Si funksionojnë bateritë me jon litium? Bateritë litium-jon dhe litium-polimer

06.05.2019 Vlerësime

Sot është litium- bateri jonike më së shpeshti përdoret në fusha të ndryshme. Ato përdoren veçanërisht gjerësisht në elektronikë të lëvizshme (PDA, telefona celularë, laptopë dhe shumë më tepër), automjete elektrike, etj. Kjo është për shkak të avantazheve të tyre ndaj baterive të përdorura gjerësisht më parë nikel-kadmium (Ni-Cd) dhe hidrid nikel-metal (Ni-MH). Dhe nëse këto të fundit i janë afruar kufirit të tyre teorik, atëherë teknologjia bateri litium-jon janë në fillim të udhëtimit.

Pajisja

Në bateritë litium-jon, alumini shërben si elektrodë negative (katodë), dhe bakri vepron si elektrodë pozitive (anodë). Elektrodat mund të bëhen në forma të ndryshme, megjithatë, si rregull, ato janë fletë metalike në formën e një pakete të zgjatur ose një cilindri.

Materiali i anodës në fletën e bakrit dhe materiali katodik në fletën e aluminit ndahen nga një ndarës poroz, i cili është i ngopur me një elektrolit.
Paketa e elektrodës është instaluar në një strehë të mbyllur, dhe anoda dhe katoda janë të lidhura me terminalet e kolektorit aktual
Mund të ketë pajisje speciale nën mbulesën e baterisë. Një pajisje përgjigjet duke rritur rezistencën ndaj një koeficienti pozitiv të temperaturës. Pajisja e dytë prishet lidhje elektrike ndërmjet terminalit pozitiv dhe katodës kur presioni i gazit në bateri rritet mbi kufirin e lejuar. Në disa raste, strehimi është i pajisur me një valvul sigurie që lehtëson presionin e brendshëm në rast të shkeljeve të kushteve të funksionimit ose situatave emergjente.
Për të rritur sigurinë e funksionimit, një numër i baterive përdoren gjithashtu nga jashtë mbrojtje elektronike. Parandalon mundësinë e ngrohjes së tepërt, qarkut të shkurtër dhe mbingarkimit të baterisë.
Strukturisht, bateritë prodhohen në versione prizmatike dhe cilindrike. Një paketë e mbështjellë e ndarësit dhe elektrodave në bateri cilindrike vendoset në alumin ose trup çeliku, me të cilën lidhet elektroda negative. Poli pozitiv i baterisë nxirret jashtë përmes izolatorit në kapakë. Bateritë prizmatike krijohen duke grumbulluar pllaka drejtkëndore njëra mbi tjetrën.

Këto lloje të baterive litium-jon lejojnë paketim më të ngushtë, por ato janë më të vështira për të mbajtur forcat kompresive në elektroda sesa bateritë cilindrike. Një numër i baterive prizmatike përdorin një montim rrotullimi të një pakete elektrodash të përdredhura në një spirale eliptike.

Shumica e baterive prodhohen në versione prizmatike, pasi qëllimi i tyre kryesor është të sigurojnë funksionimin e laptopëve dhe telefonave celularë. Dizajni i baterive Li-jon është plotësisht i mbyllur. Kjo kërkesë diktuar nga papranueshmëria e rrjedhjes së elektrolitit të lëngshëm. Nëse avulli i ujit ose oksigjeni futet brenda, ndodh një reagim me elektrolitin dhe materialet e elektrodës, gjë që çon në dështimin e plotë të baterisë.

Parimi i funksionimit

Bateritë litium-jon kanë dy elektroda në formën e një anode dhe një katode, me një elektrolit midis tyre. Në anodë, kur një bateri lidhet në një qark të mbyllur, formohet një reaksion kimik, i cili çon në formimin e elektroneve të lira.
Këto elektrone priren të arrijnë në katodë, ku përqendrimi i tyre është më i ulët. Megjithatë, ajo që i pengon ata të shkojnë drejtpërdrejt në katodë nga anoda është elektroliti, i cili ndodhet midis elektrodave. E vetmja mënyrë që mbetet është përmes qarkut ku bateria është e mbyllur. Në këtë rast, elektronet, duke lëvizur përgjatë qarkut të specifikuar, furnizojnë pajisjen me energji.
Jonet e litiumit të ngarkuar pozitivisht, të cilat u lanë pas nga elektronet e arratisura, drejtohen në të njëjtën kohë përmes elektrolitit në katodë për të kënaqur kërkesën për elektrone në anën e katodës.
Pasi të gjitha elektronet lëvizin në katodë, ndodh "vdekja" e baterisë. Por bateria litium-jon është e rikarikueshme, që do të thotë se procesi mund të kthehet mbrapsht.

Duke përdorur një karikues, mund të futni energji në qark, duke filluar kështu reagimin në drejtim të kundërt. Rezultati do të jetë një akumulim i elektroneve në anodë. Pasi bateria të jetë ringarkuar, ajo do të mbetet e tillë në pjesën më të madhe derisa të aktivizohet. Megjithatë, me kalimin e kohës, bateria do të humbasë një pjesë të ngarkimit të saj edhe në modalitetin e gatishmërisë.

Kapaciteti i baterisë i referohet numrit të joneve të litiumit që mund të futen në krateret dhe poret e vogla të anodës ose katodës. Me kalimin e kohës, pas rimbushjeve të shumta, katoda dhe anoda degradohen. Si rezultat, numri i joneve që ata mund të strehojnë zvogëlohet. Në këtë rast, bateria nuk mund të mbajë më të njëjtën sasi ngarkese. Përfundimisht, ajo humbet plotësisht funksionet e saj.

Bateritë litium-jon janë të dizajnuara në atë mënyrë që ngarkimi i tyre duhet të monitorohet vazhdimisht. Për këtë qëllim, një bord i veçantë është instaluar në rast, ai quhet një kontrollues i ngarkimit. Çipi në tabelë kontrollon procesin e karikimit të baterisë.

Ngarkimi standard i baterisë duket si ky:

Në fillim të procesit të karikimit, kontrolluesi furnizon një rrymë prej 10% të rrymës së vlerësuar. NË ky moment voltazhi rritet në 2.8 V.
Pastaj rryma e ngarkimit rritet në atë nominale. NË kësaj periudhe tension në DC rritet në 4.2 V.
Në fund të procesit të karikimit, rryma bie tension konstant 4,2 V derisa bateria të jetë 100% e karikuar.

Inskenimi mund të ndryshojë për shkak të përdorimit të kontrollorëve të ndryshëm, gjë që çon në shpejtësi të ndryshme ngarkimi dhe, në përputhje me rrethanat, kostoja totale e baterisë. Bateritë litium-jon mund të jenë pa mbrojtje, domethënë kontrolluesi ndodhet në karikues, ose me mbrojtje të integruar, domethënë kontrolluesi ndodhet brenda baterisë. Mund të ketë pajisje ku bordi mbrojtës është i integruar direkt në bateri.

Varietetet dhe aplikimet

Ekzistojnë dy faktorë të formës së baterive litium-jon:

Bateritë cilindrike litium-jon.
Tableta bateri litium-jon.

Nëntipet e ndryshme të sistemit elektrokimik litium-jon emërtohen sipas llojit të substancës aktive të përdorur. E përbashkëta e të gjitha këtyre baterive litium-jon është se ato janë të gjitha të mbyllura, bateri pa mirëmbajtje.

Ekzistojnë 6 llojet më të zakonshme të baterive litium-jon:

Bateri litium kobalt . Është një zgjidhje popullore për kamerat dixhitale, laptopët dhe Telefonat celular për shkak të intensitetit të lartë të energjisë specifike. Bateria përbëhet nga një katodë e oksidit të kobaltit dhe një anodë grafiti. Disavantazhet e baterive litium kobalt: mundësi të kufizuara ngarkesa, stabilitet i ulët termik dhe jetëgjatësi relativisht e shkurtër.

Zonat e përdorimit ; elektronikë celulare.

Bateri litium mangan . Katoda kristalore e spinelit të litium manganit përmban një strukturë kornizë tre-dimensionale. Spineli siguron rezistencë të ulët, por ka një densitet energjie më të moderuar se kobalti.

Zonat e përdorimit; njësitë e energjisë elektrike, pajisje mjekësore, vegla elektrike.

Bateria litium nikel mangan oksid kobalti . Katoda e baterisë kombinon kobaltin, manganin dhe nikelin. Nikeli është i famshëm për intensitetin e tij të lartë specifik të energjisë, por stabilitetin e ulët. Mangani siguron rezistencë të ulët të brendshme, por rezulton në densitet të ulët të energjisë. Kombinimi i metaleve ju lejon të kompensoni disavantazhet e tyre dhe të përdorni pikat e forta të tyre.

