Care este diferența dintre o baterie cu polimer litiu și o baterie cu ioni? Li-Ion sau Li-Po: Care este diferența și ce să alegeți

Progresul tehnic este o mașină care se rostogolește fără oprire! Combustibilul pentru această mașină reprezintă din ce în ce mai multe probleme noi ale lumii noastre moderne. Amintiți-vă, nu cu mult timp în urmă erau folosite bateriile cu nichel-cadmiu (NiCd), acestea au fost înlocuite cu hidrură de nichel-metal (NiMH). Dar astăzi bateriile litiu-ion (Li-ion) încearcă să ia locul bateriilor litiu-polimer (Li-pol). Care este diferența dintre Li-pol și Li-ion? Care sunt avantajele polimerului de litiu față de bateriile cu ioni de litiu? Să încercăm să ne dăm seama.

Când cumpărăm un telefon sau o tabletă, puțini oameni își pun întrebarea - ce fel de baterie este înăuntru? Abia mai târziu, când ne confruntăm cu problema de descărcare rapidă a gadgetului, începem să aruncăm o privire mai detaliată asupra „interiorului” dispozitivului nostru.

Bateriile cu litiu au devenit cunoscute în 1912, când au început primele experimente, dar nu au fost utilizate pe scară largă. Și abia în anii 70, șase decenii mai târziu, aceste elemente de încărcare și-au luat locul în aproape toate dispozitivele de uz casnic. Să subliniem că deocamdată vorbim doar de baterii, nu de baterii reîncărcabile.

Litiul este cel mai ușor metal, oferă, de asemenea, cea mai mare densitate de energie și are un potențial electrochimic semnificativ. Bateriile, care se bazează pe electrozi cu litiu metalic, au o capacitate mare și o tensiune ridicată. În anii 80, în urma a numeroase studii, s-a dovedit că funcționarea ciclică a bateriilor cu litiu (procesul de încărcare/descărcare) duce la aprinderea încărcătoarelor, iar după acestea, gadget-urile în sine. Deci, în 1991, câteva mii de telefoane au fost rechemate în Japonia din cauza unui pericol de incendiu. Datorită acestor proprietăți periculoase ale litiului, oamenii de știință și-au îndreptat toate eforturile către bateriile cu litiu nemetalice bazate pe ioni de litiu. Și după ceva timp, a fost creată o versiune mai sigură a încărcătorului, care a fost numită litiu-ion (Li-ion).

Astăzi, bateria litiu-ion se găsește în aproape toate dispozitivele mobile, are un număr mare de soiuri, are o mulțime de calități pozitive, dar și dezavantaje, despre care vom vorbi mai detaliat.

Avantajele bateriilor litiu-ion:

Densitate mare de energie și, ca rezultat, capacitate mare

Autodescărcare scăzută

Tensiune ridicată a unui singur element. Acest lucru simplifică designul - adesea bateria constă dintr-un singur element. Mulți producători folosesc astăzi o astfel de baterie cu o singură celulă în telefoanele mobile (amintiți-vă Nokia)

Cost redus de întreținere (costuri de exploatare)

Niciun efect de memorie care necesită cicluri periodice de descărcare pentru a restabili capacitatea.

Defecte:

Bateria necesită un circuit de protecție încorporat (care îi crește și mai mult costul) care limitează tensiunea maximă pe fiecare celulă a bateriei în timpul încărcării și împiedică scăderea prea mică a tensiunii celulei la descărcare.

Bateria este supusă îmbătrânirii, chiar dacă nu este folosită și doar stă pe un raft. Procesul de îmbătrânire este tipic pentru majoritatea bateriilor Li-ion. Din motive evidente, producătorii tac cu privire la această problemă. O ușoară scădere a capacității devine vizibilă după doar un an, indiferent dacă bateria a fost în uz sau nu. După doi sau trei ani devine adesea inutilizabil

Cost mai mare comparativ cu bateriile NiCd.

Baterii litiu-ion sunt în continuă îmbunătățire, tehnologia se îmbunătățește. Și această baterie ar fi bună pentru toată lumea dacă nu ar fi problemele de siguranță asociate cu utilizarea sa și prețul ridicat. Toate aceste motive au devenit baza creației baterii cu litiu polimer (Li-pol sau Li-polimer). Cel mai evident și cel mai elementar diferența dintre Li-pol și Li-ion este tipul de electrolit folosit. Utilizarea electrolitului polimer solid reduce semnificativ costul creării unei baterii și o face mai sigură și, de asemenea, vă permite să creați încărcătoare mai subțiri. De ce bateria litiu-polimer nu și-a înlocuit complet predecesorul? Una dintre variantele posibile exprimate de experți este că investitorii care au investit sume mari în dezvoltarea și implementarea în masă a bateriilor Li-ion încearcă să returneze investiția.

