Sự khác biệt giữa pin lithium polymer và lithium ion là gì? Pin: Li-ion, Li-Pol, Li-ion-pol và nguyên tắc hoạt động của chúng

Tiến bộ đang tiến về phía trước và để thay thế NiCd (niken-cadmium) và NiMh (niken-kim loại hydrua) được sử dụng truyền thống, chúng ta có cơ hội sử dụng pin lithium. Với trọng lượng tương đương của một phần tử, chúng có công suất cao hơn so với NiCd và NiMH, ngoài ra, điện áp phần tử của chúng cao hơn ba lần - 3,6V/phần tử thay vì 1,2V. Vì vậy, đối với hầu hết các kiểu máy, pin hai hoặc ba cell là đủ.

Trong số các loại pin lithium, có hai loại chính - lithium-ion (Li-Ion) và lithium polymer (LiPo, Li-Po hoặc Li-Pol). Sự khác biệt giữa chúng là loại chất điện phân được sử dụng. Trong trường hợp LiIon, đây là chất điện phân dạng gel; trong trường hợp LiPo, nó là một loại polymer đặc biệt được bão hòa bằng dung dịch chứa lithium. Nhưng để sử dụng trong các mô hình nhà máy điện, pin lithium-polymer được sử dụng rộng rãi nhất, vì vậy chúng ta sẽ nói về chúng trong tương lai. Tuy nhiên, sự phân chia chặt chẽ ở đây là rất tùy tiện, vì cả hai loại khác nhau chủ yếu ở chất điện phân được sử dụng và mọi điều sẽ nói về pin lithium-polymer hầu như áp dụng đầy đủ cho pin lithium-ion (sạc, xả, tính năng vận hành, biện pháp phòng ngừa an toàn ) . Từ quan điểm thực tế, mối quan tâm duy nhất của chúng tôi là pin lithium polymer hiện cung cấp dòng xả cao hơn. Vì vậy, trên thị trường mẫu, chúng chủ yếu được cung cấp dưới dạng nguồn năng lượng cho các nhà máy điện.

Các đặc điểm chính

Pin lithium-polymer có cùng trọng lượng vượt quá cường độ năng lượng của NiCd gấp 4-5 lần, NiMH gấp 3-4 lần. Số chu kỳ hoạt động là 500-600, với dòng phóng điện là 2C cho đến khi mất công suất 20% (để so sánh - đối với NiCd - 1000 chu kỳ, đối với NiMH - 500). Nói chung, vẫn còn rất ít dữ liệu về số chu kỳ vận hành và các đặc tính của chúng được đưa ra trong trường hợp này phải được xem xét một cách nghiêm túc. Ngoài ra, công nghệ sản xuất của họ đang được cải thiện và có thể hiện tại số liệu về loại pin này đã khác. Cũng giống như tất cả các loại pin, pin lithium có thể bị lão hóa. Sau 2 năm, pin mất khoảng 20% ​​dung lượng.

Trong số các loại pin lithium-polymer năng lượng được bán trên thị trường, có thể phân biệt hai nhóm chính - mức xả cao (xả Hi) và thông thường. Chúng khác nhau ở dòng xả tối đa - nó được biểu thị bằng ampe hoặc đơn vị dung lượng pin, được ký hiệu bằng chữ “C”. Ví dụ: nếu dòng xả là 3C và dung lượng pin là 1 Ah thì dòng điện sẽ là 3 A.

Theo quy định, dòng xả tối đa của pin thông thường không vượt quá 3C, một số nhà sản xuất chỉ ra 5C. Pin xả nhanh cho phép dòng xả lên tới 8-10C. Những loại pin như vậy nặng hơn một chút so với các loại pin có dòng điện thấp (khoảng 20%) và tên của chúng chứa các chữ cái HD hoặc HC sau số dung lượng, ví dụ: KKM1500 là pin thông thường có dung lượng 1500 mAh và KKM1500HD là pin thông thường. pin xả nhanh. Mình xin ghi ngay một lưu ý nhỏ cho những ai thích thử nghiệm. Pin xả nhanh không được sử dụng trong các thiết bị gia dụng. Do đó, nếu bạn có ý tưởng mua pin từ điện thoại di động hoặc máy quay phim với giá rẻ thì thật khó để mong đợi một kết quả tốt. Rất có thể, pin như vậy sẽ chết rất nhanh do vi phạm các chế độ hoạt động đã định.

Ứng dụng và chi phí

Việc sử dụng pin lithium-polymer cho phép bạn giải quyết hai vấn đề quan trọng - tăng thời gian hoạt động của động cơ và giảm trọng lượng của pin.

Khi thay pin 8,4 V NiMH 650 mAh bằng hai pin lithium thông thường, không xả nhanh có dung lượng 2 Ah, chúng ta có được một viên pin có dung lượng gấp 3 lần, nhẹ hơn 11 g và có điện áp thấp hơn một chút (7,2 volt) ! Và nếu bạn sử dụng pin xả nhanh, thì máy bay lớn có thể bay mà không thua kém về sức mạnh so với động cơ đốt trong. Để khẳng định điều này, vị trí thứ 7 tại Giải vô địch nhào lộn trên không thế giới F3A đã thuộc về một người Mỹ trên chiếc máy bay điện. Hơn nữa, đó không phải là một chiếc còi nhỏ mà là một chiếc máy bay hai mét bình thường, giống như những người tham gia khác có mô hình động cơ đốt trong!

Pin lithium polymer đã được chứng minh rất tốt trên các máy bay trực thăng nhỏ như Piccolo hay Hummingbird - ví dụ, ngay cả khi sử dụng động cơ chải tiêu chuẩn, thời gian bay trên hai ngân hàng 1 Ah là hơn 25 phút! Và khi thay thế động cơ bằng động cơ không chổi than - hơn 45 phút!

Và tất nhiên, pin lithium đơn giản là không thể thay thế khi nói đến máy bay trong nhà nặng 4-20 g, trong lĩnh vực này, NiCd không thể so sánh với chúng - đơn giản là không có loại pin nào như vậy (ví dụ: một viên 45 mAh có thể nặng 1 g, 150 mAh - 3,2 d), với trọng lượng nhỏ như vậy sẽ cung cấp năng lượng cần thiết - dù chỉ trong 1 phút!

Lĩnh vực duy nhất mà pin lithium-polymer vẫn thua kém Ni-Cd là khu vực có dòng xả siêu cao (40-50C). Nhưng sự tiến bộ đang tiến về phía trước và có thể trong vài năm nữa chúng ta sẽ nghe về những thành công mới trong lĩnh vực này - xét cho cùng, 2 năm trước cũng chưa có ai nghe nói đến pin lithium phóng điện nhanh...

Ví dụ, đây là những đặc điểm chính của pin Kokam LiPo:

Tên	Dung lượng, mAh	Kích thước, mm	Trọng lượng, g	Dòng điện tối đa
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

Xét về giá cả, xét về dung lượng, pin lithium polymer có giá ngang ngửa NiMH.

Nhà sản xuất của

Hiện nay, có một số nhà sản xuất pin lithium polymer. Người dẫn đầu về số lượng pin được sản xuất và một trong những loại pin đầu tiên về chất lượng là Kokam. Còn được gọi là Thunder Power, I-Rate, E-Tec và Tanic (có lẽ đây là tên thứ hai của Thunder Power hoặc là một trong những người bán Thunder Power dưới tên riêng của nó). Bạn có thể xem các loại Kokam trên trang web www.fmadirect.com, pin từ các nhà sản xuất khác nhau được cung cấp trên trang web www.b-p-p.com và www.lightflightrc.com.

Ngoài ra còn có Platinum Polymer, được cung cấp trên trang web www.batteriesamerica.com, có lẽ là tên gọi khác của I-Rate.

Phạm vi dung lượng pin rất rộng – từ 50 đến 3000 mAh. Để có được dung lượng lớn, sử dụng kết nối song song của pin.

Tất cả các pin đều có hình dạng phẳng. Theo quy định, độ dày của chúng nhỏ hơn 3 lần so với cạnh ngắn nhất và kết luận được đưa ra ở mặt ngắn dưới dạng tấm phẳng.

Theo như tôi biết, I-Rate chưa tạo ra pin xả nhanh và pin của chúng có một đặc điểm: một trong các điện cực là nhôm và việc hàn nó rất khó khăn. Điều này khiến họ bất tiện khi tự lắp ráp pin.

