Un element cheie al mobilității dispozitivelor electronice este bateria reîncărcabilă (ACB). Cererile tot mai mari de a le asigura cea mai lungă autonomie stimulează cercetarea continuă în acest domeniu și conduc la apariția de noi soluții tehnologice.
Bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) și nichel-hidrură metalică (Ni-MH) utilizate pe scară largă au o alternativă - mai întâi bateriile cu litiu, iar apoi bateriile mai avansate cu litiu-ion (Li-ion).
Conţinut
Istoria apariției
Primele astfel de baterii au apărut în anii 70. ultimul secol. Au câștigat imediat cerere datorită caracteristicilor mai avansate. Anodul elementelor a fost realizat din litiu metalic, ale cărui proprietăți au făcut posibilă creșterea energiei specifice. Așa s-au născut bateriile cu litiu.
Noile baterii aveau un dezavantaj semnificativ - un risc crescut de explozie și aprindere.Motivul a constat în formarea unui film de litiu pe suprafața electrodului, ceea ce a dus la o încălcare a stabilității temperaturii. În momentul încărcării maxime, bateria ar putea exploda.
Rafinamentul tehnologiei a dus la abandonarea litiului pur în componentele bateriei în favoarea folosirii ionilor săi încărcați pozitiv. Bateria litiu-ion s-a dovedit a fi o soluție bună.
Acest tip de baterie ionică se caracterizează printr-o siguranță mai mare, care se obține în detrimentul unei scăderi ușoare a densității energetice, dar progresul tehnologic constant a făcut posibilă reducerea la minimum a pierderii acestui indicator.
Dispozitiv
Introducerea bateriilor litiu-ion în industria electronică de larg consum a primit un progres după dezvoltarea unei baterii cu un catod din material carbon (grafit) și un anod de oxid de cobalt.
În procesul de descărcare a bateriei, ionii de litiu sunt îndepărtați din materialul catodului și sunt incluși în oxidul de cobalt al electrodului opus; la încărcare, procesul decurge în direcția opusă. Astfel, ionii de litiu creează un curent electric, deplasându-se de la un electrod la altul.
Bateriile Li-Ion sunt produse în versiuni cilindrice și prismatice. Într-o structură cilindrică, două benzi de electrozi plat, separate de un material impregnat cu electrolit, sunt rulate și plasate într-o carcasă metalică etanșă. Materialul catodic este depus pe folie de aluminiu, iar materialul anodic este depus pe folie de cupru.
Un design prismatic al bateriei este obținut prin stivuirea plăcilor dreptunghiulare una peste alta. Această formă a bateriei face posibilă ca aspectul dispozitivului electronic să fie mai dens. Sunt produse și baterii prismatice cu electrozi rulați răsuciți în spirală.
Funcționare și durată de viață
Funcționarea îndelungată, completă și sigură a bateriilor litiu-ion este posibilă dacă sunt respectate regulile de funcționare, neglijarea acestora nu numai că va scurta durata de viață a produsului, dar poate duce la consecințe negative.
Exploatare
Cerința cheie pentru funcționarea bateriilor Li-Ion se referă la temperatură - supraîncălzirea nu trebuie permisă. Temperaturile ridicate pot provoca daune maxime, iar cauza supraîncălzirii poate fi atât o sursă externă, cât și moduri stresante de încărcare și descărcare a bateriei.
De exemplu, încălzirea până la 45°C duce la o scădere a capacității de a menține încărcarea bateriei de 2 ori. Această temperatură este ușor atinsă atunci când dispozitivul este expus la soare pentru o perioadă lungă de timp sau când rulează aplicații consumatoare de energie.
Dacă produsul se supraîncălzește, se recomandă să-l așezați într-un loc răcoros, este mai bine să îl opriți și să scoateți bateria.
Pentru cea mai bună performanță a bateriei în căldura verii, ar trebui să utilizați modul de economisire a energiei, care este disponibil pe majoritatea dispozitivelor mobile.
Temperaturile scăzute au, de asemenea, un efect negativ asupra bateriilor cu ioni; la temperaturi sub -4°C, bateria nu mai poate furniza puterea maximă.
Dar frigul nu este la fel de dăunător pentru bateriile Li-Ion precum temperaturile ridicate și cel mai adesea nu provoacă daune permanente. În ciuda faptului că, după încălzirea la temperatura camerei, proprietățile de lucru ale bateriei sunt complet restaurate, nu trebuie să uitați de scăderea capacității la frig.
O altă recomandare pentru utilizarea bateriilor Li-Ion este să preveniți descărcarea profundă a acestora. Multe baterii de generație mai veche au avut un efect de memorie care a impus ca acestea să fie descărcate la zero și apoi încărcate complet.Bateriile Li-Ion nu au acest efect, iar cazurile izolate de descărcare completă nu duc la consecințe negative, dar descărcarea constantă profundă este dăunătoare. Este recomandat să conectați încărcătorul atunci când nivelul de încărcare este de 30%.
Durata de viață
Funcționarea necorespunzătoare a bateriilor Li-Ion poate reduce durata de viață a acestora de 10-12 ori. Această perioadă depinde direct de numărul de cicluri de încărcare. Se crede că bateriile de tip Li-Ion pot rezista de la 500 la 1000 de cicluri, ținând cont de descărcarea completă. Un procent mai mare de încărcare rămasă înainte de următoarea încărcare crește semnificativ durata de viață a bateriei.
Deoarece durata de viață a bateriei Li-Ion este în mare măsură determinată de condițiile de funcționare, este imposibil să se ofere o durată de viață exactă pentru aceste baterii. În medie, o baterie de acest tip poate dura 7-10 ani dacă sunt respectate reglementările impuse.
