificativ mai mică: în 12 luni bateriile pierd 10-20% din capacitatea lor stocată. Pierderea de capacitate a bateriilor Li-ion este de câteva ori mai mică decât a bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd), atât la 20 °C, cât și la 40 °C. Resursa bateriilor litiu-ion: 500-1000 cicluri de încărcare-descărcare.

Și aici mulți vor spune: -Ahhh. Acesta este motivul pentru care puteți fotografia cu camera dvs. la temperaturi moderat scăzute. Da, iti voi raspunde. În plus, atunci când bateria funcționează, eliberând energie, în ea apar reacții chimice, al căror efect secundar este eliberarea de energie termică, care permite bateriei să-și mențină intervalul de temperatură de funcționare mai mult timp. În plus, atunci când scoatem camera din carcasă pe stradă, aceasta (camera, camera) are și o temperatură pozitivă, adică creștem și mai mult resursa de timp în care putem filma pe stradă la -7 ..-15 °C. Adăugați la aceasta încălzirea termică a procesorului camerei în timpul fotografierii, încălzirea matricei, chiar și căldura mâinilor cu care ținem camera și o transferăm pe aceasta, prelungește durata de viață termică și de timp a camerei la temperaturi moderat scăzute. .

Aceasta se referă la utilizarea bateriilor la locul de muncă. Acum să ne uităm puțin la partea de încărcare și stocare. litiu- baterii ionice nu necesită îngrijire specială. Regulile de bază pentru funcționarea lor pot fi găsite în instrucțiunile pentru telefon/laptop/camera, iar de orice altceva se ocupă circuitul BMS și controlerul de încărcare din dispozitivul alimentat. Cu toate acestea, atunci când cumpărați, puteți auzi adesea următoarele declarații de la un agent de vânzări sau un coleg „guru”:

„...prima încărcare - 12–15 ore...” sau, alternativ, „...să lăsați dispozitivul conectat toată noaptea...”;

„...trebuie să faci 3-5 cicluri complete pentru ca bateria să câștige capacitate...”;

„...se recomandă încărcarea și descărcarea completă a bateriei...”;

„... deci dacă bateria are deja un an, nu a fost folosită; durata sa de viață depinde numai de numărul de cicluri de încărcare-descărcare...”

Să vedem cât de adevărat este cele de mai sus.

Prima afirmație este pur și simplu lipsită de sens - electronica de control nu va permite încărcarea bateriei mai mult decât ar trebui.

Sfatul #2 este, de asemenea, insuportabil. După prima încărcare, bateriile litiu-ion funcționează cu eficiență deplină și la început se descarcă mai repede pentru că proprietarul dispozitivului îl configurează și îl studiază, îl arată prietenilor și cunoscuților etc. După o săptămână sau două, gadgetul vine în uz Mod normal, care are în mod firesc un efect pozitiv asupra autonomiei. Dar singur incarcat completînainte de a începe utilizarea este totuși recomandabil. Acest lucru nu este necesar pentru baterie, ci pentru ca dispozitivul să-și poată determina capacitatea reală și, ulterior, să afișeze corect încărcarea rămasă.

Recomandarea nr. 3 are „picioare în creștere” chiar și din regulile de funcționare a bateriilor cu nichel-cadmiu, care trebuiau mai întâi descărcate complet, altfel o parte din capacitate s-ar pierde ireversibil. Omoloagele lor cu ioni de litiu nu au un „efect de memorie” similar, în plus, descărcarea profundă este contraindicată pentru ei. În cazul utilizării frecvente, acest lucru nu este relevant, deoarece sistemul BMS nu permite descărcarea completă a bateriei, dar dacă rămâne într-o stare descărcată timp de o lună sau mai mult, încărcarea rămasă se va „scurge”, circuitul de protecție se va bloca. procesul de încărcare și opriți, după care încărcarea nu va mai fi posibilă. Supraîncărcarea este, de asemenea, dăunătoare, dar majoritatea dispozitivelor iau deja în considerare acest lucru și nu încarcă bateria la 100%.

Există, de asemenea, sfaturi precum „încărcați după cum doriți, dar cel puțin o dată pe săptămână (lună) efectuați un ciclu complet”. Această schemă de funcționare este optimă pentru bateriile nichel-hidrură metalică - au și un efect de memorie, dar mult mai puțin decât Ni-Cd, și refac capacitatea după 1-2 cicluri complete. Pentru baterii litiu-ion Acest lucru este doar parțial adevărat, de exemplu, este recomandat să faceți acest lucru după depozitare pe termen lung.

Din afirmația numărul 4, rezultă o concluzie aparent logică: deoarece durata de viață a bateriei este măsurată prin numărul de cicluri, înseamnă că este mai bine să o folosești la maximum. Aceasta este o greșeală. Încărcarea și descărcarea completă îl uzează mai repede, în timp ce ciclurile incomplete, dimpotrivă, prelungesc viața. În plus, bateriile litiu-ion își pierd din capacitate chiar și fără utilizare. Deja după un an „pe raft” resursa lor scade cu 5–10%, după 2 ani – cu 20–30%. Prin urmare, atunci când cumpărați un nou dispozitiv portabil, acordați atenție datei de lansare a sursei de alimentare. De asemenea, este evident că cumpărarea unei baterii pentru utilizare ulterioară, chiar dacă este greu de găsit la reducere, este inutilă.