Pin E-Tec nằm ở giữa, chúng không được công bố là có khả năng xả nhanh nhưng dòng xả của chúng cao hơn pin thông thường - 5-7C.

Dẫn đầu về mức độ phổ biến là Kokam và Thunder Power, trong đó Kokam chủ yếu được sử dụng ở các mẫu xe hạng nhẹ và trung bình, và Thunder Power ở các mẫu xe vừa, lớn và khổng lồ (hơn 10 kg!). Rõ ràng, điều này là do giá cả và sự sẵn có của các tổ hợp mạnh mẽ trong phạm vi - lên đến 30 volt và công suất 8Ah. Tiếp theo là Tanic và E-tec nhưng ít đề cập đến I-rate. Vì lý do nào đó, Platinum Polymer chỉ phổ biến ở Mỹ và hầu như chỉ được sử dụng trên những người bay chậm.

Sạc pin Lithium Polymer

Pin được sạc theo thuật toán khá đơn giản - sạc từ nguồn điện áp không đổi 4,20 volt/cell với giới hạn dòng điện là 1C. Quá trình sạc được coi là hoàn thành khi dòng điện giảm xuống 0,1-0,2C. Sau khi chuyển sang chế độ ổn định điện áp ở dòng điện 1C, pin tăng khoảng 70-80% công suất. Mất khoảng 2 giờ để sạc đầy. Bộ sạc phải tuân theo các yêu cầu khá nghiêm ngặt về độ chính xác của việc duy trì điện áp khi kết thúc quá trình sạc - không kém hơn 0,01 V/cell.

Trong số các bộ sạc trên thị trường, chúng ta có thể phân biệt các loại chính - bộ sạc đơn giản, không phải “máy tính”, ở mức giá 10-40 USD, chỉ dành cho pin lithium và loại phổ thông - ở mức giá 120-400 USD , dành cho nhiều loại pin khác nhau, bao gồm cả LiPo và Li-Ion.

Những cái đầu tiên, theo quy định, chỉ có đèn báo sạc LED, số lượng lon và dòng điện trong chúng được đặt bằng các nút nhảy. Ưu điểm của bộ sạc như vậy là giá thấp. Hạn chế chính là một số người trong số họ không biết cách chỉ ra chính xác thời điểm kết thúc khoản phí. Chúng chỉ hiển thị thời điểm chuyển từ chế độ ổn định dòng điện sang chế độ ổn định điện áp, chiếm khoảng 70-80% công suất. Để hoàn tất quá trình sạc, bạn cần đợi thêm 30-40 phút nữa.

Nhóm bộ sạc thứ hai có khả năng rộng hơn nhiều, theo quy định, chúng đều hiển thị điện áp, dòng điện và dung lượng (mAh) mà pin “chấp nhận” trong quá trình sạc, điều này cho phép bạn xác định chính xác hơn mức độ sạc của pin.

Khi sử dụng bộ sạc, điều quan trọng nhất là phải đặt đúng số lượng lon cần thiết trong pin và dòng sạc trên bộ sạc. Dòng sạc thường là 1C.

Vận hành và phòng ngừa

Có thể nói rằng pin lithium-polymer là loại pin “mỏng manh” nhất hiện nay, nghĩa là chúng yêu cầu bắt buộc phải tuân thủ một số quy tắc đơn giản nhưng bắt buộc, do không tuân thủ sẽ xảy ra hỏa hoạn hoặc pin “chết”. ”.

Chúng tôi liệt kê chúng theo thứ tự nguy hiểm giảm dần:

1. Sạc tới điện áp lớn hơn 4,20 volt/tế bào.
2. Đoản mạch pin.
3. Xả khi dòng điện vượt quá khả năng chịu tải hoặc làm nóng pin trên 60°C.
4. Xả dưới điện áp 3,00 volt/cell.
5. Pin nóng lên trên 60°C.
6. Giảm áp suất của pin.
7. Lưu trữ ở trạng thái xả.

Việc không tuân thủ ba điểm đầu tiên sẽ dẫn đến hỏa hoạn, tất cả những điểm khác - mất hoàn toàn hoặc một phần công suất.

Từ tất cả những gì đã nói, có thể rút ra kết luận sau:

Để tránh hỏa hoạn, bạn phải có một bộ sạc thông thường và đặt chính xác số lon cần sạc trên đó. Cũng cần phải sử dụng các đầu nối để loại bỏ khả năng chập điện của pin (vì điều này, bạn tôi đã có một bàn để sạc pin và đốt rèm) và để kiểm soát dòng điện mà động cơ tiêu thụ ở mức “hết ga”. ”. Ngoài ra, không nên che pin ở tất cả các phía khỏi luồng không khí trên mô hình và nếu không thể, thì nên cung cấp các kênh làm mát đặc biệt.

Trong trường hợp dòng điện tiêu thụ của động cơ lớn hơn 2C và ắc quy trên model bị đóng các phía, sau 5-6 phút cho mô tơ chạy, bạn nên dừng máy rồi rút ra và chạm vào pin. để xem có nóng quá không. Thực tế là sau khi làm nóng trên một nhiệt độ nhất định (khoảng 70 độ), một "phản ứng dây chuyền" bắt đầu xảy ra trong pin, biến năng lượng tích trữ trong pin thành nhiệt, pin sẽ lan rộng theo đúng nghĩa đen, đốt cháy mọi thứ có thể cháy.

Nếu bạn làm chập mạch một cục pin gần như đã cạn điện, sẽ không có hiện tượng cháy, pin sẽ chết một cách lặng lẽ và bình yên do xả quá mức... Điều này dẫn đến nguyên tắc quan trọng thứ hai: theo dõi điện áp khi hết pin và đảm bảo ngắt kết nối pin sau khi sử dụng!

Một số bộ điều khiển tốc độ (Jeti đặc biệt mắc lỗi này) không ngừng tiêu thụ dòng điện sau khi tắt công tắc tiêu chuẩn. Tôi không biết điều gì đã khiến người Séc đưa ra quyết định kỳ lạ như vậy. Nhưng thực tế là hầu hết tất cả các mẫu bộ điều khiển cho động cơ không chổi than Jetti (bao gồm cả dòng “Nâng cao” mới), có BEC, tức là bộ ổn định nguồn điện cho máy thu và máy từ nguồn điện, đều không cung cấp đầy đủ khử năng lượng của mạch bằng một công tắc tiêu chuẩn. Chỉ bộ thu và servo bị tắt và bộ điều khiển tiếp tục tiêu thụ dòng điện khoảng 20 mA. Điều này đặc biệt nguy hiểm, vì bạn không thể thấy rằng nguồn điện đã bật, ô tô đứng yên, động cơ im lặng... Và nếu bạn quên kết nối pin trong một hoặc hai ngày, hóa ra bạn có thể nói lời tạm biệt với nó - nó không thích lithium phóng điện sâu.

Tất nhiên, bạn nên nhớ rằng bộ điều khiển động cơ phải có khả năng hoạt động với pin lithium, tức là có điện áp tắt động cơ có thể điều chỉnh được. Và chúng ta không được quên lập trình bộ điều khiển theo số lượng lon cần thiết. Tuy nhiên, hiện nay đã xuất hiện một thế hệ bộ điều khiển mới có chức năng tự động xác định số lượng hộp được kết nối.

Giảm áp suất là một lý do khác khiến pin lithium bị hỏng, vì không khí không thể lọt vào bên trong tế bào. Điều này có thể xảy ra nếu lớp bảo vệ bên ngoài bị hỏng (pin được bọc kín trong bao bì như ống co nhiệt), do va đập hoặc hư hỏng bởi vật sắc nhọn hoặc nếu cực pin quá nóng trong quá trình hàn. Kết luận - không thả từ độ cao lớn và hàn cẩn thận.

Theo khuyến cáo của nhà sản xuất, pin nên được bảo quản ở trạng thái sạc được 50-70%, tốt nhất là ở nơi thoáng mát, nhiệt độ không cao hơn 20°C. Bảo quản ở trạng thái xả điện ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ sử dụng - giống như tất cả các loại pin, pin lithium-polymer có khả năng tự phóng điện nhỏ.