Să rezumam. În general, o baterie litiu-polimer este o versiune mai avansată a unei baterii litiu-ion. Judecă singur:

Avantajele bateriilor Li-pol și Li-ion

Pentru a rezuma, putem spune că, datorită tehnologiei moderne, avem două tipuri de baterii externe fiabile. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor mobile, odată cu apariția smartphone-urilor, tabletelor și a multor alte gadget-uri digitale, odată cu crearea de aplicații consumatoare de energie, utilizatorii se confruntă cu problema unei „baterie uzate”. Desigur, atât bateriile Li-ion, cât și Li-Pol și-au găsit imediat utilizarea în încărcătoarele externe.

Aceasta este o soluție excelentă pentru viața modernă. Cel mai important lucru atunci când alegeți un powerbank este să nu întâlniți escroci (am scris mai multe despre cum să distingem un fals de un original , dar despre cum să înțelegeți cu 100% certitudine de pe site-ul unui magazin că vă vor vinde un fals -

Interesul crescând al consumatorilor pentru gadgeturile mobile și echipamentele portabile avansate tehnologic, în general, obligă producătorii să-și îmbunătățească produsele într-o varietate de direcții. În același timp, există o serie de parametri generali, lucru asupra căruia se desfășoară în aceeași direcție. Acestea includ metoda de alimentare cu energie. Cu doar câțiva ani în urmă, participanții activi pe piață puteau observa procesul de deplasare cu elemente mai avansate de origine nichel-hidrură metalică (NiMH). Astăzi, noile generații de baterii concurează între ele. Utilizarea pe scară largă a tehnologiei litiu-ion în unele segmente este înlocuită cu succes de bateria litiu-polimer. Diferența față de cea ionică din noua unitate nu este atât de vizibilă pentru utilizatorul obișnuit, dar în unele aspecte este semnificativă. În același timp, ca și în cazul concurenței dintre elementele NiCd și NiMH, tehnologia de înlocuire este departe de a fi impecabilă și, în unele privințe, este inferioară analogului său.

Dispozitiv cu baterie Li-ion

Primele modele de baterii seriale pe bază de litiu au început să apară la începutul anilor 1990. Cu toate acestea, cobaltul și manganul au fost apoi folosite ca electrolit activ. În cele moderne, nu atât substanța este importantă, cât configurația plasării acesteia în bloc. Astfel de baterii constau din electrozi care sunt separați printr-un separator cu pori. Masa separatorului, la rândul său, este impregnată cu electrolit. În ceea ce privește electrozii, aceștia sunt reprezentați de o bază catodică pe folie de aluminiu și un anod de cupru. În interiorul blocului, acestea sunt conectate între ele prin bornele colectoarelor de curent. Menținerea încărcăturii se realizează prin încărcarea pozitivă a ionului de litiu. Acest material este avantajos prin faptul că are capacitatea de a pătrunde cu ușurință în rețelele cristaline ale altor substanțe, formând legături chimice. Cu toate acestea, calitățile pozitive ale unor astfel de baterii se dovedesc din ce în ce mai mult a fi insuficiente pentru sarcinile moderne, ceea ce a dus la apariția celulelor Li-pol, care au multe caracteristici. În general, merită remarcată similitudinea surselor de alimentare cu litiu-ion cu bateriile cu heliu de dimensiune completă pentru mașini. În ambele cazuri, bateriile sunt proiectate pentru a fi practice din punct de vedere fizic. În parte, această direcție de dezvoltare a fost continuată de elementele polimerice.

Design baterie cu litiu polimer

Impulsul pentru îmbunătățirea bateriilor cu litiu a fost nevoia de a combate două deficiențe ale bateriilor Li-ion existente. În primul rând, sunt nesigure de utilizat și, în al doilea rând, sunt destul de scumpe. Tehnologii au decis să scape de aceste dezavantaje prin schimbarea electrolitului. Ca rezultat, separatorul poros impregnat a fost înlocuit cu un electrolit polimeric. Trebuie remarcat faptul că polimerul a fost folosit anterior pentru nevoi electrice ca folie de plastic care conduce curentul. Într-o baterie modernă, grosimea elementului Li-pol ajunge la 1 mm, ceea ce înlătură și restricțiile privind utilizarea diferitelor forme și dimensiuni de la dezvoltatori. Dar principalul lucru este că nu există electrolit lichid, ceea ce elimină riscul de aprindere. Acum merită să aruncăm o privire mai atentă asupra diferențelor față de celulele cu litiu-ion.

