Βασικό στοιχείο της κινητικότητας των ηλεκτρονικών συσκευών είναι η επαναφορτιζόμενη μπαταρία (ACB). Οι αυξανόμενες απαιτήσεις για τη διασφάλιση της μεγαλύτερης αυτονομίας τους τονώνουν τη συνεχή έρευνα σε αυτόν τον τομέα και οδηγούν στην εμφάνιση νέων τεχνολογικών λύσεων.
Οι ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες νικελίου-καδμίου (Ni-Cd) και νικελίου-υδριδίου μετάλλου (Ni-MH) έχουν μια εναλλακτική λύση - πρώτα μπαταρίες λιθίου και, στη συνέχεια, πιο προηγμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion).
Περιεχόμενο
Ιστορία εμφάνισης
Οι πρώτες τέτοιες μπαταρίες εμφανίστηκαν τη δεκαετία του '70. προηγούμενος αιώνας. Κέρδισαν αμέσως ζήτηση λόγω πιο προηγμένων χαρακτηριστικών. Η άνοδος των στοιχείων ήταν κατασκευασμένη από μεταλλικό λίθιο, οι ιδιότητες του οποίου επέτρεπαν την αύξηση της ειδικής ενέργειας. Έτσι γεννήθηκαν οι μπαταρίες λιθίου.
Οι νέες μπαταρίες είχαν ένα σημαντικό μειονέκτημα - αυξημένο κίνδυνο έκρηξης και ανάφλεξης.Ο λόγος βρισκόταν στον σχηματισμό μιας μεμβράνης λιθίου στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, η οποία οδήγησε σε παραβίαση της σταθερότητας της θερμοκρασίας. Τη στιγμή του μέγιστου φορτίου, η μπαταρία μπορεί να εκραγεί.
Η τελειοποίηση της τεχνολογίας οδήγησε στην εγκατάλειψη του καθαρού λιθίου στα εξαρτήματα της μπαταρίας προς όφελος της χρήσης θετικά φορτισμένων ιόντων του. Η μπαταρία ιόντων λιθίου αποδείχθηκε μια καλή λύση.
Αυτός ο τύπος μπαταρίας ιόντων χαρακτηρίζεται από υψηλότερη ασφάλεια, η οποία επιτυγχάνεται εις βάρος της ελαφράς μείωσης της ενεργειακής πυκνότητας, αλλά η συνεχής τεχνολογική πρόοδος κατέστησε δυνατή τη μείωση της απώλειας σε αυτόν τον δείκτη στο ελάχιστο.
Συσκευή
Η εισαγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου στη βιομηχανία καταναλωτικών ηλεκτρονικών ειδών έλαβε μια σημαντική ανακάλυψη μετά την ανάπτυξη μιας μπαταρίας με κάθοδο από υλικό άνθρακα (γραφίτη) και άνοδο οξειδίου του κοβαλτίου.
Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης της μπαταρίας, τα ιόντα λιθίου αφαιρούνται από το υλικό της καθόδου και περιλαμβάνονται στο οξείδιο του κοβαλτίου του αντίθετου ηλεκτροδίου· κατά τη φόρτιση, η διαδικασία προχωρά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Έτσι, τα ιόντα λιθίου δημιουργούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα, μετακινούμενο από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο.
Οι μπαταρίες Li-Ion παράγονται σε κυλινδρικές και πρισματικές εκδόσεις. Σε μια κυλινδρική δομή, δύο ταινίες επίπεδων ηλεκτροδίων, που χωρίζονται από ένα υλικό εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη, τυλίγονται και τοποθετούνται σε σφραγισμένη μεταλλική θήκη. Το υλικό της καθόδου εναποτίθεται σε φύλλο αλουμινίου και το υλικό ανόδου εναποτίθεται σε φύλλο χαλκού.
Ένα πρισματικό σχέδιο μπαταρίας επιτυγχάνεται με τη στοίβαξη ορθογώνιων πλακών το ένα πάνω στο άλλο. Αυτό το σχήμα της μπαταρίας καθιστά δυνατό να γίνει πιο πυκνή η διάταξη της ηλεκτρονικής συσκευής. Παράγονται επίσης πρισματικές μπαταρίες με έλαση ηλεκτρόδια στριμμένα σε σπείρα.