Zonat e përdorimit; për përdorim privat dhe industrial (sistemet e sigurisë, termocentralet diellore, ndriçimi emergjent, telekomunikacioni, automjetet elektrike, biçikletat elektrike etj.).

Bateri litium fosfat hekuri . Përparësitë e tij kryesore: afatgjatë shërbimi, vlerësimet e larta të rrymës, rezistenca ndaj keqpërdorimit, siguria e shtuar dhe stabilitet të mirë termik. Megjithatë, kjo bateri ka një kapacitet të vogël.

Fushat e aplikimit: pajisje të specializuara të palëvizshme dhe portative ku kërkohet qëndrueshmëri dhe rryma me ngarkesë të lartë.

Bateria litium nikel kobalt oksid alumini . Përparësitë e tij kryesore: dendësia e lartë e energjisë dhe intensiteti i energjisë, qëndrueshmëria. Megjithatë, të dhënat e sigurisë dhe cmim i larte kufizoni përdorimin e tij.

Zonat e përdorimit; aparate elektrike, pajisje industriale dhe mjekësore.

Bateri litium titanate . Përparësitë e tij kryesore: karikimi i shpejtë, jetëgjatësia e shërbimit, diapazoni i gjerë i temperaturës, performanca dhe siguria e shkëlqyer. Kjo është bateria litium-jon më e sigurt e disponueshme.

Megjithatë, ajo ka një kosto të lartë dhe intensitet të ulët specifik të energjisë. Aktualisht, po zhvillohen zhvillime për të ulur koston e prodhimit dhe për të rritur intensitetin specifik të energjisë.

Zonat e përdorimit; rrugë, njësitë e energjisë elektrike të makinave (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Karakteristikat tipike

Në përgjithësi, bateritë litium-jon kanë këto karakteristika tipike:

Tensioni minimal nuk është më i ulët se 2.2-2.5V.
Tensioni maksimal nuk është më i lartë se 4.25-4.35 V.
Koha e karikimit: 2-4 orë.
Vetë-shkarkimi në temperaturën e dhomës është rreth 7% në vit.
Gama e temperaturës së funksionimit nga -20 °C në +60 °C.
Numri i cikleve të ngarkimit/shkarkimit derisa të arrihet një humbje prej 20% të kapacitetit është 500-1000.

Avantazhet dhe disavantazhet

Përparësitë përfshijnë:

Dendësi e lartë e energjisë në krahasim me bateritë alkaline që përdorin nikel.
Tensioni i një baterie është mjaft i lartë.
Nuk ka "efekt memorie", i cili siguron funksionim të thjeshtë.
Një numër i konsiderueshëm i cikleve të ngarkimit-shkarkimit.
Jetë e gjatë shërbimi.
Gama e gjerë e temperaturës për performancë të qëndrueshme.
Siguria relative mjedisore.

Ndër disavantazhet janë:

Rryma e moderuar e shkarkimit.
Plakje relativisht e shpejtë.
Kosto relativisht e lartë.
Pamundësia për të punuar pa një kontrollues të integruar.
Mundësia e djegies spontane nën ngarkesa të larta dhe shkarkim shumë të thellë.
Dizajni kërkon përmirësime të konsiderueshme, sepse nuk është i përsosur.

Përshëndetje, miqtë dhe admiruesit e mi të dashur, lexues të këtij blogu. Në vend të një mësimi tjetër, do të ishte më korrekte të thuheshin artikuj derrkuc i shkollës fotografike, vendosa të shkruaj një artikull për një temë që është e dhimbshme dhe e rëndësishme për të gjithë.

Unë mendoj se shumë, duke përfshirë ju, lexuesit e mi të dashur, do ta kenë interesante dhe të dobishme të dinë se cilat janë gjëra të tilla themelore bateri litium-jon, cilat janë karakteristikat e tyre kufizuese, si duhet të përdoren, me çfarë mund të merret përdorimin e duhur, dhe sigurisht, për çfarë duhet të jetë kujdesi jetë e gjatë e baterisë. Pra shkoni përpara.

Pse - ju më pyesni, unë në fakt fillova të shkruaj për këtë temë? Epo, një bateri dhe një bateri dhe çfarë lidhje me të. Kështu që? Por jo. Bateri Li-jon, ky është në thelb një rezervuar karburanti për shumë nga pajisjet tona të preferuara, ose pajisje në gjuhën e zakonshme. Edhe çfarë? - më thuaj, - çfarë ndryshimi ka për ne? Dhe ndryshimi është i madh dhe i rëndësishëm për ju. Ideja për të shkruar këtë artikull erdhi pasi nxënësit e shkollës së fotografisë dhe unë morëm pjesë. Moti krejt e zakonshme, rreth -7 -10 celcius, me diell, erë e lehtë, kthjellët. Në përgjithësi mot i këndshëm për syrin kureshtar të një fotografi amator. Megjithatë, shumë studentë u shqetësuan: A nuk është kjo e rrezikshme për kamerën? A nuk do të ngrijë ajo? Çfarë ndodh nëse ngrin? (Do të shkruaj një shënim të veçantë për kushtet e temperaturës së kamerës) Çfarë do të ndodhë me baterinë e kamerës? Kemi dëgjuar që bateria e kamerës është shumë e ndjeshme ndaj të ftohtit dhe mund të dështojë, a është e vërtetë kjo? E vërtetë, por jo të gjitha dhe jo plotësisht. Le ta kuptojmë.

Kamerat tona përmbajnë bateri litium-jon. Çfarë do të thotë kjo? Ja çfarë. Bateritë Li-jon kanë në mënyrë të konsiderueshme parametrat më të mirë përdorimi në krahasim me llojet e tjera të baterive. Nuk do të hyj në detaje, por në ditët e sotme, shumica e prodhuesve elektronikë të konsumit, përpiquni t'i furnizoni produktet e tyre me bateri Li-ion, pasi ato janë më të thjeshta dhe më të lira për t'u prodhuar dhe më pak të dëmshme për mjedisin.

Qelizat primare ("bateritë") me një anodë litiumi u shfaqën në fillim të viteve 70 të shekullit të 20-të dhe gjetën aplikim shpejt për shkak të energjisë së tyre të lartë specifike dhe avantazheve të tjera. Kështu, u realizua një dëshirë e gjatë për të krijuar një burim të rrymës kimike me agjentin reduktues më aktiv - një metal alkali, i cili bëri të mundur rritjen e mprehtë të tensionit të funksionimit të baterisë dhe energjisë specifike të tij. Ndërsa zhvillimi i qelizave primare me një anodë litiumi u kurorëzua me sukses relativisht të shpejtë dhe elementë të tillë zunë me vendosmëri vendin e tyre si burime energjie për pajisjet portative, krijimi i baterive të litiumit hasi vështirësi thelbësore, të cilave iu deshën më shumë se 20 vjet për t'u kapërcyer.

Pas shumë testeve gjatë viteve 1980, rezultoi se problemi me bateritë e litiumit rrotullohej rreth elektrodave të litiumit. Më saktësisht, rreth aktivitetit të litiumit: proceset që ndodhën gjatë operimit përfundimisht çuan në një reagim të dhunshëm, të quajtur "ventilim me emetim flakë". Në vitin 1991, fabrikat e prodhimit u tërhoqën nje numer i madh i bateri litium, të cilat u përdorën për herë të parë si burim energjie për telefonat celularë. Arsyeja ka qenë se gjatë një bisede, kur konsumi aktual ka qenë në maksimum, nga bateria ka shpërthyer një flakë, duke djegur fytyrën e përdoruesit të celularit.

Për shkak të paqëndrueshmërisë së natyrshme të metalit të litiumit, veçanërisht gjatë karikimit, kërkimet kanë lëvizur drejt krijimit të një baterie pa përdorimin e Li, por duke përdorur jonet e tij. Edhe pse bateritë litium-jon ofrojnë densitet energjie pak më të ulët se bateri litium, megjithatë, bateritë Li-jon janë të sigurta nëse ofrohen mënyrat e duhura ngarkimi dhe shkarkimi.

Nëse më tej, dikush është i interesuar në pjesën se cilat procese kimike ishin dhe janë në bateritë litium-jon, dhe si u zbutën të njëjtat procese, atëherë shkoni te Google. Nuk jam mjaftueshëm i fortë në kimi dhe fizikë për të shkruar një artikull që do të më bënte të flija duke e lexuar.

Bateritë moderne Li-jon kanë karakteristika të larta specifike: 100-180 Wh/kg dhe 250-400 Wh/l. Tensioni i funksionimit: 3.5-3.7 V.