Este foarte important să se conformeze regim de temperatură funcționarea bateriilor litiu-ion. Pe ger sub -20 °C pur și simplu nu mai furnizează curent, iar la căldură peste +45 °C, deși funcționează, astfel de condiții climatice activează procesul de îmbătrânire, reducând semnificativ durata de viață a bateriei. Dar îl puteți încărca numai la temperaturi pozitive (Celsius), altfel există un risc mare de defecțiune a dispozitivului. În general, optim temperatura de lucru bateriile litiu-ion este de +20 °C.

Bateriile cu litiu-ion sunt îmbunătățite în mod constant, iar producătorii experimentează în mod activ cu electrozi și materiale electrolitice. În 1994 au apărut bateriile cu catozi de litiu-mangan, iar în 1996 - cu catozi de litiu-fier-fosfat. Sunt mult mai stabile și pot rezista cu ușurință la curenți mari de descărcare, așa că sunt utilizate în sculele electrice și vehiculele electrice. Din 2003, au fost produse baterii care folosesc o compoziție catodică complexă (LiNiMnCoO2) și au cea mai buna combinatie caracteristici dintre toate enumerate. Dar nimeni nu a reușit încă să depășească specimenele de litiu-cobalt în ceea ce privește capacitatea și prețul specific, iar avantajele noilor tipuri nu sunt solicitate în telefoanele mobile și laptop-uri, care consumă relativ puțin curent mare.

Dacă ați lăsat temporar dispozitivul deoparte, dar doriți să-i păstrați bateria în stare de funcționare, știți că bateriile litiu-ion se păstrează cel mai bine la o temperatură de aproximativ +5 ° C. Cu cât este mai mare și cu cât nivelul de încărcare este mai aproape de 100%, cu atât bateria se îmbătrânește mai repede și își pierde capacitatea. Cel mai bine este să-l încărcați la 40–50%, să-l scoateți din dispozitiv, să-l împachetați într-o pungă de plastic sigilată, să-l puneți la frigider (dar nu în Lada frigorifica!) și reîncărcați periodic.

Atât am vrut să spun despre baterii, prietenii noștri, animalele de companie electronice. Fie că este un telefon, un player sau o cameră.

Acest articol a fost pregătit pe baza materialelor găsite pe Internet și colectate aici într-o grămadă pentru comoditate și înțelegere a esenței procesului.

Ai întrebări? Scrieți în comentarii și cu siguranță voi răspunde.

P.S. Prieteni, dacă v-a plăcut articolul sau l-ai găsit util. Fă-mi și mie o favoare. Distribuiți un link către articol pe VKontakte, Odnoklassniki, Facebook, Twitter și alte pagini. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să faceți clic pe butoanele din partea de jos a paginii și să urmați pași simpli instrucțiuni. De asemenea, vă invit să vă abonați la newsletter-ul meu, atunci cu siguranță nu veți rata următorul articol, sperăm că este interesant și util. Formularul de abonare se află în colțul din dreapta sus al paginii.

Citind „sfaturi pentru operarea” bateriilor pe forumuri, nu poți să nu te gândești - fie oamenii au sărit peste fizică și chimie la școală, fie cred că regulile de funcționare a bateriilor plumb-acid și ionice sunt aceleași.
Să începem cu principiile de funcționare a unei baterii Li-Ion. Pe degete totul este extrem de simplu - există un electrod negativ (de obicei din cupru), există unul pozitiv (din aluminiu), între ele există o substanță poroasă (separator) impregnată cu electrolit (previne „ transfer neautorizat de ioni de litiu între electrozi):

Principiul de funcționare se bazează pe capacitatea ionilor de litiu de a fi integrați în rețeaua cristalină. diverse materiale- de obicei grafit sau oxid de siliciu - cu formarea de legături chimice: în consecință, la încărcare, ionii sunt încorporați în rețeaua cristalină, acumulând astfel o sarcină pe un electrod la descărcare, respectiv se mută înapoi la celălalt electrod; electronul de care avem nevoie (care este interesat de o explicație mai precisă a proceselor care au loc - Google intercalation). Ca electrolit, se folosesc soluții care conțin apă care nu conțin proton liber și sunt stabile în gamă largă stres. Așa cum se vede în baterii moderne totul se face destul de sigur - nu există litiu metalic, nu există nimic care să explodeze, doar ionii trec prin separator.
Acum că totul a devenit mai mult sau mai puțin clar despre principiul de funcționare, să trecem la cele mai comune mituri despre bateriile Li-Ion:

1. Mitul unu. Bateria Li-Ion din dispozitiv nu poate fi descărcată la zero la sută.
   De fapt, totul sună corect și este în concordanță cu fizica - atunci când este descărcată la ~2,5 V, bateria Li-Ion începe să se degradeze foarte repede și chiar și o astfel de descărcare își poate reduce semnificativ (până la 10%!) capacitatea. În plus, dacă tensiunea este descărcată la o astfel de tensiune cu un încărcător standard, nu va mai fi posibilă încărcarea - dacă tensiunea bateriei scade sub ~ 3 V, controlerul „inteligent” îl va opri ca fiind deteriorat, iar dacă există toate astfel de celule, bateria poate fi dusă la gunoi.
   Dar există un lucru foarte important de care toată lumea uită: în telefoane, tablete și altele dispozitive mobile Gama de tensiune de funcționare a bateriei este de 3,5-4,2 V. Când tensiunea scade sub 3,5 V, indicatorul arată încărcare zero la sută și dispozitivul se oprește, dar este încă foarte departe de 2,5 V „critic”. Acest lucru este confirmat de faptul că, dacă conectați un LED la o astfel de baterie „descărcată”, acesta se poate aprinde în continuare. pentru o lungă perioadă de timp(poate își amintește cineva că vindeau telefoane cu lanterne care erau aprinse de un buton indiferent de sistem. Așa că lumina de acolo a continuat să se aprindă chiar și după ce telefonul a fost descărcat și stins). Adică după cum se vede când utilizare normală Nu există nicio descărcare la 2,5 V, ceea ce înseamnă că este foarte posibil să descărcați bateria la zero procente.
2. Mitul doi. Dacă bateriile Li-Ion sunt deteriorate, acestea explodează.
   Cu toții ne amintim „exploziv” Samsung Galaxy Nota 7. Cu toate acestea, aceasta este mai degrabă o excepție de la regulă - da, litiul este un metal foarte activ și nu este dificil să-l explozi în aer (și arde foarte puternic în apă). Cu toate acestea, bateriile moderne nu folosesc litiu, ci ionii acestuia, care sunt mult mai puțin activi. Deci, pentru ca o explozie să apară, trebuie să încercați foarte mult - fie deteriorați fizic bateria de încărcare (cauzați un scurtcircuit), fie încărcați-o cu o tensiune foarte mare (apoi va fi deteriorată, dar cel mai probabil controlerul va arde pur și simplu iese singur și nu va permite încărcarea bateriei). Prin urmare, dacă brusc aveți o baterie deteriorată sau care fumează în mâini, nu o aruncați pe masă și fugiți din cameră strigând „toți vom muri” - puneți-o într-un recipient metalic și luați-o. ieși la balcon (pentru a nu respira substanțele chimice) - bateria va mocni pentru o vreme și apoi se va stinge. Principalul lucru este să nu-l umpleți cu apă, ionii sunt, desigur, mai puțin activi decât litiul, dar totuși o anumită cantitate de hidrogen va fi, de asemenea, eliberată atunci când reacționează cu apa (și îi place să explodeze).
3. Mitul trei. Când o baterie Li-Ion atinge 300 (500/700/1000/100500) cicluri, devine nesigură și trebuie înlocuită urgent.
   Un mit, din fericire, care circulă din ce în ce mai puțin pe forumuri și nu are deloc o explicație fizică sau chimică. Da, în timpul funcționării, electrozii se oxidează și se corodează, ceea ce reduce capacitatea bateriei, dar asta nu te amenință cu altceva decât cu o durată de viață mai scurtă a bateriei și un comportament instabil la încărcare de 10-20%.
4. Mitul patru. Bateriile Li-Ion nu pot fi folosite la rece.
   Aceasta este mai mult o recomandare decât o interdicție. Mulți producători interzic utilizarea telefoanelor la temperaturi sub zero și mulți au experimentat descărcarea rapidă și chiar oprirea telefoanelor în frig. Explicația pentru aceasta este foarte simplă: electrolitul este un gel care conține apă și toată lumea știe ce se întâmplă cu apa la temperaturi sub zero (da, îngheață, dacă este ceva), făcând astfel o zonă a bateriei inutilizabilă. Acest lucru duce la o cădere de tensiune, iar controlerul începe să considere aceasta o descărcare. Acest lucru nu este bun pentru baterie, dar nici nu este fatal (după încălzire, capacitatea va reveni), așa că dacă aveți nevoie disperată să folosiți telefonul la rece (pentru a-l folosi - scoateți-l dintr-un buzunar cald, verificați timpul și puneți-l înapoi nu contează), atunci este mai bine să îl încărcați 100% și să porniți orice proces care încarcă procesorul - acest lucru îl va răci mai lent.
5. Al cincilea mit. O baterie Li-Ion umflată este periculoasă și trebuie aruncată imediat.
   Acesta nu este tocmai un mit, ci mai degrabă o precauție - o baterie umflată poate pur și simplu să spargă. Din punct de vedere chimic, totul este simplu: în timpul procesului de intercalare, electrozii și electrolitul se descompun, rezultând eliberarea de gaz (acesta poate fi eliberat și în timpul reîncărcării, dar mai multe despre asta mai jos). Dar foarte puțin din el este eliberat, iar pentru ca bateria să pară umflată, trebuie să treacă câteva sute (dacă nu mii) de cicluri de reîncărcare (cu excepția cazului în care, desigur, este defectă). Nu există probleme în a scăpa de gaz - doar străpungeți supapa (la unele baterii se deschide singură când există presiune în exces) și curățați-l (nu recomand să respirați cu ea), după care puteți acoperi orificiul cu rășină epoxidică. Desigur, acest lucru nu va readuce bateria la capacitatea anterioară, dar cel puțin acum cu siguranță nu va exploda.
6. Mitul șase. Supraîncărcarea este dăunătoare bateriilor Li-Ion.
   Dar acesta nu mai este un mit, ci o realitate dură - la reîncărcare, există șanse mari ca bateria să se umfle, să izbucnească și să ia foc - credeți-mă, nu e puțină plăcere să fiu stropit cu electrolit în clocot. Prin urmare, toate bateriile au controlere care pur și simplu împiedică încărcarea bateriei peste o anumită tensiune. Dar aici trebuie să fii extrem de atent în alegerea bateriei - controlerele artizanale chinezești pot deseori să funcționeze defectuos și nu cred că artificiile de pe telefonul tău la ora 3 dimineața te vor face fericit. Desigur, aceeași problemă există și la bateriile de marcă, dar în primul rând, acest lucru se întâmplă mult mai rar acolo și, în al doilea rând, îți vor înlocui întregul telefon în garanție. Acest mit de obicei dă naștere la următoarele:
7. Mitul al șaptelea. Când ajungeți la 100%, trebuie să scoateți telefonul de la încărcare.
   Din al șaselea mit, acest lucru pare rezonabil, dar în realitate nu are rost să te trezești în miezul nopții și să deconectați dispozitivul: în primul rând, defecțiunile controlerului sunt extrem de rare, iar în al doilea rând, chiar și atunci când indicatorul ajunge la 100%, bateria încă se încarcă de ceva timp la maxim, foarte mult curenți scăzuti, care adaugă încă 1-3% capacitate. Deci, în realitate, nu ar trebui să joci în siguranță.
8. Mitul opt. Puteți încărca dispozitivul numai cu încărcătorul original.
   Mitul există din cauza calității slabe a încărcătoarelor chinezești - la o tensiune normală de 5 +- 5% volți pot produce atât 6, cât și 7 - controlerul, desigur, va netezi această tensiune pentru ceva timp, dar în viitor va duce, în cel mai bun caz, la arderea controlerului, în cel mai rău caz - la explozie și (sau) defecțiune placa de baza. Se întâmplă și invers - sub sarcină, încărcătorul chinezesc produce 3-4 volți: acest lucru va duce la imposibilitatea de a încărca complet bateria.