Proces de încărcare
La încărcare, evitați conectarea excesivă a bateriei la încărcător. Funcționarea normală a unei baterii litiu-ion are loc la o tensiune care nu depășește 3,6 V. Încărcătoarele furnizează 4,2 V la intrarea bateriei în timpul încărcării. Dacă timpul de încărcare este depășit, pot începe reacții electrochimice nedorite în baterie, ceea ce va duce la supraîncălzire. cu toate consecințele care decurg.
Dezvoltatorii au luat în considerare o astfel de caracteristică - siguranța încărcării bateriilor moderne Li-Ion este controlată de un dispozitiv special încorporat care oprește procesul de încărcare atunci când tensiunea crește peste nivelul permis.
Pentru bateriile cu litiu, metoda de încărcare în două etape este corectă.În prima etapă, bateria trebuie încărcată, furnizând un curent de încărcare constant, a doua etapă trebuie efectuată cu o tensiune constantă și o scădere treptată a curentului de încărcare. Un astfel de algoritm este implementat în hardware în majoritatea încărcătoarelor de uz casnic.
Depozitarea și eliminarea
O baterie litiu-ion poate fi stocată o perioadă lungă de timp, autodescărcarea este de 10-20% pe an. Dar, în același timp, are loc o scădere treptată a caracteristicilor produsului (degradare).
Se recomandă depozitarea acestor baterii într-un loc ferit de umiditate, la o temperatură de +5 ... + 25 ° С. Vibrațiile puternice, impacturile și apropierea de o flacără deschisă sunt inacceptabile.
Procesul de reciclare a celulelor litiu-ion trebuie efectuat la întreprinderi specializate care au licența corespunzătoare. Aproximativ 80% din materialele din bateriile reciclate pot fi refolosite la fabricarea de baterii noi.
Siguranță
O baterie litiu-ion, chiar și de dimensiuni miniaturale, este plină de riscul unei arderi spontane explozive. Această caracteristică a acestui tip de baterie necesită respectarea măsurilor de siguranță în toate etapele, de la dezvoltare până la producție și depozitare.
Pentru a îmbunătăți siguranța bateriilor Li-Ion în timpul producției, în carcasa lor este plasată o placă electronică mică - un sistem de monitorizare și control care este conceput pentru a elimina suprasarcinile și supraîncălzirea. Un mecanism electronic mărește rezistența circuitului atunci când temperatura crește peste o limită predeterminată. Unele modele de baterii au un comutator mecanic încorporat care întrerupe circuitul atunci când presiunea din interiorul bateriei crește.
De asemenea, o supapă de siguranță este adesea instalată în carcasele bateriilor pentru a reduce presiunea în caz de urgență.
Avantaje și dezavantaje ale bateriilor cu litiu
Avantajele acestui tip de baterie sunt:
- densitate mare de energie;
- fără efect de memorie;
- durată lungă de viață;
- rata scăzută de auto-descărcare;
- nu necesita intretinere;
- asigurând parametrii de funcționare constanti pe un domeniu de temperatură relativ larg.
Are o baterie cu litiu și dezavantaje, acestea sunt:
- risc de ardere spontană;
- cost mai mare decât predecesorii săi;
- necesitatea unui controler încorporat;
- nedorit de descărcare profundă.
Tehnologiile pentru producerea bateriilor Li-Ion sunt în mod constant îmbunătățite, multe neajunsuri devin treptat de domeniul trecutului.
Zona de aplicare
Densitatea mare de energie a bateriilor litiu-ion determină domeniul lor principal de aplicare - dispozitive electronice mobile: laptopuri, tablete, smartphone-uri, camere video, camere, sisteme de navigație, diverși senzori încorporați și o serie de alte produse.
Existența unui factor de formă cilindric al acestor baterii le permite să fie folosite în lanterne, telefoane fixe și alte dispozitive care consumau anterior energie de la bateriile de unică folosință.
Principiul litiu-ion al construirii unei baterii are mai multe varietăți, tipurile diferă în funcție de tipul de materiale utilizate (litiu-cobalt, litiu-mangan, litiu-nichel-mangan-cobalt-oxid etc.). Fiecare dintre ele are propriul său domeniu de aplicare.
În plus față de electronicele mobile, un grup de baterii litiu-ion este utilizat în următoarele domenii:
- scule electrice de mână;
- echipamente medicale portabile;
- surse de alimentare neîntreruptibile;
- sisteme de securitate;
- module de iluminat de urgență;
- stații cu energie solară;
- vehicule electrice și biciclete electrice.
Având în vedere îmbunătățirea constantă a tehnologiei litiu-ion și succesul în crearea bateriilor de mare capacitate cu dimensiuni reduse, este posibil să se prevadă extinderea aplicațiilor pentru astfel de baterii.
Marcare
Parametrii bateriilor litiu-ion sunt imprimați pe corpul produsului, în timp ce codificarea utilizată poate diferi semnificativ pentru diferite dimensiuni. Un singur standard de etichetare a bateriei pentru toți producătorii nu a fost încă dezvoltat, dar este încă posibil să vă dați seama de cei mai importanți parametri pe cont propriu.
Literele din linia de marcare indică tipul de celulă și materialele utilizate: prima litera I înseamnă tehnologie litiu-ion, următoarea litera (C, M, F sau N) specifică compoziția chimică, a treia litera R înseamnă că celula este reîncărcabilă (Reîncărcabilă).
Cifrele din numele mărimii indică dimensiunea bateriei în milimetri: primele două numere sunt diametrul, iar celelalte două sunt lungimea. De exemplu, 18650 indică un diametru de 18 mm și o lungime de 65 mm, 0 indică un factor de formă cilindric.
Ultimele litere și cifre din serie sunt marcajele containerului specifice fiecărui producător. De asemenea, nu există standarde uniforme pentru indicarea datei de fabricație.
