Care este diferența dintre bateriile cu polimer de litiu și bateriile cu ioni de litiu? Baterii: Li-ion, Li-Pol, Li-ion-pol și regulile de funcționare a acestora

Progresul merge înainte, iar pentru a înlocui NiCd (nichel-cadmiu) și NiMh (hidrură de nichel-metal) folosite în mod tradițional, avem ocazia să folosim baterii cu litiu. Cu o greutate comparabilă a unui element, au o capacitate mai mare în comparație cu NiCd și NiMH, în plus, tensiunea elementului lor este de trei ori mai mare - 3,6V/element în loc de 1,2V. Deci, pentru majoritatea modelelor, o baterie de două sau trei celule este suficientă.

Printre bateriile cu litiu, există două tipuri principale - litiu-ion (Li-Ion) și litiu polimer (LiPo, Li-Po sau Li-Pol). Diferența dintre ele este tipul de electrolit utilizat. În cazul LiIon, acesta este un electrolit în gel, în cazul LiPo, este un polimer special saturat cu o soluție care conține litiu. Dar pentru utilizarea în centralele electrice ale modelelor, bateriile cu litiu-polimer sunt cele mai utilizate pe scară largă, așa că în viitor vom vorbi despre ele. Cu toate acestea, împărțirea strictă aici este foarte arbitrară, deoarece ambele tipuri diferă în principal în electrolitul utilizat și tot ceea ce se va spune despre bateriile litiu-polimer se aplică aproape în totalitate bateriilor litiu-ion (încărcare, descărcare, caracteristici de funcționare, măsuri de siguranță) . Din punct de vedere practic, singura noastră preocupare este că bateriile cu polimer de litiu oferă în prezent curenți de descărcare mai mari. Prin urmare, pe piața modelelor sunt oferite în principal ca sursă de energie pentru centralele electrice.

Principalele caracteristici

Bateriile litiu-polimer cu aceeași greutate depășesc intensitatea energetică a NiCd de 4-5 ori, NiMH de 3-4 ori. Numărul de cicluri de funcționare este de 500-600, cu curenți de descărcare de 2C până la o pierdere de capacitate de 20% (pentru comparație - pentru NiCd - 1000 de cicluri, pentru NiMH - 500). În general, există încă foarte puține date despre numărul de cicluri de funcționare, iar caracteristicile lor date în acest caz trebuie luate în mod critic. În plus, tehnologia lor de fabricație se îmbunătățește și este posibil ca în acest moment cifrele pentru acest tip de baterie să fie deja diferite. La fel ca toate bateriile, bateriile cu litiu sunt supuse îmbătrânirii. După 2 ani, bateria își pierde aproximativ 20% din capacitate.

Din varietatea de baterii de putere litiu-polimer disponibile pentru vânzare, se pot distinge două grupuri principale - cu descărcare ridicată (descărcare Hi) și convenționale. Ele diferă unele de altele în ceea ce privește curentul maxim de descărcare - este indicat fie în amperi, fie în unități de capacitate a bateriei, desemnate cu litera „C”. De exemplu, dacă curentul de descărcare este de 3C și capacitatea bateriei este de 1 Ah, atunci curentul va fi de 3 A.

Curentul maxim de descărcare al bateriilor convenționale, de regulă, nu depășește 3C unii producători indică 5C. Bateriile cu descărcare rapidă permit un curent de descărcare de până la 8-10C. Astfel de baterii sunt oarecum mai grele decât omologii lor cu curent scăzut (cu aproximativ 20%), iar numele lor conțin literele HD sau HC după numerele de capacitate, de exemplu, KKM1500 este o baterie obișnuită cu o capacitate de 1500 mAh, iar KKM1500HD este o baterie cu descărcare rapidă. Aș dori să fac imediat o mică notă pentru cei cărora le place să experimenteze. Bateriile cu descărcare rapidă nu sunt utilizate în aparatele de uz casnic. Prin urmare, dacă vă vine ideea de a obține o baterie de la un telefon mobil sau de la o cameră video la ieftin, este dificil să contați pe un rezultat bun. Cel mai probabil, o astfel de baterie va muri foarte repede din cauza încălcării modurilor de operare prevăzute.

Aplicații și costuri

Utilizarea bateriilor litiu-polimer vă permite să rezolvați două probleme importante - creșterea timpului de funcționare a motorului și reducerea greutății bateriei.

La înlocuirea unei baterii de 8,4 V NiMH 650 mAh cu două baterii cu litiu obișnuite, care nu se descarcă rapid, cu o capacitate de 2 Ah, obținem o baterie cu capacitatea de 3 ori mai mare, cu 11 g mai ușoară și cu o tensiune puțin mai mică (7,2 volți) ! Și dacă utilizați baterii cu descărcare rapidă, atunci aeronavele mari pot zbura fără a fi inferioare ca putere față de un motor cu ardere internă. Pentru a confirma acest lucru, locul 7 în Campionatul Mondial de Acrobație F3A a fost ocupat de un american într-un avion electric. Mai mult decât atât, nu era un mic sonerie, ci un avion normal de doi metri, ca ceilalți participanți care aveau modele cu motoare cu ardere internă!

Bateriile cu polimer de litiu s-au dovedit foarte bine în elicopterele mici precum Piccolo sau Hummingbird - de exemplu, chiar și atunci când utilizați un motor standard cu perie, timpul de zbor pe două bancuri de 1 Ah este mai mare de 25 de minute! Și când înlocuiți motorul cu unul fără perii - mai mult de 45 de minute!

Și, desigur, bateriile cu litiu sunt pur și simplu de neînlocuit atunci când vine vorba de aeronave de interior care cântăresc 4-20 g. În această zonă, NiCd nu se poate compara cu ele - pur și simplu nu există astfel de baterii (de exemplu, o cutie de 45 mAh cântărește 1 g, 150 mAh - 3,2 d), care cu o greutate atât de mică ar oferi puterea necesară - chiar și pentru 1 minut!

Singura zonă în care bateriile cu litiu-polimer sunt încă inferioare Ni-Cd este zona curenților de descărcare foarte mari (40-50C). Dar progresul merge înainte și poate că peste câțiva ani vom auzi despre noi succese în acest domeniu - până la urmă, în urmă cu 2 ani, nimeni nu auzise nici de baterii cu litiu cu descărcare rapidă...

Iată, de exemplu, principalele caracteristici ale bateriilor Kokam LiPo:

Nume	Capacitate, mAh	Dimensiuni, mm	Greutate, g	Curent maxim
Kokam 145	145	27,5x20,4x4,3	3.5	0,7A, 5C
Kokam 340SHC	340	52x33x2,8	9	7A, 20C
Kokam 1020	1020	61x33x5,5	20.5	3A, 3C
Kokam 1500HC	1500	76x40x6,5	35	12A, 8C
Kokam 1575	1575	74x41x5,5	32	7A, 5C

Din punct de vedere al prețului, din punct de vedere al capacității, bateriile cu polimer de litiu costă aproximativ la fel ca NiMH.

Producătorii

În prezent, există mai mulți producători de baterii cu litiu polimer. Lider în numărul de baterii produse și unul dintre primii în calitate este Kokam. De asemenea, sunt cunoscute Thunder Power, I-Rate, E-Tec și Tanic (se presupune că acesta este un al doilea nume pentru Thunder Power sau este unul dintre vânzătorii Thunder Power sub propriul nume). Puteți vizualiza tipurile Kokam pe site-ul www.fmadirect.com, bateriile de la diferiți producători sunt oferite pe site-ul www.b-p-p.com și www.lightflightrc.com.

Există și Platinum Polymer, oferit pe site-ul www.batteriesamerica.com, probabil un alt nume pentru I-Rate.

Gama de capacități a bateriei este foarte largă – de la 50 la 3000 mAh. Pentru a obține capacități mari, se folosește conexiunea paralelă a bateriilor.

Toate bateriile au o formă plată. De regulă, grosimea lor este de peste 3 ori mai mică decât cea mai scurtă latură, iar concluziile se fac pe partea scurtă sub formă de plăci plate.

I-Rate, din câte știu eu, nu produce încă baterii cu descărcare rapidă, iar bateriile lor au o caracteristică: unul dintre electrozi este din aluminiu, iar lipirea acestuia este problematică. Acest lucru le face incomod să asamblați singuri bateria.