Care este principala diferență față de o baterie ionică?

Diferența fundamentală este abandonarea heliului și a electroliților lichizi. Pentru o înțelegere mai completă a acestei diferențe, merită să apelăm la modelele moderne de baterii auto. Necesitatea înlocuirii electrolitului lichid a fost, din nou, din motive de siguranță. Dar dacă în cazul bateriilor auto, progresul s-a oprit la aceiași electroliți poroși cu impregnare, atunci modelele cu litiu au primit o bază solidă cu drepturi depline. Ce este atât de bun la o baterie cu polimer de litiu cu stare solidă? Diferența față de cea ionică este că substanța activă sub formă de placă în zona de contact cu litiul previne formarea dendritelor în timpul ciclării. Acest factor elimină posibilitatea de explozii și incendii ale unor astfel de baterii. Este vorba doar despre avantaje, dar există și puncte slabe în noile baterii.

Durată de viață a bateriei cu litiu polimer

În medie, astfel de baterii pot rezista la aproximativ 800-900 de cicluri de încărcare. Acest indicator este modest în comparație cu analogii moderni, dar nici măcar acest factor nu poate fi considerat ca determinând resursa unui element. Cert este că astfel de baterii sunt supuse unei îmbătrâniri intense, indiferent de natura utilizării. Adică, chiar dacă bateria nu este folosită deloc, durata de viață a acesteia va fi redusă. Nu contează dacă este o baterie litiu-ion sau o celulă litiu-polimer. Toate sursele de alimentare pe bază de litiu sunt caracterizate prin acest proces. O pierdere semnificativă de volum poate fi observată într-un an de la achiziție. După 2-3 ani, unele baterii se defectează complet. Dar multe depind de producător, deoarece în cadrul segmentului există și diferențe în ceea ce privește calitatea bateriei. Probleme similare apar cu celulele NiMH, care sunt supuse îmbătrânirii din cauza fluctuațiilor bruște de temperatură.

Defecte

Pe lângă problemele legate de îmbătrânirea rapidă, astfel de baterii necesită un sistem suplimentar de protecție. Acest lucru se datorează faptului că tensiunea internă în diferite zone poate duce la epuizare. Prin urmare, se folosește un circuit special de stabilizare pentru a preveni supraîncălzirea și supraîncărcarea. Același sistem implică și alte dezavantaje. Principala este limitarea actuală. Dar, pe de altă parte, circuitele de protecție suplimentare fac bateria cu polimer litiu mai sigură. Există și o diferență față de ionic în ceea ce privește costul. Bateriile polimer sunt mai ieftine, dar nu cu mult. Prețul lor crește și datorită introducerii circuitelor electronice de protecție.

Caracteristicile operaționale ale modificărilor de tip gel

Pentru a crește conductivitatea electrică, tehnologii încă adaugă un electrolit asemănător gelului elementelor polimerice. Nu se vorbește despre o tranziție completă la astfel de substanțe, deoarece aceasta contrazice conceptul acestei tehnologii. Dar în tehnologia portabilă, bateriile hibride sunt adesea folosite. Particularitatea lor este sensibilitatea la temperatură. Producătorii recomandă utilizarea acestor modele de baterii în condiții cuprinse între 60°C și 100°C. Această cerință a determinat și o nișă specială de aplicare. Modelele de tip gel pot fi folosite doar in locuri cu clima calda, ca sa nu mai vorbim de nevoia de a fi scufundate intr-o carcasa termoizolata. Cu toate acestea, întrebarea ce baterie să alegeți - Li-pol sau Li-ion - nu este atât de presantă în întreprinderi. Acolo unde temperatura are o influență deosebită, se folosesc adesea soluții combinate. În astfel de cazuri, elementele polimerice sunt de obicei folosite ca elemente de rezervă.

Metoda optimă de încărcare

Timpul obișnuit de reîncărcare pentru bateriile cu litiu este în medie de 3 ore. Mai mult, în timpul procesului de încărcare unitatea rămâne rece. Umplerea are loc în două etape. La prima, tensiunea atinge valori de vârf, iar acest mod se menține până ajunge la 70%. Restul de 30% este câștigat în condiții normale de stres. O altă întrebare interesantă este cum să încărcați o baterie litiu-polimer dacă trebuie să-i mențineți în mod constant capacitatea maximă? În acest caz, ar trebui să urmați programul de reîncărcare. Se recomandă efectuarea acestei proceduri aproximativ la fiecare 500 de ore de funcționare cu o descărcare completă.