Nëse vetëm pak vite më parë, zhvilluesit e prodhimit konsideruan se kapaciteti maksimal i arritshëm i baterive Li-ion nuk ishte më shumë se disa amper-orë (mbani mend kursi shkollor fizikë), tani shumica e arsyeve që kufizojnë rritjen e kapacitetit janë kapërcyer dhe shumë prodhues kanë filluar të prodhojnë bateri me një kapacitet qindra amper-orë, apo edhe mijëra.

Bateritë moderne me madhësi të vogël funksionojnë në rryma shkarkimi deri në 2 C, ato të fuqishme - deri në 10-20 C. Gama e temperaturës së funksionimit: nga -20 në +60 °C. Megjithatë, shumë prodhues kanë zhvilluar tashmë bateri që funksionojnë në -40 °C. Është e mundur të zgjerohet diapazoni i temperaturës në temperatura më të larta.

Vetë-shkarkimi i baterive Li-ion është 4-6% në muajin e parë, pastaj është dukshëm më i vogël: në 12 muaj bateritë humbasin 10-20% të kapacitetit të tyre të ruajtur. Humbja e kapacitetit të baterive Li-jon është disa herë më e vogël se ajo e baterive nikel-kadmium (Ni-Cd), si në 20 °C ashtu edhe në 40 °C. Burimi i baterive litium-jon: 500-1000 cikle ngarkimi-shkarkimi.

Dhe këtu shumë do të thonë: -Ahhh. Kjo është arsyeja pse ju mund të shkrepni me kamerën tuaj në temperatura mesatarisht të ftohta. Po, do t'ju përgjigjem. Plus, kur bateria funksionon, duke çliruar energji, në të ndodhin reaksione kimike, efekti anësor i të cilave është lëshimi i energjisë termike, e cila lejon baterinë të ruajë diapazonin e saj të temperaturës së funksionimit më gjatë. Përveç kësaj, kur e nxjerrim kamerën nga kasa në rrugë, ajo (kamera, kamera) gjithashtu ka një temperaturë pozitive, domethënë rritim më tej burimin kohor gjatë të cilit mund të shkrepim në rrugë në -7. ..-15 °C. Shto këtu ngrohjen termike të procesorit të kamerës gjatë xhirimit, ngrohjen e matricës, madje edhe ngrohtësinë e duarve me të cilat e mbajmë kamerën dhe e transferojmë në të, zgjat jetën termike dhe kohore të kamerës në temperatura mesatarisht të ulëta. .

Kjo ka të bëjë me përdorimin e baterive në punë. Tani le të shohim pak anën e ngarkimit dhe ruajtjes. Litium- bateri jonike nuk kërkojnë ndonjë kujdes të veçantë. Rregullat bazë për funksionimin e tyre mund të gjenden në udhëzimet për telefonin/laptopin/kamerën, dhe për çdo gjë tjetër kujdeset qarku BMS dhe kontrolluesi i karikimit në pajisjen me energji. Sidoqoftë, kur blini, shpesh mund të dëgjoni deklaratat e mëposhtme nga një shitës ose një koleg "guru":

“...karikimi i parë - 12–15 orë...” ose, përndryshe, “...thjesht lini pajisjen të lidhur gjatë gjithë natës...”;

“...duhet të bëni 3-5 cikle të plota që bateria të fitojë kapacitet...”;

“...është e këshillueshme që bateria të ngarkohet dhe të shkarkohet plotësisht...”;

“... pra, çka nëse bateria është tashmë një vit e vjetër, nuk është përdorur; jeta e tij e shërbimit varet vetëm nga numri i cikleve të ngarkimit-shkarkimit...”

Le të shohim se sa e vërtetë është sa më sipër.

Deklarata e parë është thjesht e pakuptimtë - elektronika e kontrollit nuk do të lejojë që bateria të ngarkohet më shumë sesa duhet.

Këshilla # 2 është gjithashtu e paqëndrueshme. Pas karikimit të parë, bateritë litium-jon funksionojnë me efikasitet të plotë dhe në fillim ato shkarkohen më shpejt thjesht sepse pronari i pajisjes e konfiguron dhe e studion, ua tregon miqve dhe të njohurve, etj. Pas një ose dy javësh vjen pajisja në përdorim mënyrë normale, e cila natyrisht ka një efekt pozitiv në autonominë. Por vetëm i ngarkuar plotësisht para fillimit të përdorimit është ende e këshillueshme. Kjo nuk është e nevojshme për baterinë, por në mënyrë që pajisja të mund të përcaktojë kapacitetin e saj real dhe më pas të shfaqë saktë ngarkesën e mbetur.

Rekomandimi nr. 3 ka “këmbë në rritje” edhe nga rregullat për funksionimin e baterive nikel-kadmium, të cilat fillimisht duhej të shkarkoheshin plotësisht, përndryshe një pjesë e kapacitetit do të humbiste në mënyrë të pakthyeshme. Homologët e tyre litium-jon nuk kanë një "efekt memorie" të ngjashëm, për më tepër, shkarkimi i thellë është kundërindikuar për ta. Me përdorim të shpeshtë, kjo nuk është e rëndësishme, pasi sistemi BMS nuk lejon që bateria të shkarkohet plotësisht, por nëse mbetet në gjendje të shkarkuar për një muaj ose më shumë, ngarkesa e mbetur do të "rrjedh", qarku i mbrojtjes do të bllokohet. procesi i karikimit dhe fiket, pas së cilës karikimi nuk do të jetë më i mundur. Mbingarkimi është gjithashtu i dëmshëm, por shumica e pajisjeve tashmë e marrin parasysh këtë dhe nuk e ngarkojnë baterinë në 100%.

Ka edhe këshilla të tilla si “karikoni sipas dëshirës, por të paktën një herë në javë (muaj) kryeni një cikël të plotë”. Kjo skemë funksionimi është optimale për bateritë hidride nikel-metal - ato gjithashtu kanë një efekt memorie, por shumë më pak se Ni-Cd, dhe rivendosin kapacitetin pas 1-2 cikleve të plota. Për bateri litium-jon Kjo është vetëm pjesërisht e vërtetë, për shembull, rekomandohet ta bëni këtë pas ruajtjes afatgjatë.

Nga deklarata numër 4, rrjedh një përfundim në dukje logjik: meqenëse jeta e baterisë matet me numrin e cikleve, do të thotë që është më mirë ta përdorni atë në maksimum. Ky është gabim. Ngarkimi dhe shkarkimi i plotë e konsumojnë atë më shpejt, ndërsa ciklet jo të plota, përkundrazi, zgjasin jetën. Përveç kësaj, bateritë litium-jon humbasin kapacitetin edhe pa përdorur. Tashmë pas një viti "në raft" burimi i tyre zvogëlohet me 5-10%, pas 2 vjetësh - me 20-30%. Prandaj, kur blini një pajisje të re portative, kushtojini vëmendje datës së lëshimit të furnizimit me energji elektrike. Është gjithashtu e qartë se blerja e një baterie për përdorim në të ardhmen, edhe nëse është e vështirë të gjendet në shitje, është e padobishme.

Është shumë e rëndësishme të respektoni regjimi i temperaturës funksionimi i baterive litium-jon. Në acar nën -20 °C ata thjesht ndalojnë së dhënë rrymë, dhe në nxehtësi mbi +45 °C edhe pse funksionojnë, kushtet e tilla klimatike aktivizojnë procesin e plakjes, duke reduktuar ndjeshëm jetëgjatësinë e baterisë. Por mund ta karikoni vetëm në temperatura pozitive (Celsius), përndryshe ekziston një rrezik i lartë i dështimit të pajisjes. Në përgjithësi, optimale temperatura e punës Bateritë litium-jon janë +20 °C.

Bateritë litium-jon janë duke u përmirësuar vazhdimisht, dhe prodhuesit po eksperimentojnë në mënyrë aktive me materialet e elektrodave dhe elektroliteve. Në 1994, u shfaqën bateritë me katodë litium-mangan, dhe në 1996 - me katoda litium-hekur-fosfat. Ato janë shumë më të qëndrueshme dhe mund t'i rezistojnë lehtësisht rrymave të larta të shkarkimit, kështu që përdoren në veglat elektrike dhe automjetet elektrike. Që nga viti 2003, janë prodhuar bateri që përdorin një përbërje komplekse katodike (LiNiMnCoO2) dhe kanë kombinimi më i mirë karakteristikat ndër të gjitha të listuara. Por askush nuk ka arritur ende të kapërcejë ekzemplarët e litium-kobaltit për sa i përket kapacitetit dhe çmimit specifik, dhe avantazhet e llojeve të reja nuk janë të kërkuara në telefonat celularë dhe laptopët, të cilët konsumojnë relativisht pak rrymë e lartë.