Bateriile E-Tec sunt ceva la mijloc, nu sunt declarate ca fiind cu descărcare rapidă, dar curentul lor de descărcare este mai mare decât cel al celor convenționale - 5-7C.

Liderii în popularitate sunt Kokam și Thunder Power, Kokam fiind folosit în principal la modelele ușoare și medii, iar Thunder Power la mediu, mare și gigant (mai mult de 10 kg!). Evident, acest lucru se datorează prețului și disponibilității ansamblurilor puternice din gamă - până la 30 de volți și capacitatea de 8Ah. Urmează Tanic și E-tec, dar există puține mențiuni despre I-rate. Din anumite motive, polimerul de platină este popular doar în America și este folosit aproape exclusiv pentru zburatorii lenți.

Încărcarea bateriilor cu litiu polimer

Bateriile se incarca dupa un algoritm destul de simplu - incarcare de la o sursa de tensiune constanta de 4,20 volti/celula cu o limita de curent de 1C. Încărcarea este considerată completă atunci când curentul scade la 0,1-0,2C. După trecerea la modul de stabilizare a tensiunii la un curent de 1C, bateria câștigă aproximativ 70-80% din capacitatea sa. Este nevoie de aproximativ 2 ore pentru a se încărca complet. Încărcătorul este supus unor cerințe destul de stricte pentru precizia menținerii tensiunii la sfârșitul încărcării - nu mai rău de 0,01 V/celulă.

Dintre încărcătoarele de pe piață, putem distinge principalele tipuri - încărcătoare simple, non-„computer”, în categoria de preț 10-40 USD, destinate doar bateriilor cu litiu, și cele universale - în categoria de preț 120-400 USD , destinat pentru diverse tipuri de baterii, inclusiv pentru LiPo si Li-Ion.

Primele, de regulă, au doar indicarea de încărcare cu LED-uri, numărul de cutii și curentul din ele sunt stabilite prin jumperi. Avantajul unor astfel de încărcătoare este prețul lor scăzut. Principalul dezavantaj este că unii dintre ei nu știu să indice corect sfârșitul încărcării. Ele arată doar momentul trecerii de la modul de stabilizare curent la modul de stabilizare a tensiunii, care reprezintă aproximativ 70-80% din capacitate. Pentru a finaliza încărcarea, trebuie să așteptați încă 30-40 de minute.

Cel de-al doilea grup de încărcătoare are capacități mult mai largi, de regulă, toate arată tensiunea, curentul și capacitatea (mAh) pe care bateria le-a „acceptat” în timpul procesului de încărcare, ceea ce vă permite să determinați cu mai multă precizie cât de încărcată este bateria.

Atunci când utilizați un încărcător, cel mai important lucru este să setați corect numărul necesar de cutii în baterie și curentul de încărcare pe încărcător. Curentul de încărcare este de obicei 1C.

Funcționare și precauții

Este sigur să spunem că bateriile cu litiu-polimer sunt cele mai „delicate” baterii existente, adică necesită respectarea obligatorie a mai multor reguli simple, dar obligatorii, din cauza nerespectării cu care fie se produce un incendiu, fie bateria „moare”. ”.

Le enumerăm în ordinea descrescătoare a pericolului:

Încărcați la o tensiune mai mare de 4,20 volți/celulă.
Scurtcircuit baterie.
Descărcarea cu curenți care depășesc capacitatea de încărcare sau încălzirea bateriei peste 60°C.
Descărcare sub tensiune 3,00 volți/celulă.
Încălzirea bateriei peste 60°C.
Depresurizarea bateriei.
Depozitare în stare descărcată.

Nerespectarea primelor trei puncte duce la un incendiu, toate celelalte - la pierderea totală sau parțială a capacității.

Din tot ce s-a spus, se pot trage următoarele concluzii:

Pentru a evita un incendiu, trebuie să aveți un încărcător normal și să setați corect numărul de cutii care trebuie încărcate pe acesta. De asemenea, este necesar să se folosească conectori care elimină posibilitatea de scurtcircuitare a bateriei (din această cauză, prietenul meu avea o masă pe care se încărcau bateriile și ardea o perdea) și să controleze curentul consumat de motor la „full throttle”. ”. În plus, nu este recomandat să acoperiți bateriile pe toate părțile de fluxul de aer de pe model, iar dacă acest lucru nu este posibil, atunci trebuie prevăzute canale speciale pentru răcire.

În cazurile în care curentul consumat de motor este mai mare de 2C, iar bateria de pe model este închisă pe toate părțile, după 5-6 minute de funcționare a motorului, ar trebui să îl opriți, apoi să o trageți și să atingeți bateria. sa vad daca este prea cald. Faptul este că, după încălzirea peste o anumită temperatură (aproximativ 70 de grade), în baterie începe să aibă loc o „reacție în lanț”, transformând energia stocată în ea în căldură, bateria se răspândește literalmente, dând foc la tot ceea ce poate arde.

Dacă scurtcircuitați o baterie aproape descărcată, nu va exista niciun incendiu, aceasta va muri în liniște și pașnic din cauza supradescărcării... Acest lucru duce la a doua regulă importantă: monitorizați tensiunea la sfârșitul descărcării bateriei și asigurați-vă că; deconectați bateria după utilizare!

Unele regulatoare de viteză (Jeti este în special vinovată de acest lucru) nu încetează să consume curent după oprirea comutatorului standard. Nu știu ce i-a determinat pe cehi să ia o decizie atât de ciudată. Dar rămâne faptul că aproape toate modelele de controlere pentru motoare fără perii Jetti (inclusiv noua serie „Advanced”), care au un BEC, adică un stabilizator de alimentare pentru receptor și mașinile de la sursa de alimentare, nu oferă complet deconectarea circuitului cu un comutator standard. Doar receptorul și servomotoarele sunt oprite, iar controlerul continuă să consume un curent de aproximativ 20 mA. Acest lucru este deosebit de periculos, deoarece nu vezi că este pornită, mașinile stau pe loc, motorul este silențios... Și dacă uiți de bateria conectată pentru o zi sau două, se dovedește că poți spune-i la revedere - nu-i place litiul cu descărcare profundă.

Desigur, trebuie să vă amintiți că controlerul motorului trebuie să poată funcționa cu baterii cu litiu, adică să aibă o tensiune de oprire reglabilă a motorului. Și nu trebuie să uităm să programăm controlerul pentru numărul necesar de conserve. Cu toate acestea, acum a apărut o nouă generație de controlere care determină automat numărul de cutii conectate.

Depresurizarea este un alt motiv pentru care bateriile cu litiu se defectează, deoarece aerul nu ar trebui să intre în interiorul celulei. Acest lucru se poate întâmpla dacă pachetul de protecție exterior este deteriorat (bateria este sigilată într-un pachet precum tubul termocontractabil), ca urmare a impactului sau a deteriorării cu un obiect ascuțit sau dacă borna bateriei este supraîncălzită în timpul lipirii. Concluzie - nu scăpați de la o înălțime mare și lipiți cu grijă.

Pe baza recomandarilor producatorilor, bateriile trebuie depozitate in stare incarcata 50-70%, de preferinta intr-un loc racoros, la temperaturi nu mai mari de 20°C. Depozitarea într-o stare descărcată afectează negativ durata de viață - ca toate bateriile, bateriile cu litiu-polimer au o mică auto-descărcare.

Ansamblu baterie

Pentru a obține baterii cu curent de ieșire mare sau capacitate mare, se folosește conexiunea paralelă a bateriilor. Dacă cumpărați o baterie gata făcută, atunci prin marcaj puteți afla câte cutii conține și cum sunt conectate. Litera P (paralel) după număr indică numărul de cutii conectate în paralel, iar S (serial) - în serie. De exemplu, „Kokam 1500 3S2P” înseamnă o baterie conectată în serie din 3 perechi de baterii, iar fiecare pereche este formată din 2 baterii conectate în paralel cu o capacitate de 1500 mAh, adică capacitatea bateriei va fi de 3000 mAh (când conectat în paralel, capacitatea crește), iar tensiunea – 3,7*3 = 11,1V..

