Pagrindinis elektroninių prietaisų mobilumo elementas yra įkraunama baterija (ACB). Augantys reikalavimai užtikrinti ilgiausią jų savarankiškumą skatina nuolatinius šios srities tyrimus ir skatina naujų technologinių sprendimų atsiradimą.
Plačiai naudojami nikelio-kadmio (Ni-Cd) ir nikelio-metalo hidrido (Ni-MH) akumuliatoriai turi alternatyvą – iš pradžių ličio, o vėliau pažangesnius ličio jonų (Li-ion) akumuliatorius.
Turinys
Išvaizdos istorija
Pirmosios tokios baterijos pasirodė 70-aisiais. praėjusį šimtmetį. Jie iš karto įgijo paklausą dėl pažangesnių savybių. Elementų anodas buvo pagamintas iš metalinio ličio, kurio savybės leido padidinti specifinę energiją. Taip gimė ličio baterijos.
Naujos baterijos turėjo reikšmingą trūkumą – padidintą sprogimo ir užsidegimo riziką.Priežastis buvo ličio plėvelės susidarymas ant elektrodo paviršiaus, dėl kurio buvo pažeistas temperatūros stabilumas. Maksimalios apkrovos metu akumuliatorius gali sprogti.
Tobulinus technologiją, baterijų komponentuose buvo atsisakyta gryno ličio ir naudoti jo teigiamai įkrautus jonus. Ličio jonų baterija pasirodė esąs geras sprendimas.
Šio tipo joninės baterijos pasižymi didesniu saugumu, kuris gaunamas šiek tiek sumažėjusio energijos tankio sąskaita, tačiau nuolatinė technologijų pažanga leido sumažinti šio rodiklio nuostolius iki minimumo.
Įrenginys
Ličio jonų baterijų įvedimas į buitinės elektronikos pramonę įvyko sukūrus bateriją su anglies medžiagos (grafito) katodu ir kobalto oksido anodu.
Akumuliatoriaus išsikrovimo procese ličio jonai pašalinami iš katodo medžiagos ir patenka į priešingo elektrodo kobalto oksidą; įkraunant procesas vyksta priešinga kryptimi. Taigi ličio jonai sukuria elektros srovę, judančią nuo vieno elektrodo prie kito.
Ličio jonų baterijos gaminamos cilindrinėmis ir prizminėmis versijomis. Cilindrinėje struktūroje dvi plokščių elektrodų juostelės, atskirtos elektrolitu impregnuota medžiaga, susukamos ir dedamos į sandarų metalinį korpusą. Katodinė medžiaga nusodinama ant aliuminio folijos, o anodo medžiaga – ant varinės folijos.
Prizmiška akumuliatoriaus konstrukcija gaunama sudėjus stačiakampes plokštes vieną ant kitos. Tokia baterijos forma leidžia padaryti elektroninio įrenginio išdėstymą tankesnį. Taip pat gaminamos prizminės baterijos su ritininiais elektrodais, susuktais į spiralę.
Eksploatacija ir tarnavimo laikas
Ilgas, pilnas ir saugus ličio jonų akumuliatorių eksploatavimas įmanomas, jei bus laikomasi eksploatavimo taisyklių, jų nepaisymas ne tik sutrumpins gaminio tarnavimo laiką, bet gali sukelti neigiamų pasekmių.
Išnaudojimas
Pagrindinis Li-Ion akumuliatorių veikimo reikalavimas yra susijęs su temperatūra – neturėtų būti leidžiama perkaisti. Aukšta temperatūra gali padaryti didžiausią žalą, o perkaitimo priežastis gali būti tiek išorinis šaltinis, tiek įtempti akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo būdai.
Pavyzdžiui, kaitinant iki 45°C, gebėjimas išlaikyti akumuliatoriaus įkrovą sumažėja 2 kartus. Ši temperatūra lengvai pasiekiama, kai įrenginys ilgą laiką veikiamas saulėje arba veikia daug energijos sunaudojančių programų.
Jei gaminys perkaista, rekomenduojama jį pastatyti vėsioje vietoje, geriau išjungti ir išimti bateriją.
Kad akumuliatorius veiktų geriausiai per vasaros karščius, turėtumėte naudoti energijos taupymo režimą, kuris yra daugelyje mobiliųjų įrenginių.
