Ključni element mobilnosti elektronskih naprav je baterija za ponovno polnjenje (ACB). Naraščajoče zahteve po zagotavljanju njihove najdaljše avtonomije spodbujajo nenehne raziskave na tem področju in vodijo v nastanek novih tehnoloških rešitev.
Široko uporabljene nikelj-kadmijeve (Ni-Cd) in nikelj-metal-hidridne (Ni-MH) baterije imajo alternativo – najprej litijeve baterije, nato pa naprednejše litij-ionske (Li-ion) baterije.
Vsebina
Zgodovina videza
Prve takšne baterije so se pojavile v 70. letih. prejšnjega stoletja. Zaradi naprednejših lastnosti so takoj pridobili povpraševanje. Anoda elementov je bila izdelana iz kovinskega litija, katerega lastnosti so omogočile povečanje specifične energije. Tako so se rodile litijeve baterije.
Nove baterije so imele pomembno pomanjkljivost - povečano tveganje eksplozije in vžiga.Razlog je bil v tvorbi litijevega filma na površini elektrode, kar je povzročilo kršitev temperaturne stabilnosti. V trenutku največje obremenitve lahko baterija eksplodira.
Izpopolnitev tehnologije je privedla do opustitve čistega litija v komponentah baterije v korist uporabe njegovih pozitivno nabitih ionov. Litij-ionska baterija se je izkazala za dobro rešitev.
Za to vrsto ionske baterije je značilna višja varnost, ki se doseže na račun rahlega zmanjšanja gostote energije, vendar je nenehen tehnološki napredek omogočil zmanjšanje izgube tega kazalnika na minimum.
Naprava
Uvedba litij-ionskih baterij v industrijo zabavne elektronike je doživela preboj po razvoju baterije s katodo iz ogljikovega materiala (grafita) in anodo iz kobaltovega oksida.
V procesu praznjenja baterije se litijevi ioni odstranijo iz katodnega materiala in se vključijo v kobaltov oksid nasprotne elektrode, pri polnjenju pa proces poteka v nasprotni smeri. Tako litijevi ioni ustvarjajo električni tok, ki se premika od ene elektrode do druge.
Li-Ion baterije se proizvajajo v cilindrični in prizmatični izvedbi. V cilindrični strukturi sta dva trakova ploščatih elektrod, ločena z materialom, impregniranim z elektrolitom, zvita in nameščena v zatesnjenem kovinskem ohišju. Katodni material se nanese na aluminijasto folijo, anodni material pa na bakreno folijo.
Prizmatično zasnovo baterije dobimo z zlaganjem pravokotnih plošč eno na drugo. Ta oblika baterije omogoča bolj gosto postavitev elektronske naprave. Proizvajajo se tudi prizmatične baterije z valjanimi elektrodami, zvitimi v spiralo.
Delovanje in življenjska doba
Dolgo, polno in varno delovanje litij-ionskih baterij je možno, če se upoštevajo pravila delovanja, njihovo zanemarjanje ne bo le skrajšalo življenjske dobe izdelka, ampak lahko povzroči negativne posledice.
izkoriščanje
Ključna zahteva za delovanje Li-Ion baterij se nanaša na temperaturo – pregrevanje ne sme biti dovoljeno. Visoke temperature lahko povzročijo največjo škodo, vzrok za pregrevanje pa je lahko tako zunanji vir kot stresni načini polnjenja in praznjenja baterije.
Na primer, segrevanje na 45 °C vodi do zmanjšanja sposobnosti zadrževanja napolnjenosti baterije za 2-krat. To temperaturo je enostavno doseči, ko je naprava dalj časa izpostavljena soncu ali pri izvajanju energetsko intenzivnih aplikacij.
Če se izdelek pregreje, ga je priporočljivo postaviti na hladno mesto, bolje je, da ga izklopite in odstranite baterijo.
Za najboljše delovanje baterije v poletni vročini uporabite način varčevanja z energijo, ki je na voljo na večini mobilnih naprav.
Nizke temperature negativno vplivajo tudi na ionske baterije, pri temperaturah pod -4°C baterija ne more več zagotavljati polne moči.
Toda mraz za Li-Ion baterije ni tako škodljiv kot visoke temperature in najpogosteje ne povzroči trajnih poškodb. Kljub dejstvu, da se po segrevanju na sobno temperaturo delovne lastnosti baterije popolnoma obnovijo, ne smete pozabiti na zmanjšanje zmogljivosti na mrazu.
Drugo priporočilo za uporabo litij-ionskih baterij je, da preprečite njihovo globoko praznjenje. Številne baterije starejše generacije so imele spominski učinek, ki je zahteval, da jih je treba izprazniti na nič in nato popolnoma napolniti.Li-Ion baterije nimajo tega učinka in posamezni primeri popolnega praznjenja ne vodijo do negativnih posledic, vendar je nenehno globoko praznjenje škodljivo. Priporočljivo je, da priključite polnilnik, ko je nivo napolnjenosti 30%.
Življenska doba
Nepravilno delovanje Li-Ion baterij lahko skrajša njihovo življenjsko dobo za 10-12 krat. To obdobje je neposredno odvisno od števila ciklov polnjenja. Menijo, da lahko litij-ionske baterije prenesejo od 500 do 1000 ciklov ob upoštevanju popolne praznjenja. Višji odstotek preostale napolnjenosti pred naslednjim polnjenjem bistveno podaljša življenjsko dobo baterije.
Ker je trajanje litij-ionske baterije v veliki meri odvisno od pogojev delovanja, je nemogoče podati natančno življenjsko dobo za te baterije. V povprečju lahko pričakujemo, da bo baterija te vrste zdržala 7-10 let, če se upoštevajo zahtevani predpisi.
