Литий-ионные аккумуляторы

  1. Обзор: литиевые батареи
  2. Функция зарядки и разрядки
  3. старение
  4. хранение
  5. уход батареи
  6. плотность энергии
  7. Литий-полимерные батареи (Li-Pol)
  8. Литий-воздушная батарея
  9. Литий-ионный аккумулятор в будущем
  10. Обзор: батареи
  11. Электроника проста и понятна

Самыми мощными батареями являются литиевые батареи. Они имеют самую высокую плотность энергии в самой маленькой конструкции. Особенно из-за высокой плотности энергии литиевых элементов, они особенно хорошо подходят для мобильных устройств. Литиевые батареи широко используются в носимых, смартфонах, планшетах, цифровых фотоаппаратах и ​​ноутбуках.
Однако литиевые батареи дороги и намного более чувствительны к плохому обращению, чем другие батареи. Кроме того, они абсолютно токсичны для окружающей среды. Они предлагают высокую степень комфорта. Они остаются работоспособными около 5 лет с потерей мощности.

Номинальное напряжение литиевых элементов зависит от материала электрода и составляет 3,6 или 3,7 В. Из-за более высокого напряжения они не подходят для замены батарей (1,2 В) и батарей (1,5 В) в AA - или конструкция ААА.

Рынок микроустройств с батарейным питанием демонстрирует тенденцию к миниатюризации. В то же время потребность в энергии таких систем возрастает. Таким образом, исследования еще более мощных батарей, где есть только небольшие этапы разработки.

Примечание: изготовление с литиевыми элементами не для новичков и новичков в электронике. Опасность взрыва из-за неправильных или неисправных зарядных цепей слишком велика.
Поскольку литиевые батареи чувствительны к перезарядке и чрезмерному разряду, в аккумуляторный блок встроена электроника для защиты их от перезарядки и перезарядки.

Обзор: литиевые батареи

  • Ионы лития (Li (NixCoyMnz) O2): широко распространены, вредны для окружающей среды
  • Литий-фосфат железа (LiFePO4): безвредный, с эффектом памяти, необходима сложная схема зарядки
  • Оксид лития-кобальта (LiCoO2): самый дорогой, самая высокая плотность энергии, опасно

Конструкция литий-ионных элементов

Конструкция литий-ионных элементов

Литий-ионный элемент состоит из графитового электрода (отрицательный) и литий-металлического оксидного электрода (положительный). Оксид металлического лития может иметь различные пропорции никеля, марганца и кобальта (например, Li (NixCoyMnz) O2). Эти материалы NMC имеют высокую плотность энергии и являются первым выбором для небольших устройств. Даже если они дороже и потенциально небезопасны. Точный состав влияет на свойства литий-ионного аккумулятора и варьируется в зависимости от производителя и марки. Поэтому точное утверждение о вместимости и сроке жизни невозможно.

Носителями заряда являются ионы лития. Они имеют небольшие размеры и высокую мобильность. Они осаждаются между молекулярными слоями графита при загрузке ячейки. Во время разряда ионы лития мигрируют обратно к электроду из оксида лития и металла.

Литий является самым легким металлом и бурно реагирует с водой. Поэтому в качестве электролита используется безводный, но горючий растворитель. Растворитель является причиной, по которой иногда поступают сообщения о взрыве или сжигании литиевых батарей. В этом случае электролит загорелся. Более конкретные причины разнообразны. Отзыв батареи обычно происходит, когда обнаружены неисправности литиевых батарей.
Электроды разделены разделителем для предотвращения короткого замыкания между электродами. Сепаратор проницаем для ионов лития. Катод действует как губка. Таким образом, он может поглощать большое количество ионов. Это приводит к плотности энергии 180 Вт / кг и более.

Функция зарядки и разрядки

Зарядка происходит посредством процесса зарядки I / U, при котором батарея заряжается сначала постоянным током, а затем постоянным напряжением. Ионы лития мигрируют в графит и накапливаются между молекулярными уровнями. Во время разряда ионы лития мигрируют обратно к электроду из оксида лития и металла.

Конечное напряжение зарядки составляет 4,1 или 4,2 В и должно быть точно до 50 милливольт. В противном случае клетка будет уничтожена. Самый низкий предел напряжения составляет 2,5 вольт. Под ним клетка повреждена.
Чтобы предотвратить повреждение элементов, каждый аккумулятор имеет свою собственную зарядную и защитную электронику. Он контролирует соблюдение предельных значений при погрузке и разгрузке. Он адаптирован к литиевым элементам.
В зависимости от качества литий-ионного аккумулятора он может выдержать всего несколько сотен циклов зарядки до тех пор, пока его емкость значительно не упадет. Регулярная зарядка наполовину заряженной батареи не влияет на общую емкость.

В целях экономии батареи не следует загружать ее более чем на 90 процентов или разряжать до уровня менее 10 процентов. Некоторые ноутбуки предлагают возможность регулировки. Однако невозможно точно оценить, как долго прослужит батарея. Может быть, вы можете использовать его на год дольше.

старение

Старение литий-ионных батарей вызвано окислением элементов. Электроды окисляются во время этого процесса. Они теряют способность хранить ионы лития, которые необходимы для протекания тока. На окисление клеток влияет несколько факторов. Например, по температуре и состоянию заряда аккумулятора. При высокой температуре и полном заряде аккумулятора происходит очень быстрое окисление. Это условие наступает з. Например, это часто встречается в ноутбуках, когда батарея полностью заряжена, когда устройство работает и нагревается. Тепло переходит на батарею.