Dacă cumpărați baterii separat, atunci înainte de a le conecta la o baterie trebuie să le egalizați potențialul. Acest lucru este valabil mai ales pentru opțiunea de conectare în paralel, deoarece în acest caz o bancă va începe să o încarce pe cealaltă, iar curentul de încărcare poate depăși 1C. Este recomandabil să descărcați toate cutiile achiziționate la 3 volți cu un curent de 0,1C - 0,2C înainte de conectare. Tensiunea trebuie monitorizată cu un voltmetru digital cu o precizie de cel puțin 0,5%. Acest lucru va asigura o performanță fiabilă a bateriei în viitor.

De asemenea, este recomandabil să efectuați egalizarea potențialului (echilibrare) chiar și pe bateriile de marcă deja asamblate înainte de prima încărcare, deoarece multe companii care asamblează celule într-o baterie nu le echilibrează înainte de asamblare.

Din cauza scăderii capacității ca urmare a funcționării, în niciun caz nu trebuie să adăugați bănci noi în serie cu cele vechi - bateria va fi dezechilibrată.

Desigur, nu puteți combina baterii cu capacități diferite, chiar similare într-o baterie - de exemplu, 1800 și 2000 mAh și, de asemenea, utilizați baterii de la diferiți producători într-o singură baterie, deoarece rezistența internă diferită va duce la dezechilibrul bateriei. Când lipiți, trebuie să aveți grijă să nu lăsați bornele să se supraîncălzească, deoarece aceasta poate rupe sigiliul și poate ucide definitiv bateria care încă nu a avut timp să zboare. Unele tipuri de baterii Kokam vin cu bucăți din placa de circuite deja lipite la bornele pentru cablare ușoară. Acest lucru adaugă greutate suplimentară - aproximativ 1 g per element, dar durează mult mai mult pentru a încălzi locurile pentru firele de lipit - fibra de sticlă nu conduce bine căldura. Firele cu conectori trebuie fixate de carcasa bateriei, cel puțin cu bandă adezivă, pentru a nu rupe accidental terminalul de la rădăcină.

Nuanțe de aplicare

Deci, haideți să subliniem încă o dată cele mai importante puncte legate de utilizarea bateriilor litiu-polimer.

Utilizați un încărcător normal.
Utilizați conectori care împiedică scurtcircuitarea bateriei.
Nu depășiți curenții de descărcare admisibili.
Monitorizați temperatura bateriei când nu există răcire.
Nu descărcați bateria sub o tensiune de 3 V/celulă (nu uitați să deconectați bateria după zbor!).
Nu supuneți bateria la șocuri.

Să dăm câteva exemple utile care decurg din cele spuse mai devreme, dar nu sunt evidente la prima vedere.

Când se utilizează motoare cu comutator, este necesar să se evite situațiile în care motorul este oprit (de exemplu, modelul este întins pe pământ) și emițătorului i se dă accelerația maximă. Curentul este prea mare și riscăm să explodăm bateria (dacă motorul sau regulatorul nu se ard mai întâi). Această problemă a fost discutată de nenumărate ori pe forumurile RC Groups. Majoritatea regulatoarelor pentru motoare periate opresc motorul atunci când semnalul de la transmițător este pierdut și, dacă regulatorul dvs. poate face acest lucru, aș sfătui să opriți emițătorul dacă modelul a căzut, de exemplu, în iarba departe de dvs. - există risc mai mic de a atinge clapeta de accelerație care atârnă atunci când căutați un model pe cureaua emițătorului și să nu îl observați.

Pe parcursul unei durate lungi de viață a bateriei, elementele sale, din cauza dispersării mici inițiale a capacităților, devin dezechilibrate - unele bănci „îmbătrânesc” mai devreme decât altele și își pierd capacitatea mai repede. Cu un număr mai mare de cutii în baterie, procesul decurge mai rapid.

Acest lucru duce la următoarea regulă - uneori este necesar să se controleze separat capacitatea fiecărui element al bateriei. Pentru a face acest lucru, puteți măsura tensiunea acestuia la sfârșitul încărcării. Cât de des? Este încă dificil de stabilit exact acest lucru - s-a acumulat prea puțină experiență de operare. De regulă, se recomandă ca la aproximativ 40-50 de cicluri după începerea funcționării, la fiecare 10-20 de cicluri, să verifice tensiunea celulelor bateriei în timpul încărcării pentru a identifica „celule dăunătoare”.

Nu este recomandat să „puneți la zero” bateriei prin antrenarea motorului până când nu se mai rotește complet. Un astfel de tratament nu va dăuna unei baterii noi, dar pentru una ușor dezechilibrată, acesta este un risc suplimentar de a descărca „cel mai rău banc” sub 3 volți, din cauza căruia își va pierde și mai mult capacitatea.

Când capacitățile diferă cu mai mult de 20%, o astfel de baterie nu poate fi încărcată în întregime fără măsuri speciale!

Pentru a echilibra automat celulele bateriei la încărcare, se folosesc așa-numitele balansoare. Aceasta este o placă mică conectată la fiecare bancă, care conține rezistențe de sarcină, un circuit de control și un LED care indică faptul că tensiunea pe această bancă a atins nivelul de 4,17 - 4,19 volți. Când tensiunea de pe un element individual depășește pragul de 4,17 volți, echilibratorul închide o parte din curent „pentru sine”, împiedicând tensiunea să depășească pragul critic. Prin aprinderea simultană a LED-urilor, puteți vedea care bănci au o capacitate mai mică - LED-ul de pe echilibrul lor se va aprinde primul. Echilibratoarele au o cerință suplimentară importantă: curentul pe care îl consumă de la baterie în modul „standby” trebuie să fie mic, de obicei 5-10 µA.

Trebuie adăugat că balansierul nu previne supradescărcarea unor celule dintr-o baterie dezechilibrată, servește doar la protejarea împotriva deteriorării celulelor în timpul încărcării și ca mijloc de a indica celulele „proaste” din baterie. Cele de mai sus se aplică bateriilor formate din 3 sau mai multe elemente, de regulă, nu se folosesc pentru bateriile cu 2 cutii.

Există opinia că bateriile cu litiu-polimer nu pot fi folosite la temperaturi sub zero. Într-adevăr, specificațiile tehnice pentru baterii indică un interval de funcționare de 0-50 °C (la 0 °C se păstrează 80% din capacitate). Dar, cu toate acestea, le puteți zbura la temperaturi în jur de –10...-15 °C. Ideea este că nu trebuie să înghețați bateria înainte de zbor - puneți-o în buzunar unde este cald. Și în timpul zborului, generarea internă de căldură în baterie se dovedește a fi o proprietate utilă în acest moment, împiedicând înghețarea bateriei. Desigur, performanța bateriei va fi puțin mai mică decât la temperaturi normale.

Concluzie

Având în vedere ritmul în care progresul tehnic în domeniul electrochimiei se mișcă, se poate presupune că viitorul aparține bateriilor cu litiu-polimer – dacă celulele de combustie nu le ajung din urmă. Pe măsură ce cererea de baterii crește și volumul producției crește, prețul va scădea inevitabil, iar apoi litiul va deveni în sfârșit la fel de comun ca NiMH. În Occident, această dată a sosit deja de șase luni, cel puțin în America. Popularitatea aeronavelor electrice cu baterii litiu-polimer este în creștere. Aș dori să sper că și motoarele fără perii și controlerele pentru ele vor deveni mai ieftine, dar în acest domeniu progresul reducerilor de preț se mișcă mai puțin rapid. La urma urmei, în urmă cu doar doi ani a fost pusă întrebarea pe forum: „Zboară cineva cu adevărat un brushless?” Și nu s-a menționat deloc despre bateriile cu litiu atunci...

În general, vom aștepta și vom vedea.

Încărcătoarele portabile au devenit un element integrant al vieții moderne de zi cu zi. Calitatea bateriilor este condiția principală pentru performanța, eficiența și siguranța acestora. Producătorii de încărcătoare folosesc două tipuri de baterii în designul lor - litiu-ion și litiu-polimer. Pentru consumatorul mediu, care nu este familiarizat cu caracteristicile diferitelor tipuri, devine adesea o problemă să aleagă unul sau altul tip de baterie.

Care este diferența dintre aceste soiuri, pe care ar fi mai corect să o alegeți - toate aceste întrebări necesită cunoștințe detaliate despre fiecare tip. În acest articol, vom dezvălui caracteristicile bateriilor litiu-ion și litiu-polimer, le vom prezenta proprietățile tehnice, metodele de încărcare și durata de viață.