Lắp ráp pin

Để có được pin có dòng điện cao hoặc dung lượng cao, người ta sử dụng kết nối song song của pin. Nếu bạn mua pin làm sẵn, thì bằng cách đánh dấu, bạn có thể biết nó chứa bao nhiêu lon và cách chúng được kết nối. Chữ P (song song) sau số cho biết số lượng hộp được kết nối song song và S (nối tiếp) - nối tiếp. Ví dụ: “Kokam 1500 3S2P” nghĩa là pin được nối nối tiếp từ 3 cặp pin, mỗi cặp được tạo thành từ 2 pin mắc song song có dung lượng 1500 mAh, tức là dung lượng pin sẽ là 3000 mAh (khi được kết nối song song, công suất tăng) và điện áp – 3,7 * 3 = 11,1V..

Nếu bạn mua riêng pin thì trước khi kết nối chúng với pin, bạn cần cân bằng tiềm năng của chúng. Điều này đặc biệt đúng đối với tùy chọn kết nối song song, vì trong trường hợp này, một ngân hàng sẽ bắt đầu sạc ngân hàng kia và dòng sạc có thể vượt quá 1C. Nên xả tất cả các lon mua về điện áp 3 volt với dòng điện 0,1C - 0,2C trước khi kết nối. Điện áp phải được theo dõi bằng vôn kế kỹ thuật số có độ chính xác ít nhất 0,5%. Điều này sẽ đảm bảo hiệu suất pin đáng tin cậy trong tương lai.

Bạn cũng nên thực hiện cân bằng tiềm năng (cân bằng) ngay cả trên các pin có thương hiệu đã được lắp ráp trước khi sạc lần đầu tiên, vì nhiều công ty lắp ráp các tế bào vào pin không cân bằng chúng trước khi lắp ráp.

Do công suất giảm do hoạt động, trong mọi trường hợp, bạn không nên thêm ngân hàng mới nối tiếp với ngân hàng cũ - pin sẽ không cân bằng.

Tất nhiên, bạn cũng không thể kết hợp các loại pin có dung lượng khác nhau, thậm chí tương tự nhau vào một pin - ví dụ: 1800 và 2000 mAh, đồng thời sử dụng pin của các nhà sản xuất khác nhau trong một pin, vì điện trở trong khác nhau sẽ dẫn đến mất cân bằng của pin. Khi hàn, bạn phải cẩn thận, không được để các đầu cực quá nóng, vì điều này có thể làm đứt seal và làm chết vĩnh viễn pin chưa kịp bay. Một số loại pin Kokam đi kèm với các mảnh bảng mạch đã được hàn vào các cực để dễ dàng nối dây. Điều này làm tăng thêm trọng lượng - khoảng 1g mỗi phần tử, nhưng sẽ mất nhiều thời gian hơn để làm nóng những nơi đặt dây hàn - sợi thủy tinh không dẫn nhiệt tốt. Các dây có đầu nối phải được cố định vào hộp pin, ít nhất bằng băng dính để không vô tình làm đứt đầu cuối ở gốc.

Sắc thái ứng dụng

Vì vậy, chúng ta hãy nhấn mạnh một lần nữa những điểm quan trọng nhất liên quan đến việc sử dụng pin lithium-polymer.

• Dùng sạc bình thường.
• Sử dụng các đầu nối ngăn ngừa đoản mạch pin.
• Không vượt quá dòng xả cho phép.
• Theo dõi nhiệt độ pin khi không làm mát.
• Không xả pin dưới điện áp 3 V/cell (nhớ ngắt kết nối pin sau chuyến bay!).
• Không để pin bị sốc.

Hãy để chúng tôi đưa ra một vài ví dụ hữu ích tiếp theo những gì đã nói trước đó, nhưng thoạt nhìn thì không rõ ràng.

Khi sử dụng động cơ cổ góp cần tránh tình huống động cơ bị dừng (ví dụ mô hình đang nằm trên mặt đất) và bộ phát được điều khiển hết ga. Dòng điện quá cao và chúng ta có nguy cơ làm nổ pin (nếu động cơ hoặc bộ điều chỉnh không cháy hết trước). Vấn đề này đã được thảo luận nhiều lần trên diễn đàn RC Groups. Hầu hết các bộ điều chỉnh cho động cơ chổi than đều tắt động cơ khi mất tín hiệu từ bộ phát và nếu bộ điều chỉnh của bạn có thể làm điều này, tôi khuyên bạn nên tắt bộ phát nếu mô hình rơi xuống bãi cỏ cách xa bạn chẳng hạn - có ít nguy cơ chạm vào ga lủng lẳng khi tìm kiếm mẫu xe trên dây đai truyền tải mà không để ý.

Trong thời gian sử dụng pin dài, các yếu tố của nó, do sự phân tán dung lượng nhỏ ban đầu, sẽ trở nên mất cân bằng - một số ngân hàng “già đi” sớm hơn những ngân hàng khác và mất dung lượng nhanh hơn. Với số lượng lon lớn hơn trong pin, quá trình này sẽ diễn ra nhanh hơn.

Điều này dẫn đến quy tắc sau - đôi khi cần phải kiểm soát dung lượng của từng phần tử pin một cách riêng biệt. Để làm điều này, bạn có thể đo điện áp của nó khi kết thúc quá trình sạc. Bao lâu? Vẫn còn khó để thiết lập chính xác điều này - quá ít kinh nghiệm vận hành được tích lũy. Theo quy định, nên thực hiện khoảng 40-50 chu kỳ sau khi bắt đầu hoạt động, cứ sau 10-20 chu kỳ, hãy kiểm tra điện áp của các tế bào pin trong quá trình sạc để xác định “các tế bào xấu”.

Không nên để “không” pin bằng cách điều khiển động cơ cho đến khi nó ngừng quay hoàn toàn. Việc xử lý như vậy sẽ không gây hại cho pin mới, nhưng đối với pin hơi mất cân bằng, điều này có thêm nguy cơ xả “ngân hàng xấu nhất” dưới 3 volt, do đó pin sẽ mất dung lượng nhiều hơn.

Khi dung lượng chênh lệch hơn 20%, pin như vậy không thể được sạc hoàn toàn nếu không có biện pháp đặc biệt!

Để tự động cân bằng các tế bào pin khi sạc, cái gọi là bộ cân bằng được sử dụng. Đây là một bảng mạch nhỏ được nối tới từng dãy, chứa điện trở tải, mạch điều khiển và đèn LED báo hiệu điện áp trên dãy này đã đạt mức 4,17 - 4,19 volt. Khi điện áp trên một phần tử riêng lẻ vượt quá ngưỡng 4,17 volt, bộ cân bằng sẽ đóng một phần dòng điện “với chính nó”, ngăn không cho điện áp vượt quá ngưỡng tới hạn. Bằng cách chiếu sáng đồng thời các đèn LED, bạn có thể biết ngân hàng nào có công suất thấp hơn - đèn LED trên bộ cân bằng của họ sẽ sáng trước. Bộ cân bằng có một yêu cầu bổ sung quan trọng: dòng điện mà chúng tiêu thụ từ pin ở chế độ “chờ” phải nhỏ, thường là 5-10 µA.

Cần nói thêm rằng bộ cân bằng không ngăn chặn việc xả quá mức của một số ô trong pin không cân bằng; nó chỉ có tác dụng bảo vệ khỏi hư hỏng các ô trong quá trình sạc và như một phương tiện để chỉ ra các ô “xấu” trong pin. Những điều trên áp dụng cho pin được tạo thành từ 3 phần tử trở lên, theo quy định, bộ cân bằng không được sử dụng cho pin 2 lon.

Có ý kiến ​​​​cho rằng không thể sử dụng pin lithium-polymer ở ​​nhiệt độ dưới 0. Thật vậy, các thông số kỹ thuật của pin cho thấy phạm vi hoạt động là 0-50 °C (ở 0 °C 80% công suất được giữ lại). Tuy nhiên, bạn có thể cho chúng bay ở nhiệt độ khoảng –10...-15 °C. Vấn đề là bạn không cần phải đông lạnh pin trước chuyến bay - hãy đặt pin vào túi nơi ấm. Và trong suốt chuyến bay, hiện tượng sinh nhiệt bên trong pin hóa ra lại là một đặc tính hữu ích, giúp pin không bị đóng băng. Tất nhiên, hiệu suất của pin sẽ thấp hơn một chút so với ở nhiệt độ bình thường.

