Литий-ионный аккумулятор — особенности и характеристики

Мобильность современных электронных устройств обеспечивает литий-ионный аккумулятор. Данный тип батареи одновременно сочетает компактные размеры, большую ёмкость при хорошей цене. Существует инновационный литий-полимерный элемент питания, обладающий лучшими показателями, но высокая себестоимость пока заставляет производителей в России смотреть в сторону Li-Ion аналога. Чтобы литионный АКБ прослужил несколько лет важно знать основные правила эксплуатации и зарядки, принцип работы.

Литий-ионный аккумулятор
Литий-ионные аккумуляторы отличаются большой емкостью при компактном размере корпуса.

Особенности производства литий-ионных АКБ

Устройство
Устройство АКБ.

Литий-ионный аккумулятор состоит из электродов, разделённых сепараторами, куда залит электролит. Конструкция помещается в полностью герметичный корпус, исключающий доступ влаги, воздуха, катоды и аноды подключаются к токовыводам, через которые ток передаётся на устройство. На корпусе предусмотрен клапан, обеспечивающий стравливание чрезмерного давления, возникающего в результате резкого перепада температуры, нарушения правил эксплуатации.

Первые поколения литиевых аккумуляторов были подвержены взрывам. Поэтому долгое время использовались никель-кадмиевые батарейки, лишённые такой проблемы. Однако NiCd не способны обеспечить длительную автономность дейвайсов нового поколения, которые требуют от элемента питания одновременно и компактности и повышенной ёмкости, параметров тока, напряжения. Плотность энергии LiIon вдвое превышает NiCd.

В будущем за счет применения передовых активных материалов мощность будет дополнительно увеличена, они будут работать втрое дольше, чем ИП на базе устаревшей технологии.

Устройство и принцип работы АКБ

Ионно-литиевый аккумуляторный элемент питания состоит из положительных и отрицательных пластин. Катод создается из производных лития (при производстве используется несколько разновидностей)на алюминиевой фольге, анод выполнен из графита на медной фольге. Между пластинами устанавливается пористый сепаратор. Он пропитан электролитом, выполняющим роль проводника. Заряд переносится ионами лития, которые легко интегрируются в пористую решетку углерода, что вызывает хим. реакцию.

Вышеописанная схема сворачивается в рулон, помещается в герметичный корпус, выполненный из алюминия, стали, полимеров.

Аккумуляция, хранение, передача тока осуществляется по следующему принципу:

При подаче на электроды напряжения ионы лития отрываются от катода, переходят через сепаратор к графитовому аноду и встраиваются в его молекулярную структуру. В результате протекает реакция окисления, и аккумулятор заряжается. При подаче нагрузки ионы лития перемещаются обратно к катоду. Углеродистая пластинка на медной фольге становится «минусом», а производные лития на алюминии – «плюсом».

Принцип работы
Принцип работы.

Разновидности

Существует несколько классификаций литий-ионных аккумуляторов по видам. Наиболее популярный – форма. В зависимости от принципа сворачиваемости фольги разделяют цилиндрическую и призматическую. Самый распространённый тип – цилиндр с маркировкой 18650.

Основные характеристики

Среди основных достоинств Li-Ion-аккумуляторов:

Плюсы и минусы
Плюсы и минусы АКБ.
  • низкий саморазряд;
  • повышенная ёмкость;
  • большое напряжение.
  • низкое сопротивление;
  • практически отсутствует эффект памяти;
  • 400-500 циклов заряда-разряда.

Среди негативных моментов:

  • пожароопасность;
  • необходимость установки контроллера;
  • подверженность старению;
  • невозможность использования при низких температурах.

Области применения

Технология хранения энергии на базе литий-ионного АКБ используется несколько десятков лет, но так и не достигла пика реализации потенциала. Элементы питания имеют широкое распространение не только в быту, но и в промышленности. Например, литий-ионные АКЮ используются в автомобилях, самолётах, водных судах.

Корпорация «Боинг» постоянно дорабатывает технологии производства аккумуляторов, создавая типоразмеры, способные работать в расширенном диапазоне температур. Последняя инновация – изменение конструкции, снижение параметров генерации тепла.

Совершенствуется и зарядная система, в основном за счёт установки продвинутых контроллеров, способных определить, проверить текущие параметры подачи тока, ограничить их при необходимости. Таким образом, обеспечивается щадящий режим зарядки, исключается отказ АКБ, что критически важно в самолете. Как правило, новые технологии, применяемые в авиационной, космической отрасли, со временем экспортируются и в бытовые приборы, обеспечивая пользователей качественными, безопасными источниками питания.

Очередным мощным прорывом стало появление современных электромобилей, где законодателем является компания Тесла. Её инженеры создали сверхмощные литий-ионные аккумуляторы, обеспечивающие дальность хода до 500 км, что сравняло электрический транспорт и ДВС.