Diferențele dintre bateriile litiu-ion și litiu-polimer

Modelele de baterii produse folosind tehnologii diferite îndeplinesc aceeași funcție de alimentare cu energie. Caracteristicile de proiectare ale fiecărui tip afectează puterea raportată, durata de viață și gradul de protecție împotriva exploziei. Nu se poate afirma fără echivoc că un tip de baterie mai modern este mai bun decât unul învechit. Există avantaje și dezavantaje practice pentru ambele tehnologii. Modelele Li-pol și Li-ion au scheme de funcționare similare, dar diferă în configurație și parametri tehnici.

Pentru a înțelege care este mai bine - Li-polimer sau Li-ion, să aruncăm o privire mai atentă asupra fiecărui tip separat. Ar trebui să comparați tipurile de baterii și să faceți o alegere în favoarea unui tip sau altul pe baza următorilor indicatori:

Preț;
raport greutate/capacitate;
Siguranță;
utilizarea prevăzută într-un dispozitiv pentru un scop specific;
condiţiile de temperatură de funcţionare.

Atunci când alegeți unul dintre cele două tipuri, luați în considerare domeniul de aplicare și capacitățile financiare.

Baterii litiu-ion: caracteristici și specificații

Inițial, modelele pe bază de litiu au fost produse folosind mangan și cobalt ca element principal (electrolit activ). Bateriile moderne litiu-ion au suferit modificări de design. Productivitatea lor depinde nu de substanța folosită, ci de ordinea în care sunt așezate elementele în bloc. Componentele unei baterii moderne Li-Ion sunt electrozii și un separator. Materiale – aluminiu și cupru (anozi de cupru și folie de aluminiu ca bază catodică).

Borne speciale ale colectorului de curent asigură conexiunea internă între anod și catod, iar impregnarea cu electrolit a masei separatorului creează un mediu favorabil pentru menținerea încărcăturii. Sarcinile pozitive ale ionilor de litiu declanșează reacții chimice, formează legături și oferă energie. Principiul de funcționare al unei surse de alimentare pe bază de litiu-ion amintește de funcționarea unei baterii cu gel de dimensiune completă.

Baterii cu litiu polimer

Deoarece modelele cu litiu-ion nu pot face față multor sarcini moderne, acestea sunt treptat înlocuite cu elemente polimerice. Bateriile Li-ion nu aveau un nivel ridicat de siguranță și erau destul de scumpe. Pentru a elimina aceste neajunsuri și probleme de funcționare și pentru a face bateriile mai eficiente, dezvoltatorii au decis să schimbe electrolitul. În loc de impregnarea separatorului poros, în proiectarea bateriei au fost folosiți electroliți polimerici.

Celula cu polimer de litiu are o grosime de 1 mm, ceea ce permite bateriei să fie compactă ca dimensiuni. Înlocuirea electroliților lichizi cu folii polimerice a eliminat riscul ridicat de aprindere a bateriei și a făcut-o sigură. Tabelul de comparație de mai jos vă va ajuta să determinați în mod clar cum diferă Li-ion de Li-Pol.

Specificații	Li-ion	Li-Pol
Intensitatea energetică		scăzut, numărul de cicluri de încărcare și descărcare este mai mic
Marimea standard	selecție mică	alegere mare, independență față de formatul de celule standard
	ceva mai greu
		aproape de două ori mai mare pentru aceeași dimensiune
Durata de viață	aproximativ la fel	aproximativ la fel
Risc de explozie și incendiu	mai inalt	protecție încorporată împotriva scurgerilor de electroliți și supraîncărcării
Timp de incarcare
	până la 0,1% lunar	mai putin activ

Designul dispozitivelor cu baterii polimer litiu elimină complet prezența electrolitului sub formă de lichid sau gel. Vă puteți imagina clar diferența de tehnologie atunci când luați în considerare principiul de funcționare al dispozitivelor moderne de alimentare cu energie pentru automobile. Preocupările legate de siguranță au dus la excluderea electroliților lichizi din practica de zi cu zi. Dar până de curând, structurile poroase impregnate erau folosite în bateriile auto.

Introducerea elementelor polimer-litiu presupunea o bază solidă. O diferență caracteristică față de bateriile litiu-ion este procesul de acțiune de contact a plăcii de substanță activă cu litiu și prevenirea formării dendritelor în timpul ciclării. Această caracteristică este cea care protejează celulele bateriei de incendiu sau explozie.

Durata de viață

Atât bateriile litiu-ion, cât și bateriile litiu-polimer sunt supuse unei îmbătrâniri intense. Acestea oferă aproximativ nouă sute de cicluri de încărcare completă înainte de a deveni inutilizabile. Nu contează cât de activ a fost folosit dispozitivul. Dacă bateria nu a fost folosită deloc o perioadă lungă de timp, va avea loc totuși o reducere a duratei de viață.

După doar un an, capacitatea se reduce semnificativ în durata de viață, iar după doi sau trei ani se poate afirma că bateria s-a defectat complet. Acesta este un dezavantaj comun al bateriilor cu litiu și ar trebui să alegeți un model mai durabil doar în funcție de reputația producătorului și de recenziile anumitor modele.

Protecție suplimentară

Dacă luăm în considerare întrebarea care este diferența dintre bateriile Li-ion și Li-Pol, merită să acordăm atenție sistemelor de protecție încorporate. Modelele cu polimer de litiu necesită caracteristici suplimentare de protecție internă. Se caracterizează prin cazuri de burnout din cauza supraîncălzirii elementelor. Astfel de consecințe sunt cauzate de stresul intern al diferitelor zone de lucru.

Pentru a proteja dispozitivul de supraîncărcarea neautorizată, supraîncălzirea pieselor și arderea, designul folosește un sistem special de stabilizare și un mecanism de limitare a curentului. Acest lucru crește siguranța modelelor de litiu-polimer, dar crește semnificativ costul bateriei datorită utilizării elementelor de protecție.

O parte din proiectare implică componente electrolitice în formarea gelului. Bateriile compozite sunt folosite în multe dispozitive portabile. Sunt extrem de sensibili la schimbările de temperatură și necesită respectarea strictă a regulilor de funcționare. Bateria pe bază de polimer poate fi utilizată în dispozitive cu încălzire în intervalul 60-100 de grade.

Producătorii închid partea internă într-o carcasă cu proprietăți termoizolante - este convenabil să folosiți astfel de baterii în climat cald. În condițiile în care regimul de temperatură nu îndeplinește cerințele de funcționare, sunt folosite ca rezervă elemente cu o componentă polimerică.

Caracteristici de încărcare a bateriei

Bateria cu litiu polimer va necesita cel puțin trei ore de încărcare pentru a se reîncărca. În acest caz, blocul nu se încălzește. Există două etape de umplere. Primul are loc până când se stabilește modul de vârf, care este menținut până când încărcarea atinge 70%. În condiții normale de tensiune, se acumulează o sarcină reziduală de 30%. Reîncărcarea trebuie efectuată conform unui program strict, așteptând descărcarea completă și efectuând procedura la fiecare 500 de ore de utilizare a dispozitivului. Acest mod menține un volum de umplere constant.

Bateria trebuie conectată numai la o sursă de alimentare stabilă, fără supratensiuni sau interferențe. Trebuie să utilizați numai încărcătoare adecvate care se potrivesc cu caracteristicile menționate în descriere. Un punct important: în timpul procesului de încărcare, toți conectorii trebuie să fie conectați corect; Elementele Li-Pol sunt extrem de sensibile la toate tipurile de suprasarcini, niveluri excesive de curent, șoc mecanic și hipotermie. Etanșeitatea elementelor în stare solidă trebuie monitorizată.

Celulele Li-ion se încarcă folosind aproape aceleași principii ca și celulele polimerice, dar sunt mai sensibile și mai puțin fiabile în ceea ce privește siguranța. Timpul de încărcare pentru ambele tipuri este aproximativ același, dar elementul polimer este mai capricios în ceea ce privește calitatea punctului de alimentare.

Baterie litiu-ion mai bună

Bateriile cu litiu-ion sunt mai familiare consumatorilor, au o serie de avantaje operaționale:

prețul este mai mic decât o baterie cu litiu polimer;
dimensiunile standard standardizate vă permit să nu faceți greșeli atunci când alegeți un model;
domeniul comun de aplicare.