Phần kết luận

Xem xét tốc độ phát triển của tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện hóa, có thể giả định rằng tương lai thuộc về pin lithium-polymer - nếu pin nhiên liệu không bắt kịp chúng. Khi nhu cầu về pin tăng lên và khối lượng sản xuất tăng lên, giá cả chắc chắn sẽ giảm, và khi đó lithium cuối cùng sẽ trở nên phổ biến như NiMH. Ở phương Tây, thời điểm này đã đến được sáu tháng, ít nhất là ở Mỹ. Sự phổ biến của máy bay điện sử dụng pin lithium-polymer ngày càng tăng. Tôi hy vọng rằng động cơ không chổi than và bộ điều khiển cho chúng cũng sẽ trở nên rẻ hơn, nhưng trong lĩnh vực này, tiến trình giảm giá diễn ra chậm hơn. Rốt cuộc, chỉ hai năm trước, câu hỏi đã được đặt ra trên diễn đàn: "Có ai thực sự lái máy bay không chổi than không?" Và lúc đó không có đề cập gì đến pin lithium cả...

Nói chung, chúng ta sẽ chờ xem.

Bộ sạc di động đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại hàng ngày. Chất lượng của pin là điều kiện chính cho hiệu suất, hiệu quả và an toàn của chúng. Các nhà sản xuất bộ sạc sử dụng hai loại pin trong thiết kế của họ - lithium-ion và lithium-polymer. Đối với người tiêu dùng bình thường, không quen với các tính năng của các loại khác nhau, việc chọn loại pin này hay loại pin khác thường trở thành một vấn đề.

Sự khác biệt giữa các giống này là gì, chọn loại nào sẽ đúng hơn - tất cả những câu hỏi này đòi hỏi kiến ​​​​thức chi tiết về từng loại. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tiết lộ các tính năng của pin lithium-ion và lithium-polymer, giới thiệu về các đặc tính kỹ thuật, phương pháp sạc và tuổi thọ sử dụng của chúng.

Sự khác biệt giữa pin lithium-ion và lithium-polymer

Các mẫu pin được sản xuất bằng các công nghệ khác nhau thực hiện chức năng cung cấp năng lượng giống nhau. Các đặc điểm thiết kế của từng loại ảnh hưởng đến công suất được báo cáo, tuổi thọ sử dụng và mức độ chống cháy nổ. Không thể khẳng định một cách dứt khoát rằng loại pin hiện đại hơn sẽ tốt hơn loại pin lỗi thời. Có những ưu điểm và nhược điểm thực tế đối với cả hai công nghệ. Model Li-pol và Li-ion có sơ đồ hoạt động tương tự nhau nhưng khác nhau về cấu hình và thông số kỹ thuật.

Để hiểu loại nào tốt hơn - Li-polymer hay Li-ion, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng loại riêng biệt. Bạn nên so sánh các loại pin và đưa ra lựa chọn nghiêng về loại này hay loại khác dựa trên các chỉ số sau:

• giá;
• tỷ lệ trọng lượng trên công suất;
• sự an toàn;
• mục đích sử dụng dự định trong một thiết bị cho một mục đích cụ thể;
• điều kiện hoạt động nhiệt độ.

Khi lựa chọn một trong hai loại, hãy xem xét phạm vi áp dụng và khả năng tài chính.

Pin lithium-ion: tính năng và thông số kỹ thuật

Ban đầu, các mô hình dựa trên lithium được sản xuất bằng cách sử dụng mangan và coban làm nguyên tố chính (chất điện phân hoạt tính). Pin lithium-ion hiện đại đã trải qua những thay đổi về thiết kế. Năng suất của chúng không phụ thuộc vào chất được sử dụng mà phụ thuộc vào thứ tự các phần tử được đặt trong khối. Các thành phần của pin Li-Ion hiện đại là các điện cực và dải phân cách. Vật liệu – nhôm và đồng (cực dương bằng đồng và lá nhôm làm cực âm).

Các cực thu dòng điện đặc biệt cung cấp kết nối bên trong giữa cực dương và cực âm, đồng thời việc ngâm tẩm chất điện phân của khối phân tách tạo ra môi trường thuận lợi cho việc duy trì điện tích. Các điện tích dương của các ion lithium kích hoạt các phản ứng hóa học, hình thành liên kết và cung cấp năng lượng. Nguyên lý hoạt động của nguồn điện dựa trên lithium-ion gợi nhớ đến hoạt động của pin gel cỡ lớn.

Pin lithium polymer

Vì các mẫu lithium-ion không thể đáp ứng được nhiều nhiệm vụ hiện đại nên chúng đang dần được thay thế bằng các nguyên tố polymer. Pin Li-ion không có mức độ an toàn cao và khá đắt. Để loại bỏ những thiếu sót và vấn đề vận hành này, đồng thời làm cho pin hoạt động hiệu quả hơn, các nhà phát triển đã quyết định thay đổi chất điện phân. Thay vì tẩm chất phân tách xốp, chất điện phân polyme được sử dụng trong thiết kế pin.

Tế bào lithium polymer có độ dày 1 mm, cho phép pin có kích thước nhỏ gọn. Việc thay thế chất điện phân lỏng bằng màng polymer giúp loại bỏ nguy cơ cháy nổ cao và đảm bảo an toàn cho pin. Bảng so sánh dưới đây sẽ giúp bạn xác định rõ ràng Li-ion khác với Li-Pol như thế nào.

Thông số kỹ thuật	Li-ion	Li-Pol
Năng lượng mạnh		thấp, số chu kỳ sạc và xả ít hơn
Kích thước tiêu chuẩn	lựa chọn nhỏ	sự lựa chọn cao, độc lập với định dạng ô tiêu chuẩn
	nặng hơn một chút
		cao gần gấp đôi cho cùng một kích thước
Cả đời	xấp xỉ như nhau	xấp xỉ như nhau
Nguy cơ cháy nổ	cao hơn	bảo vệ tích hợp chống rò rỉ điện phân và quá tải
Thời gian sạc
	lên tới 0,1% hàng tháng	ít hoạt động

Thiết kế của các thiết bị pin lithium polymer loại bỏ hoàn toàn sự hiện diện của chất điện phân ở dạng lỏng hoặc gel. Bạn có thể hình dung rõ ràng sự khác biệt về công nghệ khi xem xét nguyên lý hoạt động của các thiết bị cung cấp điện ô tô hiện đại. Những lo ngại về an toàn đã dẫn đến việc loại bỏ chất điện giải lỏng khỏi hoạt động hàng ngày. Nhưng cho đến gần đây, các cấu trúc xốp tẩm đã được sử dụng trong ắc quy ô tô.

Sự ra đời của các nguyên tố polymer-lithium đòi hỏi phải có cơ sở trạng thái rắn. Một điểm khác biệt đặc trưng so với pin lithium-ion là quá trình tiếp xúc của tấm hoạt chất với lithium và ngăn ngừa sự hình thành đuôi gai trong quá trình đạp xe. Chính tính năng này giúp bảo vệ các cell pin khỏi cháy nổ.

Cả đời

Cả pin lithium-ion và lithium-polymer đều bị lão hóa nghiêm trọng. Chúng cung cấp khoảng chín trăm chu kỳ sạc đầy trước khi không thể sử dụng được. Không quan trọng thiết bị đã được sử dụng hoạt động như thế nào. Tuy nhiên, nếu pin không được sử dụng trong một thời gian dài, tuổi thọ sử dụng sẽ bị giảm.

Chỉ sau một năm, dung lượng sẽ giảm đáng kể trong thời gian sử dụng và sau hai hoặc ba năm, có thể nói rằng pin đã hỏng hoàn toàn. Đây là nhược điểm chung của pin lithium và bạn chỉ nên chọn loại bền hơn tùy thuộc vào uy tín của nhà sản xuất và đánh giá của từng mẫu cụ thể.

Bảo vệ bổ sung

Nếu chúng ta xem xét câu hỏi về sự khác biệt giữa pin Li-ion và Li-Pol, thì điều đáng chú ý là hệ thống bảo vệ tích hợp. Các mẫu lithium polymer yêu cầu các tính năng bảo vệ bên trong bổ sung. Chúng được đặc trưng bởi các trường hợp kiệt sức do các phần tử quá nóng. Những hậu quả như vậy là do căng thẳng nội bộ của các lĩnh vực công việc khác nhau gây ra.