După cum se poate vedea dintr-o mulțime de concepții greșite, nu toate au o explicație științifică și chiar mai puține înrăutățesc efectiv performanța bateriilor. Dar acest lucru nu înseamnă că, după ce ați citit articolul meu, trebuie să alergați cu capul și să cumpărați baterii chinezești ieftine pentru câțiva dolari - cu toate acestea, pentru durabilitate, este mai bine să luați fie cele originale, fie copii de înaltă calitate ale celor originale.

Cel mai modern dispozitive electronice, cum ar fi un laptop, telefon sau player, sunt echipate cu baterii litiu-ion, care acționează ca surse de alimentare autonome. Aceste baterii ionice au fost dezvoltate relativ recent, dar datorită caracteristicilor lor au câștigat o mare popularitate în rândul designerilor și producătorilor de gadgeturi. Acum, pe lângă diverse aparate electrocasnice, multe unelte de finisare și reparare, șurubelnițe sau mașini de tăiat sunt echipate cu astfel de surse de alimentare. Acest articol discută tipurile de baterii litiu-ion, domeniul lor de aplicare și principiul de funcționare.

Tipuri de baterii litiu-ion

Bateriile reîncărcabile, care funcționează pe principiul stocării energiei și distribuirii acesteia către un dispozitiv consumat, vin în mai multe tipuri, care pot fi combinate într-un singur litiu bloc ionic. Aceste baterii includ:

1. Baterie litiu-cobalt. Un astfel de dispozitiv constă dintr-un anod de grafit și un catod din oxid de cobalt. Catodul are o structură de plăci cu goluri între părți, astfel încât atunci când se consumă energie, plăcile sunt furnizate ionii de litiu de la anod, are loc o reacție electromagnetică și se aplică tensiune la bornele. Dezavantajul unui astfel de sistem este rezistența slabă a mecanismului la schimbările de temperatură, deoarece la temperaturi negative bateria se descarcă, chiar dacă nu este conectată la un consumator. În timpul reîncărcării produsului, direcția curentului se schimbă, iar ionii de litiu curg prin catozi către anozi, se acumulează, iar tensiunea crește. Este strict interzisă conectarea încărcătorului la o baterie a cărei tensiune nominală este mai mare decât cea a piesei, altfel bateria se poate supraîncălzi, plăcile se vor topi, iar carcasa se va crăpa;
2. Baterie litiu mangan. Se aplică și bateriilor litiu-ion, mediu de lucru care sunt realizate din spinel de mangan sub formă de tuneluri tridimensionale în formă de cruce. Spre deosebire de sistemul cu cobalt, acest tip de bază asigură trecerea nestingherită a ionilor de litiu de la anod la catod și apoi la contactele dispozitivului. Principalul avantaj al bateriei litiu-ion mangan este rezistența scăzută a materialului, astfel încât astfel de baterii sunt adesea folosite pentru vehicule hibride, unelte care consumă o cantitate mare de curent, sau în echipamente medicale care funcționează autonom. Este permisă încălzirea bateriei până la 80 de grade în timpul încărcării și curent nominal poate fi de până la 20-30 de amperi. Nu este recomandat să expuneți bateria la o tensiune de curent mai mare de 50A pentru mai mult de două secunde, altfel spinelele se pot supraîncălzi și se pot defecta;

1. Baterii litiu-ion cu catod fosfat de fier. O astfel de baterie este rară din cauza costului relativ ridicat de producție, prețul final este puțin mai mare decât al altor baterii litiu-ion. Catodul de fosfat are mare avantaj: aceasta este durata de viață a produsului și frecvența de reîncărcare care depășește semnificativ dispozitivele similare. Cel mai adesea, aceste baterii au o garanție de 10 până la 50 de ani sau aproximativ 500 de cicluri de încărcare. Datorită unor astfel de indicatori, bateriile cu fosfat de fier sunt adesea folosite în industrie atunci când este necesar să se obțină o tensiune de ieșire ridicată;
2. Baterii cu ioni de oxid de cobalt litiu nichel mangan. Aceasta este cea mai practică, din punct de vedere al costului de producție și al fiabilității produsului finit, combinație de materiale pentru fabricarea catodului. Datorită proprietăților electrochimice ale substanțelor enumerate, catodul realizat din acestea are valori scăzute de rezistență, astfel încât pe perioade lungi de inactivitate a bateriei, descărcarea va fi minimă. De asemenea, prin creșterea dimensiunii celulei de sticlă sau catod, puteți crește capacitatea totală a bateriei sau crește tensiunea. Secretul constă în combinația de mangan și nichel, care, atunci când sunt combinate corect, creează un lanț cu proprietăți electrochimice ridicate;
3. Baterie cu titanat de litiu. Dezvoltat la începutul anilor 1980, spre deosebire de bateriile ionice cu miez de grafit, catodul acestui dispozitiv este realizat din nanocristale de titanat de litiu. Un catod realizat din acest material permite reincarcarea bateriei intr-o perioada scurta de timp si mentine tensiunea cu rezistenta zero. Această unitate este adesea folosită în sisteme autonome iluminat stradal, atunci când este necesar să se acumuleze energie într-o perioadă scurtă de timp și să o distribuie consumatorului pentru o perioadă lungă de timp. Dezavantajul unui astfel de sistem este costul relativ ridicat baterie terminată, dar se plătește rapid datorită duratei de viață crescute a piesei.