Bateriile puternice cu litiu sunt utilizate în mod eficient pentru dispozitivele care necesită un consum mare de curent pe termen scurt. Regimul de temperatură, ca și în cazul dispozitivelor pe bază de polimeri, este de o importanță cheie în timpul funcționării.

Utilizatorul mediu nu simte o diferență vizibilă, dar, din punctul de vedere al raționalității domeniului de aplicare, acest tip de baterie este convenabil în încărcătoare pentru următoarele echipamente:

unelte fără fir (șurubelnițe, ferăstraie, polizoare);
laptopuri;
Celulare;
mașini electrice;
roboți de casă;
scaune cu rotile.

Înainte de a alege tipul optim de încărcare, trebuie să știi exact pentru ce dispozitiv va fi folosit. Acest lucru este deosebit de important dacă intenționați să utilizați și să deserviți universal mai multe dispozitive portabile simultan.

Este rațional să folosiți baterii cu litiu polimer unde greutatea și temperatura sunt factori importanți. Le este „frică” de îngheț și nu sunt foarte convenabile pentru unelte și gadgeturi portabile. Prin urmare, principalul domeniu de utilizare:

quadcoptere;
pistoale airsoft;
jucării;
Camere CCTV.

Atunci când alegeți tipul adecvat de încărcător, acordați atenție domeniului de utilizare, costului și nivelului de siguranță. Citiți recenziile utilizatorilor despre produse de la diferiți producători și faceți o alegere.

Caracteristicile bateriilor cu polimer litiu și regulile de funcționare a acestora

O baterie cu litiu polimer este o versiune modificată a bateriilor litiu-ion. Principala diferență este utilizarea unui material polimeric care acționează ca un electrolit. La acest polimer se adaugă incluziuni conductoare cu compuși de litiu. Astfel de baterii au fost dezvoltate activ în ultimii ani și sunt utilizate în telefoane mobile, tablete, laptopuri, modele radiocontrolate și alte echipamente. Deși bateriile cu litiu nu sunt capabile să furnizeze curenți mari de descărcare, unele tipuri speciale de baterii cu polimer pot furniza curenți care depășesc semnificativ capacitatea lor. Deoarece bateriile cu litiu polimer se răspândesc rapid pe piață, trebuie să înțelegeți designul, regulile de funcționare și măsurile de siguranță ale acestora atunci când le manipulați. Acest lucru va fi discutat în materialul nostru de astăzi.

Avantajul înlocuirii unui electrolit organic lichid cu unul polimeric este de a crește siguranța funcționării bateriei. Acest lucru este foarte important pentru bateriile cu litiu. Utilizarea sigură în scopuri comerciale a fost cea care a împiedicat dezvoltarea lor încă de la început. In plus, electrolitul polimer ofera mult mai multa libertate atunci cand alegeti forma bateriei.

Proiectarea bateriilor Li─Pol s-a bazat pe procesul de tranziție a unui număr de polimeri într-o stare de semiconductor atunci când sunt introduși în ei ioni de electroliți. În acest caz, conductivitatea crește de mai multe ori. Cercetătorii erau ocupați în principal să selecteze un electrolit polimeric pentru bateriile cu modele metalice de litiu și Li─Ion. În teorie, densitatea de energie a bateriilor polimer poate fi crescută de câteva ori în comparație cu cele cu litiu-ion. Astăzi, se pot distinge mai multe grupuri de baterii Li─Pol, care diferă în compoziția electrolitului:

Cu electrolit omogen asemănător gelului. Se obține ca urmare a introducerii sărurilor de litiu în structura polimerului;
Cu electrolit polimer uscat. Acest tip este realizat pe baza de oxid de polietilenă cu diferite săruri de litiu;
Electrolit sub formă de matrice polimerică microporoasă în care sunt absorbite soluții neapoase de săruri de litiu.

Dacă comparăm polimeri și electroliții lichizi, este de remarcat conductivitatea ionică mai mică a primilor. Scade semnificativ la temperaturi sub zero. Deci, o problemă a fost selectarea unei compoziții pentru un electrolit cu conductivitate ridicată. Și a doua sarcină importantă a fost extinderea intervalului de temperatură de funcționare a bateriilor polimerice. Modelele de baterii litiu-polimer utilizate în tehnologia modernă nu sunt inferioare ca caracteristici față de Li-Ion.

Deoarece nu există electrolit lichid într-o baterie polimerică, siguranța lor de funcționare este mult mai mare. În plus, pot fi realizate în aproape orice formă și configurație.

Recipientele unor modele, care conțin borcanul în sine, sunt realizate din polimer metalizat. Datorită cristalizării electrolitului polimeric, parametrii acestor baterii se reduc semnificativ la temperaturi scăzute.

Există dezvoltări ale bateriilor polimerice cu anod metalic. Oamenii de știință au reușit să atingă o densitate mare de curent și o extindere semnificativă a intervalului de temperatură de funcționare. Aceste tipuri de baterii pot fi utilizate și în diverse electronice portabile și electrocasnice. Multe companii de top produc deja astfel de baterii.

Mai mult, diferiți producători pot avea diferite materiale pentru electrozi, compoziția electroliților și tehnologia de asamblare în sine. Din acest motiv, parametrii acestor baterii sunt foarte diferiți. Cu toate acestea, toți producătorii sunt de acord că stabilitatea funcționării Li─Pol este puternic influențată de omogenitatea electrolitului polimer. Și depinde de temperatura de polimerizare și de raportul componentelor.

Acum sunt multe experimente care au fost efectuate care demonstrează nivelul mai ridicat de siguranță al bateriilor polimerice în comparație cu cele ionice. Acest lucru se aplică la supraîncărcare, descărcare accelerată, vibrații, compresie, scurtcircuit, perforare a bateriilor cu polimer litiu. Deci, acest tip de baterie are cele mai bune perspective de dezvoltare. Mai jos sunt rezultatele testelor pentru funcționarea în siguranță a bateriilor Li─Pol.

Tipul testului
Tipul testului	Baterie cu electrolit polimer gel	Baterie cu electrolit lichid
Puncți cu un ac	Nu au existat schimbări	Explozie, fum, scurgeri de electroliți, creșterea temperaturii până la 250°C
Incalzire pana la 200°C	Nu au existat schimbări	Explozie, scurgeri de electroliți
Scurt circuit	Nu au existat schimbări	Scurgeri de electroliți, creșterea temperaturii cu 100°C
Reîncărcare (600%)	Balonare	Explozie, scurgeri de electroliți, creșterea temperaturii cu 100°C

Există exemple de baterii cu litiu polimer care au o grosime de 1 milimetru. Astfel de modele permit designerilor de dispozitive mobile să creeze echipamente foarte compacte. Acest lucru deschide noi posibilități de reducere a dimensiunii dispozitivelor electronice. Pentru a reduce rezistența internă a bateriilor Li-Pol, se adaugă un electrolit cu gel. Bateriile folosite la telefoanele mobile folosesc acest tip de electrolit. Acestea combină caracteristicile bateriilor polimerice și ionice.

Care este diferența dintre bateriile Li─Ion și Li─Pol. Ele se referă la caracteristicile lor electrice și sunt apropiate. Dar modelele polimerice folosesc un electrolit solid. Componenta gel este adăugată la electrolit pentru a reduce rezistența internă a bateriei și pentru a stimula procesele de schimb ionic.

În ceea ce privește intensitatea lor energetică, bateriile cu polimer litiu au o intensitate energetică specifică de 4-5 ori mai mare și de 3-4 ori mai mare. Ambele tipuri aparțin . Comparația se face cu acestea, deoarece bateriile cu litiu au înlocuit în mare măsură bateriile alcaline în electronicele mobile.

Bateriile Li-Pol au o resursă de 500-600 de cicluri de încărcare-descărcare (la un curent de descărcare de 2C). Conform acestui indicator, ele sunt inferioare celor de cadmiu (1 mie de cicluri) și corespund aproximativ celor cu hidrură metalică. Tehnologia de producție și designul sunt îmbunătățite în mod constant, iar în viitor, probabil, caracteristicile se vor îmbunătăți. De asemenea, este de remarcat faptul că în 1-2 ani o baterie polimerică își pierde aproximativ 20% din capacitatea sa. În acest parametru ele corespund bateriilor ionice.