Nëse e keni lënë mënjanë pajisjen tuaj përkohësisht, por dëshironi ta mbani baterinë e saj në gjendje pune, dijeni se bateritë litium-jon ruhen më së miri në një temperaturë prej rreth +5°C. Sa më i lartë të jetë dhe sa më afër niveli i karikimit të jetë 100%, aq më shpejt bateria vjetërohet dhe humbet kapacitetin. Është mirë ta karikoni në 40–50%, hiqni atë nga pajisja, paketoni në një qese plastike të mbyllur, vendoseni në frigorifer (por jo në ngrirës!) dhe rimbushni periodikisht.

Kjo është gjithçka që doja të them për bateritë, miqtë tanë, kafshët shtëpiake elektronike. Qoftë një telefon, një lojtar apo një aparat fotografik.

Ky artikull u përgatit në bazë të materialeve të gjetura në internet dhe u mblodh këtu në një grumbull për lehtësi dhe kuptim të thelbit të procesit.

Keni pyetje? Shkruani në komente dhe unë patjetër do të përgjigjem.

P.S. Miq, nëse ju pëlqeu artikulli ose ju duk i dobishëm. Më bëj edhe mua një nder. Ndani një lidhje me artikullin në faqet tuaja VKontakte, Odnoklassniki, Facebook, Twitter dhe të tjera. Për ta bërë këtë, thjesht duhet të klikoni butonat në fund të faqes dhe të ndiqni hapa të thjeshtë udhëzimet. Ju ftoj gjithashtu të abonoheni në buletinin tim, atëherë patjetër nuk do të humbisni artikullin tjetër, shpresojmë interesant dhe të dobishëm. Formulari i abonimit ndodhet në këndin e sipërm të djathtë të faqes.

Duke lexuar "këshilla për funksionimin" e baterive në forume, nuk mund të mos mendoni - ose njerëzit anashkaluan fizikën dhe kiminë në shkollë, ose mendojnë se rregullat për funksionimin e baterive me acid plumbi dhe jon janë të njëjta.
Le të fillojmë me parimet e funksionimit të një baterie Li-Ion. Në gishta, gjithçka është jashtëzakonisht e thjeshtë - ka një elektrodë negative (zakonisht prej bakri), ka një pozitive (të bërë prej alumini), midis tyre ka një substancë poroze (ndarës) të ngopur me elektrolit (ajo parandalon " transferimi i paautorizuar i joneve të litiumit ndërmjet elektrodave):

Parimi i funksionimit bazohet në aftësinë e joneve të litiumit për t'u integruar në rrjetën kristalore materiale të ndryshme- zakonisht grafiti ose oksidi i silikonit - me formimin e lidhjeve kimike: në përputhje me rrethanat, kur ngarkohen, jonet ndërtohen në rrjetën kristalore, duke grumbulluar kështu një ngarkesë në njërën elektrodë kur shkarkohen, ata përkatësisht lëvizin përsëri në elektrodën tjetër; elektroni që na nevojitet (i cili është i interesuar për një shpjegim më të saktë të proceseve që ndodhin - ndërhyrja e Google). Si elektrolit, përdoren solucione që përmbajnë ujë që nuk përmbajnë një proton të lirë dhe janë të qëndrueshme në gamë të gjerë stresi. Siç shihet në bateri moderne gjithçka është bërë mjaft e sigurt - nuk ka litium metalik, nuk ka asgjë për të shpërthyer, vetëm jonet kalojnë nëpër ndarës.
Tani që gjithçka është bërë pak a shumë e qartë për parimin e funksionimit, le të kalojmë te mitet më të zakonshme rreth baterive Li-Ion:

Miti i parë. Bateria Li-Ion në pajisje nuk mund të shkarkohet në zero përqind.
Në fakt, gjithçka tingëllon e saktë dhe është në përputhje me fizikën - kur shkarkohet në ~ 2.5 V, bateria Li-Ion fillon të degradohet shumë shpejt, dhe madje një shkarkim i tillë mund të zvogëlojë ndjeshëm (deri në 10%!) kapacitetin e saj. Për më tepër, nëse voltazhi shkarkohet në një tension të tillë me një karikues standard, nuk do të jetë më e mundur ta ngarkoni atë - nëse tensioni i baterisë bie nën ~ 3 V, kontrolluesi "i zgjuar" do ta fikë atë si të dëmtuar. dhe nëse ka të gjitha qelizat e tilla, bateria mund të çohet në kosh.
Por ka një gjë shumë të rëndësishme që të gjithë e harrojnë: në telefona, tableta dhe të tjera pajisje celulare Ah, diapazoni i tensionit të funksionimit në bateri është 3,5-4,2 V. Kur voltazhi bie nën 3,5 V, treguesi tregon ngarkesën zero përqind dhe pajisja fiket, por është ende shumë larg nga "kritike" 2,5 V. Kjo konfirmohet nga fakti se nëse lidhni një LED me një bateri të tillë "të shkarkuar", ajo ende mund të ndizet për një kohë të gjatë(ndoshta dikujt i kujtohet që shisnin telefona me elektrik dore që ndizeshin me një buton pavarësisht nga sistemi. Kështu drita aty vazhdonte të ndizte edhe pasi telefoni ishte shkarkuar dhe fikur). Kjo është, siç mund të shihet kur përdorim normal Nuk ka asnjë shkarkim në 2.5 V, që do të thotë se është mjaft e mundur të shkarkohet bateria në zero përqind.
Miti dy. Nëse bateritë Li-Ion dëmtohen, ato shpërthejnë.
Të gjithë e mbajmë mend "shpërthyesin" Samsung Galaxy Shënim 7. Megjithatë, ky është më tepër një përjashtim nga rregulli - po, litiumi është një metal shumë aktiv dhe nuk është e vështirë ta shpërthejë atë në ajër (dhe digjet shumë shkëlqyeshëm në ujë). Megjithatë, bateritë moderne nuk përdorin litium, por jonet e tij, të cilat janë shumë më pak aktive. Pra, që të ndodhë një shpërthim, duhet të përpiqeni shumë - ose të dëmtoni fizikisht baterinë e ngarkimit (të shkaktojë një qark të shkurtër), ose ta ngarkoni atë me një tension shumë të lartë (atëherë do të dëmtohet, por me shumë mundësi kontrolluesi thjesht do të digjet del vetë dhe nuk do të lejojë që bateria të ngarkohet). Prandaj, nëse papritmas keni një bateri të dëmtuar ose që pi duhan në duar, mos e hidhni në tavolinë dhe ikni nga dhoma duke bërtitur "të gjithë do të vdesim" - thjesht vendoseni në një enë metalike dhe merre. jashtë në ballkon (në mënyrë që të mos thithni kimikate) - bateria do të digjet për ca kohë dhe më pas do të dalë jashtë. Gjëja kryesore është që të mos e mbushni me ujë, jonet janë sigurisht më pak aktive se litiumi, por megjithatë një sasi e hidrogjenit do të lirohet gjithashtu kur reagon me ujë (dhe i pëlqen të shpërthejë).
Miti i tretë. Kur një bateri Li-Ion arrin 300 (500/700/1000/100500) cikle, ajo bëhet e pasigurt dhe duhet të zëvendësohet urgjentisht.
Një mit, për fat, që qarkullon gjithnjë e më pak nëpër forume dhe nuk ka fare shpjegim fizik apo kimik. Po, gjatë funksionimit, elektrodat oksidohen dhe gërryhen, gjë që zvogëlon kapacitetin e baterisë, por kjo nuk ju kërcënon asgjë tjetër përveç jetëgjatësisë më të shkurtër të baterisë dhe sjelljes së paqëndrueshme me karikim 10-20%.
Miti i katërt. Bateritë Li-Ion nuk mund të përdoren në të ftohtë.
Ky është më shumë një rekomandim sesa një ndalim. Shumë prodhues ndalojnë përdorimin e telefonave në temperatura nën zero, dhe shumë prej tyre kanë përjetuar shkarkimin e shpejtë dhe madje edhe mbylljen e telefonave në të ftohtë. Shpjegimi për këtë është shumë i thjeshtë: elektroliti është një xhel që përmban ujë dhe të gjithë e dinë se çfarë ndodh me ujin në temperatura nën zero (po, ngrin, nëse ka ndonjë gjë), duke e bërë kështu një pjesë të baterisë të papërdorshme. Kjo çon në një rënie të tensionit, dhe kontrolluesi fillon ta konsiderojë këtë një shkarkesë. Kjo nuk është e mirë për baterinë, por nuk është as fatale (pas ngrohjes, kapaciteti do të kthehet), kështu që nëse keni nevojë të dëshpëruar ta përdorni telefonin në të ftohtë (për ta përdorur atë - nxirreni nga një xhep i ngrohtë, kontrolloni koha dhe vendosja e tij nuk llogaritet) atëherë është më mirë ta karikoni 100% dhe të aktivizoni çdo proces që ngarkon procesorin - kjo do ta ftohet më ngadalë.
Miti i pestë. Një bateri Li-Ion e fryrë është e rrezikshme dhe duhet të hidhet menjëherë.
Ky nuk është saktësisht një mit, por më tepër një masë paraprake - një bateri e fryrë thjesht mund të shpërthejë. Nga pikëpamja kimike, gjithçka është e thjeshtë: gjatë procesit të ndërthurjes, elektrodat dhe elektroliti dekompozohen, duke rezultuar në lëshimin e gazit (ai mund të lirohet edhe gjatë rimbushjes, por më shumë për këtë më poshtë). Por shumë pak prej tij lëshohet dhe që bateria të duket e fryrë, duhet të kalojnë disa qindra (nëse jo mijëra) cikle rimbushjeje (përveç nëse, sigurisht, është me defekt). Nuk ka probleme për të hequr qafe gazin - thjesht shponi valvulën (në disa bateri hapet vetë kur ka presion të tepërt) dhe hiqeni atë (nuk rekomandoj të merrni frymë me të), pas së cilës mund ta mbuloni vrimën me rrëshirë epoxy. Sigurisht, kjo nuk do ta kthejë baterinë në kapacitetin e saj të mëparshëm, por të paktën tani definitivisht nuk do të shpërthejë.
Miti i gjashtë. Mbingarkimi është i dëmshëm për bateritë Li-Ion.
Por ky nuk është më një mit, por një realitet i ashpër - gjatë rikarikimit, ka shumë mundësi që bateria të fryhet, të shpërthejë dhe të marrë flakë - më besoni, ka pak kënaqësi të spërkatesh me elektrolit të valë. Prandaj, të gjitha bateritë kanë kontrollues që thjesht parandalojnë që bateria të ngarkohet mbi një tension të caktuar. Por këtu duhet të jeni jashtëzakonisht të kujdesshëm në zgjedhjen e një baterie - kontrollorët e artizanatit kinez shpesh mund të keqfunksionojnë dhe nuk mendoj se fishekzjarrët nga telefoni juaj në orën 3 të mëngjesit do t'ju bëjnë të lumtur. Sigurisht, i njëjti problem ekziston në bateritë e markës, por së pari, kjo ndodh shumë më rrallë atje, dhe së dyti, ata do të zëvendësojnë të gjithë telefonin tuaj nën garanci. Ky mit zakonisht shkakton sa vijon:
Miti i shtatë. Kur të arrini 100%, duhet ta hiqni telefonin nga karikimi.
Nga miti i gjashtë, kjo duket e arsyeshme, por në realitet nuk ka kuptim të ngrihesh në mes të natës dhe të shkëputësh pajisjen: së pari, dështimet e kontrolluesit janë jashtëzakonisht të rralla, dhe së dyti, edhe kur treguesi arrin 100%, bateria ende ngarkohet për ca kohë në maksimum, shumë rryma të ulëta, e cila shton një kapacitet tjetër 1-3%. Pra, në realitet, nuk duhet ta luani të sigurt.
Miti i tetë. Mund ta karikoni pajisjen vetëm me karikuesin origjinal.
Miti ekziston për shkak të cilësisë së dobët të karikuesve kinezë - me një tension normal prej 5 +- 5% volt ata mund të prodhojnë si 6 ashtu edhe 7 - kontrolluesi, natyrisht, do ta zbusë këtë tension për ca kohë, por në të ardhmen në rastin më të mirë do të çojë në djegien e kontrolluesit, në rastin më të keq - në shpërthim dhe (ose) dështim motherboard. Ndodh edhe e kundërta - nën ngarkesë, karikuesi kinez prodhon 3-4 volt: kjo do të çojë që bateria të mos jetë në gjendje të ngarkohet plotësisht.