Precauții

În timpul funcționării, trebuie să utilizați numai un încărcător care îndeplinește specificațiile, conectându-l la o rețea cu o tensiune stabilă. De asemenea, este necesar să verificați starea conectorilor, astfel încât bateria să nu se deschidă. Este important de luat în considerare că, în ciuda gradului ridicat de siguranță, acesta este încă un tip de baterie sensibilă la suprasarcină. Celula de litiu-polimer nu tolerează curentul excesiv, răcirea excesivă a mediului extern și șocul mecanic. Cu toate acestea, conform tuturor acestor indicatori, blocurile de polimer sunt încă mai fiabile decât cele cu litiu-ion. Totuși, principalul aspect al siguranței constă în inofensivitatea surselor de alimentare cu stare solidă - desigur, cu condiția ca acestea să fie păstrate sigilate.

Ce baterie este mai bună - Li-pol sau Li-ion?

Această problemă este determinată în mare măsură de condițiile de funcționare și de instalația de alimentare cu energie țintă. Principalele beneficii ale dispozitivelor polimerice sunt mai probabil să fie resimțite de producătorii înșiși, care pot folosi mai liber noile tehnologii. Pentru utilizator, diferența va fi abia vizibilă. De exemplu, în ceea ce privește modul de încărcare a unei baterii cu polimer de litiu, proprietarul va trebui să acorde mai multă atenție calității sursei de alimentare. În ceea ce privește timpul de încărcare, acestea sunt elemente identice. În ceea ce privește durabilitatea, situația în acest parametru este, de asemenea, ambiguă. Efectul de îmbătrânire caracterizează elementele polimerice într-o măsură mai mare, dar practica arată exemple diferite. De exemplu, există recenzii despre celulele litiu-ion care devin inutilizabile după doar un an de utilizare. Iar cele polimerice din unele dispozitive sunt folosite timp de 6-7 ani.

Concluzie

Există încă multe mituri și opinii false în jurul bateriilor care se referă la diferite nuanțe de funcționare. Dimpotrivă, unele caracteristici ale bateriei sunt oprite de producători. Cât despre mituri, unul dintre ele este infirmat de bateria cu litiu polimer. Diferența față de analogul ionic este că modelele polimerice suferă mai puțin stres intern. Din acest motiv, sesiunile de încărcare a bateriilor care nu s-au epuizat încă nu au un efect dăunător asupra caracteristicilor electrozilor. Dacă vorbim despre faptele ascunse de producători, atunci unul dintre ele se referă la durabilitate. După cum sa menționat deja, durata de viață a bateriei este caracterizată nu numai de o rată modestă a ciclurilor de încărcare, ci și de pierderea inevitabilă a volumului util al bateriei.

Baterii litiu-ion și litiu-polimer

Gândirea ingineriei este în continuă evoluție: este stimulată de problemele care apar constant, care necesită dezvoltarea de noi tehnologii pentru a fi rezolvate. La un moment dat, bateriile cu nichel-cadmiu (NiCd) au fost înlocuite cu nichel-hidrură metalică (NiMH), iar acum bateriile cu litiu-ion (Li-ion) încearcă să ia locul bateriilor cu litiu-ion (Li-ion). Bateriile NiMH au înlocuit într-o oarecare măsură NiCd-ul, dar datorită avantajelor incontestabile ale acestuia din urmă, cum ar fi capacitatea de a furniza un curent ridicat, un cost scăzut și o durată lungă de viață, nu au putut să le înlocuiască complet. Dar cum rămâne cu bateriile cu litiu? Care sunt caracteristicile lor și prin ce diferă bateriile Li-pol de Li-ion? Să încercăm să înțelegem această problemă.

De regulă, atunci când cumpărăm un telefon mobil sau un laptop, toți nu ne gândim la ce fel de baterie se află în interior și la ce diferă aceste dispozitive în general. Și abia atunci, după ce am întâlnit în practică calitățile de consum ale anumitor baterii, începem să analizăm și să alegem. Pentru cei care se grăbesc și doresc să obțină imediat un răspuns la întrebarea care baterie este optimă pentru un telefon mobil, voi răspunde pe scurt - Li-ion. Următoarele informații sunt destinate celor curioși.

În primul rând, o scurtă excursie în istorie.

