Существует 2 типа источников питания на основе лития. В настоящее время на большинстве устройств и гаджетов используются батареи литий-ионного типа. Особые требования к условиям эксплуатации не позволяют массово применять li-pol аккумуляторы. Однако встречается промежуточный гибридный вариант.
Особенности литиевых аккумуляторов
Первые экспериментальные батареи на основе лития без возможности подзарядки появились в начале прошедшего века. Однако их применение началось в 70 гг. Они характеризовались большой емкостью и напряжением. Однако нестабильность лития приводила к воспламенению элементов при циклической работе.
Ввиду этого в 90 гг. от металлических батарей перешли к ионным. В совокупности с некоторыми мерами это позволило достичь приемлемой безопасности. Хотя на ion-li вариантах плотность энергии сократилась в сравнении с металлическими, она вдвое выше характеристик предшествующих никель-кадмиевых моделей.
К тому же существует возможность повышения показателей путем применения активных материалов.
Высокое напряжение энергетических элементов позволило упростить конструкцию. Отсутствие эффекта памяти упрощает эксплуатацию. При этом особенности разрядки не отличаются.
К плюсам литиевых аккумуляторов относят:
- большую емкость ввиду высокой плотности энергии;
- высокое напряжение единичного элемента;
- простоту эксплуатации.
Выявлен ряд минусов:
- система защиты усложняет конструкцию и повышает стоимость;
- старение происходит и без эксплуатации.
Литиево-ионные аккумуляторы
На первых батареях в качестве электролита использовали кобальт и марганец. Причем производительность определялась его составом. Позже конструкцию модернизировали, и фактором продуктивности стало количество элементов. Номинальное напряжение каждого равно 3,7 В.
Энергетические элементы включают электроды и сепаратор. Для изготовления анодов используют медь, катодов – алюминий. Они соединены клеммами-токосъемниками. Сепаратор пропитан электролитом. Несколько элементов помещают в пластиковый корпус с контролирующей электроникой.
Ввиду чувствительности литий-ионных АКБ к перепадам напряжения, повышенному току и т. д. их оснащают системой стабилизации и механизмом ограничения тока.
Литиево-полимерные батареи
В 70 гг. XX в. началась разработка литий полимерного аккумулятора, отличие от ионного которых должно было повысить безопасность и снизить стоимость. Для этого жидкий электролит заменили на твердое вещество наподобие пластиковой пленки. Оно контактно взаимодействует с активными пластинами. В итоге получились более дешевые и безопасные энергетические элементы, независимые от стандартного формата ячеек. Последнее означает произвольные габариты и форму. Безопасность возросла за счет введения защиты от перезаряда и невозможности утечки электролита. К тому же исключено образование дендритов.
Полимерный аккумулятор отличается еще рядом положительных особенностей: вдвое большая емкость, чуть меньшая масса, замедленный износ. Однако ввиду низкой электропроводности из-за большого внутреннего сопротивления они способны функционировать при температуре от 60 до 100°C, позволяющей повыситься электропроводности до приемлемой. Эта особенность сохранилась по сей день. Она обуславливает необходимость размещения полимерных АКБ в теплоизолированных корпусах с нагревательными элементами. Поэтому их применяют в качестве дополнительных источников питания на оборудовании, служащем в условиях теплого климата. Потенциальные возможности использования дополнительно ограничивает чувствительность литиево-полимерных аккумуляторов к ударам.
Малая распространенность обуславливает большую стоимость и проблемы с обслуживанием.
Для приспособления li-polymer аккумуляторов к общераспространенным условиям эксплуатации добавили некоторое количество гелевого электролита, чтобы увеличить электропроводность. Это гибридные или литий-ион полимерные батареи. Однако производители редко используют полное обозначение и обычно называют их просто литий-полимерными.
По рабочим характеристикам батареи li-pol типа близки к литий-ионным. Отличие аккумуляторов li-ion от li-pol состоит в чуть большей удельной энергии последних, что позволяет получить ту же производительность при меньших размерах. Ввиду этого они актуальны для компактных, легких устройств: квадрокоптеров, камер наблюдения, страйкбольных ружий. К тому же выше безопасность из-за меньшего риска утечки электролита. Эксплуатационные параметры позволяют использовать гибридные АКБ наравне с литий-ионными. Однако цена производства аккумуляторов li-polimer больше на 10-30%, чем обусловлено существенно меньшее распространение. Хотя, считается, что в случае перехода производителей на данную технологию, эти батареи наоборот окажутся дешевле.
Принципиальные отличия
Конструктивное отличие состоит в агрегатном состоянии электролита. В литий-ионных вариантах это жидкость, в li-polymer – твердое вещество, в гибридных – твердый материал, пропитанный гелем. Это обуславливает разницу в параметрах.
Особенности использования литиевых АКБ
По эксплуатационным особенностям литиевые аккумуляторы аналогичны, поэтому для пользователей нет разницы, аккумулятором li-polymer или li-ion типа оснащены гаджеты.
Оптимальным температурным режимом являются комнатные условия. При нагреве возрастает производительность, однако это ускоряет износ. Минимальное пороговое значение — -20°C.
Литиевые батареи нежелательно доводить до полного разряда. Восполнение энергии осуществляют в температурном интервале 5-45°C. При температурах от 5 до 0°C подают десятую долю тока. При отрицательных температурах зарядка аккумулятора недопустима. Процесс осуществляется в 2 этапа: до 70% идет восполнение энергии постоянным током, равным номинальной емкости, далее – постоянным напряжением. Общая длительность – около 3 часов. Такая технология и чувствительность АКБ к перегрузкам, перепадам и т. д. обуславливают необходимость применения оригинального оборудования.
Срок эксплуатации составляет 900 полных циклов, что равно 2-3 годам. Однако снижение емкости начинает проявляться спустя год.
Видео о литий полимерных аккумуляторах и их отличии от ионных
Как вам статья?