Λειτουργία και διάρκεια ζωής
Η μακροχρόνια, πλήρης και ασφαλής λειτουργία των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι δυνατή εάν τηρούνται οι κανόνες λειτουργίας, η παράβλεψή τους όχι μόνο θα μειώσει τη διάρκεια ζωής του προϊόντος, αλλά μπορεί να οδηγήσει σε αρνητικές συνέπειες.
Εκμετάλλευση
Η βασική απαίτηση για τη λειτουργία των μπαταριών Li-Ion αφορά τη θερμοκρασία - δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερθέρμανση. Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν τη μέγιστη βλάβη και η αιτία της υπερθέρμανσης μπορεί να είναι τόσο μια εξωτερική πηγή όσο και οι αγχωτικοί τρόποι φόρτισης και αποφόρτισης της μπαταρίας.
Για παράδειγμα, η θέρμανση έως τους 45°C οδηγεί σε μείωση της ικανότητας διατήρησης της φόρτισης της μπαταρίας κατά 2 φορές. Αυτή η θερμοκρασία επιτυγχάνεται εύκολα όταν η συσκευή εκτίθεται στον ήλιο για μεγάλο χρονικό διάστημα ή όταν εκτελούνται εφαρμογές έντασης ενέργειας.
Εάν το προϊόν υπερθερμανθεί, συνιστάται να το τοποθετήσετε σε δροσερό μέρος, είναι καλύτερα να το απενεργοποιήσετε και να αφαιρέσετε την μπαταρία.
Για την καλύτερη απόδοση της μπαταρίας στη ζέστη του καλοκαιριού, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας, η οποία είναι διαθέσιμη στις περισσότερες κινητές συσκευές.
Οι χαμηλές θερμοκρασίες έχουν επίσης αρνητική επίδραση στις μπαταρίες ιόντων· σε θερμοκρασίες κάτω των -4°C, η μπαταρία δεν μπορεί πλέον να παρέχει πλήρη ισχύ.
Αλλά το κρύο δεν είναι τόσο επιβλαβές για τις μπαταρίες Li-Ion όσο οι υψηλές θερμοκρασίες και τις περισσότερες φορές δεν προκαλεί μόνιμη βλάβη. Παρά το γεγονός ότι μετά την θέρμανση σε θερμοκρασία δωματίου, οι ιδιότητες λειτουργίας της μπαταρίας αποκαθίστανται πλήρως, δεν πρέπει να ξεχνάτε τη μείωση της χωρητικότητας στο κρύο.
Μια άλλη σύσταση για τη χρήση μπαταριών Li-Ion είναι να αποφευχθεί η βαθιά εκφόρτισή τους. Πολλές μπαταρίες παλαιότερης γενιάς είχαν ένα φαινόμενο μνήμης που απαιτούσε να αποφορτιστούν στο μηδέν και στη συνέχεια να φορτιστούν πλήρως.Οι μπαταρίες Li-Ion δεν έχουν αυτό το αποτέλεσμα και μεμονωμένες περιπτώσεις πλήρους αποφόρτισης δεν οδηγούν σε αρνητικές συνέπειες, αλλά η συνεχής βαθιά εκφόρτιση είναι επιβλαβής. Συνιστάται η σύνδεση του φορτιστή όταν το επίπεδο φόρτισης είναι 30%.
Διάρκεια Ζωής
Η ακατάλληλη λειτουργία των μπαταριών Li-Ion μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής τους κατά 10-12 φορές. Αυτή η περίοδος εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Πιστεύεται ότι οι μπαταρίες τύπου Li-Ion μπορούν να αντέξουν από 500 έως 1000 κύκλους, λαμβάνοντας υπόψη την πλήρη αποφόρτιση. Ένα υψηλότερο ποσοστό φόρτισης που απομένει πριν από την επόμενη φόρτιση αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Δεδομένου ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας Li-Ion καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες λειτουργίας, είναι αδύνατο να δοθεί ακριβής διάρκεια ζωής για αυτές τις μπαταρίες. Κατά μέσο όρο, μια μπαταρία αυτού του τύπου αναμένεται να διαρκέσει 7-10 χρόνια εάν τηρηθούν οι απαιτούμενοι κανονισμοί.