Primele experimente privind crearea bateriilor cu litiu au început în 1912, dar abia șase decenii mai târziu, la începutul anilor '70, au fost introduse pentru prima dată în dispozitivele de uz casnic. Mai mult, permiteți-mi să subliniez, acestea au fost doar baterii. Încercările ulterioare de a dezvolta baterii cu litiu (baterii reîncărcabile) au eșuat din cauza problemelor de siguranță. Litiul, cel mai ușor dintre toate metalele, are cel mai mare potențial electrochimic și oferă cea mai mare densitate de energie. Bateriile care folosesc electrozi cu litiu metalic oferă atât tensiune înaltă, cât și capacitate excelentă. Dar, ca urmare a numeroaselor studii din anii 80, s-a constatat că funcționarea ciclică (încărcare - descărcare) a bateriilor cu litiu duce la modificări ale electrodului cu litiu, în urma cărora stabilitatea termică scade și există o amenințare a stării termice. scăpând de sub control. Când se întâmplă acest lucru, temperatura elementului se apropie rapid de punctul de topire al litiului - și începe o reacție violentă, aprinzând gazele eliberate. De exemplu, un număr mare de baterii cu litiu pentru telefoane mobile expediate în Japonia în 1991 au fost rechemate după mai multe incidente de incendiu.

Din cauza instabilității inerente a litiului, cercetătorii și-au îndreptat atenția către bateriile cu litiu nemetalice bazate pe ioni de litiu. După ce au pierdut puțin din densitatea energiei și luând unele măsuri de precauție la încărcare și descărcare, au primit așa-numitele baterii Li-ion mai sigure.

Densitatea de energie a bateriilor Li-ion este de obicei de două ori mai mare decât a NiCd standard, iar în viitor, datorită utilizării de noi materiale active, este de așteptat să o crească și mai mult și să obțină o superioritate de trei ori față de NiCd. Pe lângă capacitatea mare, bateriile Li-ion se comportă similar cu NiCd-urile atunci când sunt descărcate (caracteristicile lor de descărcare sunt similare ca formă și diferă doar ca tensiune).

Astăzi, există multe varietăți de baterii Li-ion și puteți vorbi mult timp despre avantajele și dezavantajele unui tip sau altul, dar este imposibil să le distingeți după aspect. Prin urmare, vom observa doar acele avantaje și dezavantaje care sunt caracteristice tuturor tipurilor de aceste dispozitive și vom lua în considerare motivele care au dus la nașterea bateriilor litiu-polimer.

Principalele avantaje.

Densitate mare de energie și, ca urmare, capacitate mare cu aceleași dimensiuni în comparație cu bateriile pe bază de nichel.
Autodescărcare scăzută.
Tensiune ridicată a unei singure celule (3,6 V față de 1,2 V pentru NiCd și NiMH), ceea ce simplifică designul - adesea bateria este formată dintr-o singură celulă. Mulți producători folosesc astăzi o astfel de baterie cu o singură celulă în telefoanele mobile (amintiți-vă Nokia). Cu toate acestea, pentru a oferi aceeași putere, trebuie furnizat un curent mai mare. Și aceasta necesită asigurarea unei rezistențe interne scăzute a elementului.
Costurile reduse de întreținere (operare) rezultă din absența efectului de memorie, necesitând cicluri periodice de descărcare pentru a restabili capacitatea.

Defecte.

Tehnologia de fabricare a bateriilor Li-ion se îmbunătățește constant. Este actualizat aproximativ o dată la șase luni și este dificil de înțeles cum se „comporta” bateriile noi după depozitare pe termen lung.

Într-un cuvânt, o baterie Li-ion ar fi bună pentru toată lumea dacă nu ar fi problemele cu asigurarea siguranței funcționării acesteia și costul ridicat. Încercările de a rezolva aceste probleme au dus la apariția bateriilor cu litiu-polimer (Li-pol sau Li-polimer).

Principala lor diferență față de Li-ion se reflectă în nume și constă în tipul de electrolit utilizat. Inițial, în anii 70, s-a folosit un electrolit polimer solid uscat, asemănător foliei de plastic și care nu conduce electricitatea, dar permite schimbul de ioni (atomi sau grupuri de atomi încărcate electric). Electrolitul polimer înlocuiește eficient separatorul poros tradițional impregnat cu electrolit.

Acest design simplifică procesul de producție, este mai sigur și permite producerea de baterii subțiri, cu formă liberă. În plus, absența electrolitului lichid sau în gel elimină posibilitatea de aprindere. Grosimea elementului este de aproximativ un milimetru, astfel încât dezvoltatorii de echipamente sunt liberi să aleagă forma, forma și dimensiunea, inclusiv implementarea acesteia în fragmente de îmbrăcăminte.

Dar până acum, din păcate, bateriile uscate Li-polimer au conductivitate electrică insuficientă la temperatura camerei. Rezistența lor internă este prea mare și nu poate furniza cantitatea de curent necesară pentru comunicațiile moderne și alimentarea cu energie a hard disk-urilor computerelor laptop. În același timp, atunci când este încălzit la 60 ° C sau mai mult, conductivitatea electrică a polimerului de litiu crește la un nivel acceptabil, dar acest lucru nu este potrivit pentru utilizare în masă.