Important! Toate bateriile litiu-ion enumerate sunt baterii care nu necesită întreținere, astfel încât, în caz de deteriorare sau defecțiune, nu va fi posibilă repararea sau efectuarea lucrărilor de service pentru adăugarea de electrolit. Orice manipulare pentru deschiderea capacului bateriei va duce la distrugerea plăcilor bateriei și la defecțiunea completă.

Principiul de funcționare al bateriilor litiu-ion

Toate bateriile litiu-ion au o structură similară, care are câteva diferențe minore care nu afectează principiul de funcționare al piesei. Carcasa exterioară este realizată din material compozit, plastic sau metal neferos subțire, ceea ce este foarte rar. Cel mai adesea, bateria este formată din Cutie de plastic, terminale metalice pentru contactul cu consumatorul și tije interne cu tensiune pozitivă și negativă. Litiul intern este încărcat prin conectarea unui dispozitiv extern cu un curent stabil, dar fiecare produs are o sarcină primară, care apare din cauza unei reacții chimice între anod și catod.

Procesele de pe electrodul negativ, din material carbonic, care are aspectul de grafit stratificat natural, sunt aleatoriu, atomii încărcați electric se deplasează prin matrice fără a pierde tensiune. Toți indicatorii din acest sector sunt negativi.

Electrodul pozitiv al unei baterii cu litiu este realizat exclusiv din oxizi de cobalt sau de nichel, precum și spinele de litiu mangan. În timpul descărcării, ionii de litiu se îndepărtează de miezul de carbon și, după ce reacționează cu oxigenul, pătrund în catod și ies în grabă, dar nu pot părăsi corpul bateriei. Ionii de litiu încărcați își pierd tensiunea și rămân pe suprafața anodului până când litiul este încărcat. În timpul încărcării, întregul proces are loc în ordine inversă.

Design baterie litiu-ion

Cum element alcalin sursă de alimentare, bateria cu litiu este fabricată sub formă de cilindru sau poate avea o formă prismatică. Într-o baterie cilindrică, electrozii laminati sunt utilizați ca miez, izolați cu o carcasă specială și plasați în carcasa metalica, care este asociat cu elemente încărcate negativ. Pentru a menține polaritatea, contactul negativ este situat în partea de jos, iar contactul pozitiv este în partea de sus a piesei, iar aceste elemente nu trebuie să se atingă între ele, altfel curentul va circula prin conductor, ceea ce va duce la descărcare spontană.

Forma prismatică a unei baterii litiu-ion este destul de comună. În acest design, miezul este format prin stivuirea plăcilor speciale una peste alta, care sunt situate la o distanță minimă unele de altele. Acest sistem permite o mai mare specificații, dar datorită potrivirii strânse a plăcilor în timp ce bateriile se încarcă, este posibilă supraîncălzirea miezului și topirea plasei, ceea ce duce la scăderea productivității piesei.

Puteți găsi adesea un sistem combinat de dispozitive de baterie litiu-ion, în care electrozii sunt rulați într-o rolă și formați într-un cilindru oval. În același timp, sunt respectate regulile de tranziție lină și, în același timp, secțiunea dreaptă imită forma plăcii. Astfel de baterii au caracteristicile ambelor tipuri de produse, durata lor de viață este mult mai lungă.

În timpul reacției chimice și a funcționării bateriei, în interiorul carcasei se formează gaze care conțin substanțe nocive. Pentru a elimina rapid acești vapori, există o priză în cazul bateriilor litiu-ion, care este conectată la bănci și elimină prompt gazul acumulat din cavitatea bateriei. Unele baterii de mare putere sunt echipate cu o supapă specială care este activată în timpul acumulării critice de vapori.

Test de baterie litiu-ion

Încărcările cu litiu din interiorul bateriei necesită verificări periodice, în ciuda faptului că bateria specificată nu necesită întreținere, deoarece carcasa sa este sigilată, bateria trebuie totuși verificată folosind un dispozitiv special.

Inspecția începe întotdeauna cu o inspecție externă, în timpul căreia corpul piesei este verificat pentru fisuri și deformații. Terminalele bateriei sunt, de asemenea, inspectate și curățate de oxidare și alți contaminanți.

Important! Este necesar să păstrați bateria curată, evitând scurtcircuitarea contactelor între ele, deoarece acest lucru poate duce la o descărcare completă a bateriei, ceea ce va fi foarte problematic de restabilit.

Pentru a verifica starea internă a miezului, se folosește un ștecher de sarcină, care este conectat la terminale și măsoară tensiunea nominală în rețea. Apoi bateriei i se aplică o descărcare, iar dispozitivul citește indicatorii de retenție a curentului în interiorul piesei. Este important de reținut că bateria trebuie să fie complet încărcată în momentul testării, altfel citirile vor fi inexacte.