Trebuie remarcat faptul că printre bateriile polimerice pentru uz comercial există 2 mari categorii. Acestea sunt obișnuite și cu descărcare rapidă. Acestea din urmă sunt adesea numite Hi descărcare. Diferența dintre aceste grupuri este curentul de descărcare maxim admisibil. Poate fi indicat în valoare absolută sau ca multiplu al capacității nominale.

De exemplu, 3C. Pentru bateriile convenționale, curentul maxim de descărcare nu este mai mare de 3-5C. Modelele cu descărcare rapidă au un curent de descărcare maxim de 8─10C. Greutatea bateriilor cu descărcare rapidă este cu aproximativ 20 la sută mai mare decât cea a modelelor standard. Marcajul acestor baterii conține simbolurile HC sau HD.

KKM2500 desemnează un model obișnuit cu o capacitate de 2500 mAh, iar marcajul KKM2000HD reprezintă o baterie cu descărcare rapidă cu o capacitate de 2000 mAh. Modelele cu descărcare rapidă nu sunt utilizate în aparatele electrocasnice și electronice de larg consum. Bateriile de la telefoane mobile și tablete nu pot rezista curenților mari de descărcare și, prin urmare, sunt echipate cu protecție împotriva unor astfel de moduri de funcționare.

Domeniile de aplicare ale bateriilor cu polimer litiu decurg din sarcinile care au fost puse pe parcursul dezvoltării lor. Acest lucru mărește timpul de funcționare al dispozitivului și reduce greutatea acestuia. Modelele standard Li─Pol funcționează în diverse electronice cu un consum redus de curent. Acestea sunt laptopuri, smartphone-uri, e-reader, tablete.

Modelele care oferă descărcare rapidă sunt numite și „putere”. Sunt utilizate în dispozitive în care este necesar un consum mare de curent. Cel mai cunoscut domeniu de aplicare pentru bateriile „putere” sunt modelele controlate radio. Această piață este cea mai atractivă pentru producătorii de baterii polimerice. În domeniul de funcționare a dispozitivelor cu curenți de descărcare foarte mari (până la 50 C), bateriile cu litiu polimer sunt inferioare celor alcaline. Poate că în viitor modelele cu litiu vor depăși această limitare. În ceea ce privește prețul, sunt aproximativ la fel ca hidrura de nichel-metal.

Funcționarea bateriilor cu litiu polimer

Siguranță

Bateriile cu litiu, în general, și bateriile cu polimer în special, necesită o manipulare destul de delicată în timpul funcționării. Ce trebuie să rețineți când utilizați baterii Li─Pol:

Încărcarea excesivă a bateriei este dăunătoare (peste 4,2 volți per celulă a bateriei);
Nu trebuie permise scurtcircuite;
Este inacceptabil să se descarce cu curenți care duc la încălzirea bateriei cu mai mult de 60 de grade Celsius;
Bateria nu poate fi depresurizată;
Nu descărcați bateria sub 3 volți;
Încălzirea peste 60 de grade este inacceptabilă;
Depozitarea descărcată nu este permisă.

Nerespectarea acestor reguli poate duce la un incendiu în cel mai rău caz și, în cel mai bun caz, o pierdere semnificativă a capacității.

În acest sens, putem da câteva recomandări pentru utilizarea în siguranță a bateriilor cu litiu polimer. În primul rând, ar trebui să achiziționați un încărcător de înaltă calitate și să setați setările corecte pe acesta. În plus, se recomandă utilizarea conectorilor care nu permit scurtcircuite. Asigurați-vă că monitorizați curentul consumat de dispozitiv.

De asemenea, este de remarcat faptul că trebuie să respectați regimul de temperatură și să preveniți supraîncălzirea bateriei polimer. Acesta este punctul slab al tuturor bateriilor cu litiu. Dacă bateria se încălzește până la 70 de grade, atunci începe o reacție spontană în ea, care transformă energia în căldură. Rezultatul este aprinderea și uneori explozie. Dacă este posibil să se controleze tensiunea bateriei, atunci aceasta ar trebui monitorizată îndeaproape la sfârșitul descărcării.

Un alt motiv pentru care bateriile cu litiu se defectează este depresurizarea. În niciun caz, aerul nu trebuie să pătrundă în interiorul recipientului bateriei polimer. Inițial, carcasa este sigilată și nu trebuie supusă la impact sau scăpată. Dacă lipiți cabluri, atunci trebuie să faceți acest lucru extrem de atent.

Înainte de a depozita o baterie polimerică, este recomandat să o încărcați la jumătate. Bateria trebuie depozitată într-un loc răcoros ferit de lumina directă a soarelui. Ca toate bateriile, bateriile cu litiu polimer au auto-descărcare, dar este mai mică decât cea a bateriilor cu plumb sau alcaline.

O baterie electrică este o sursă chimică reutilizabilă de curent electric. În bateriile de acest tip apar procese chimice interne reversibile, care asigură utilizarea lor ciclică repetată (încărcare/descărcare) pentru stocarea energiei electrice și alimentarea diferitelor echipamente electrice în absența accesului la o rețea electrică casnică.

Principiul de funcționare al bateriilor se bazează pe reversibilitatea reacțiilor chimice care au loc în acestea. Acumularea încărcării bateriei se realizează prin încărcarea acesteia, adică prin trecerea unui curent electric în sens opus față de mișcarea curentului atunci când bateria este descărcată.

O baterie este mai multe baterii conectate împreună într-un circuit electric.

Principala caracteristică a bateriei este capacitatea sa. Capacitatea bateriei este încărcarea maximă utilizabilă a bateriei. Sau, cu alte cuvinte, capacitatea bateriei este cantitatea de energie pe care o oferă o baterie complet încărcată atunci când este descărcată la cea mai mică tensiune admisă. În sistemul SI, capacitatea bateriei este măsurată în coulombi, dar de obicei se folosește o unitate care nu este de sistem - amperi-oră. 1 A/h = 3600 C. De asemenea, capacitatea bateriei poate fi indicată în wați oră. O altă caracteristică principală a bateriilor electrice este tensiunea de ieșire a bateriei. Cunoscând tensiunea de ieșire a bateriei, puteți converti cu ușurință capacitatea bateriei indicată în wați-oră la cea mai comună amperi-oră.

Caracteristicile electrice ale bateriilor depind de materialul electrozilor și de compoziția electrolitului. Tabelul de mai jos prezintă cele mai utilizate tipuri de baterii electrice.

Tip baterie	Tensiune de ieșire (V)	Zona de aplicare
Acid de plumb		troleibuze, tramvaie, mașini, motociclete, stivuitoare electrice, stivuitoare, tractoare electrice, alimentare de urgență, surse de alimentare neîntreruptibile
nichel-cadmiu (NiCd)		scule electrice de constructii, troleibuze, aparate electrocasnice
hidrură de nichel metal (NiMH)		aparate electrocasnice, masini electrice
litiu-ion (Li‑ion)	3,7 (3.6)	dispozitive mobile, scule electrice pentru construcții, vehicule electrice
polimer de litiu (Li-pol)	3,7 (3.6)	dispozitive mobile, vehicule electrice
nichel-zinc (NiZn)		aparate electrocasnice

Pe măsură ce bateria este utilizată, tensiunea de ieșire și curentul acesteia scad. Când toată încărcarea este folosită, bateria nu mai funcționează. Încărcați bateriile de la orice sursă de curent continuu cu o tensiune mai mare, limitând în același timp curentul. De obicei, curentul de încărcare, măsurat în amperi, este de 1/10 din capacitatea nominală a bateriei (în amperi oră). Unele tipuri de baterii au limitări diferite care trebuie luate în considerare atunci când încărcați bateria și când o utilizați. De exemplu, bateriile NiMH sunt sensibile la supraîncărcare, în timp ce bateriile cu litiu sunt sensibile la supradescărcare, tensiune și temperatura ambiantă. Bateriile NiCd și NiMH au un „efect de memorie”. Se exprimă printr-o scădere a capacității bateriei atunci când se încarcă o baterie incomplet descărcată. De asemenea, aceste tipuri de baterii au o auto-descărcare semnificativă, adică își pierd treptat încărcarea chiar și atunci când nu sunt conectate la o sarcină. Încărcarea prin picurare ajută la combaterea acestui efect.

baterie litiu-ion (Li-ion)- un tip de baterie electrică care este cel mai utilizat în dispozitivele electronice moderne de consum. Acum astfel de baterii sunt folosite în telefoane mobile, laptopuri, tablete, mașini electrice, camere digitale, camere video etc.