Διαδικασία φόρτισης
Κατά τη φόρτιση, αποφύγετε την υπερβολικά μεγάλη σύνδεση της μπαταρίας με το φορτιστή. Η κανονική λειτουργία μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου λαμβάνει χώρα σε τάση που δεν υπερβαίνει τα 3,6 V. Οι φορτιστές τροφοδοτούν 4,2 V στην είσοδο της μπαταρίας κατά τη φόρτιση. Εάν ξεπεραστεί ο χρόνος φόρτισης, ενδέχεται να ξεκινήσουν ανεπιθύμητες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις στην μπαταρία, οι οποίες θα οδηγήσουν σε υπερθέρμανση με όλες τις επακόλουθες συνέπειες.
Οι προγραμματιστές έλαβαν υπόψη ένα τέτοιο χαρακτηριστικό - η ασφάλεια της φόρτισης των σύγχρονων μπαταριών Li-Ion ελέγχεται από μια ειδική ενσωματωμένη συσκευή που σταματά τη διαδικασία φόρτισης όταν η τάση ανεβαίνει πάνω από το επιτρεπόμενο επίπεδο.
Για τις μπαταρίες λιθίου, η μέθοδος φόρτισης δύο σταδίων είναι σωστή.Στο πρώτο στάδιο, η μπαταρία πρέπει να φορτιστεί, παρέχοντας σταθερό ρεύμα φόρτισης, το δεύτερο στάδιο πρέπει να πραγματοποιηθεί με σταθερή τάση και σταδιακή μείωση του ρεύματος φόρτισης. Ένας τέτοιος αλγόριθμος εφαρμόζεται σε υλικό στους περισσότερους οικιακούς φορτιστές.
Αποθήκευση και διάθεση
Μια μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αυτοεκφόρτιση είναι 10-20% ετησίως. Αλλά ταυτόχρονα, εμφανίζεται σταδιακή μείωση των χαρακτηριστικών του προϊόντος (αποδόμηση).
Συνιστάται η αποθήκευση τέτοιων μπαταριών σε μέρος προστατευμένο από την υγρασία, σε θερμοκρασία +5 ... + 25 ° C. Οι ισχυροί κραδασμοί, οι κρούσεις και η εγγύτητα σε ανοιχτή φλόγα είναι απαράδεκτες.
Η διαδικασία ανακύκλωσης κυψελών ιόντων λιθίου πρέπει να πραγματοποιείται σε εξειδικευμένες επιχειρήσεις που διαθέτουν την κατάλληλη άδεια. Περίπου το 80% των υλικών από ανακυκλωμένες μπαταρίες μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για την κατασκευή νέων μπαταριών.
Ασφάλεια
Μια μπαταρία ιόντων λιθίου, ακόμη και μικρού μεγέθους, είναι γεμάτη με τον κίνδυνο εκρηκτικής αυθόρμητης καύσης. Αυτό το χαρακτηριστικό αυτού του τύπου μπαταρίας απαιτεί συμμόρφωση με μέτρα ασφαλείας σε όλα τα στάδια, από την ανάπτυξη έως την παραγωγή και την αποθήκευση.
Για να βελτιωθεί η ασφάλεια των μπαταριών Li-Ion κατά την κατασκευή, τοποθετείται στη θήκη τους μια μικρή ηλεκτρονική πλακέτα - ένα σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου που έχει σχεδιαστεί για την εξάλειψη υπερφόρτωσης και υπερθέρμανσης. Ένας ηλεκτρονικός μηχανισμός αυξάνει την αντίσταση του κυκλώματος όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει πάνω από ένα προκαθορισμένο όριο. Ορισμένα μοντέλα μπαταριών διαθέτουν ενσωματωμένο μηχανικό διακόπτη που διακόπτει το κύκλωμα όταν αυξάνεται η πίεση στο εσωτερικό της μπαταρίας.
Επίσης, μια βαλβίδα ασφαλείας τοποθετείται συχνά σε θήκες μπαταριών για την εκτόνωση της πίεσης σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μπαταριών λιθίου
Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι:
- υψηλή ενεργειακή πυκνότητα?
- χωρίς εφέ μνήμης.
- μεγάλη διάρκεια ζωής ·
- χαμηλό ποσοστό αυτοεκφόρτισης.
- δεν χρειάζεται συντήρηση?
- εξασφαλίζοντας σταθερές παραμέτρους λειτουργίας σε ένα σχετικά μεγάλο εύρος θερμοκρασιών.