Siç mund të shihet nga një grup i tërë keqkuptimesh, jo të gjitha kanë një shpjegim shkencor dhe akoma më pak në fakt përkeqësojnë performancën e baterive. Por kjo nuk do të thotë që pasi të keni lexuar artikullin tim, duhet të vraponi me kokë dhe të blini bateri të lira kineze për disa dollarë - megjithatë, për qëndrueshmëri është më mirë të merrni ose ato origjinale ose kopje me cilësi të lartë të atyre origjinale.

Më moderne pajisjet elektronike, të tilla si laptop, telefon ose luajtës, janë të pajisur me bateri litium-jon, të cilat veprojnë si burime autonome energjie. Këto bateri jonike u zhvilluan relativisht kohët e fundit, por për shkak të karakteristikave të tyre ato kanë fituar popullaritet të madh në mesin e projektuesve dhe prodhuesve të pajisjeve. Tani, përveç të ndryshmeve Pajisje shtëpiake, shumë vegla mbarimi dhe riparimi, kaçavida ose makina prerëse janë të pajisura me burime të tilla energjie. Ky artikull diskuton llojet e baterive litium-jon, fushëveprimin e tyre të aplikimit dhe parimin e funksionimit.

Llojet e baterive me jon litium

Bateritë e rikarikueshme, që funksionojnë në parimin e ruajtjes së energjisë dhe shpërndarjes së saj në një pajisje të konsumuar, vijnë në disa lloje, të cilat mund të kombinohen në një litium blloku jonik. Këto bateri përfshijnë:

Bateri litium kobalt. Një pajisje e tillë përbëhet nga një anodë grafiti dhe një katodë e bërë nga oksidi i kobaltit. Katoda ka një strukturë pllake me boshllëqe midis pjesëve, kështu që kur konsumohet energjia, jonet e litiumit furnizohen në pllaka nga anoda, ndodh një reaksion elektromagnetik dhe voltazhi aplikohet në terminalet. Disavantazhi i një sistemi të tillë është rezistenca e dobët e mekanizmit ndaj ndryshimeve të temperaturës, pasi në temperatura negative bateria shkarkohet, edhe nëse nuk është e lidhur me një konsumator. Gjatë ngarkimit të produktit, drejtimi i rrymës ndryshon dhe jonet e litiumit rrjedhin nëpër katoda në anodë, ato grumbullohen dhe tensioni rritet. Ndalohet rreptësisht lidhja e ngarkuesit me një bateri, voltazhi i vlerësuar i së cilës është më i lartë se ai i pjesës, përndryshe bateria mund të mbinxehet, pllakat do të shkrihen dhe kutia do të plasaritet;
Bateri litium mangan. Gjithashtu vlen për bateritë me jon litium, Ambienti i punës të cilat janë bërë nga spinel mangani në formën e tuneleve tredimensionale në formë kryqi. Ndryshe nga sistemi i kobaltit, kjo lloj bazamenti siguron kalimin e papenguar të joneve të litiumit nga anoda në katodë dhe më pas në kontaktet e pajisjes. Avantazhi kryesor i baterisë së manganit litium-jon është rezistenca e ulët e materialit, kështu që bateri të tilla shpesh përdoren për automjete hibride, mjete që konsumojnë një sasi të madhe rryme ose në pajisje mjekësore që funksionojnë në mënyrë autonome. Lejohet të ngrohni baterinë deri në 80 gradë gjatë karikimit, dhe vlerësuarat aktuale mund të jetë deri në 20-30 Amper. Nuk rekomandohet ekspozimi i baterisë ndaj një tensioni aktual më të lartë se 50A për më shumë se dy sekonda, përndryshe spinelet mund të mbinxehen dhe të dështojnë;

Bateri jon litium me katodë fosfat hekuri. Një bateri e tillë është e rrallë për shkak të kostos relativisht të lartë të prodhimit, çmimi i saj përfundimtar është pak më i lartë se bateritë e tjera litium-jon. Katoda e fosfatit ka avantazh i madh: kjo është jeta e shërbimit të produktit dhe frekuenca e rimbushjes që tejkalon ndjeshëm pajisjet e ngjashme. Më shpesh, këto bateri kanë një garanci prej 10 deri në 50 vjet ose rreth 500 cikle karikimi. Për shkak të treguesve të tillë, bateritë me fosfat hekuri përdoren shpesh në industri kur është e nevojshme të merret një tension i lartë në dalje;
Bateritë litium-nikel mangan oksid kobalt-jonesh. Ky është kombinimi më praktik, nga pikëpamja e kostos së prodhimit dhe besueshmërisë së produktit të përfunduar, kombinimi i materialeve për prodhimin e katodës. Për shkak të vetive elektrokimike të substancave të listuara, katoda e bërë prej tyre ka vlera të ulëta të rezistencës, kështu që gjatë periudhave të gjata të mosaktivitetit të baterisë, shkarkimi do të jetë minimal. Gjithashtu, duke rritur madhësinë e qelqit ose qelizës katodë, mund të rrisni kapacitetin total të baterisë ose të rrisni tensionin. Sekreti qëndron në kombinimin e manganit dhe nikelit, i cili, kur kombinohet në mënyrë korrekte, krijon një zinxhir me veti të larta elektrokimike;
Bateri litium titanate. E zhvilluar në fillim të viteve 1980, ndryshe nga bateritë jonike me bërthamë grafiti, katoda e kësaj pajisjeje është bërë nga nanokristale litium titanat. Një katodë e bërë nga ky material lejon që bateria të rimbushet në një periudhë të shkurtër kohore dhe ruan tensionin me rezistencë zero. Kjo njësi përdoret shpesh në sisteme autonome ndriçimi rrugor, kur është e nevojshme të grumbullohet energji në një periudhë të shkurtër kohore dhe t'i shpërndahet konsumatorit për një kohë të gjatë. Disavantazhi i një sistemi të tillë është kostoja relativisht e lartë bateri e përfunduar, por paguhet shpejt për shkak të rritjes së jetëgjatësisë së shërbimit të pjesës.