Để bảo vệ thiết bị khỏi bị sạc quá mức trái phép, các bộ phận quá nóng và cháy nổ, thiết kế sử dụng hệ thống ổn định đặc biệt và cơ chế hạn chế dòng điện. Điều này làm tăng tính an toàn của các mẫu pin lithium-polymer, nhưng làm tăng đáng kể giá thành của pin do sử dụng các bộ phận bảo vệ.

Một phần của thiết kế liên quan đến các thành phần điện phân trong quá trình hình thành gel. Pin composite được sử dụng trong nhiều thiết bị di động. Chúng cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc vận hành. Pin gốc polymer có thể được sử dụng trong các thiết bị có nhiệt độ sưởi ấm trong khoảng 60-100 độ.

Các nhà sản xuất bọc bộ phận bên trong trong một vỏ có đặc tính cách nhiệt - rất thuận tiện khi sử dụng những loại pin như vậy ở vùng có khí hậu nóng. Trong điều kiện chế độ nhiệt độ không đáp ứng yêu cầu vận hành, các phần tử có thành phần polymer sẽ được sử dụng làm dự phòng.

Tính năng sạc pin

Pin lithium polymer sẽ cần ít nhất ba giờ sạc để sạc lại. Trong trường hợp này, khối không nóng lên. Có hai giai đoạn làm đầy. Lần đầu tiên xảy ra cho đến khi chế độ cao điểm được thiết lập, chế độ này được duy trì cho đến khi mức sạc đạt 70%. Trong điều kiện điện áp bình thường, điện tích dư sẽ được tích lũy là 30%. Việc sạc lại phải được thực hiện theo một lịch trình nghiêm ngặt, chờ xả hoàn toàn và thực hiện quy trình sau mỗi 500 giờ sử dụng thiết bị. Chế độ này duy trì khối lượng nạp không đổi.

Pin chỉ được kết nối với nguồn điện ổn định, không bị tăng điện áp hoặc nhiễu. Chỉ sử dụng bộ sạc phù hợp với các đặc điểm được nêu trong mô tả. Một điểm quan trọng: trong quá trình sạc, tất cả các đầu nối phải được kết nối chính xác, không được phép ngắt kết nối. Các phần tử Li-Pol cực kỳ nhạy cảm với tất cả các loại tình trạng quá tải, mức dòng điện quá mức, sốc cơ học và hạ thân nhiệt. Độ kín của các phần tử rắn phải được đảm bảo.

Pin Li-ion sạc sử dụng nguyên tắc tương tự như pin polymer nhưng nhạy hơn và kém tin cậy hơn về mặt an toàn. Thời gian sạc của cả hai loại là gần như nhau, nhưng thành phần polymer thất thường hơn về chất lượng của điểm cấp điện.

Pin lithium-ion tốt hơn

Pin lithium-ion quen thuộc hơn với người tiêu dùng; chúng có một số lợi thế hoạt động:

• giá thấp hơn pin lithium polymer;
• kích thước tiêu chuẩn được tiêu chuẩn hóa cho phép bạn không mắc lỗi khi chọn mẫu;
• phạm vi áp dụng rộng rãi.

Pin lithium mạnh mẽ được sử dụng hiệu quả cho các thiết bị yêu cầu mức tiêu thụ dòng điện cao trong thời gian ngắn. Chế độ nhiệt độ, cũng như các thiết bị làm từ polymer, có tầm quan trọng then chốt trong quá trình vận hành.

Người dùng bình thường không cảm thấy sự khác biệt đáng chú ý, nhưng xét về tính hợp lý trong phạm vi ứng dụng, loại pin này thuận tiện làm bộ sạc cho các thiết bị sau:

• dụng cụ không dây (tuốc nơ vít, cưa, máy mài);
• máy tính xách tay;
• Điện thoại cầm tay;
• ô tô điện;
• robot gia đình;
• xe lăn.

Trước khi chọn loại sạc tối ưu, bạn cần biết chính xác nó sẽ được sử dụng cho thiết bị nào. Điều này đặc biệt quan trọng nếu bạn dự định sử dụng và bảo trì chung nhiều thiết bị di động cùng một lúc.

Việc sử dụng pin lithium polymer là hợp lý khi trọng lượng và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng. Chúng “sợ” sương giá và không thuận tiện cho các dụng cụ và thiết bị cầm tay. Vì vậy lĩnh vực sử dụng chính:

• máy bay bốn cánh;
• súng hơi hạng nhẹ;
• đồ chơi;
• Camera quan sát.

Khi lựa chọn loại sạc phù hợp cần chú ý đến phạm vi sử dụng, giá thành và mức độ an toàn. Đọc đánh giá của người dùng về sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau và đưa ra lựa chọn.

Đặc điểm của pin lithium polymer và quy tắc hoạt động của chúng

Pin lithium polymer là phiên bản sửa đổi của pin lithium ion. Sự khác biệt chính là việc sử dụng vật liệu polymer hoạt động như chất điện phân. Các tạp chất dẫn điện với hợp chất lithium được thêm vào polyme này. Những loại pin như vậy đã được phát triển tích cực trong những năm gần đây và được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, các mẫu điều khiển bằng sóng vô tuyến và các thiết bị khác. Mặc dù pin lithium không có khả năng cung cấp dòng điện phóng điện cao nhưng một số loại pin polymer đặc biệt có thể cung cấp dòng điện vượt quá công suất của chúng. Vì pin lithium polymer đang nhanh chóng lan rộng trên thị trường nên bạn cần hiểu rõ về thiết kế, quy tắc vận hành và các biện pháp phòng ngừa an toàn khi sử dụng chúng. Điều này sẽ được thảo luận trong tài liệu của chúng tôi ngày hôm nay.

Ưu điểm của việc thay thế chất điện phân hữu cơ dạng lỏng bằng chất điện phân polymer là tăng độ an toàn khi vận hành pin. Điều này rất quan trọng đối với pin lithium. Chính việc sử dụng an toàn cho mục đích thương mại đã kìm hãm sự phát triển của chúng ngay từ đầu. Ngoài ra, chất điện phân polymer mang lại sự tự do hơn nhiều khi lựa chọn hình dạng của pin.

Thiết kế của pin Li─Pol dựa trên quá trình chuyển đổi một số polyme sang trạng thái bán dẫn khi các ion điện phân được đưa vào chúng. Trong trường hợp này, độ dẫn điện tăng lên nhiều lần. Các nhà nghiên cứu chủ yếu bận rộn lựa chọn chất điện phân polymer cho pin có mẫu lithium kim loại và Li─Ion. Về lý thuyết, mật độ năng lượng của pin polymer có thể tăng lên nhiều lần so với pin lithium-ion. Ngày nay, có thể phân biệt một số nhóm pin Li─Pol, khác nhau về thành phần chất điện phân:

• Với chất điện phân đồng nhất giống như gel. Nó thu được là kết quả của việc đưa muối lithium vào cấu trúc polymer;
• Với chất điện phân polymer khô. Loại này được làm từ oxit polyetylen với các muối lithium khác nhau;
• Chất điện phân ở dạng ma trận polyme vi xốp trong đó dung dịch muối lithium không chứa nước được hấp phụ.

Nếu chúng ta so sánh chất điện phân polymer và chất lỏng, điều đáng chú ý là độ dẫn ion thấp hơn trước đây. Nó giảm đáng kể ở nhiệt độ subzero. Vì vậy, một vấn đề là chọn thành phần cho chất điện phân có độ dẫn điện cao. Và nhiệm vụ quan trọng thứ hai là mở rộng phạm vi nhiệt độ hoạt động của pin polymer. Các mẫu pin lithium-polymer được sử dụng trong công nghệ hiện đại không thua kém gì về đặc tính so với Li-Ion.

Vì không có chất điện phân lỏng trong pin polymer nên độ an toàn khi vận hành của chúng cao hơn nhiều. Ngoài ra, chúng có thể được chế tạo ở hầu hết mọi hình dạng và cấu hình.

Hộp đựng của một số kiểu máy có chứa bình, được làm bằng polyme kim loại hóa. Do sự kết tinh của chất điện phân polymer, các thông số của loại pin này bị giảm đáng kể ở nhiệt độ thấp.

Có sự phát triển của pin polymer với cực dương kim loại. Các nhà khoa học đã cố gắng đạt được mật độ dòng điện cao và mở rộng đáng kể phạm vi nhiệt độ hoạt động. Những loại pin này cũng có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử cầm tay và thiết bị gia dụng khác nhau. Nhiều công ty hàng đầu đã sản xuất loại pin như vậy.