хранение

Если вы хотите хранить литий-ионный аккумулятор, то вам следует зарядить половину его. Оптимальное состояние заряда составляет от 50% до 80%. Хранение происходит при комнатной температуре, лучше защищено от влаги в холодильнике (без холодильного отделения). Непосредственно перед тем, как вы захотите использовать его снова, он полностью заряжается при комнатной температуре.

Если необходимо хранить литий-ионную батарею в течение более длительного периода времени, необходимо регулярно проверять состояние зарядки. Саморазряд 1% в месяц чрезвычайно низок, но сильно зависит от температуры. Литиево-ионные аккумуляторы следует заряжать каждые 3-4 месяца, чтобы избежать чрезмерной разрядки. Если элемент достигает напряжения ниже 2 вольт, элемент может сам себя разрушить.

При покупке ионно-литиевых батарей всегда следует ожидать, что батареи преждевременно испустят привидение. Особенно с аккумуляторами, которые пришли с Дальнего Востока или путешествовали дольше. Это также относится к сменным батареям, которые могут иметь более длительный срок хранения. Если батарея сломана, то ремонт может быть рассмотрен. Если нет, то аккумулятор следует утилизировать у дилера или в опасных отходах.

уход батареи

Химические изменения электролита и окисление электродов являются основной причиной старения. Потеря литий-ионных батарей через 2–3 года - это просто практическое правило. Срок службы литиевой батареи всего 1 или 5 лет, зависит от обработки, использования и рабочей температуры. За бережное обращение литиевая батарея продлевает срок службы.

  • Избегайте температур выше 40 ° C
  • Избегайте полной загрузки и выгрузки
  • настолько редко, насколько это возможно, более 90 процентов его мощности
  • если возможно, пусто менее чем на 10 процентов

Однако постоянное внимание к этим советам очень громоздко. Что касается заряда, некоторые операционные системы могут быть настроены соответствующим образом. Поскольку электронные устройства сильно нагреваются во время работы, пользователь имеет меньшее влияние на это.
Тем не менее, если вы аккуратно обращаетесь с батареей, срок ее службы может быть увеличен на 3-4 года.

плотность энергии

Литиевые батареи имеют самую высокую плотность энергии по сравнению с другими батареями. Они накапливают почти вдвое больше энергии, чем никель-металлогидридные батареи, которые имеют одинаковый размер и одинаковый вес.
Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов в основном определяется материалом катода. Оксид кобальта обычен с плотностью энергии до 180 Вт / кг. Литий-кобальтовый никель (LiNiCo) достигает даже 240 Вт / кг. Тенденция к снижению плотности энергии до 170 Втч / кг. Аккумуляторы могут выдерживать более 500 циклов зарядки и, следовательно, имеют более длительный срок службы.

Литий-полимерные батареи (Li-Pol)

Литий-полимерные батареи являются дальнейшим развитием литий-ионных батарей. Они не содержат жидких химикатов, а только твердые или желатиновые ингредиенты. Поэтому они герметичны, и вы можете обойтись без защитного металлического корпуса. Это приводит к еще большему количеству конструкций, в которых возможны ячейки толщиной 1 миллиметр. Например, полости в портативных устройствах могут быть оптимально использованы. Например, с носимыми и особенно плоскими смартфонами.

Литий-воздушная батарея

Литий-воздушные батареи могут хранить в 10-20 раз больше энергии (11 кВтч / кг), чем литиево-ионные батареи одинаково тяжелого типа.
В литиево-воздушных батареях атмосферный кислород реагирует в поре мезопористого углеродного электрода с нанометровым размером с Li + на пероксид лития Li2O2. Противоэлектрод состоит из элементарного лития. Поскольку электролит является эфиром, для. Как тетрагидрофуран, в котором могут растворяться ионы лития.
Тем не менее, угольный электрод корродирует после нескольких циклов зарядки. Кроме того, электролитная жидкость разлагается очень быстро. Это ограничивает практическое использование.

Литий-ионный аккумулятор в будущем

В последние годы развитие привело к литий-ионным и литий-полимерным батареям, которые могут накапливать все больше и больше энергии. Однако такая плотность энергии далеко не достаточна для требований небольших мобильных устройств.
В качестве альтернативы было проведено исследование топливных элементов с метанолом в качестве топлива (DMFC). К сожалению, прототипы не выходят за рамки статуса разработки. Судя по всему, производители довольствуются разработкой стационарных источников бесперебойного питания (ИБП).
Поэтому достаточно усовершенствовать проверенные литий-ионные и литий-полимерные батареи. Особенно нанотехнология (работа с мелкими частицами) дает новые импульсы.
Недавние успехи в разработке литий-ионных аккумуляторов показывают, что можно проехать 500 километров на гибридных транспортных средствах, прежде чем заправляться. Тогда вам больше не нужны топливные элементы.

Обзор: батареи

Другие связанные темы:

рекомендации продукта

Электроника проста и понятна

Электроника Primer

Учебник по электронике - это книга об основах электроники, компонентов, схемотехники и цифровых технологий.

Я хочу этого!

Электроника проста и понятна

Электроника Primer

Учебник по электронике - это книга об основах электроники, компонентов, схемотехники и цифровых технологий.

Я хочу этого!