Et nøgleelement i mobiliteten af elektroniske enheder er det genopladelige batteri (ACB). Voksende krav om at sikre deres længste autonomi stimulerer kontinuerlig forskning på dette område og fører til fremkomsten af nye teknologiske løsninger.
De meget brugte nikkel-cadmium (Ni-Cd) og nikkel-metalhydrid (Ni-MH) batterier har et alternativ - først lithium batterier, og derefter mere avancerede lithium-ion (Li-ion) batterier.
Indhold
Udseendehistorie
De første sådanne batterier dukkede op i 70'erne. sidste århundrede. De fik straks efterspørgsel på grund af mere avancerede egenskaber. Elementernes anode var lavet af metallisk lithium, hvis egenskaber gjorde det muligt at øge den specifikke energi. Sådan blev lithiumbatterier født.
De nye batterier havde en væsentlig ulempe – en øget risiko for eksplosion og antændelse.Årsagen lå i dannelsen af en lithiumfilm på elektrodeoverfladen, hvilket førte til en krænkelse af temperaturstabiliteten. I øjeblikket med maksimal belastning kan batteriet eksplodere.
Forfinelsen af teknologien har ført til opgivelsen af rent lithium i batterikomponenter til fordel for at bruge dets positivt ladede ioner. Lithium-ion-batteriet viste sig at være en god løsning.
Denne type ionbatteri er kendetegnet ved højere sikkerhed, som opnås på bekostning af et lille fald i energitæthed, men konstant teknologisk fremskridt har gjort det muligt at reducere tabet i denne indikator til et minimum.
Enhed
Introduktionen af lithium-ion-batterier i forbrugerelektronikindustrien fik et gennembrud efter udviklingen af et batteri med en kulstofmateriale (grafit) katode og en koboltoxidanode.
I processen med batteriafladning fjernes lithiumioner fra katodematerialet og indgår i koboltoxidet på den modsatte elektrode; under opladning fortsætter processen i den modsatte retning. Således skaber lithiumioner en elektrisk strøm, der bevæger sig fra en elektrode til en anden.
Li-Ion batterier produceres i cylindriske og prismatiske udgaver. I en cylindrisk struktur rulles to bånd af flade elektroder, adskilt af et elektrolytimprægneret materiale, op og placeres i en forseglet metalkasse. Katodematerialet afsættes på aluminiumsfolie, og anodematerialet afsættes på kobberfolie.
Et prismatisk batteridesign opnås ved at stable rektangulære plader oven på hinanden. Denne form af batteriet gør det muligt at gøre layoutet af den elektroniske enhed mere tæt. Prismatiske batterier med rullede elektroder snoet til en spiral fremstilles også.
Drift og levetid
Lang, fuld og sikker drift af lithium-ion-batterier er mulig, hvis driftsreglerne overholdes, forsømme dem vil ikke kun forkorte produktets levetid, men kan føre til negative konsekvenser.
Udnyttelse
Nøglekravet til drift af Li-Ion-batterier vedrører temperatur - overophedning bør ikke tillades. Høje temperaturer kan forårsage maksimal skade, og årsagen til overophedning kan både være en ekstern kilde og stressende måder at oplade og aflade batteriet på.
For eksempel fører opvarmning til 45°C til et fald i evnen til at holde en batteriopladning med 2 gange. Denne temperatur nås let, når enheden udsættes for solen i længere tid, eller når den kører energikrævende applikationer.
Hvis produktet overophedes, anbefales det at placere det på et køligt sted, det er bedre at slukke det og fjerne batteriet.
For den bedste batteriydelse i sommervarmen bør du bruge den energibesparende tilstand, som er tilgængelig på de fleste mobile enheder.
Lave temperaturer har også en negativ effekt på ion-batterier, ved temperaturer under -4°C kan batteriet ikke længere levere fuld effekt.
Men kulde er ikke så skadeligt for Li-Ion-batterier som høje temperaturer, og forårsager oftest ikke permanent skade. På trods af det faktum, at efter opvarmning til stuetemperatur er batteriets arbejdsegenskaber fuldstændigt genoprettet, bør du ikke glemme faldet i kapaciteten i kulden.
En anden anbefaling til brug af Li-Ion-batterier er at forhindre, at de bliver dybt afladet. Mange ældre generationers batterier havde en hukommelseseffekt, der krævede, at de blev afladet til nul og derefter fuldt opladet.Li-Ion-batterier har ikke denne effekt, og isolerede tilfælde af fuldstændig afladning fører ikke til negative konsekvenser, men konstant dyb afladning er skadelig. Det anbefales at tilslutte opladeren, når ladeniveauet er 30 %.
Livstid
Forkert drift af Li-Ion-batterier kan reducere deres levetid med 10-12 gange. Denne periode afhænger direkte af antallet af opladningscyklusser. Det menes, at batterier af Li-Ion-typen kan modstå fra 500 til 1000 cyklusser under hensyntagen til fuld afladning. En højere procentdel af resterende opladning før næste opladning øger batteriets levetid betydeligt.
Da varigheden af Li-Ion-batteriets levetid i høj grad bestemmes af driftsforholdene, er det umuligt at give en nøjagtig levetid for disse batterier. Et batteri af denne type kan i gennemsnit forventes at holde 7-10 år, hvis de påkrævede forskrifter følges.