Hơn nữa, các nhà sản xuất khác nhau có thể có vật liệu điện cực, thành phần chất điện phân và công nghệ lắp ráp khác nhau. Vì lý do này, các thông số của các loại pin này rất khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các nhà sản xuất đều đồng ý rằng độ ổn định của hoạt động Li─Pol bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi tính đồng nhất của chất điện phân polymer. Và nó phụ thuộc vào nhiệt độ trùng hợp và tỷ lệ các thành phần.

Hiện nay, có nhiều thí nghiệm đã được thực hiện chứng minh mức độ an toàn của pin polymer cao hơn so với pin ion. Điều này áp dụng cho việc sạc quá mức, phóng điện nhanh, rung, nén, đoản mạch, thủng pin lithium polymer. Vì vậy, loại pin này có triển vọng phát triển tốt nhất. Dưới đây là kết quả kiểm tra khả năng vận hành an toàn của pin Li─Pol.

Loại bài kiểm tra
Loại bài kiểm tra	Pin có chất điện phân gel polymer	Pin có chất điện phân lỏng
Đâm thủng bằng kim	Không có thay đổi	Nổ, khói, rò rỉ chất điện phân, nhiệt độ tăng lên tới 250°C
Làm nóng lên tới 200°C	Không có thay đổi	Nổ, rò rỉ chất điện phân
Dòng điện ngắn mạch	Không có thay đổi	Rò rỉ chất điện giải, nhiệt độ tăng 100°C
Nạp tiền (600%)	đầy hơi	Nổ, rò rỉ chất điện phân, nhiệt độ tăng 100°C

Có những ví dụ về pin lithium polymer dày 1 mm. Những mô hình như vậy cho phép các nhà thiết kế thiết bị di động tạo ra những thiết bị rất nhỏ gọn. Điều này mở ra những khả năng mới để giảm kích thước của các thiết bị điện tử. Để giảm điện trở trong của pin Li-Pol, chất điện phân dạng gel được thêm vào. Pin sử dụng trong điện thoại di động sử dụng loại chất điện phân này. Chúng kết hợp các tính năng của pin polymer và ion.

Sự khác biệt giữa pin Li─Ion và Li─Pol là gì? Chúng liên quan và gần gũi về đặc tính điện của chúng. Nhưng các mô hình polymer sử dụng chất điện phân rắn. Thành phần gel được thêm vào chất điện phân để giảm điện trở trong của pin và kích thích quá trình trao đổi ion.

Về cường độ năng lượng, pin lithium polymer có cường độ năng lượng cụ thể cao hơn 4-5 lần và cao hơn 3-4 lần. Cả hai loại này đều thuộc về . Việc so sánh được thực hiện với chúng vì pin lithium đã thay thế phần lớn pin kiềm trong thiết bị điện tử di động.

Pin Li-Pol có nguồn cung cấp 500-600 chu kỳ sạc-xả (ở dòng xả 2C). Theo chỉ số này, chúng kém hơn cadmium (1 nghìn chu kỳ) và gần tương ứng với hydrua kim loại. Công nghệ sản xuất và thiết kế không ngừng được cải tiến và có lẽ trong tương lai, các đặc tính sẽ được cải thiện. Điều đáng chú ý là trong 1-2 năm, pin polymer sẽ mất khoảng 20% ​​dung lượng. Trong thông số này, chúng tương ứng với pin ion.

Cần lưu ý rằng trong số các loại pin polymer dùng cho mục đích thương mại có 2 loại lớn. Đây là những lần xả thường xuyên và nhanh chóng. Loại thứ hai thường được gọi là Hi xả. Sự khác biệt giữa các nhóm này là dòng phóng điện tối đa cho phép. Nó có thể được biểu thị bằng giá trị tuyệt đối hoặc bội số của công suất danh nghĩa.

Ví dụ: 3C. Đối với pin thông thường, dòng xả tối đa không quá 3-5C. Model phóng điện nhanh có dòng xả tối đa là 8─10C. Trọng lượng của pin xả nhanh cao hơn khoảng 20% ​​so với pin tiêu chuẩn. Việc đánh dấu các loại pin này có ký hiệu HC hoặc HD.

KKM2500 biểu thị một model thông thường có dung lượng 2500 mAh và ký hiệu KKM2000HD là viết tắt của pin xả nhanh có dung lượng 2000 mAh. Mô hình xả nhanh không được sử dụng trong các thiết bị gia dụng và điện tử tiêu dùng. Pin của điện thoại di động và máy tính bảng không thể chịu được dòng phóng điện cao và do đó được trang bị cơ chế bảo vệ chống lại các chế độ hoạt động đó.

Các lĩnh vực ứng dụng của pin lithium polymer phát sinh từ các nhiệm vụ được đặt ra trong quá trình phát triển chúng. Điều này làm tăng thời gian hoạt động của thiết bị và giảm trọng lượng của thiết bị. Mẫu Li─Pol tiêu chuẩn hoạt động trong nhiều thiết bị điện tử khác nhau với mức tiêu thụ dòng điện thấp. Đó là máy tính xách tay, điện thoại thông minh, máy đọc sách điện tử, máy tính bảng.

Các mô hình cung cấp khả năng phóng điện nhanh còn được gọi là "nguồn". Chúng được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu mức tiêu thụ dòng điện cao. Lĩnh vực ứng dụng nổi tiếng nhất của pin “điện” là các mẫu pin điều khiển bằng sóng vô tuyến. Thị trường này là thị trường hấp dẫn nhất đối với các nhà sản xuất pin polymer. Trong lĩnh vực hoạt động của các thiết bị có dòng phóng điện rất cao (lên đến 50 C), pin lithium polymer kém hơn pin kiềm. Có lẽ trong tương lai các mẫu lithium sẽ khắc phục được hạn chế này. Về giá cả, chúng gần giống như hydrua kim loại niken.

Hoạt động của pin lithium polymer

Sự an toàn

Pin lithium nói chung và pin polymer nói riêng đòi hỏi khả năng xử lý khá tinh tế trong quá trình hoạt động. Những điều bạn cần nhớ khi sử dụng pin Li─Pol:

• Sạc pin quá mức có hại (trên 4,2 volt cho mỗi cell pin);
• Không được phép đoản mạch;
• Không thể chấp nhận việc phóng điện với dòng điện dẫn đến làm nóng pin hơn 60 độ C;
• Pin không thể bị giảm áp suất;
• Không xả pin dưới 3 volt;
• Làm nóng trên 60 độ là không thể chấp nhận được;
• Lưu trữ xả thải là không được phép.

Việc không tuân thủ các quy tắc này có thể dẫn đến hỏa hoạn ở mức tồi tệ nhất và tốt nhất là mất công suất đáng kể.

Về vấn đề này, chúng tôi có thể đưa ra một số khuyến nghị để sử dụng an toàn pin lithium polymer. Trước tiên, bạn nên mua bộ sạc chất lượng cao và đặt các cài đặt chính xác trên đó. Ngoài ra, nên sử dụng các đầu nối không cho phép đoản mạch. Hãy chắc chắn để theo dõi dòng điện mà thiết bị tiêu thụ.

Điều cần lưu ý là bạn cần tuân thủ chế độ nhiệt độ và tránh để pin polymer quá nóng. Đây là điểm yếu của tất cả các loại pin lithium. Nếu pin nóng lên tới 70 độ, phản ứng tự phát sẽ bắt đầu trong đó, chuyển năng lượng thành nhiệt. Kết quả là đánh lửa và đôi khi gây nổ. Nếu có thể kiểm soát được điện áp của ắc quy thì cần theo dõi đặc biệt chặt chẽ vào cuối quá trình xả.

Một lý do khác khiến pin lithium bị hỏng là do hiện tượng giảm áp suất. Trong mọi trường hợp không được để không khí lọt vào bên trong hộp pin polymer. Ban đầu, hộp được niêm phong và không bị va đập hoặc rơi. Nếu bạn đang hàn dây dẫn thì bạn cần thực hiện việc này cực kỳ cẩn thận.

Trước khi bảo quản pin polymer, nên sạc pin một nửa. Pin nên được bảo quản ở nơi mát mẻ, tránh ánh nắng trực tiếp. Giống như tất cả các loại pin, pin lithium polymer có khả năng tự phóng điện, nhưng ít hơn so với pin chì hoặc kiềm.