E rëndësishme! Të gjitha bateritë litium-jon të listuara janë bateri pa mirëmbajtje, kështu që në rast dëmtimi ose dështimi, nuk do të jetë e mundur të riparoni ose të kryeni punë shërbimi për të shtuar elektrolit. Çdo manipulim për të hapur kapakun e baterisë do të çojë në shkatërrimin e pllakave të baterisë dhe dështim të plotë.

Parimi i funksionimit të baterive me jon litium

Të gjitha bateritë litium-jon kanë një strukturë të ngjashme, e cila ka disa dallime të vogla që nuk ndikojnë në parimin e funksionimit të pjesës. Predha e jashtme është prej materiali të përbërë, plastikë ose metal i hollë me ngjyra, gjë që është shumë e rrallë. Më shpesh, bateria përbëhet nga kuti plastike, terminale metalike për kontakt me konsumatorin dhe shufra të brendshme me tension pozitiv dhe negativ. Litiumi i brendshëm ngarkohet duke lidhur një pajisje të jashtme me një rrymë të qëndrueshme, por çdo produkt ka një ngarkesë parësore, e cila ndodh për shkak të një reaksioni kimik midis anodës dhe katodës.

Proceset në elektrodën negative, të bërë nga materiali karbonik, i cili ka pamjen e grafitit me shtresa natyrale, janë të rastësishme atome të ngarkuara elektrike, lëvizin nëpër matricë pa humbur tension. Të gjithë treguesit në këtë sektor janë negativë.

Elektroda pozitive e një baterie litium është bërë ekskluzivisht nga oksidet e kobaltit ose nikelit, si dhe nga spinelet litium mangan. Gjatë shkarkimit, jonet e litiumit largohen nga bërthama e karbonit dhe, pasi reagojnë me oksigjenin, depërtojnë në katodë dhe nxitojnë jashtë, por ato nuk mund të largohen nga trupi i baterisë. Jonet e litiumit të ngarkuar humbasin tensionin e tyre dhe mbeten në sipërfaqen e anodës derisa litiumi të ngarkohet. Gjatë karikimit, i gjithë procesi ndodh në rend të kundërt.

Dizajni i baterisë me jon litium

Si element alkalik furnizimi me energji elektrike, bateria e litiumit prodhohet në formën e një cilindri ose mund të ketë një formë prizmatike. Në një bateri cilindrike, elektrodat e mbështjellë përdoren si bërthamë, të izoluara me një guaskë të veçantë dhe të vendosura në kuti metalike, e cila shoqërohet me elementë të ngarkuar negativisht. Për të ruajtur polaritetin, kontakti negativ është i vendosur në fund, dhe kontakti pozitiv është në pjesën e sipërme të pjesës, dhe këta elementë nuk duhet të prekin njëri-tjetrin, përndryshe rryma do të qarkullojë nëpër përcjellës, gjë që do të çojë në shkarkim spontan.

Forma prizmatike e një baterie jonike litium është mjaft e zakonshme. Në këtë dizajn, bërthama formohet duke grumbulluar pllaka të veçanta njëra mbi tjetrën, të cilat ndodhen në një distancë minimale nga njëra-tjetra. Ky sistem lejon më të larta specifikimet, por për shkak të përshtatjes së ngushtë të pllakave gjatë karikimit të baterive, është e mundur mbinxehja e bërthamës dhe shkrirja e rrjetës, gjë që çon në uljen e produktivitetit të pjesës.

Shpesh mund të gjeni një sistem pajisjeje të kombinuar të baterive litium-jon, ku elektrodat rrotullohen në një rrotull dhe formohen në një cilindër ovale. Në të njëjtën kohë, respektohen rregullat e tranzicionit të qetë, dhe në të njëjtën kohë, seksioni i drejtë imiton formën e pllakës. Bateritë e tilla kanë karakteristikat e të dy llojeve të produkteve, jeta e tyre e shërbimit është shumë më e gjatë.

Gjatë reaksionit kimik dhe funksionimit të baterisë, brenda kasës formohen gazra që përmbajnë substanca të dëmshme. Për të hequr shpejt këto avuj, ka një prizë në rastin e baterive litium-jon, e cila lidhet me brigjet dhe largon menjëherë gazin e grumbulluar nga zgavra e baterisë. Disa bateri me fuqi të lartë janë të pajisura me një valvul të veçantë që aktivizohet gjatë akumulimit kritik të avullit.

Kontrollimi i baterisë së litiumit

Ngarkesat e litiumit brenda baterisë kërkojnë kontrolle periodike, pavarësisht nga fakti se bateria e specifikuar konsiderohet pa mirëmbajtje, pasi kutia e saj është e mbyllur, bateria ende duhet të kontrollohet duke përdorur një pajisje të veçantë.

Inspektimi fillon gjithmonë me një inspektim të jashtëm, gjatë të cilit trupi i pjesës kontrollohet për çarje dhe deformime. Terminalet e baterisë gjithashtu inspektohen dhe pastrohen nga oksidimi dhe ndotës të tjerë.

E rëndësishme!Është e nevojshme ta mbani baterinë të pastër, duke shmangur shkurtimin e kontakteve së bashku, pasi kjo mund të çojë në një shkarkim të plotë të baterisë, e cila do të jetë shumë problematike për t'u rivendosur.

Për të kontrolluar gjendjen e brendshme të bërthamës, përdoret një prizë ngarkese, e cila lidhet me terminalet dhe mat tensionin e vlerësuar në rrjet. Pastaj një shkarkim zbatohet në bateri dhe pajisja lexon treguesit e mbajtjes së rrymës brenda pjesës. Është e rëndësishme të theksohet se bateria duhet të jetë plotësisht e ngarkuar në kohën e testimit, përndryshe leximet do të jenë të pasakta.

Aplikimet e baterive litium-jon

Bateritë me jon litium përdoren në shumë aplikacione në varësi të konfigurimit, formës dhe nivelit të tensionit të tyre. Përdorimi më i zakonshëm i baterive është në industrinë e automobilave, çdo automjet ka burimin e vet të energjisë, i cili është përgjegjës për ndezjen e makinës dhe kryerjen e funksioneve të tjera.

Këto bateri përdoren gjithashtu në pajisje celulare, laptopë dhe pajisje të tjera. Dizajni i baterive të tilla është i ngjashëm me bateritë e makinave, ndryshimi i vetëm është përmasat e produkteve, të cilat mund të jenë madhësia e një kutie shkrepse.

NË Kohët e funditËshtë bërë e njohur futja e baterive litium-jon në sistemet e energjisë së pandërprerë në shtëpi dhe si burimet e emergjencës energji elektrike, ndërsa bateria është vazhdimisht e lidhur me rrjetin qendror. Ndërsa pajisjet janë në funksion, bateria ngarkohet nga një stacion i thjeshtë energjie dhe kur fiket energjia, ajo automatikisht fillon të furnizojë me rrymë konsumatorin. Në këtë rast, bateria e ringarkueshme duhet të pozicionohet saktë dhe të pajiset me sisteme mbrojtëse nga mbinxehja.