Aplicații ale bateriilor litiu-ion

Bateriile litiu-ion sunt folosite în multe aplicații, în funcție de configurația, forma și tensiunea nominală. Cea mai obișnuită utilizare a bateriilor este în industria auto, fiecare vehicul are propria sa sursă de energie, care este responsabilă de pornirea mașinii și de îndeplinirea altor funcții.

Aceste baterii sunt folosite și în dispozitive mobile, laptopuri și alte gadget-uri. Designul unor astfel de baterii este similar cu bateriile auto, singura diferență este dimensiunile produselor, care pot fi de dimensiunea unei cutii de chibrituri.

ÎN În ultima vreme A devenit populară introducerea bateriilor litiu-ion în sistemele de alimentare neîntreruptibilă acasă și ca surse de urgență electricitate, în timp ce bateria este conectată permanent la rețeaua centrală. În timp ce dispozitivele funcționează, bateria este încărcată de la o simplă centrală electrică, iar atunci când alimentarea este oprită, aceasta începe automat să furnizeze curent consumatorului. In acest caz, bateria reincarcabila trebuie pozitionata corect si prevazuta cu sisteme de protectie la supraincalzire.

Video

Litiu-ion și baterii cu litiu polimer

Gândirea ingineriei este în continuă evoluție: este stimulată de problemele care apar constant, care necesită dezvoltarea de noi tehnologii pentru a fi rezolvate. La un moment dat, bateriile cu nichel-cadmiu (NiCd) au fost înlocuite cu nichel-hidrură metalică (NiMH), iar acum bateriile cu litiu-ion (Li-ion) încearcă să ia locul bateriilor cu litiu-ion (Li-ion). Bateriile NiMH au înlocuit într-o oarecare măsură NiCd, dar datorită avantajelor incontestabile ale acestuia din urmă, precum capacitatea de a furniza un curent ridicat, cost scăzutși durată lungă de viață, nu au putut asigura înlocuirea lor completă. Dar cum rămâne cu bateriile cu litiu? Care sunt caracteristicile lor și prin ce diferă bateriile Li-pol de Li-ion? Să încercăm să înțelegem această problemă.

De regulă, atunci când cumpărăm un telefon mobil sau un laptop, nu ne gândim cu toții la ce tip de baterie se află în interior și la ce diferă aceste dispozitive în general. Și abia atunci, după ce am întâlnit în practică calitățile de consum ale anumitor baterii, începem să analizăm și să alegem. Pentru cei care se grăbesc și doresc să obțină imediat un răspuns la întrebarea pentru care baterie este optimă telefon mobil, voi răspunde pe scurt - Li-ion. Următoarele informații sunt destinate celor curioși.

În primul rând, o scurtă excursie în istorie.

Primele experimente de creat baterii cu litiu au început în 1912, dar numai șase decenii mai târziu, la începutul anilor '70, au fost introduse pentru prima dată în aparate de uz casnic. Mai mult, permiteți-mi să subliniez, acestea au fost doar baterii. Încercările ulterioare de a dezvolta baterii cu litiu (baterii reîncărcabile) au eșuat din cauza problemelor de siguranță. Litiul, cel mai ușor dintre toate metalele, are cel mai mare potențial electrochimic și oferă cea mai mare densitate de energie. Bateriile care folosesc electrozi cu litiu metalic oferă atât tensiune înaltă, cât și capacitate excelentă. Dar, ca urmare a numeroaselor studii din anii 80, s-a constatat că funcționarea ciclică (încărcare - descărcare) a bateriilor cu litiu duce la modificări ale electrodului cu litiu, în urma cărora stabilitatea termică scade și există o amenințare a stării termice. scăpând de sub control. Când se întâmplă acest lucru, temperatura elementului se apropie rapid de punctul de topire al litiului - și începe o reacție violentă, aprinzând gazele eliberate. De exemplu, un număr mare de baterii cu litiu pentru telefoane mobile expediate în Japonia în 1991 au fost rechemate după mai multe incidente de incendiu.

Din cauza instabilității inerente a litiului, cercetătorii și-au îndreptat atenția către bateriile cu litiu nemetalice bazate pe ioni de litiu. După ce au pierdut puțin din densitatea de energie și luând unele măsuri de precauție la încărcare și descărcare, au primit așa-numitele baterii Li-ion mai sigure.

Densitatea de energie a bateriilor Li-ion este de obicei de două ori mai mare decât a bateriilor standard NiCd, iar în viitor, datorită utilizării noilor materiale active, este de așteptat să-l crească și mai mult și să atingă o superioritate de trei ori față de NiCd. Pe lângă capacitatea mare, bateriile Li-ion se comportă similar cu NiCd-urile atunci când sunt descărcate (caracteristicile lor de descărcare sunt similare ca formă și diferă doar ca tensiune).

Astăzi există multe varietăți de baterii Li-ion și puteți vorbi mult timp despre avantajele și dezavantajele unui tip sau altul, dar este imposibil să le distingem după aspect. Prin urmare, vom observa doar acele avantaje și dezavantaje care sunt caracteristice tuturor tipurilor de aceste dispozitive și vom lua în considerare motivele care au dus la nașterea bateriilor litiu-polimer.

Principalele avantaje.