Pin điện là nguồn điện hóa học có thể tái sử dụng. Trong loại pin này, các quá trình hóa học bên trong có thể đảo ngược xảy ra, đảm bảo việc sử dụng theo chu kỳ lặp đi lặp lại của chúng (sạc/xả) để lưu trữ năng lượng điện và cấp nguồn cho các thiết bị điện khác nhau trong trường hợp không thể truy cập vào mạng điện gia dụng.

Nguyên lý hoạt động của pin dựa trên khả năng đảo ngược của các phản ứng hóa học xảy ra trong chúng. Việc tích lũy điện tích của pin được thực hiện bằng cách sạc pin, nghĩa là bằng cách truyền một dòng điện theo hướng ngược lại so với chuyển động của dòng điện khi xả pin.

Pin là một số pin được kết nối với nhau thành một mạch điện.

Đặc điểm chính của pin là dung lượng của nó. Dung lượng pin là mức sạc tối đa có thể sử dụng được của pin. Hay nói cách khác, dung lượng pin là lượng năng lượng mà một viên pin đã sạc đầy mang lại khi xả đến mức điện áp thấp nhất cho phép. Trong hệ SI, dung lượng pin được đo bằng coulomb, nhưng đơn vị không thuộc hệ thống thường được sử dụng - ampere-giờ. 1 A/giờ = 3600 C. Ngoài ra, dung lượng pin có thể được biểu thị bằng giờ watt. Một đặc điểm chính khác của pin điện là điện áp đầu ra của pin. Biết được điện áp đầu ra của pin, bạn có thể dễ dàng chuyển đổi dung lượng pin được biểu thị bằng watt-giờ sang ampe-giờ phổ biến hơn.

Đặc tính điện của pin phụ thuộc vào vật liệu của điện cực và thành phần của chất điện phân. Bảng dưới đây cho thấy các loại pin điện được sử dụng phổ biến nhất.

Loại pin	Điện áp đầu ra (V)	Khu vực ứng dụng
Axit chì		xe buýt, xe điện, ô tô, xe máy, xe nâng điện, xe nâng, máy kéo điện, nguồn điện khẩn cấp, nguồn điện liên tục
niken-cadmium (NiCd)		dụng cụ điện xây dựng, xe đẩy, đồ điện gia dụng
niken hiđrua kim loại (NiMH)		thiết bị điện gia dụng, ô tô điện
lithium-ion (Li‑ion)	3,7 (3.6)	thiết bị di động, dụng cụ điện xây dựng, xe điện
lithium polymer (Li‑pol)	3,7 (3.6)	thiết bị di động, xe điện
niken-kẽm (NiZn)		thiết bị điện gia dụng

Khi pin được sử dụng, điện áp đầu ra và dòng điện giảm xuống. Khi sử dụng hết pin, pin sẽ ngừng hoạt động. Sạc pin từ bất kỳ nguồn DC nào có điện áp cao hơn đồng thời hạn chế dòng điện. Thông thường, dòng sạc, được đo bằng ampe, bằng 1/10 công suất định mức của pin (tính bằng ampe giờ). Một số loại pin có những hạn chế khác nhau phải được tính đến khi sạc pin và khi sử dụng. Ví dụ, pin NiMH nhạy cảm với tình trạng sạc quá mức, trong khi pin lithium nhạy cảm với tình trạng xả quá mức, điện áp và nhiệt độ môi trường. Pin NiCd và NiMH có “hiệu ứng bộ nhớ”. Nó được thể hiện ở việc giảm dung lượng pin khi sạc pin đã xả không hết. Ngoài ra, những loại pin này có khả năng tự xả đáng kể, tức là chúng sẽ mất điện dần dần ngay cả khi không kết nối với tải. Sạc nhỏ giọt giúp chống lại hiệu ứng này.

Pin Lithium-ion (Li-ion)- một loại pin điện được sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện đại. Ngày nay, những loại pin như vậy được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng, ô tô điện, máy ảnh kỹ thuật số, máy quay video, v.v.

Lần đầu tiên, G.N. đảm nhận việc phát triển pin lithium. Lewis vào năm 1912. Nhưng phải đến những năm 1970, những mẫu thương mại đầu tiên của pin lithium sơ cấp mới bắt đầu xuất hiện.

Vào những năm 80 của thế kỷ trước, một số lượng lớn các thí nghiệm đã được thực hiện, trong đó người ta phát hiện ra rằng khi chạy một nguồn dòng điện bằng điện cực lithium kim loại, các sợi nhánh được hình thành trên bề mặt lithium. Kết quả là các sợi nhánh phát triển đến điện cực dương và xảy ra hiện tượng đoản mạch bên trong tế bào lithium. Điều này khiến các nguồn cung cấp năng lượng như vậy không hoạt động. Nhiệt độ bên trong pin đạt đến điểm nóng chảy của lithium. Điều này khiến pin phát nổ.

Trong nỗ lực phát triển nguồn năng lượng lithium an toàn, các kỹ sư đã tiến tới việc thay thế kim loại lithium không ổn định theo chu kỳ trong pin bằng các hợp chất xen kẽ lithium trong carbon và các oxit kim loại chuyển tiếp. Các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất để tạo ra pin lithium là than chì và oxit lithium coban (LiCoO2). Trong loại pin như vậy, trong quá trình sạc-xả, các ion lithium di chuyển từ điện cực cấy ghép này sang điện cực cấy ghép khác và ngược lại. Mặc dù các vật liệu điện cực như vậy có năng lượng điện cụ thể thấp hơn nhiều lần so với năng lượng điện của lithium, nhưng pin dựa trên chúng an toàn hơn nhiều. Pin lithium-ion đầu tiên được Sony phát triển vào năm 1991. Hiện tại, Sony là nhà sản xuất pin dựa trên lithium lớn nhất.

Đặc trưng:

Mật độ năng lượng: từ 110 đến 200 W*h/kg

Điện trở trong: 150 đến 250 mOhm (đối với pin 7.2V)

Số chu kỳ sạc/xả cho đến khi hết 20% dung lượng: từ 500 đến 1000

Thời gian sạc nhanh: 2-4 giờ

Quá mức cho phép: rất thấp

Tự xả ở nhiệt độ phòng: khoảng 7% mỗi năm

Điện áp di động tối đa: khoảng 4,2 V (pin đã sạc đầy)

Điện áp tối thiểu: khoảng 2,5 V (pin đã xả hết)

Tải dòng điện tương ứng với công suất (C):

Đỉnh: hơn 2C

Chấp nhận được nhất: không quá 1C

Phạm vi nhiệt độ hoạt động: −20 °C đến +60 °C

Thiết bị .

Ban đầu, than cốc được sử dụng làm cực dương, nhưng sau đó than chì được sử dụng. Oxit liti với coban hoặc mangan được sử dụng làm cực âm.

Khi sạc pin lithium-ion, phản ứng hóa học sau sẽ xảy ra:

trên catốt: LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe −

trên cực dương: С + xLi + + xe − → CLi x

Trong khi sạc pin, phản ứng ngược lại xảy ra.

Ưu điểm của pin lithium.

1. Mật độ năng lượng cao.

2. Khả năng tự xả thấp.

3. Không có “hiệu ứng trí nhớ”.

4. Dễ sử dụng.

Nhược điểm của pin lithium.

1. Pin lithium-ion dễ bị nổ khi sạc quá mức hoặc quá nóng. Để tránh hiệu ứng này, tất cả các loại pin lithium gia dụng đều được trang bị một mạch điện tử tích hợp để điều khiển việc sạc pin, ngăn không cho pin bị sạc quá mức và quá nóng.

2. Nếu không sử dụng cẩn thận, pin có thể có vòng đời ngắn hơn các loại pin khác. Việc xả pin sâu sẽ phá hủy hoàn toàn các tế bào lithium-ion.

3. Đạt được điều kiện bảo quản tối ưu cho pin lithium-ion khi sạc được 40-50% dung lượng pin và ở nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 5°C. Nhiệt độ thấp là yếu tố quan trọng hơn dẫn đến tổn thất dung lượng thấp trong quá trình bảo quản lâu dài.