Žema temperatūra taip pat neigiamai veikia jonų baterijas: esant žemesnei nei -4°C temperatūrai, baterija nebegali tiekti visos galios.
Tačiau šaltis ličio jonų akumuliatoriams nėra toks žalingas kaip aukšta temperatūra ir dažniausiai nesukelia nuolatinės žalos. Nepaisant to, kad sušilus iki kambario temperatūros, akumuliatoriaus darbinės savybės visiškai atkurtos, nereikėtų pamiršti apie sumažėjusią talpą šaltyje.
Kita rekomendacija, kaip naudoti ličio jonų baterijas, yra neleisti jiems giliai išsikrauti. Daugelis senesnės kartos baterijų turėjo atminties efektą, todėl jas reikėjo iškrauti iki nulio ir tada visiškai įkrauti.Ličio jonų akumuliatoriai tokio poveikio neturi, o pavieniai visiško išsikrovimo atvejai nesukelia neigiamų pasekmių, tačiau nuolatinis gilus iškrovimas yra žalingas. Įkroviklį rekomenduojama prijungti, kai įkrovimo lygis yra 30%.
Gyvenimas
Netinkamai eksploatuojant ličio jonų baterijas, jų tarnavimo laikas gali sutrumpėti 10-12 kartų. Šis laikotarpis tiesiogiai priklauso nuo įkrovimo ciklų skaičiaus. Manoma, kad Li-Ion tipo baterijos gali atlaikyti nuo 500 iki 1000 ciklų, atsižvelgiant į visišką iškrovimą. Didesnis likusio įkrovimo procentas prieš kitą įkrovimą žymiai padidina akumuliatoriaus veikimo laiką.
Kadangi ličio jonų baterijos veikimo trukmę daugiausia lemia eksploatavimo sąlygos, neįmanoma nurodyti tikslaus šių baterijų tarnavimo laiko. Vidutiniškai galima tikėtis, kad tokio tipo akumuliatorius tarnaus 7-10 metų, jei bus laikomasi reikiamų taisyklių.
Įkrovimo procesas
Įkraudami venkite pernelyg ilgo akumuliatoriaus prijungimo prie įkroviklio. Įprastas ličio jonų akumuliatoriaus veikimas vyksta esant ne aukštesnei nei 3,6 V įtampai. Įkrovikliai į akumuliatoriaus įėjimą kraunant tiekia 4,2 V. Viršijus įkrovimo laiką, akumuliatoriuje gali prasidėti nepageidaujamos elektrocheminės reakcijos, kurios lems perkaitimą. su visomis iš to kylančiomis pasekmėmis.
Kūrėjai atsižvelgė į tokią savybę – šiuolaikinių Li-Ion baterijų įkrovimo saugą valdo specialus įmontuotas įrenginys, kuris sustabdo įkrovimo procesą, kai įtampa pakyla virš leistino lygio.
Ličio baterijų atveju tinkamas dviejų pakopų įkrovimo būdas.Pirmajame etape akumuliatorius turi būti įkrautas, užtikrinant pastovią įkrovimo srovę, antrasis etapas turi būti atliekamas esant pastoviai įtampai ir laipsniškai mažinant įkrovimo srovę. Toks algoritmas yra įdiegtas daugumos buitinių įkroviklių techninėje įrangoje.
Sandėliavimas ir šalinimas
Ličio jonų akumuliatorių galima laikyti ilgą laiką, savaiminis išsikrovimas yra 10-20% per metus. Tačiau tuo pačiu metu palaipsniui mažėja produkto savybės (skilimas).
Tokias baterijas rekomenduojama laikyti nuo drėgmės apsaugotoje vietoje, +5 ... + 25 ° С temperatūroje. Stiprios vibracijos, smūgiai ir atviros liepsnos artumas yra nepriimtini.
Ličio jonų elementų perdirbimo procesas turi būti atliekamas specializuotose įmonėse, turinčiose atitinkamą licenciją. Apie 80 % medžiagų iš perdirbtų baterijų gali būti pakartotinai panaudotos gaminant naujas baterijas.
Saugumas
Net ir mažo dydžio ličio jonų akumuliatorius yra pavojingas savaiminiam užsidegimui. Ši šio tipo akumuliatoriaus savybė reikalauja laikytis saugos priemonių visuose etapuose – nuo kūrimo iki gamybos ir sandėliavimo.
