Az elektronikus eszközök mobilitásának kulcseleme az újratölthető akkumulátor (ACB). A leghosszabb önállóságuk biztosítására irányuló növekvő igények folyamatos kutatást ösztönöznek ezen a területen, és új technológiai megoldások megjelenéséhez vezetnek.
A széles körben használt nikkel-kadmium (Ni-Cd) és nikkel-metál-hidrid (Ni-MH) akkumulátoroknak van alternatívája - először lítium akkumulátorok, majd fejlettebb lítium-ion (Li-ion) akkumulátorok.
Tartalom
Megjelenés története
Az első ilyen akkumulátorok a 70-es években jelentek meg. múlt század. A fejlettebb tulajdonságoknak köszönhetően azonnal keresletre tettek szert. Az elemek anódja fémes lítiumból készült, melynek tulajdonságai lehetővé tették a fajlagos energia növelését. Így születtek a lítium akkumulátorok.
Az új akkumulátoroknak jelentős hátrányuk volt - megnövekedett robbanás- és gyulladásveszély.Az ok az elektróda felületén lítium film képződésében rejlett, ami a hőmérsékleti stabilitás megsértéséhez vezetett. A maximális terhelés pillanatában az akkumulátor felrobbanhat.
A technológia finomítása oda vezetett, hogy elhagyták a tiszta lítiumot az akkumulátor-alkatrészekben, és a pozitív töltésű ionokat használták. A lítium-ion akkumulátor jó megoldásnak bizonyult.
Az ilyen típusú ion akkumulátorokat nagyobb biztonság jellemzi, amelyet az energiasűrűség enyhe csökkenése rovására érnek el, de az állandó technológiai fejlődés lehetővé tette ennek a mutatónak a veszteségének minimálisra csökkentését.
Eszköz
A lítium-ion akkumulátorok bevezetése a fogyasztói elektronikai iparban áttörést hozott a szén anyagú (grafit) katóddal és kobalt-oxid anóddal ellátott akkumulátor kifejlesztése után.
Az akkumulátor kisülése során a lítium-ionok eltávolítódnak a katód anyagából, és bekerülnek az ellenkező elektród kobalt-oxidjába, töltéskor a folyamat az ellenkező irányba halad. Így a lítium-ionok elektromos áramot hoznak létre, és az egyik elektródáról a másikra mozognak.
A Li-Ion akkumulátorok hengeres és prizmás változatban készülnek. Hengeres szerkezetben két, elektrolittal impregnált anyaggal elválasztott lapos elektródákból álló szalagot feltekernek és egy lezárt fémtokba helyeznek. A katódanyagot alumíniumfóliára, az anódot pedig rézfóliára helyezik fel.
A prizmatikus akkumulátor kialakítást a négyszögletes lemezek egymásra helyezésével érik el. Az akkumulátor ilyen formája lehetővé teszi az elektronikus eszköz elrendezésének sűrűbbé tételét. Spirálba csavart, hengerelt elektródákkal ellátott prizmatikus akkumulátorokat is gyártanak.
Működés és élettartam
A lítium-ion akkumulátorok hosszú, teljes és biztonságos működése az üzemeltetési szabályok betartásával lehetséges, ezek figyelmen kívül hagyása nemcsak lerövidíti a termék élettartamát, hanem negatív következményekkel is járhat.
Kizsákmányolás
A Li-Ion akkumulátorok működésének fő követelménye a hőmérséklet – a túlmelegedés nem megengedett. A magas hőmérséklet maximális károkat okozhat, és a túlmelegedés oka lehet külső forrás és stresszes töltési és kisütési mód is.
Például a 45 °C-ra való felmelegítés kétszeresére csökkenti az akkumulátor töltési képességét. Ez a hőmérséklet könnyen elérhető, ha a készüléket hosszabb ideig tesszük ki a napfénynek, vagy energiaigényes alkalmazások futtatásakor.
Ha a termék túlmelegszik, ajánlatos hűvös helyre helyezni, jobb kikapcsolni és eltávolítani az akkumulátort.
A nyári melegben a legjobb akkumulátorteljesítmény érdekében használja az energiatakarékos üzemmódot, amely a legtöbb mobileszközön elérhető.