Διαθέτει μπαταρία λιθίου και μειονεκτήματα, αυτά είναι:
- κίνδυνος αυθόρμητης καύσης.
- υψηλότερο κόστος από τους προκατόχους του.
- την ανάγκη για ενσωματωμένο ελεγκτή.
- ανεπιθύμητη βαθιά εκκένωση.
Οι τεχνολογίες για την παραγωγή μπαταριών Li-Ion βελτιώνονται συνεχώς, πολλές ελλείψεις γίνονται σταδιακά παρελθόν.
Περιοχή εφαρμογής
Η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου καθορίζει τον κύριο τομέα εφαρμογής τους - φορητές ηλεκτρονικές συσκευές: φορητοί υπολογιστές, tablet, smartphone, βιντεοκάμερες, κάμερες, συστήματα πλοήγησης, διάφοροι ενσωματωμένοι αισθητήρες και μια σειρά από άλλα προϊόντα.
Η ύπαρξη ενός παράγοντα κυλινδρικής μορφής αυτών των μπαταριών επιτρέπει τη χρήση τους σε φακούς, σταθερά τηλέφωνα και άλλες συσκευές που προηγουμένως κατανάλωναν ισχύ από μπαταρίες μιας χρήσης.
Η αρχή ιόντων λιθίου για την κατασκευή μιας μπαταρίας έχει πολλές ποικιλίες, οι τύποι διαφέρουν στον τύπο των υλικών που χρησιμοποιούνται (λίθιο-κοβάλτιο, λίθιο-μαγγάνιο, λίθιο-νικέλιο-μαγγάνιο-οξείδιο κοβαλτίου κ.λπ.). Κάθε ένα από αυτά έχει το δικό του πεδίο εφαρμογής.
Εκτός από τα κινητά ηλεκτρονικά, μια ομάδα μπαταριών ιόντων λιθίου χρησιμοποιείται στους ακόλουθους τομείς:
- ηλεκτρικά εργαλεία χειρός.
- φορητός ιατρικός εξοπλισμός.
- αδιάλειπτα τροφοδοτικά?
- συστήματα ασφαλείας·
- Μονάδες φωτισμού έκτακτης ανάγκης.
- ηλιακοί σταθμοί?
- ηλεκτρικά οχήματα και ηλεκτρικά ποδήλατα.
Λαμβάνοντας υπόψη τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας ιόντων λιθίου και την επιτυχία στη δημιουργία μπαταριών υψηλής χωρητικότητας με μικρά μεγέθη, είναι δυνατό να προβλεφθεί η επέκταση των εφαρμογών για τέτοιες μπαταρίες.
Βαθμολόγηση
Οι παράμετροι των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι τυπωμένες στο σώμα του προϊόντος, ενώ η κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται ενδέχεται να διαφέρει σημαντικά για διαφορετικά μεγέθη. Δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί ένα ενιαίο πρότυπο επισήμανσης μπαταριών για όλους τους κατασκευαστές, αλλά είναι ακόμα δυνατό να καταλάβετε μόνοι σας τις πιο σημαντικές παραμέτρους.
Τα γράμματα στη γραμμή σήμανσης υποδεικνύουν τον τύπο της κυψέλης και τα υλικά που χρησιμοποιούνται: το πρώτο γράμμα I σημαίνει τεχνολογία ιόντων λιθίου, το επόμενο γράμμα (C, M, F ή N) προσδιορίζει τη χημική σύνθεση, το τρίτο γράμμα R σημαίνει ότι Η κυψέλη είναι επαναφορτιζόμενη (Επαναφορτιζόμενη).
Οι αριθμοί στο όνομα μεγέθους υποδεικνύουν το μέγεθος της μπαταρίας σε χιλιοστά: οι δύο πρώτοι αριθμοί είναι η διάμετρος και οι άλλοι δύο είναι το μήκος. Για παράδειγμα, το 18650 υποδεικνύει διάμετρο 18 mm και μήκος 65 mm, το 0 δείχνει παράγοντα κυλινδρικής μορφής.
Τα τελευταία γράμματα και αριθμοί της σειράς είναι οι ειδικές σημάνσεις των δοχείων για κάθε κατασκευαστή. Επίσης, δεν υπάρχουν ενιαία πρότυπα για την ένδειξη της ημερομηνίας κατασκευής.