• Densitate mare de energie și, ca urmare, capacitate mare cu aceleași dimensiuni în comparație cu bateriile pe bază de nichel.
• Autodescărcare scăzută.
• Tensiune ridicată per celulă (3,6 V față de 1,2 V pentru NiCd și NiMH), ceea ce simplifică designul - adesea bateria este formată dintr-o singură celulă. Mulți producători folosesc astăzi o astfel de baterie cu o singură celulă în telefoanele mobile (amintiți-vă Nokia). Cu toate acestea, pentru a oferi aceeași putere, trebuie furnizat un curent mai mare. Și aceasta necesită asigurarea unei rezistențe interne scăzute a elementului.
• Costurile reduse de întreținere (operare) rezultă din absența efectului de memorie, necesitând cicluri periodice de descărcare pentru a restabili capacitatea.

Defecte.

Tehnologia de fabricare a bateriilor Li-ion se îmbunătățește constant. Este actualizat aproximativ o dată la șase luni și este dificil de înțeles cum se „comporta” bateriile noi după depozitare pe termen lung.

Într-un cuvânt, o baterie Li-ion ar fi bună pentru toată lumea dacă nu ar fi problemele cu asigurarea siguranței funcționării acesteia și costul ridicat. Încercările de a rezolva aceste probleme au dus la apariția bateriilor cu litiu-polimer (Li-pol sau Li-polimer).

Principala lor diferență față de Li-ion se reflectă în nume și constă în tipul de electrolit utilizat. Inițial, în anii 70, s-a folosit un electrolit polimer solid uscat, asemănător foliei de plastic și care nu conduce electricitatea, dar permite schimbul de ioni (atomi sau grupuri de atomi încărcate electric). Electrolitul polimer înlocuiește eficient separatorul poros tradițional impregnat cu electrolit.

Acest design simplifică procesul de producție, este mai sigur și permite producerea de baterii subțiri, cu formă liberă. În plus, absența electrolitului lichid sau în gel elimină posibilitatea de aprindere. Grosimea elementului este de aproximativ un milimetru, astfel încât dezvoltatorii de echipamente sunt liberi să aleagă forma, forma și dimensiunea, inclusiv implementarea acesteia în fragmente de îmbrăcăminte.

Dar până acum, din păcate, bateriile uscate Li-polimer au conductivitate electrică insuficientă la temperatura camerei. Rezistența lor internă este prea mare și nu poate furniza cantitatea de curent necesară pentru comunicațiile moderne și alimentarea cu energie a hard disk-urilor computerelor laptop. În același timp, atunci când este încălzit la 60 ° C sau mai mult, conductivitatea electrică a polimerului de litiu crește la un nivel acceptabil, dar acest lucru nu este potrivit pentru utilizare în masă.

Cercetătorii continuă să dezvolte baterii Li-polimer cu un electrolit solid uscat care funcționează la temperatura camerei. Se preconizează că astfel de baterii vor deveni disponibile comercial până în 2005. Acestea vor fi stabile, vor permite 1000 de cicluri complete de încărcare-descărcare și vor avea o densitate de energie mai mare decât bateriile Li-ion de astăzi

Între timp, unele tipuri de baterii Li-polimer sunt acum folosite ca surse de alimentare de rezervă în climatele calde. De exemplu, unii producători instalează în mod special elemente de încălzire care mențin o temperatură favorabilă bateriei.

Vă puteți întreba: cum poate fi asta? Bateriile Li-polimer se vând pe scară largă pe piață, producătorii echipează telefoanele și calculatoarele cu ele, dar aici spunem că nu sunt încă pregătite pentru utilizare comercială. Totul este foarte simplu. În acest caz despre care vorbim despre bateriile nu cu electrolit solid uscat. Pentru a crește conductivitatea electrică a bateriilor mici Li-polimer, li se adaugă o anumită cantitate de electrolit asemănător gelului. Și majoritatea bateriilor Li-polimer folosite astăzi pentru telefoanele mobile sunt de fapt hibrizi, deoarece conțin un electrolit asemănător gelului. Ar fi mai corect să le numim polimer litiu-ion. Dar majoritatea producătorilor le etichetează pur și simplu ca Li-polimer în scopuri publicitare. Să ne oprim mai în detaliu asupra acestui tip de baterii litiu-polimer, deoarece în acest moment sunt de cel mai mare interes.

Deci, care este diferența dintre o baterie Li-ion și o baterie Li-polimer cu electrolit în gel adăugat? Deși caracteristicile și eficiența ambelor sisteme sunt în mare măsură similare, unicitatea bateriei cu polimer Li-ion (puteți să o numiți așa) este că încă folosește un electrolit solid, înlocuind un separator poros. Electrolitul de gel este adăugat doar pentru a crește conductivitatea ionică.

Dificultățile tehnice și întârzierile în creșterea producției au întârziat introducerea bateriilor cu polimer Li-ion. Acest lucru este cauzat, potrivit unor experți, de dorința investitorilor care au investit mulți bani în dezvoltarea și producția în masă a bateriilor Li-ion de a-și recupera investițiile. Prin urmare, nu se grăbesc să treacă la noi tehnologii, deși cu producție în masă polimer Li-ion bateriile vor fi mai ieftine decât cele cu litiu-ion.

Și acum despre caracteristicile de funcționare a bateriilor Li-ion și Li-polimer.

Principalele lor caracteristici sunt foarte asemănătoare. Încărcarea bateriilor Li-ion este descrisă suficient de detaliat în articol. În plus, voi oferi doar un grafic (Fig. 1) din, ilustrând etapele de încărcare, și mici explicații la acesta.