Cercetătorii continuă să dezvolte baterii Li-polimer cu un electrolit solid uscat care funcționează la temperatura camerei. Se preconizează că astfel de baterii vor deveni disponibile comercial până în 2005. Acestea vor fi stabile, vor permite 1000 de cicluri complete de încărcare-descărcare și vor avea o densitate de energie mai mare decât bateriile Li-ion de astăzi

Între timp, unele tipuri de baterii Li-polimer sunt acum folosite ca surse de alimentare de rezervă în climatele calde. De exemplu, unii producători instalează în mod special elemente de încălzire care mențin o temperatură favorabilă bateriei.

Vă puteți întreba: cum poate fi asta? Bateriile Li-polimer se vând pe scară largă pe piață, producătorii echipează telefoanele și calculatoarele cu ele, dar aici spunem că nu sunt încă pregătite pentru utilizare comercială. Este foarte simplu. În acest caz, vorbim de baterii care nu au electrolit solid uscat. Pentru a crește conductivitatea electrică a bateriilor mici Li-polimer, li se adaugă o anumită cantitate de electrolit asemănător gelului. Și majoritatea bateriilor Li-polimer folosite astăzi pentru telefoanele mobile sunt de fapt hibrizi, deoarece conțin un electrolit asemănător gelului. Ar fi mai corect să le numim polimer litiu-ion. Dar majoritatea producătorilor le etichetează pur și simplu ca Li-polimer în scopuri publicitare. Să ne oprim mai în detaliu asupra acestui tip de baterii litiu-polimer, deoarece în acest moment sunt de cel mai mare interes.

Deci, care este diferența dintre o baterie Li-ion și o baterie Li-polimer cu electrolit în gel adăugat? Deși caracteristicile și eficiența ambelor sisteme sunt în mare măsură similare, unicitatea bateriei cu polimer Li-ion (o puteți numi așa) este că încă folosește un electrolit solid, înlocuind un separator poros. Electrolitul de gel este adăugat numai pentru a crește conductivitatea ionică.

Dificultățile tehnice și întârzierile în creșterea producției au întârziat introducerea bateriilor cu polimer Li-ion. Acest lucru este cauzat, potrivit unor experți, de dorința investitorilor care au investit mulți bani în dezvoltarea și producția în masă a bateriilor Li-ion de a-și recupera investițiile. Prin urmare, nu se grăbesc să treacă la noi tehnologii, deși cu producția în masă a bateriilor cu polimer Li-ion vor fi mai ieftine decât cele cu litiu-ion.

Și acum despre caracteristicile de funcționare a bateriilor Li-ion și Li-polimer.

Principalele lor caracteristici sunt foarte asemănătoare. Încărcarea bateriilor Li-ion este descrisă suficient de detaliat în articol. În plus, voi oferi doar un grafic (Fig. 1) din, ilustrând etapele de încărcare, și mici explicații la acesta.

Timpul de încărcare pentru toate bateriile Li-ion cu un curent de încărcare inițial de 1C (egal numeric cu valoarea nominală a capacității bateriei) este în medie de 3 ore. Încărcarea completă se realizează atunci când tensiunea bateriei este egală cu pragul superior și când curentul de încărcare este redus la un nivel aproximativ egal cu 3% din valoarea inițială. Bateria rămâne rece în timpul încărcării. După cum se poate observa din grafic, procesul de încărcare constă din două etape. În prima (puțin peste o oră), tensiunea crește la un curent de încărcare inițial aproape constant de 1C până la atingerea pragului superior de tensiune. În acest moment, bateria este încărcată la aproximativ 70% din capacitatea sa. La începutul celei de-a doua etape, tensiunea rămâne aproape constantă, iar curentul scade până ajunge la 3%. După aceasta, încărcarea se oprește complet.

Dacă trebuie să păstrați bateria încărcată tot timpul, este recomandat să o reîncărcați după 500 de ore sau 20 de zile. De obicei, se realizează când tensiunea la bornele bateriei scade la 4,05 V și se oprește când ajunge la 4,2 V.

Câteva cuvinte despre intervalul de temperatură în timpul încărcării. Cele mai multe tipuri de baterii Li-ion pot fi încărcate cu un curent de 1C la temperaturi de la 5 la 45°C. La temperaturi de la 0 la 5 °C, se recomandă încărcarea cu un curent de 0,1 C. Încărcarea la temperaturi sub zero este interzisă. Temperatura optimă pentru încărcare este de 15 până la 25 °C.

Procesele de încărcare în bateriile Li-polimer sunt aproape identice cu cele descrise mai sus, astfel încât consumatorul nu are absolut nevoie să știe care dintre cele două tipuri de baterii are în mână. Și toate acele încărcătoare pe care le-a folosit pentru bateriile Li-ion sunt potrivite pentru Li-polimer.