Литий-ионный аккумулятор Тесла
Литий-ионный аккумулятор Тесла.

В Норвегии эксплуатируются паромы, которые передвигаются за счёт электрических двигателей, запитанных от литий-ионных аккумуляторных батарей. Грузоподъёмность одного судна – 360 пассажиров и 120 автомобилей.

Ещё одна сфера применения аккумуляторов на литий-ионной технологии – вертолётостроение. Например, электровертолёт японской компании Hirobo берёт на борт одного пассажира, развивает скорость до 100 км/час. На полном заряде АКБ бесшумный двигатель, не выбрасывающий в атмосферу CO2, способен проработать более получаса.

Развитие технологии производства аккумуляторов продвигается в направлении увеличения ёмкости, повышения мощности, при одновременном уменьшении габаритов, себестоимости. Применение кремниевых нанопроводников вместо графита в анодах поможет снизить время зарядки до 15 минут при троекратном увеличении ёмкости.

Общие правила эксплуатации Li-Ion аккумуляторов

Чтобы вольт-амперные, другие характеристики не снижались, важно правильно эксплуатировать литий-ионный аккумулятор. Важна первая зарядка, позволяющая правильно распечатать законсервированный АКБ. Заряжать устройство следует после полной разрядки, повторить процедуру рекомендуется 2-3 раза. Таким образом, исключается «эффект памяти», аккумулятор будет использоваться на полную ёмкость, заявленную производителем.

Важно следить за температурным режимом, при котором эксплуатируется смартфон, ноутбук, другая портативная техника. Литий-ионный источник питания чувствителен как к повышенной температуре (он может воспламениться, взорваться), так и к пониженной (могут существенно ухудшиться потребительские свойства).

Зарядка

Зарядка АКБ
Зарядка АКБ в смартфоне.

Эксперты рекомендуют восполнять ёмкость АКБ, когда на экране появляется значение 30-50%. В блоке питания, входящем в комплект поставки, предусмотрен контроллер, который прекратит подачу тока, когда АКБ полностью заряжен. Это защищает аккумулятор от перегрева, но не гарантирует, что батарея не начнёт деградировать, если её забыть подключённой к сети на несколько дней.

Не следует заряжать аккумулятор, который недавно работал на предельных значениях. Если крышка устройства немного нагрелась, рекомендуется подождать 15-20 минут, только потом подключать зарядный блок к розетке.

Не рекомендуется использовать неоригинальный зарядный блок или самодельное устройство. Отсутствие, неправильная работа контроллера, зарядка некорректными значениями тока, чревата задымлением, возгоранием, взрывом.

Калибровка

Если пользователь заметил, что аккумулятор перестал работать, как раньше, рекомендуется выполнить калибровку. Процедура поможет снизить уровень саморазряда, падение ёмкости пластин, продлит общий срок жизни батарейки. В идеале калибровку необходимо делать каждые три месяца. Существует два варианта: ручная или программная. Но в любом случае процедура состоит из последовательного заряда-разряда аккумуляторной батареи, она повторяется 2-3 раза.

Такая схема действий восстанавливает нормальную работу контроллера, сбрасывает «эффект памяти». Если калибровка выполняется программным методом, пользователь дополнительно получает информацию о работоспособности аккумулятора, например, степень износа пластин.

Хранение

Литий-ионные аккумуляторы требуют особенных условий при хранении, особенно, если батарея не используется более полугода. При такой ситуации потребуется:

Температура хранения
Температура хранения АКБ.
  1. Полностью зарядить аккумулятор.
  2. Снять его с устройства.
  3. Положить в сухое, прохладное место, где отсутствует возможность прямого контакта с солнечными лучами.

Оптимально, когда температура в помещении составляет 15-17 градусов. В таких условиях АКБ практически не подвергается саморазряду, сохраняет первоначальные эксплуатационные характеристики.

Нормальная температура хранения 15-17°С- при таких параметрах АКБ будет минимально саморазряжаться, сохранит потребительские свойства. Полную подзарядку аккумулятора необходимо повторять каждые 3-4 месяца.

Производители

Ежегодно производство литий-ионных аккумуляторов растёт, в основном за счёт автомобильной и высокотехнологичной отраслей. Среди крупнейших производителей аккумуляторов: CATLLG Energy Solution (дочерняя компания LG Chem), Panasonic.

Литий-ионный аккумулятор – эффективный источник энергии, сочетающий компактные размеры и хорошую ёмкость, мощность. Батареи данного типа используются повсеместно, в каждой бытовой, промышленной сфере.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Автономные источники питания
Добавить комментарий

:) :D :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen:

Adblock
detector