Siekiant pagerinti ličio jonų akumuliatorių saugumą gamybos metu, į jų dėklą įdedama nedidelė elektroninė plokštė – stebėjimo ir valdymo sistema, skirta pašalinti perkrovas ir perkaitimą. Elektroninis mechanizmas padidina grandinės varžą, kai temperatūra pakyla virš iš anksto nustatytos ribos. Kai kuriuose akumuliatorių modeliuose yra įmontuotas mechaninis jungiklis, kuris nutraukia grandinę, kai slėgis akumuliatoriaus viduje pakyla.
Be to, akumuliatoriaus korpusuose dažnai įrengiamas apsauginis vožtuvas, kuris sumažina slėgį avarijos atveju.
Ličio baterijų privalumai ir trūkumai
Šio tipo baterijų pranašumai yra šie:
- didelis energijos tankis;
- nėra atminties efekto;
- ilgas tarnavimo laikas;
- mažas savaiminio išsikrovimo greitis;
- nereikia priežiūros;
- užtikrinantys pastovius veikimo parametrus gana plačiame temperatūrų diapazone.
Jame yra ličio baterija, o trūkumai yra šie:
- savaiminio užsidegimo pavojus;
- didesnė kaina nei jo pirmtakai;
- įmontuoto valdiklio poreikis;
- nepageidaujamas gilus iškrovimas.
Ličio jonų baterijų gamybos technologijos nuolat tobulinamos, daugelis trūkumų pamažu tampa praeitimi.
Taikymo sritis
Didelis ličio jonų baterijų energijos tankis lemia pagrindinę jų taikymo sritį – mobiliuosius elektroninius įrenginius: nešiojamuosius kompiuterius, planšetinius kompiuterius, išmaniuosius telefonus, vaizdo kameros, fotoaparatus, navigacijos sistemas, įvairius įmontuotus jutiklius ir daugybę kitų gaminių.
Šių baterijų cilindrinės formos koeficientas leidžia jas naudoti žibintuvėse, fiksuotojo ryšio telefonuose ir kituose įrenginiuose, kurie anksčiau vartojo energiją iš vienkartinių baterijų.
Akumuliatoriaus kūrimo ličio jonų principas turi keletą atmainų, tipai skiriasi naudojamų medžiagų rūšimi (ličio-kobalto, ličio-mangano, ličio-nikelio-mangano-kobalto oksido ir kt.). Kiekvienas iš jų turi savo taikymo sritį.
Be mobiliosios elektronikos, ličio jonų baterijų grupė naudojama šiose srityse:
- rankiniai elektriniai įrankiai;
- Nešiojamoji medicinos įranga;
- Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai;
- apsaugos sistemos;
- avarinio apšvietimo moduliai;
- saulės energija varomos stotys;
- elektrinės transporto priemonės ir elektriniai dviračiai.
Atsižvelgiant į nuolatinį ličio jonų technologijos tobulėjimą ir sėkmę kuriant didelės talpos mažo dydžio baterijas, galima numatyti tokių baterijų pritaikymo plėtrą.
Žymėjimas
Ličio jonų baterijų parametrai yra atspausdinti ant gaminio korpuso, o naudojamas kodavimas skirtingiems dydžiams gali labai skirtis. Vieningas baterijų ženklinimo standartas visiems gamintojams dar nėra sukurtas, tačiau vis tiek įmanoma išsiaiškinti svarbiausius parametrus savarankiškai.
Raidės žymėjimo eilutėje nurodo elemento tipą ir naudojamas medžiagas: pirmoji raidė I reiškia ličio jonų technologiją, kita raidė (C, M, F arba N) nurodo cheminę sudėtį, trečioji raidė R reiškia, kad ląstelė yra įkraunama (Rechargeable).
Dydžio pavadinime esantys skaičiai nurodo baterijos dydį milimetrais: pirmieji du skaičiai nurodo skersmenį, o kiti du – ilgį. Pavyzdžiui, 18650 nurodo 18 mm skersmenį ir 65 mm ilgį, 0 – cilindro formos koeficientą.
Paskutinės serijos raidės ir skaičiai yra kiekvienam gamintojui būdingi konteinerių ženklai. Taip pat nėra vienodų standartų, nurodančių pagaminimo datą.