Video

Litium-jon dhe bateri litium polimer

Mendimi inxhinierik po evoluon vazhdimisht: ai stimulohet nga problemet vazhdimisht në zhvillim që kërkojnë zhvillimin e teknologjive të reja për t'u zgjidhur. Në një kohë, bateritë nikel-kadmium (NiCd) u zëvendësuan nga hidridi nikel-metal (NiMH), dhe tani bateritë litium-jon (Li-jon) po përpiqen të zënë vendin e baterive litium-jon (Li-jon). Bateritë NiMH në një farë mase kanë zëvendësuar NiCd, por për shkak të avantazheve të pamohueshme të këtij të fundit si aftësia për të dhënë rrymë të lartë, çmim i ulët dhe jeta e gjatë e shërbimit, nuk mund të siguronte zëvendësimin e plotë të tyre. Por çfarë ndodh me bateritë litium? Cilat janë veçoritë e tyre dhe si ndryshojnë bateritë Li-pol nga Li-ion? Le të përpiqemi ta kuptojmë këtë çështje.

Si rregull, kur blejmë një telefon celular ose kompjuter laptop, të gjithë nuk mendojmë se çfarë lloj baterie është brenda dhe si ndryshojnë këto pajisje në përgjithësi. Dhe vetëm atëherë, pasi kemi hasur në praktikë cilësitë e konsumatorit të disa baterive, ne fillojmë të analizojmë dhe zgjedhim. Për ata që janë me nxitim dhe duan të marrin menjëherë një përgjigje në pyetjen se për cilën bateri është optimale celular, do të përgjigjem shkurt - Li-ion. Informacioni i mëposhtëm është menduar për kureshtarët.

Së pari, një ekskursion i shkurtër në histori.

Eksperimentet e para për të krijuar bateri litium filluan në vitin 1912, por vetëm gjashtë dekada më vonë, në fillim të viteve 70, ato u prezantuan për herë të parë në pajisje shtëpiake. Për më tepër, më lejoni të theksoj, këto ishin vetëm bateri. Përpjekjet e mëvonshme për të zhvilluar bateri litium (bateri të rikarikueshme) dështuan për shkak të shqetësimeve të sigurisë. Litiumi, më i lehtë nga të gjithë metalet, ka potencialin më të madh elektrokimik dhe siguron densitetin më të madh të energjisë. Bateritë që përdorin elektroda metalike litium ofrojnë tension të lartë dhe kapacitet të shkëlqyer. Por si rezultat i studimeve të shumta në vitet '80, u zbulua se funksionimi ciklik (ngarkimi - shkarkimi) i baterive të litiumit çon në ndryshime në elektrodën e litiumit, si rezultat i së cilës ulet stabiliteti termik dhe ekziston një kërcënim i gjendjes termike. duke dalë jashtë kontrollit. Kur kjo ndodh, temperatura e elementit i afrohet shpejt pikës së shkrirjes së litiumit - dhe fillon një reagim i dhunshëm, duke ndezur gazrat e çliruar. Për shembull, një numër i madh i baterive litium të telefonave celularë të dërguar në Japoni në 1991 u tërhoqën pas disa incidenteve të zjarrit.

Për shkak të paqëndrueshmërisë së natyrshme të litiumit, studiuesit e kanë kthyer vëmendjen e tyre te bateritë jometalike të litiumit të bazuara në jonet e litiumit. Duke humbur pak densitetin e energjisë dhe duke marrë disa masa paraprake gjatë karikimit dhe shkarkimit, ata morën bateri më të sigurta të ashtuquajtura Li-ion.

Dendësia e energjisë e baterive Li-ion është zakonisht dyfishi i baterive standarde NiCd, dhe në të ardhmen, falë përdorimit të baterive të reja materiale aktive, pritet ta rrisë edhe më tej dhe të arrijë epërsi trefish ndaj NiCd. Përveç kapacitetit të madh, bateritë Li-jon sillen në mënyrë të ngjashme me NiCds kur shkarkohen (karakteristikat e tyre të shkarkimit janë të ngjashme në formë dhe ndryshojnë vetëm në tension).

Sot ka shumë lloje të baterive Li-ion, dhe mund të flisni për një kohë të gjatë për avantazhet dhe disavantazhet e një lloji ose një tjetër, por është e pamundur t'i dalloni ato nga pamja. Prandaj, ne do të vërejmë vetëm ato avantazhe dhe disavantazhe që janë karakteristike për të gjitha llojet e këtyre pajisjeve dhe do të shqyrtojmë arsyet që çuan në lindjen e baterive litium-polimer.

Përparësitë kryesore.

Dendësi e lartë e energjisë dhe, si rrjedhojë, kapacitet i madh me të njëjtat dimensione në krahasim me bateritë me bazë nikel.
Vetë-shkarkim i ulët.
Tension i lartë i një qelize të vetme (3.6 V kundrejt 1.2 V për NiCd dhe NiMH), gjë që thjeshton dizajnin - shpesh bateria përbëhet nga vetëm një qelizë. Shumë prodhues sot përdorin një bateri të tillë me një qelizë në telefonat celularë (kujtoni Nokia). Megjithatë, për të siguruar të njëjtën fuqi, duhet të furnizohet një rrymë më e lartë. Dhe kjo kërkon sigurimin e rezistencës së ulët të brendshme të elementit.
Shpenzimet e ulëta të mirëmbajtjes (operative) rezultojnë nga mungesa e efektit të kujtesës, duke kërkuar cikle shkarkimi periodik për të rivendosur kapacitetin.

Të metat.

Teknologjia e prodhimit të baterive li-jon po përmirësohet vazhdimisht. Përditësohet afërsisht çdo gjashtë muaj dhe është e vështirë të kuptohet se si "sjellen" bateritë e reja pas ruajtjes afatgjatë.

Me një fjalë, një bateri Li-ion do të ishte e mirë për të gjithë nëse nuk do të ishin problemet me sigurimin e sigurisë së funksionimit të saj dhe koston e lartë. Përpjekjet për të zgjidhur këto probleme çuan në shfaqjen e baterive litium-polimer (Li-pol ose Li-polymer).

Dallimi i tyre kryesor nga Li-ion reflektohet në emër dhe qëndron në llojin e elektrolitit të përdorur. Fillimisht, në vitet '70, u përdor një elektrolit i thatë i ngurtë polimer, i ngjashëm me filmin plastik dhe që nuk përçonte elektricitetin, por lejonte shkëmbimin e joneve (atomeve të ngarkuar elektrikisht ose grupe atomesh). Elektroliti polimer zëvendëson në mënyrë efektive ndarësin poroz tradicional të ngopur me elektrolit.

Ky dizajn thjeshton procesin e prodhimit, është më i sigurt dhe lejon prodhimin e baterive të holla në formë të lirë. Përveç kësaj, mungesa e elektrolitit të lëngshëm ose xhel eliminon mundësinë e ndezjes. Trashësia e elementit është rreth një milimetër, kështu që zhvilluesit e pajisjeve janë të lirë të zgjedhin formën, formën dhe madhësinë, duke përfshirë edhe zbatimin e tij në fragmente veshjesh.

Por deri më tani, për fat të keq, bateritë e thata Li-polimer kanë përçueshmëri të pamjaftueshme elektrike në temperaturën e dhomës. Rezistenca e tyre e brendshme është shumë e lartë dhe nuk mund të sigurojë sasinë e rrymës së nevojshme për komunikimet moderne dhe furnizimin me energji elektrike të hard disqeve të kompjuterëve laptop. Në të njëjtën kohë, kur nxehet në 60 °C ose më shumë, përçueshmëria elektrike e Li-polimerit rritet në një nivel të pranueshëm, por kjo nuk është e përshtatshme për përdorim masiv.

Studiuesit po vazhdojnë të zhvillojnë bateri Li-polimer me një elektrolit të ngurtë të thatë që funksionon në temperaturën e dhomës. Bateri të tilla pritet të jenë të disponueshme në treg deri në vitin 2005. Ato do të jenë të qëndrueshme, do të lejojnë 1000 cikle të plota ngarkimi-shkarkimi dhe do të kenë një densitet më të lartë energjie se bateritë e sotme Li-ion

Ndërkohë, disa lloje të baterive Li-polimer përdoren tani si furnizime rezervë të energjisë në klimat e nxehta. Për shembull, disa prodhues instalojnë posaçërisht elementë ngrohje që mbajnë një temperaturë të favorshme për baterinë.

Ju mund të pyesni: si mund të jetë kjo? Bateritë Li-polimer shiten gjerësisht në treg, prodhuesit pajisin telefonat dhe kompjuterët me to, por këtu po themi se nuk janë ende gati për përdorim komercial. Gjithçka është shumë e thjeshtë. Në këtë rast po flasim për në lidhje me bateritë jo me elektrolit të ngurtë të thatë. Për të rritur përçueshmërinë elektrike të baterive të vogla Li-polimer, atyre u shtohet një sasi e caktuar e elektrolitit të ngjashëm me xhel. Dhe shumica e baterive Li-polimer që përdoren sot për telefonat celularë janë në fakt hibride sepse përmbajnë një elektrolit të ngjashëm me xhel. Do të ishte më e saktë t'i quajmë polimer litium-jon. Por shumica e prodhuesve thjesht i etiketojnë si Li-polimer për qëllime reklamimi. Le të ndalemi më në detaje në këtë lloj baterish litium-polimer, pasi për momentin ato janë me interesin më të madh.