Az alacsony hőmérséklet az ion akkumulátorokra is negatív hatással van, -4°C alatti hőmérsékleten az akkumulátor már nem tud teljes teljesítményt leadni.
De a hideg nem annyira káros a Li-Ion akkumulátorokra, mint a magas hőmérséklet, és legtöbbször nem okoz maradandó károsodást. Annak ellenére, hogy a szobahőmérsékletre való felmelegedés után az akkumulátor működési tulajdonságai teljesen helyreállnak, nem szabad megfeledkezni a kapacitás csökkenéséről a hidegben.
A Li-Ion akkumulátorok használatára vonatkozó másik ajánlás az, hogy megakadályozza azok mélykisülését. Sok régebbi generációs akkumulátornak volt memóriaeffektusa, ami miatt nullára kellett kisütni, majd teljesen fel kell tölteni.A Li-Ion akkumulátoroknak nincs ilyen hatása, és a teljes kisülés elszigetelt esetei nem vezetnek negatív következményekhez, de az állandó mélykisülés káros. Javasoljuk, hogy a töltőt akkor csatlakoztassa, amikor a töltöttségi szint 30%.
Élettartam
A Li-Ion akkumulátorok nem megfelelő működése 10-12-szeresére csökkentheti élettartamukat. Ez az időtartam közvetlenül függ a töltési ciklusok számától. Úgy gondolják, hogy a Li-Ion típusú akkumulátorok 500-1000 ciklust képesek ellenállni, figyelembe véve a teljes kisütést. A következő töltés előtti töltés magasabb százaléka jelentősen megnöveli az akkumulátor élettartamát.
Mivel a Li-Ion akkumulátor élettartamát nagymértékben meghatározzák a működési feltételek, lehetetlen ezeknek az akkumulátoroknak pontos élettartamát megadni. Átlagosan egy ilyen típusú akkumulátor élettartama 7-10 év, ha betartják a szükséges előírásokat.
Töltési folyamat
Töltés közben kerülje, hogy az akkumulátort túl hosszú ideig csatlakoztassa a töltőhöz. A lítium-ion akkumulátor normál működése 3,6 V-ot meg nem haladó feszültségen megy végbe. A töltők töltés közben 4,2 V feszültséggel látják el az akkumulátor bemenetét A töltési idő túllépése esetén nem kívánt elektrokémiai reakciók indulhatnak meg az akkumulátorban, ami túlmelegedéshez vezet. minden ebből következő következménnyel.
A fejlesztők figyelembe vettek egy ilyen funkciót - a modern Li-Ion akkumulátorok töltésének biztonságát egy speciális beépített eszköz vezérli, amely leállítja a töltési folyamatot, ha a feszültség a megengedett szint fölé emelkedik.
A lítium akkumulátorok esetében a kétlépcsős töltési módszer a helyes.Az első szakaszban az akkumulátort fel kell tölteni, állandó töltőáramot biztosítva, a második szakaszt állandó feszültséggel és a töltőáram fokozatos csökkentésével kell végrehajtani. Ezt az algoritmust a legtöbb háztartási töltő hardverében implementálják.
Tárolás és ártalmatlanítás
Egy lítium-ion akkumulátor hosszú ideig tárolható, az önkisülés 10-20% évente. Ugyanakkor a termék tulajdonságainak fokozatos csökkenése (degradációja) következik be.
Javasoljuk, hogy az ilyen elemeket nedvességtől védett helyen, +5 ... + 25 ° С hőmérsékleten tárolja. Az erős rezgések, ütések és a nyílt láng közelsége elfogadhatatlan.
A lítium-ion cellák újrahasznosításának folyamatát erre szakosodott, megfelelő engedéllyel rendelkező vállalkozásoknál kell elvégezni. Az újrahasznosított akkumulátorokból származó anyagok körülbelül 80%-a újra felhasználható új akkumulátorok gyártása során.
Biztonság
A lítium-ion akkumulátor, még a miniatűr méretű is, tele van a robbanásveszélyes spontán égés kockázatával. Az ilyen típusú akkumulátorok ezen tulajdonsága megköveteli a biztonsági intézkedések betartását minden szakaszban, a fejlesztéstől a gyártásig és a tárolásig.