Și acum despre condițiile de descărcare. De obicei, bateriile Li-ion se descarcă la o valoare de 3,0 V per celulă, deși pentru unele soiuri pragul inferior este de 2,5 V. Producătorii de echipamente alimentate cu baterii proiectează de obicei dispozitive cu un prag de oprire de 3,0 V (pentru toate ocaziile). Ce înseamnă acest lucru? Tensiunea bateriei scade treptat la pornirea telefonului, iar imediat ce ajunge la 3,0 V, dispozitivul te va avertiza si se va opri. Totuși, asta nu înseamnă deloc că a încetat să mai consume energie din baterie. Energia, deși mică, este necesară pentru a detecta când este apăsată tasta de pornire a telefonului și alte funcții. În plus, energia este consumată de propriul circuit intern de control și protecție, iar autodescărcarea, deși mică, este încă tipică chiar și pentru bateriile pe bază de litiu. Ca urmare, dacă bateriile cu litiu sunt lăsate pentru o perioadă lungă de timp fără reîncărcare, tensiunea de pe acestea va scădea sub 2,5 V, ceea ce este foarte rău. În acest caz, circuitul intern de control și protecție poate fi dezactivat și nu toate încărcătoarele vor putea încărca astfel de baterii. În plus, descărcarea profundă afectează negativ structura internă a bateriei în sine. O baterie complet descărcată trebuie încărcată în prima etapă cu un curent de numai 0,1C. Pe scurt, bateriilor le place să fie într-o stare încărcată mai degrabă decât într-o stare descărcată.

Câteva cuvinte despre condițiile de temperatură în timpul descărcării (citiți în timpul funcționării).

În general, bateriile Li-ion funcționează cel mai bine la temperatura camerei. Funcționarea în condiții mai calde va reduce serios durata de viață a acestora. Deși, de exemplu, o baterie cu plumb-acid are cea mai mare capacitate la temperaturi de peste 30 °C, funcționarea pe termen lung în astfel de condiții scurtează durata de viață a bateriei. La fel, Li-ion are performanțe mai bune la temperaturi ridicate, care contracarează inițial creșterea rezistenței interne a bateriei care rezultă din îmbătrânire. Dar creșterea producției de energie este de scurtă durată, deoarece temperaturile în creștere favorizează, la rândul lor, îmbătrânirea accelerată, însoțită de o creștere suplimentară a rezistenței interne.

Singurele excepții în acest moment sunt bateriile cu polimer de litiu cu electrolit polimer solid uscat. Acestea necesită o temperatură vitală de 60 °C până la 100 °C. Și astfel de baterii și-au găsit nișa pe piața surselor de rezervă în climă caldă. Sunt amplasate într-o carcasă izolată termic cu elemente de încălzire încorporate alimentate de la o rețea externă. Bateriile cu polimer Li-ion ca rezervă sunt considerate a fi superioare ca capacitate și durabilitate față de bateriile VRLA, mai ales în condiții de teren unde controlul temperaturii nu este posibil. Dar prețul lor ridicat rămâne un factor limitativ.

La temperaturi scăzute, eficiența bateriilor din toate sistemele electrochimice scade brusc. În timp ce bateriile NiMH, SLA și Li-ion nu mai funcționează la -20°C, bateriile NiCd continuă să funcționeze până la -40°C. Permiteți-mi doar să observ că din nou vorbim doar despre bateriile de utilizare largă.

Este important de reținut că, deși o baterie poate funcționa la temperaturi scăzute, asta nu înseamnă că poate fi încărcată și în aceste condiții. Reacția la încărcare a majorității bateriilor la temperaturi foarte scăzute este extrem de limitată, iar curentul de încărcare în aceste cazuri ar trebui redus la 0,1C.

In concluzie, as dori sa remarc ca puteti pune intrebari si discuta probleme legate de Li-ion, Li-polymer, precum si alte tipuri de baterii, pe forumul din subforumul accesorii.

La scrierea acestui articol s-au folosit materiale [—Baterie pentru dispozitive mobile și laptopuri. Analizoare de baterii.

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 polimer litiu 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 fabricat din oxid de polietilenă cu diferite 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 obțină o densitate mare de curent și o extindere semnificativă a intervalului de temperatură de funcționare. Aceste tipuri de baterii pot fi folosite 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.
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	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	Puncți cu un ac	Incalzire pana la 200°C
Explozie, scurgeri de electroliți	Puncți cu un ac	Curent de scurtcircuit
Scurgeri de electroliți, creșterea temperaturii cu 100°C	Reîncărcare (600%)	Balonare

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.