Pentru prima dată, G.N a preluat dezvoltarea bateriilor cu litiu. Lewis în 1912. Dar abia în anii 1970 au început să apară primele exemple comerciale de celule primare cu litiu.

În anii 80 ai secolului trecut, s-au efectuat un număr mare de experimente, în timpul cărora s-a constatat că, la ciclul unei surse de curent cu un electrod metalic de litiu, pe suprafața litiului se formează dendrite. Ca rezultat, dendritele cresc la electrodul pozitiv și are loc un scurtcircuit în interiorul celulei cu litiu. Acest lucru a scos din funcțiune astfel de surse de energie. Temperatura din interiorul bateriei atinge punctul de topire al litiului. Acest lucru face ca bateria să explodeze.

În efortul de a dezvolta o sursă sigură de energie cu litiu, inginerii au condus la înlocuirea litiului metalic instabil în ciclu din baterie cu compuși interstițiali de litiu în oxizi de carbon și metale de tranziție. Cele mai frecvent utilizate materiale pentru crearea bateriilor cu litiu sunt grafitul și oxidul de litiu cobalt (LiCoO2). Într-o astfel de baterie, în timpul încărcării-descărcării, ionii de litiu se deplasează de la un electrod de implantare la altul și înapoi. Deși astfel de materiale electrozi au o energie electrică specifică care este de câteva ori mai mică decât cea a litiului, bateriile bazate pe acestea sunt mult mai sigure. Primele baterii litiu-ion au fost dezvoltate de Sony în 1991. În prezent, Sony este cel mai mare producător de baterii pe bază de litiu.

Caracteristici:

Densitatea energetică: de la 110 la 200 W*h/kg

Rezistență internă: 150 până la 250 mOhm (pentru baterie de 7,2 V)

Numărul de cicluri de încărcare/descărcare până la pierderea capacității de 20%: de la 500 la 1000

Timp de încărcare rapidă: 2-4 ore

Supraîncărcare admisă: foarte scăzută

Autodescărcare la temperatura camerei: aproximativ 7% pe an

Tensiunea maximă a celulei: aproximativ 4,2 V (bateria complet încărcată)

Tensiune minimă: aproximativ 2,5 V (bateria complet descărcată)

Curent de sarcină raportat la capacitate (C):

Vârf: peste 2C

Cel mai acceptabil: nu mai mult de 1C

Interval de temperatură de funcționare: -20 °C până la +60 °C

Dispozitiv .

Inițial, cocsul a fost folosit ca anozi, dar mai târziu a fost folosit grafit. Ca catod se folosesc oxizii de litiu cu cobalt sau mangan.

Când bateriile cu litiu-ion sunt încărcate, are loc următoarea reacție chimică:

pe catozi: LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe −

pe anozi: С + xLi + + xe − → CLi x

În timpul încărcării bateriei, are loc o reacție inversă.

Avantajele bateriilor cu litiu.

1. Densitate mare de energie.

2. Autodescărcare scăzută.

3. Fără „efect de memorie”.

4. Ușurință în utilizare.

Dezavantajele bateriilor cu litiu.

1. Bateriile cu litiu-ion sunt susceptibile la distrugere explozivă atunci când sunt supraîncărcate sau supraîncălzite. Pentru a evita acest efect, toate bateriile cu litiu de uz casnic sunt echipate cu un circuit electronic încorporat care controlează încărcarea bateriei, prevenind supraîncărcarea și supraîncălzirea acesteia.

2. Dacă nu sunt utilizate cu grijă, bateriile pot avea un ciclu de viață mai scurt decât alte tipuri de baterii. O descărcare profundă a bateriei distruge complet celulele cu litiu-ion.

3. Condițiile optime de depozitare pentru bateriile litiu-ion se realizează la încărcare de 40-50% din capacitatea bateriei și la o temperatură ambientală de aproximativ 5 °C. Temperatura scăzută este un factor mai important pentru pierderea redusă de capacitate în timpul depozitării pe termen lung.

4. Condițiile stricte de încărcare pentru bateriile litiu-ion fac ca utilizarea acestora în energie alternativă să fie extrem de incomodă. Acest lucru se întâmplă deoarece turbinele eoliene și panourile solare nu pot furniza un curent constant pe tot parcursul ciclului de încărcare.

Îmbătrânire.

Chiar dacă nu se folosește o baterie cu litiu, aceasta începe să îmbătrânească imediat după producție.

Bateriile cu polimer litiu și litiu-ion își pierd capacitatea atunci când sunt încărcate, spre deosebire de bateriile cu nichel și nichel-hidrură metalică. Cu cât este mai mare încărcarea bateriei și temperatura în timpul depozitării, cu atât durata de viață a acestuia este mai scurtă. Este mai bine să păstrați bateriile cu litiu încărcate cu 40-50% și la o temperatură de 0 până la 10 °C. Supraîncărcarea, precum și supradescărcarea, reduce capacitatea acestor baterii.

Baterie cu litiu polimer (Li-pol sau Li-polimer)- Acesta este cel mai avansat design al unei baterii litiu-ion. Utilizează un material polimeric cu incluziuni de umplutură conducătoare de litiu asemănătoare gelului ca electrolit. Sunt utilizate pe scară largă în smartphone-uri, telefoane mobile și alte echipamente digitale.

Bateriile obișnuite de uz casnic cu litiu-polimer nu pot furniza un curent ridicat, dar au fost dezvoltate baterii speciale cu litiu-polimer de putere care pot furniza un curent de 10 sau mai multe ori valoarea numerică a capacității. Astfel de baterii sunt utilizate pe scară largă în modelele controlate radio, precum și în sculele electrice și în unele vehicule electrice moderne. Baterii similare sunt folosite în noua tehnologie de conversie a energiei de frânare - KERS.

Avantajele bateriilor cu litiu polimer.

1. Densitate mare de energie pe unitate de volum și masă.

2. Autodescărcare scăzută.

3. Grosimea mică a elementelor - de la 1 mm.

4. Capacitatea de a obține forme foarte flexibile;

5. Nu o cădere mare de tensiune pe măsură ce descărcarea progresează.

6. Numărul de cicluri de funcționare este de la 300 la 500, cu curenți de descărcare de 2C până la o pierdere de capacitate de 20%.

Dezavantajele bateriilor cu litiu polimer.

1. Bateriile sunt un pericol de incendiu dacă sunt supraîncărcate sau supraîncălzite. Pentru a evita acest efect, toate bateriile cu litiu de uz casnic sunt echipate cu un circuit electronic încorporat care controlează încărcarea bateriei, prevenind supraîncărcarea și supraîncălzirea acesteia. Sunt necesari, de asemenea, algoritmi speciali de încărcare.

2. Intervalul de temperatură de funcționare al bateriilor cu polimer litiu este limitat. Aceste elemente nu funcționează bine la frig.

La fel ca bateriile cu litiu-ion, bateriile cu litiu polimer sunt supuse îmbătrânirii.

Atenţie! Când utilizați materialele site-ului, este necesar un link către.

Bateriile cu litiu polimer reprezintă un design îmbunătățit al bateriilor litiu-ion celebre în lume. Este planificat ca aceste dispozitive să înlocuiască în curând dispozitivele de nichel-hidrură metalică și nichel-cadmiu de pe piață. baterii. Celulele cu polimer de litiu sunt din ce în ce mai folosite într-o mare varietate de dispozitive electronice ca sursă de energie. Cu aceeași greutate, capacitatea lor energetică este de câteva ori mai mare decât structurile de nichel-hidrură metalică și nichel-cadmiu.