A Li-Ion akkumulátorok gyártás közbeni biztonságának javítása érdekében egy kis elektronikus táblát helyeznek a házukba - egy felügyeleti és vezérlőrendszert, amelyet a túlterhelés és a túlmelegedés kiküszöbölésére terveztek. Egy elektronikus mechanizmus növeli az áramkör ellenállását, ha a hőmérséklet egy előre meghatározott határ fölé emelkedik. Egyes akkumulátormodellek beépített mechanikus kapcsolóval rendelkeznek, amely megszakítja az áramkört, amikor az akkumulátor belsejében lévő nyomás emelkedik.
Ezenkívül gyakran biztonsági szelepet szerelnek be az akkumulátortokba, hogy vészhelyzet esetén csökkentsék a nyomást.
A lítium akkumulátorok előnyei és hátrányai
Az ilyen típusú akkumulátor előnyei a következők:
- nagy energiasűrűség;
- nincs memóriahatás;
- hosszú élettartam;
- alacsony önkisülési sebesség;
- nincs szükség karbantartásra;
- állandó működési paraméterek biztosítása viszonylag széles hőmérsékleti tartományban.
Lítium akkumulátorral rendelkezik, és hátrányai a következők:
- spontán égés veszélye;
- magasabb költségek, mint elődei;
- beépített vezérlő szükségessége;
- a mélykisülés nem kívánatos.
A Li-Ion akkumulátorok gyártására szolgáló technológiát folyamatosan fejlesztik, sok hiányosság fokozatosan a múlté válik.
Alkalmazási terület
A lítium-ion akkumulátorok nagy energiasűrűsége határozza meg fő alkalmazási területüket - mobil elektronikai eszközök: laptopok, táblagépek, okostelefonok, videokamerák, kamerák, navigációs rendszerek, különféle beépített érzékelők és számos egyéb termék.
Ezeknek az akkumulátoroknak a hengeres alaktényezője lehetővé teszi, hogy zseblámpákban, vezetékes telefonokban és más olyan eszközökben használják, amelyek korábban eldobható akkumulátorokból fogyasztottak energiát.
Az akkumulátor felépítésének lítium-ion elvének többféle változata van, a típusok különböznek a felhasznált anyagok típusában (lítium-kobalt, lítium-mangán, lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid stb.). Mindegyiknek megvan a maga hatóköre.
A mobil elektronika mellett a lítium-ion akkumulátorok egy csoportját a következő területeken használják:
- kézi elektromos szerszámok;
- hordozható orvosi berendezések;
- szünetmentes tápegységek;
- biztonsági rendszerek;
- vészvilágítási modulok;
- napenergiával működő állomások;
- elektromos járművek és elektromos kerékpárok.
Figyelembe véve a lítium-ion technológia folyamatos fejlesztését és a nagy kapacitású, kis méretű akkumulátorok létrehozásának sikerét, megjósolható az ilyen akkumulátorok alkalmazási körének bővülése.
Jelzés
A lítium-ion akkumulátorok paraméterei a termék testére vannak nyomtatva, míg az alkalmazott kódolás a különböző méreteknél jelentősen eltérhet. Még nem dolgoztak ki egységes akkumulátorcímkézési szabványt minden gyártó számára, de a legfontosabb paramétereket továbbra is egyedül lehet kitalálni.
A jelölősorban lévő betűk a cella típusát és a felhasznált anyagokat jelzik: az első I betű lítium-ion technológiát, a következő betű (C, M, F vagy N) a kémiai összetételt, a harmadik R betű azt jelenti, hogy cella újratölthető (Rechargeable).
A méretnévben szereplő számok az akkumulátor méretét jelzik milliméterben: az első két szám az átmérőt, a másik kettő pedig a hosszt jelenti. Például az 18650 18 mm átmérőt és 65 mm hosszúságot jelöl, a 0 pedig hengeres alaktényezőt jelöl.
A sorozat utolsó betűi és számjai az egyes gyártókra jellemző konténerjelölések. Nincsenek egységes szabványok a gyártás dátumának feltüntetésére sem.