Opladningsproces
Undgå for lang tilslutning af batteriet til opladeren under opladning. Normal drift af et lithium-ion-batteri foregår ved en spænding, der ikke overstiger 3,6 V. Ladere leverer 4,2 V til batteriindgangen under opladning. Hvis ladetiden overskrides, kan der begynde uønskede elektrokemiske reaktioner i batteriet, hvilket vil føre til overophedning med alle deraf følgende konsekvenser.
Udviklerne tog højde for en sådan funktion - sikkerheden ved opladningen af moderne Li-Ion-batterier styres af en speciel indbygget enhed, der stopper opladningsprocessen, når spændingen stiger over det tilladte niveau.
For lithiumbatterier er to-trins opladningsmetoden korrekt.I det første trin skal batteriet oplades, hvilket giver en konstant ladestrøm, det andet trin skal udføres med en konstant spænding og et gradvist fald i ladestrømmen. En sådan algoritme er implementeret i hardware i de fleste husstandsopladere.
Opbevaring og bortskaffelse
Et lithium-ion batteri kan opbevares i lang tid, selvafladning er 10-20% om året. Men samtidig sker der et gradvist fald i produktets egenskaber (nedbrydning).
Det anbefales at opbevare sådanne batterier på et sted beskyttet mod fugt ved en temperatur på +5 ... + 25 ° С. Stærke vibrationer, stød og nærhed til åben ild er uacceptabelt.
Processen med at genbruge lithium-ion-celler skal udføres på specialiserede virksomheder, der har den relevante licens. Omkring 80 % af materialerne fra genbrugsbatterier kan genbruges til fremstilling af nye batterier.
Sikkerhed
Et lithium-ion-batteri, selv af en miniaturestørrelse, er fyldt med risiko for eksplosiv selvantændelse. Denne egenskab ved denne type batteri kræver overholdelse af sikkerhedsforanstaltninger på alle stadier, fra udvikling til produktion og opbevaring.
For at forbedre sikkerheden af Li-Ion-batterier under fremstillingen er et lille elektronisk bord placeret i deres etui - et overvågnings- og kontrolsystem, der er designet til at eliminere overbelastning og overophedning. En elektronisk mekanisme øger modstanden af kredsløbet, når temperaturen stiger over en forudbestemt grænse. Nogle batterimodeller har en indbygget mekanisk kontakt, der bryder kredsløbet, når trykket inde i batteriet stiger.
Der er også ofte installeret en sikkerhedsventil i batterikasser for at aflaste trykket i nødstilfælde.
Fordele og ulemper ved lithium-batterier
Fordelene ved denne type batteri er:
- høj energitæthed;
- ingen hukommelseseffekt;
- lang levetid;
- lav selvafladningshastighed;
- intet behov for vedligeholdelse;
- sikre konstante driftsparametre over et relativt bredt temperaturområde.
Den har et lithium batteri og ulemper, disse er:
- risiko for selvantændelse;
- højere omkostninger end sine forgængere;
- behovet for en indbygget controller;
- uønsket dyb udledning.
Teknologier til produktion af Li-Ion batterier bliver konstant forbedret, mange mangler er efterhånden fortid.
Anvendelsesområde
Den høje energitæthed af lithium-ion-batterier bestemmer deres hovedanvendelsesområde - mobile elektroniske enheder: bærbare computere, tablets, smartphones, videokameraer, kameraer, navigationssystemer, forskellige indbyggede sensorer og en række andre produkter.
Eksistensen af en cylindrisk formfaktor for disse batterier gør det muligt for dem at blive brugt i lommelygter, fastnettelefoner og andre enheder, der tidligere forbrugte strøm fra engangsbatterier.
Lithium-ion-princippet for at bygge et batteri har flere varianter, typerne er forskellige i den anvendte type materialer (lithium-cobolt, lithium-mangan, lithium-nikkel-mangan-cobalt-oxid, etc.). Hver af dem har sit eget omfang.
Ud over mobil elektronik bruges en gruppe lithium-ion-batterier på følgende områder:
- håndholdt elværktøj;
- bærbart medicinsk udstyr;
- uafbrydelig strømforsyning;
- sikkerhedssystemer;
- nødbelysningsmoduler;
- solcelledrevne stationer;
- elbiler og elcykler.
I betragtning af den konstante forbedring af lithium-ion-teknologi og succesen med at skabe batterier med høj kapacitet med små størrelser, er det muligt at forudsige udvidelsen af applikationer til sådanne batterier.
Mærkning
Parametrene for lithium-ion-batterier er trykt på produktets krop, mens den anvendte kodning kan variere betydeligt for forskellige størrelser. En enkelt batterimærkningsstandard for alle producenter er endnu ikke udviklet, men det er stadig muligt at finde ud af de vigtigste parametre på egen hånd.
Bogstaverne i markeringslinjen angiver celletypen og de anvendte materialer: det første bogstav I betyder lithium-ion-teknologi, det næste bogstav (C, M, F eller N) angiver den kemiske sammensætning, det tredje bogstav R betyder, at celle er genopladelig (genopladelig).
Tallene i størrelsesnavnet angiver batteriets størrelse i millimeter: de første to tal er diameteren, og de to andre er længden. For eksempel angiver 18650 en diameter på 18 mm og en længde på 65 mm, 0 angiver en cylindrisk formfaktor.
De sidste bogstaver og tal i serien er de beholdermærkninger, der er specifikke for hver producent. Der er heller ingen ensartede standarder for angivelse af fremstillingsdato.