Postopek polnjenja
Pri polnjenju se izogibajte predolgi povezavi baterije s polnilnikom. Normalno delovanje litij-ionske baterije poteka pri napetosti, ki ne presega 3,6 V. Polnilniki med polnjenjem napajajo na vhod baterije 4,2 V. Če je čas polnjenja prekoračen, se lahko v bateriji začnejo neželene elektrokemične reakcije, ki vodijo do pregrevanja z vsemi posledičnimi posledicami.
Razvijalci so upoštevali takšno lastnost - varnost polnjenja sodobnih Li-Ion baterij nadzoruje posebna vgrajena naprava, ki ustavi postopek polnjenja, ko se napetost dvigne nad dovoljeno raven.
Za litijeve baterije je pravilen dvostopenjski način polnjenja.Na prvi stopnji je treba baterijo napolniti, ki zagotavlja stalen polnilni tok, drugo stopnjo je treba izvesti s konstantno napetostjo in postopnim zmanjševanjem polnilnega toka. Tak algoritem je v strojni opremi implementiran v večini gospodinjskih polnilnikov.
Skladiščenje in odstranjevanje
Litij-ionsko baterijo lahko shranite dlje časa, samopraznjenje je 10-20% na leto. Toda hkrati pride do postopnega zmanjšanja lastnosti izdelka (degradacije).
Takšne baterije je priporočljivo hraniti na mestu, zaščitenem pred vlago, pri temperaturi +5 ... + 25 ° C. Močne vibracije, udarci in bližina odprtega ognja so nesprejemljivi.
Postopek recikliranja litij-ionskih celic je treba izvajati v specializiranih podjetjih, ki imajo ustrezno licenco. Približno 80 % materialov iz recikliranih baterij je mogoče ponovno uporabiti pri izdelavi novih baterij.
Varnost
Litij-ionska baterija, tudi miniaturne velikosti, je polna nevarnosti eksplozivnega spontanega vžiga. Ta lastnost te vrste baterij zahteva skladnost z varnostnimi ukrepi v vseh fazah, od razvoja do proizvodnje in skladiščenja.
Za izboljšanje varnosti Li-Ion baterij med izdelavo je v njihovo ohišje nameščena majhna elektronska plošča - sistem za spremljanje in nadzor, ki je zasnovan tako, da odpravlja preobremenitve in pregrevanje. Elektronski mehanizem poveča odpornost vezja, ko se temperatura dvigne nad vnaprej določeno mejo. Nekateri modeli baterij imajo vgrajeno mehansko stikalo, ki prekine vezje, ko se tlak v bateriji dvigne.
V ohišje akumulatorjev je pogosto nameščen tudi varnostni ventil za razbremenitev tlaka v nujnih primerih.
Prednosti in slabosti litijevih baterij
Prednosti te vrste baterij so:
- visoka energijska gostota;
- brez spominskega učinka;
- dolga življenjska doba;
- nizka stopnja samopraznjenja;
- ni potrebe po vzdrževanju;
- zagotavljanje konstantnih obratovalnih parametrov v razmeroma širokem temperaturnem območju.
Ima litijevo baterijo in slabosti, to so:
- nevarnost spontanega vžiga;
- višji stroški od predhodnikov;
- potreba po vgrajenem krmilniku;
- nezaželenost globokega izpusta.
Tehnologije za proizvodnjo Li-Ion baterij se nenehno izboljšujejo, številne pomanjkljivosti postopoma postajajo preteklost.
Območje uporabe
Visoka energijska gostota litij-ionskih baterij določa njihovo glavno področje uporabe - mobilne elektronske naprave: prenosni računalniki, tablice, pametni telefoni, video kamere, kamere, navigacijski sistemi, različni vgrajeni senzorji in številni drugi izdelki.
Obstoj cilindrične oblike teh baterij omogoča njihovo uporabo v svetilkah, stacionarnih telefonih in drugih napravah, ki so prej porabljale energijo iz baterij za enkratno uporabo.
Litij-ionski princip gradnje baterije ima več različic, vrste se razlikujejo po vrsti uporabljenih materialov (litij-kobalt, litij-mangan, litij-nikelj-mangan-kobalt-oksid itd.). Vsak od njih ima svoj obseg.
Poleg mobilne elektronike se skupina litij-ionskih baterij uporablja na naslednjih področjih:
- ročno električno orodje;
- Prenosna medicinska oprema;
- neprekinjeno napajanje;
- varnostni sistemi;
- moduli za zasilno razsvetljavo;
- sončne elektrarne;
- električna vozila in električna kolesa.
Glede na nenehno izboljševanje litij-ionske tehnologije in uspeh pri ustvarjanju zmogljivih baterij z majhnimi velikostmi je mogoče predvideti širitev aplikacij za takšne baterije.
Označevanje
Parametri litij-ionskih baterij so natisnjeni na ohišju izdelka, medtem ko se uporabljeno kodiranje lahko bistveno razlikuje za različne velikosti. Enotni standard označevanja baterij za vse proizvajalce še ni bil razvit, vendar je še vedno mogoče sami ugotoviti najpomembnejše parametre.
Črke v označevalni vrstici označujejo vrsto celice in uporabljene materiale: prva črka I pomeni litij-ionsko tehnologijo, naslednja črka (C, M, F ali N) označuje kemično sestavo, tretja črka R pomeni, da celica je polnilna (Rechargeable).
Številke v imenu velikosti označujejo velikost baterije v milimetrih: prvi dve številki sta premer, drugi dve pa dolžina. Na primer, 18650 označuje premer 18 mm in dolžino 65 mm, 0 označuje faktor valjaste oblike.
Zadnje črke in številke v seriji so oznake posode, specifične za vsakega proizvajalca. Prav tako ni enotnih standardov za navedbo datuma izdelave.