Potenţial, celulele cu polimer de litiu vor costa mai puţin decât bateriile cu litiu-ion. Cu toate acestea, în acest moment sunt încă destul de scumpe. În prezent, doar câteva companii mari sunt angajate în producția lor. Sunt similare ca design cu celulele litiu-ion, dar folosesc electrolit de heliu. Drept urmare, ele se disting printr-un curent de descărcare scăzut, o densitate semnificativă de energie și un număr semnificativ de cicluri de încărcare și descărcare. Forma lor poate fi foarte diferită și ei înșiși se remarcă prin greutatea lor ușoară și compactitate.

feluri

În prezent, bateriile cu litiu-polimer pot fi de mai multe tipuri, care diferă în structura electrolitului:

Articole având electrolit omogen asemănător gelului , care este creat prin introducerea de săruri de litiu în compoziția polimerilor.
Articole având electrolit polimer uscat . Acest tip este produs pe baza de oxid de polietilenă folosind o varietate de săruri de litiu.
Având electrolit cu matrice polimerică , având o structură microporoasă. Conține componente neapoase ale sărurilor de litiu.

Datorită faptului că în elementul polimer este utilizat un electrolit lichid, siguranța lor de funcționare este cu un ordin de mărime mai mare. În plus, ele pot fi fabricate în diverse forme și configurații.

Unele celule cu polimer de litiu sunt fabricate dintr-un polimer metalic. Cu toate acestea, la temperaturi scăzute, parametrii unor astfel de baterii sunt reduse semnificativ datorită cristalizării polimerului.

Există dezvoltări ale bateriilor polimerice care folosesc un anod metalic. Unele companii au reușit să extindă semnificativ intervalul de temperatură de funcționare și densitatea de curent. Aceste tipuri de baterii pot fi utilizate în diverse aparate electrocasnice și electronice.

În același timp, diferiți producători folosesc diferite materiale pentru electrozi, structură electrolitică și tehnologie de asamblare. Ca rezultat, bateriile fabricate pot avea parametri complet diferiți. Dar toate companiile producătoare de astfel de baterii observă că funcționarea stabilă a bateriilor litiu-polimer este asigurată de omogenitatea electrolitului polimeric. Aceasta, la rândul său, depinde de numărul de componente, precum și de temperatura de polimerizare.

Opțiunile de baterie sunt deja produse cu o grosime de doar 1 milimetru. Datorită acestui fapt, producătorii pot produce dispozitive mobile foarte compacte.

De asemenea, bateriile cu litiu polimer care sunt disponibile comercial sunt împărțite în:

Regulat.
Descărcare rapidă.

Dispozitiv

Bateriile cu polimer de litiu funcționează pe principiul deplasării unui număr de elemente polimerice în substanțe semiconductoare, cu condiția ca în ele să fie incluși ioni de electroliți. Ca urmare, are loc o creștere semnificativă a conductibilității. Conform designului, aceste baterii se disting prin compoziția lor electrolitică.

Esența tehnologiei polimerilor este că un electrolit este aplicat pe o peliculă de plastic. Nu permite conducerea energiei electrice, dar permite schimbul de ioni. Cu alte cuvinte, electrolitul polimer înlocuiește separatorul poros standard impregnat cu electrolit lichid. Datorită designului polimer uscat, este posibil să se asigure o grosime minimă a celulei de aproximativ 1 mm, siguranță în utilizare și ușurință în producție. Datorită acestui design, dezvoltatorii au posibilitatea de a implementa astfel de baterii în pantofi, îmbrăcăminte, echipamente miniaturale și alte dispozitive.

Dar o baterie polimerică uscată are dezavantaje sub formă de conductivitate redusă și rezistență internă a polimerilor, ceea ce este inacceptabil pentru o serie de dispozitive mobile puternice. Pentru a face o baterie polimerică mică mai avansată, la electrolit se adaugă un anumit procent de celule gel. Majoritatea bateriilor comerciale utilizate în prezent în telefoanele mobile sunt hibrizi polimer-gel. Bateriile hibride sunt în prezent cele mai populare.

Principiul de funcționare

Bateriile cu polimer litiu funcționează pe un principiu similar cu celulele litiu-ion, ceea ce înseamnă că funcționează pe o reacție chimică reversibilă. Aici, anodul este un material de carbon în care sunt introduși ioni de litiu. Catodul folosește oxizi de vanadiu, mangan sau cobalt. Funcționarea unei astfel de baterii se bazează pe capacitatea polimerilor de a se transforma într-o stare de semiconductor datorită includerii ionilor electrolitici în ei.

Sărurile de litiu sunt încă folosite ca bază chimică a electrolitului. Cu toate acestea, ele sunt amplasate într-un distanțier polimeric corespunzător, care este situat între catod și anod. Datorită acestui fapt, bateriile cu polimer de litiu pot fi fabricate în orice formă arbitrară. Ele pot fi amplasate într-o varietate de locații inaccesibile, deschizând noi posibilități pentru producătorii de electronice.

Aplicație

Bateriile cu litiu polimer sunt din ce în ce mai folosite. Astfel de baterii pot crește semnificativ durata de funcționare a dispozitivului cu o greutate redusă a bateriei. Datorită acestui fapt, este posibil să obțineți un purtător de energie care va avea o capacitate de câteva ori mai mare. Utilizarea bateriilor cu descărcare rapidă va oferi performanțe și mai mari. Prin urmare, astfel de baterii devin o opțiune excelentă pentru modelele de avioane și elicoptere controlate radio, inclusiv pentru alte dispozitive controlate radio.

Aplicație Li-Pol bateriile face posibilă reducerea greutății bateriei și creșterea perioadei de funcționare a dispozitivelor. Bateriile cu polimer de litiu au demonstrat performanțe excelente la elicopterele mici, cum ar fi Piccolo. Astfel de dispozitive sunt capabile să zboare cu astfel de baterii timp de 30 de minute sau mai mult. Aceste elemente sunt o opțiune bună pentru structurile zburătoare mici.

Bateriile tipice cu polimer de litiu sunt folosite ca surse de alimentare, care sunt necesare pentru dispozitivele electronice care consumă relativ puțin curent. Acestea ar putea fi laptopuri, smartphone-uri și așa mai departe. Bateriile cu descărcare rapidă sunt utilizate în dispozitivele în care este necesar un consum mare de curent. Bateriile similare sunt folosite în instrumentele electrice moderne, portabile și dispozitivele controlate radio.

Limitări de utilizare

Aceste baterii vor fi utilizate pe scară largă în industria auto în viitor. Astăzi sunt folosite pentru a crea noi tehnologii și a testa vehicule electrice. Cu toate acestea, există anumite restricții care împiedică utilizarea acestor baterii peste tot.

Bateriile cu litiu polimer necesită un mod special de încărcare. În principiu, acest lucru nu este dificil, dar obișnuitul nu poate fi folosit pentru asta. Acest lucru se datorează faptului că sunt un pericol de incendiu în perioada de supradescărcare. Pentru a combate acest fenomen, toate astfel de baterii au un sistem electronic care previne supradescărcarea și supraîncălzirea.
Dacă bateria cu litiu polimer nu este utilizată corect, poate provoca un incendiu.
Bateria cu litiu polimer nu trebuie folosită imediat după încărcare. În primul rând, ar trebui să fie răcit la temperatura ambiantă. În caz contrar, bateria poate fi deteriorată.
Scurtcircuit nu este permis.
Depresurizarea bateriei nu este permisă.
Descărcarea bateriei este sub 3 volți.
Nu încălziți peste 60 de grade.
Bateriile nu trebuie expuse la microunde sau presiune. Acest lucru poate duce la fum, incendiu și consecințe mai grave.
Este necesar să protejați bateria de deteriorare și șoc. Solicitarea mecanică puternică poate duce la deteriorarea structurii interne.

Cu toate acestea, aceste dezavantaje nu împiedică utilizarea lor într-o mare varietate de domenii. În viitor, toate aceste neajunsuri vor fi compensate prin introducerea de noi tehnologii și dezvoltări.

Beneficiile bateriilor cu polimer litiu

Densitate energetică destul de mare.
Mic parametru de auto-descărcare.
Nu există efect de memorie.
Bateriile cu litiu polimer sunt ușor superioare față de omologii lor cu litiu în ceea ce privește capacitatea bateriei și durata de utilizare.
Producerea bateriilor de numai un milimetru grosime.
Aplicații într-un interval de temperatură destul de larg: de la minus 20 la plus 40 de grade Celsius.
Posibilitatea de a da bateriei forme diferite.
Scădere ușoară de tensiune în timpul descărcării.