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 provin din sarcinile care au fost stabilite în timpul 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-readere, 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

Siguranţă

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.

Dacă aceste reguli nu sunt respectate, acest lucru poate duce la un incendiu în cel mai rău caz și, în cel mai bun caz, la o pierdere semnificativă a capacității.

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.

Aproape toate gadgeturile electronice moderne sunt echipate cu baterii cu polimer de litiu. Ele sunt utilizate pe scară largă pe modele zburătoare controlate radio, quadcoptere, elicoptere și avioane. Bateriile cu litiu-polimer au multe avantaje, inclusiv densitate mare de energie, auto-descărcare scăzută și absența așa-numitului „efect de memorie”.

Drept urmare, pentru modelele cu unități de alimentare Li Pol, practic nu există o alternativă demnă la baterie. Este de așteptat ca acestea să fie folosite din ce în ce mai pe scară largă, mai ales în domenii precum vehiculele aeriene fără pilot, vehiculele electrice etc.

În ciuda tuturor avantajelor, bateriile LiPol au reputația de surse de energie capricioase, periculoase și de scurtă durată. De fapt, aceste neajunsuri sunt oarecum exagerate. Dacă este utilizat corect, problemele vor fi reduse la minimum.

Reguli de încărcare

Pentru a vă asigura că nu există probleme în operarea sursei de alimentare, este necesar să încărcați corect bateriile LiPo. În caz contrar, există un risc mare de deteriorare și chiar de ardere spontană. Să vedem cum să încărcați corect o baterie cu polimer de litiu pentru a evita posibile probleme:

Încărcarea bateriilor Li Pol are loc în două faze (metoda CC-CV). În prima etapă, tensiunea pe toate băncile de baterii crește. Până la sfârșitul fazei ajunge la 4,2 volți. De fapt, în acest moment încărcarea bateriilor Li Pol ajunge la 95%. Apoi începe a doua fază. Pentru a preveni supraîncărcarea, care este dăunătoare unei baterii cu litiu-polimer, curentul este redus. Dacă tensiunea depășește 4,25 volți, riscul arderii spontane crește.
Nu este recomandat să lăsați sursa de alimentare să se descarce complet înainte de reîncărcare, ar trebui să rămână aproximativ 10-20% în ea, altfel se va eșua rapid.
Este important să vă asigurați că tensiunea nu scade sub 3 volți pe fiecare bancă. Cu o astfel de scădere a tensiunii, există un risc mare ca bateria să se umfle. În acest caz, o baterie LiPo umflată își va pierde mai mult de 50% din capacitatea sa. Dacă o baterie LiPo este umflată, tot ce trebuie să faci este să o arunci - pierderea capacității este ireversibilă.

Faptul că sursele de alimentare cu polimer de litiu se umflă este una dintre problemele grave în funcționarea lor. Toate băncile ar trebui să fie încărcate și descărcate în mod egal. În acest caz, încărcătorul pentru bateriile cu polimer de litiu monitorizează doar tensiunea totală, dar cu o împrăștiere mare de indicatori, probabilitatea ca bateria LiPo să fie umflată crește semnificativ. Acest lucru duce, de asemenea, la supraîncărcarea cutiilor individuale, crescând riscul arderii spontane.

Pentru a rezolva această problemă, încărcarea bateriilor Li Pol trebuie făcută folosind un echilibrator care este capabil să monitorizeze tensiunea pe fiecare bancă, sau un încărcător cu echilibrator încorporat. Nu încărcați sursa de alimentare a unui încărcător cu temporizator. Dacă curentul este insuficient, încărcătorul se va opri fără a-l încărca complet. Curentul de încărcare nu trebuie să depășească 1C și să fie mai mic de 0,5C. De asemenea, trebuie să rețineți că cu cât este mai mare capacitatea bateriei LiPo, cu atât va dura mai mult pentru încărcare.

Operațiunea

Pentru a prelungi durata de viață a dispozitivelor Li Pol, sau cel puțin pentru a nu o scurta, este importantă și utilizarea corectă a bateriilor. Când încărcăm sursa de alimentare, nu trebuie să-i lăsăm să se încălzească peste 60 de grade. Dacă are loc încălzire, bateria trebuie lăsată să se răcească înainte de utilizare. De asemenea, nu ar trebui să încărcați o unitate supraîncălzită.

O baterie complet descărcată nu trebuie lăsată pentru depozitare. Asigurați-vă că îl încărcați. Cei mai optimi indicatori sunt 60%. În general, dacă sunt respectate aceste reguli simple, nu există probleme cu utilizarea bateriilor litiu-polimer.