Timpul de încărcare pentru toate bateriile Li-ion cu un curent de încărcare inițial de 1C (egal numeric cu valoarea nominală a capacității bateriei) este în medie de 3 ore. Încărcare completă se realizeaza cand tensiunea bateriei este egala cu pragul superior si cand curentul de incarcare este redus la un nivel aproximativ egal cu 3% din valoarea initiala. Bateria rămâne rece în timpul încărcării. După cum se poate observa din grafic, procesul de încărcare constă din două etape. În prima (puțin peste o oră), tensiunea crește la un curent de încărcare inițial aproape constant de 1C până la atingerea pragului superior de tensiune. În acest moment, bateria este încărcată la aproximativ 70% din capacitatea sa. La începutul celei de-a doua etape, tensiunea rămâne aproape constantă, iar curentul scade până ajunge la 3%. După aceasta, încărcarea se oprește complet.

Dacă trebuie să păstrați bateria încărcată tot timpul, este recomandat să o reîncărcați după 500 de ore sau 20 de zile. De obicei, se realizează când tensiunea la bornele bateriei scade la 4,05 V și se oprește când ajunge la 4,2 V.

Câteva cuvinte despre intervalul de temperatură în timpul încărcării. Cele mai multe tipuri de baterii Li-ion pot fi încărcate cu un curent de 1C la temperaturi de la 5 la 45°C. La temperaturi de la 0 la 5 °C, se recomandă încărcarea cu un curent de 0,1 C. Încărcarea la temperaturi sub zero este interzisă. Temperatura optimă pentru încărcare este de 15 până la 25 °C.

Procesele de încărcare în bateriile Li-polimer sunt aproape identice cu cele descrise mai sus, astfel încât consumatorul nu are absolut nevoie să știe care dintre cele două tipuri de baterii are în mână. Și toate acestea dispozitiv de încărcare, pe care le-a folosit pentru bateriile Li-ion, sunt potrivite pentru Li-polimer.

Și acum despre condițiile de descărcare. De obicei, bateriile Li-ion se descarcă la o valoare de 3,0 V per celulă, deși pentru unele soiuri pragul inferior este de 2,5 V. Producătorii de echipamente alimentate cu baterii proiectează de obicei dispozitive cu un prag de oprire de 3,0 V (pentru toate ocaziile). Ce înseamnă acest lucru? Tensiunea bateriei scade treptat la pornirea telefonului, iar imediat ce ajunge la 3,0 V, dispozitivul te va avertiza si se va opri. Totuși, asta nu înseamnă că a încetat să mai consume energie din baterie. Energia, deși mică, este necesară pentru a detecta când este apăsată tasta de pornire a telefonului și alte funcții. În plus, energia este consumată de propriul circuit intern de control și protecție, iar autodescărcarea, deși mică, este încă tipică chiar și pentru bateriile pe bază de litiu. Ca urmare, dacă bateriile cu litiu sunt lăsate pentru o perioadă lungă de timp fără reîncărcare, tensiunea de pe acestea va scădea sub 2,5 V, ceea ce este foarte rău. În acest caz, circuitul intern de control și protecție poate fi dezactivat și nu toate încărcătoarele vor putea încărca astfel de baterii. În plus, descărcarea profundă afectează negativ structura internă a bateriei în sine. O baterie complet descărcată trebuie încărcată în prima etapă cu un curent de numai 0,1C. Pe scurt, bateriilor le place să fie într-o stare încărcată mai degrabă decât într-o stare descărcată.

Câteva cuvinte despre condițiile de temperatură în timpul descărcării (citiți în timpul funcționării).

În general, bateriile Li-ion funcționează cel mai bine la temperatura camerei. Funcționarea în condiții mai calde va reduce serios durata de viață a acestora. Deși, de exemplu, o baterie cu plumb-acid are cea mai mare capacitate la temperaturi peste 30 °C, funcționarea pe termen lung în astfel de condiții scurtează durata de viață a bateriei. În același mod, Li-ion funcționează mai bine atunci când temperatura ridicata, care contracarează inițial creșterea rezistenței interne a bateriei rezultată din îmbătrânire. Dar creșterea producției de energie este de scurtă durată, deoarece creșterea temperaturii, la rândul său, promovează îmbătrânirea accelerată, însoțită de o creștere suplimentară a rezistenței interne.

Singurele excepții în acest moment sunt bateriile litiu-polimer cu electrolit polimer solid uscat. Acestea necesită o temperatură vitală de 60 °C până la 100 °C. Și astfel de baterii și-au găsit nișa pe piața surselor de rezervă în climă caldă. Sunt adăpostite într-o carcasă izolată termic cu elemente de încălzire încorporate alimentate de rețea externă. Bateriile cu polimer Li-ion ca baterii de rezervă sunt considerate a fi superioare ca capacitate și durabilitate față de bateriile VRLA, în special în condiţiile de teren când controlul temperaturii nu este posibil. Dar lor preț mare rămâne un factor limitativ.

La temperaturi scăzute, eficiența bateriilor tuturor sistemelor electrochimice scade brusc. În timp ce bateriile NiMH, SLA și Li-ion nu mai funcționează la -20°C, bateriile NiCd continuă să funcționeze până la -40°C. Permiteți-mi doar să observ că din nou vorbim doar despre bateriile de utilizare largă.

Este important de reținut că, deși o baterie poate funcționa la temperaturi scăzute, asta nu înseamnă că poate fi încărcată și în aceste condiții. Reacția la încărcare a majorității bateriilor la temperaturi foarte scăzute este extrem de limitată, iar curentul de încărcare în aceste cazuri ar trebui redus la 0,1C.

In concluzie, as dori sa remarc ca puteti pune intrebari si discuta probleme legate de Li-ion, Li-polymer, precum si alte tipuri de baterii, pe forumul din subforumul accesorii.

La scrierea acestui articol s-au folosit materiale [—Baterie pentru dispozitive mobile și laptopuri. Analizoare de baterii.