Pra, cili është ndryshimi midis një baterie Li-jon dhe një baterie Li-polimer me elektrolit xhel të shtuar? Megjithëse karakteristikat dhe efikasiteti i të dy sistemeve janë kryesisht të ngjashme, veçantia e baterisë së polimerit Li-jon (mund ta quash kështu) është se ajo ende përdor një elektrolit të ngurtë, duke zëvendësuar një ndarës poroz. Elektroliti xhel shtohet vetëm për të rritur përçueshmërinë jonike.

Vështirësitë teknike dhe vonesat në rritjen e prodhimit kanë vonuar prezantimin e baterive të polimerit Li-jon. Kjo është shkaktuar, sipas disa ekspertëve, nga dëshira e investitorëve që kanë investuar shumë para në zhvillimin dhe prodhimin masiv të baterive Li-ion për të rikthyer investimet e tyre. Prandaj, ata nuk po nxitojnë të kalojnë në teknologji të reja, megjithëse me prodhim masiv Polimer Li-jon bateritë do të jenë më të lira se ato litium-jon.

Dhe tani në lidhje me veçoritë e funksionimit të baterive Li-ion dhe Li-polimer.

Karakteristikat e tyre kryesore janë shumë të ngjashme. Ngarkimi i baterive Li-ion përshkruhet në detaje të mjaftueshme në artikull. Përveç kësaj, unë do të jap vetëm një grafik (Fig. 1) nga, duke ilustruar fazat e ngarkimit dhe shpjegime të vogla për të.

Koha e karikimit për të gjitha bateritë Li-jon me një rrymë fillestare karikimi prej 1C (numerikisht e barabartë me vlerën nominale të kapacitetit të baterisë) mesatarisht 3 orë. Ngarkimi i plotë arrihet kur voltazhi i baterisë është i barabartë me pragun e sipërm dhe kur rryma e karikimit reduktohet në një nivel afërsisht të barabartë me 3% të vlerës fillestare. Bateria mbetet e ftohtë gjatë karikimit. Siç shihet nga grafiku, procesi i karikimit përbëhet nga dy faza. Në të parën (pak më shumë se një orë), voltazhi rritet me një rrymë fillestare pothuajse konstante prej 1C derisa të arrihet pragu i sipërm i tensionit. Në këtë pikë, bateria ngarkohet në afërsisht 70% të kapacitetit të saj. Në fillim të fazës së dytë, tensioni mbetet pothuajse konstant dhe rryma zvogëlohet derisa të arrijë 3%. Pas kësaj, ngarkimi ndalon plotësisht.

Nëse duhet ta mbani baterinë të ngarkuar gjatë gjithë kohës, rekomandohet të rikarikoni pas 500 orësh ose 20 ditësh. Zakonisht kryhet kur voltazhi në terminalet e baterisë zvogëlohet në 4.05 V dhe ndalon kur arrin 4.2 V.

Disa fjalë për diapazonin e temperaturës gjatë karikimit. Shumica e llojeve të baterive Li-jon mund të ngarkohen me një rrymë prej 1C në temperatura nga 5 deri në 45 °C. Në temperaturat nga 0 deri në 5 °C, rekomandohet të karikoni me një rrymë prej 0,1 C. Ngarkimi në temperatura nën zero është i ndaluar. Temperatura optimale për karikim është 15 deri në 25 °C.

Proceset e karikimit në bateritë Li-polimer janë pothuajse identike me ato të përshkruara më sipër, kështu që konsumatori nuk ka absolutisht nevojë të dijë se cilin nga dy llojet e baterive ka në duart e tij. Dhe të gjitha ato pajisje karikimi, të cilat ai i përdori për bateritë Li-jon, janë të përshtatshme për Li-polimer.

Dhe tani për kushtet e shkarkimit. Në mënyrë tipike, bateritë Li-jon shkarkohen në një vlerë prej 3,0 V për qelizë, megjithëse për disa varietete pragu i poshtëm është 2,5 V. Prodhuesit e pajisjeve me bateri zakonisht projektojnë pajisje me një prag mbylljeje prej 3,0 V (për të gjitha rastet). Çfarë do të thotë kjo? Tensioni në bateri ulet gradualisht kur telefoni ndizet dhe sapo të arrijë 3.0 V, pajisja do t'ju paralajmërojë dhe do të fiket. Megjithatë, kjo nuk do të thotë se ka ndaluar së konsumuari energji nga bateria. Energjia, megjithëse e vogël, kërkohet për të zbuluar kur shtypet tasti i ndezjes së telefonit dhe disa funksione të tjera. Për më tepër, energjia konsumohet nga qarku i tij i kontrollit të brendshëm dhe mbrojtjes, dhe vetë-shkarkimi, megjithëse i vogël, është ende tipik edhe për bateritë me bazë litiumi. Si rezultat, nëse bateritë e litiumit lihen për një periudhë të gjatë kohore pa u rimbushur, voltazhi në to do të bjerë nën 2.5 V, gjë që është shumë e keqe. Në këtë rast, qarku i kontrollit të brendshëm dhe mbrojtjes mund të çaktivizohet dhe jo të gjithë karikuesit do të jenë në gjendje të ngarkojnë bateri të tilla. Përveç kësaj, shkarkimi i thellë ndikon negativisht në strukturën e brendshme të vetë baterisë. Një bateri plotësisht e shkarkuar duhet të ngarkohet në fazën e parë me një rrymë prej vetëm 0.1C. Me pak fjalë, baterive u pëlqen të jenë në një gjendje të ngarkuar dhe jo në një gjendje të shkarkuar.

Disa fjalë për kushtet e temperaturës gjatë shkarkimit (lexoni gjatë funksionimit).

Në përgjithësi, bateritë Li-jon performojnë më mirë në temperaturën e dhomës. Puna në kushte më të ngrohta do të zvogëlojë seriozisht jetëgjatësinë e tyre. Megjithëse, për shembull, një bateri me acid plumbi ka kapacitetin më të lartë në temperatura mbi 30 °C, funksionimi afatgjatë në kushte të tilla shkurton jetën e baterisë. Në të njëjtën mënyrë, Li-ion funksionon më mirë kur temperaturë të lartë, i cili fillimisht kundërshton rritjen e rezistencës së brendshme të baterisë që rezulton nga plakja. Por rritja e prodhimit të energjisë është jetëshkurtër, pasi rritja e temperaturave nxit plakjen e përshpejtuar, shoqëruar me një rritje të mëtejshme të rezistencës së brendshme.

Përjashtimet e vetme për momentin janë bateritë litium-polimer me elektrolit të thatë polimer të ngurtë. Ata kërkojnë një temperaturë jetike prej 60 °C deri në 100 °C. Dhe bateri të tilla kanë gjetur vendin e tyre në treg për burime rezervë në klimat e nxehta. Ato janë të vendosura në një strehë të izoluar termikisht me elementë ngrohës të integruar të mundësuar nga rrjeti i jashtëm. Bateritë e polimerit li-jon si bateri rezervë konsiderohen të jenë superiore në kapacitet dhe qëndrueshmëri ndaj baterive VRLA, veçanërisht në kushtet e terrenit kur kontrolli i temperaturës nuk është i mundur. Por e tyre cmim i larte mbetet një faktor kufizues.

Në temperatura të ulëta, efikasiteti i baterive të të gjitha sistemeve elektrokimike bie ndjeshëm. Ndërsa bateritë NiMH, SLA dhe Li-ion ndalojnë së funksionuari në -20°C, bateritë NiCd vazhdojnë të funksionojnë deri në -40°C. Më lejoni të vërej se përsëri po flasim vetëm për bateri me përdorim të gjerë.

Është e rëndësishme të mbani mend se megjithëse një bateri mund të funksionojë në temperatura të ulëta, kjo nuk do të thotë se mund të karikohet edhe në këto kushte. Përgjegjshmëria e karikimit të shumicës së baterive në temperatura shumë të ulëta është jashtëzakonisht e kufizuar, dhe rryma e karikimit në këto raste duhet të reduktohet në 0,1C.

Si përfundim, dëshiroj të vërej se mund të bëni pyetje dhe të diskutoni problemet që lidhen me Li-ion, Li-polymer, si dhe llojet e tjera të baterive, në forumin në nënforumin e aksesorëve.

Gjatë shkrimit të këtij artikulli, u përdorën materiale [—Bateri për pajisje të lëvizshme dhe kompjutera laptop. Analizuesit e baterive.