4. Điều kiện sạc nghiêm ngặt đối với pin lithium-ion khiến việc sử dụng chúng làm năng lượng thay thế trở nên vô cùng bất tiện. Điều này xảy ra vì tua-bin gió và các tấm pin mặt trời không thể cung cấp dòng điện không đổi trong suốt chu kỳ sạc.

Sự lão hóa.

Ngay cả khi pin lithium không được sử dụng, nó sẽ bắt đầu cũ đi ngay sau khi sản xuất.

Pin lithium polymer và lithium ion mất dung lượng khi được sạc, không giống như pin hydrua kim loại niken và niken. Mức sạc pin và nhiệt độ trong quá trình bảo quản càng cao thì tuổi thọ của pin càng ngắn. Tốt hơn là nên bảo quản pin lithium được sạc ở mức 40-50% và ở nhiệt độ từ 0 đến 10°C. Việc sạc quá mức cũng như xả quá mức sẽ làm giảm dung lượng của những loại pin đó.

Pin lithium polymer (Li-pol hoặc Li-polymer)- Đây là thiết kế tiên tiến nhất của pin lithium-ion. Nó sử dụng vật liệu polymer có chứa chất độn dẫn điện lithium giống như gel làm chất điện phân. Chúng được sử dụng rộng rãi trong điện thoại thông minh, điện thoại di động và các thiết bị kỹ thuật số khác.

Pin lithium-polymer gia dụng thông thường không thể cung cấp dòng điện cao, nhưng pin lithium-polymer năng lượng đặc biệt đã được phát triển có thể cung cấp dòng điện gấp 10 lần giá trị số của công suất. Những loại pin như vậy được sử dụng rộng rãi trong các mẫu điều khiển bằng sóng vô tuyến, cũng như trong các dụng cụ điện và một số xe điện hiện đại. Loại pin tương tự được sử dụng trong công nghệ chuyển đổi năng lượng phanh mới - KERS.

Ưu điểm của pin lithium polymer.

1. Mật độ năng lượng cao trên một đơn vị thể tích và khối lượng.

2. Khả năng tự xả thấp.

3. Độ dày nhỏ của các phần tử - từ 1 mm.

4. Khả năng có được các hình thức rất linh hoạt;

5. Không giảm điện áp lớn khi quá trình phóng điện diễn ra.

6. Số chu kỳ vận hành từ 300 đến 500, với dòng phóng điện từ 2C đến tổn thất công suất 20%.

Nhược điểm của pin lithium polymer.

1. Pin có nguy cơ cháy nếu sạc quá mức hoặc quá nóng. Để tránh hiệu ứng này, tất cả các loại pin lithium gia dụng đều được trang bị một mạch điện tử tích hợp để điều khiển việc sạc pin, ngăn không cho pin bị sạc quá mức và quá nóng. Thuật toán sạc đặc biệt cũng được yêu cầu.

2. Phạm vi nhiệt độ hoạt động của pin lithium polymer bị hạn chế. Những yếu tố này không hoạt động tốt trong thời tiết lạnh.

Cũng giống như pin lithium-ion, pin lithium polymer có thể bị lão hóa.

Chú ý! Khi sử dụng tài liệu trang web, cần có một liên kết đến.

Pin lithium polymer đại diện cho một thiết kế cải tiến của pin lithium-ion nổi tiếng thế giới. Theo kế hoạch, các thiết bị này sẽ sớm thay thế hoàn toàn các thiết bị niken-hydrua kim loại và niken-cadmium khỏi thị trường. pin. Pin lithium polymer ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại thiết bị điện tử như một nguồn năng lượng. Với cùng trọng lượng, khả năng năng lượng của chúng cao hơn nhiều lần so với cấu trúc niken-hydrua kim loại và niken-cadmium.

Có khả năng pin lithium polymer sẽ có giá thấp hơn pin lithium-ion. Tuy nhiên, hiện tại chúng vẫn còn khá đắt. Hiện tại, chỉ có một số công ty lớn tham gia sản xuất. Chúng có thiết kế tương tự như pin lithium-ion nhưng sử dụng chất điện phân helium. Kết quả là, chúng được phân biệt bởi dòng phóng điện thấp, mật độ năng lượng đáng kể và số lượng chu kỳ sạc và xả đáng kể. Hình dạng của chúng có thể rất khác nhau và bản thân chúng nổi bật nhờ trọng lượng nhẹ và độ nhỏ gọn.

Các loại

Hiện nay, pin lithium-polymer có thể có nhiều loại, khác nhau về cấu trúc của chất điện phân:

• Các mặt hàng có chất điện phân đồng nhất dạng gel , được tạo ra bằng cách đưa muối lithium vào thành phần của polyme.
• Các mặt hàng có chất điện phân polyme khô . Loại này được sản xuất trên cơ sở oxit polyetylen sử dụng nhiều loại muối lithium.
• Đang có chất điện phân nền polyme , có cấu trúc vi mô. Nó chứa các thành phần không chứa nước của muối lithium.

Do thực tế là chất điện phân lỏng được sử dụng trong thành phần polymer nên độ an toàn vận hành của chúng cao hơn rất nhiều. Ngoài ra, chúng có thể được sản xuất với nhiều hình dạng và cấu hình khác nhau.

Một số tế bào lithium polymer được làm từ polymer kim loại. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp, các thông số của loại pin này bị giảm đáng kể do sự kết tinh polymer.

Có sự phát triển của pin polymer sử dụng cực dương kim loại. Một số công ty đã cố gắng mở rộng đáng kể phạm vi nhiệt độ hoạt động và mật độ dòng điện. Những loại pin này có thể được sử dụng trong nhiều thiết bị gia dụng và điện tử khác nhau.

Đồng thời, các nhà sản xuất khác nhau sử dụng vật liệu điện cực, cấu trúc điện phân và công nghệ lắp ráp khác nhau. Do đó, pin được sản xuất có thể có các thông số hoàn toàn khác nhau. Nhưng tất cả các công ty sản xuất loại pin như vậy đều lưu ý rằng hoạt động ổn định của pin lithium-polymer được đảm bảo bởi tính đồng nhất của chất điện phân polymer. Điều này lại phụ thuộc vào số lượng thành phần cũng như nhiệt độ trùng hợp.

Các tùy chọn pin đã được sản xuất với độ dày chỉ 1 mm. Nhờ đó, các nhà sản xuất có thể sản xuất ra những thiết bị di động rất nhỏ gọn.

Ngoài ra, pin lithium polymer có bán trên thị trường được chia thành:

• Thường xuyên.
• Xả nhanh.

Thiết bị

Pin lithium polymer hoạt động theo nguyên tắc di chuyển một số nguyên tố polymer thành chất bán dẫn, với điều kiện là các ion điện phân được bao gồm trong đó. Kết quả là độ dẫn điện tăng lên đáng kể. Theo thiết kế, những loại pin này được phân biệt bởi thành phần điện phân của chúng.

Bản chất của công nghệ polymer là chất điện phân được áp dụng cho màng nhựa. Nó không cho phép dẫn điện nhưng cho phép trao đổi ion. Nói cách khác, chất điện phân polyme thay thế thiết bị phân tách xốp tiêu chuẩn được tẩm chất điện phân lỏng. Nhờ thiết kế polymer khô, có thể đảm bảo độ dày tế bào tối thiểu khoảng 1 mm, an toàn khi sử dụng và dễ sản xuất. Nhờ thiết kế này, các nhà phát triển có cơ hội triển khai những loại pin như vậy trong giày dép, quần áo, thiết bị thu nhỏ và các thiết bị khác.

Nhưng pin polymer khô có nhược điểm là giảm độ dẫn điện và điện trở trong của polyme, điều này không thể chấp nhận được đối với một số thiết bị di động mạnh mẽ. Để làm cho pin polymer nhỏ trở nên tiên tiến hơn, một tỷ lệ tế bào gel nhất định được thêm vào chất điện phân. Hầu hết các loại pin thương mại hiện đang được sử dụng trong điện thoại di động đều là loại lai giữa polymer-gel. Pin lai là loại phổ biến nhất hiện nay.

Nguyên lý hoạt động

Pin lithium polymer hoạt động theo nguyên tắc tương tự như pin lithium-ion, nghĩa là chúng hoạt động theo phản ứng hóa học thuận nghịch. Ở đây, cực dương là vật liệu carbon mà các ion lithium được đưa vào. Cực âm sử dụng oxit vanadi, mangan hoặc coban. Hoạt động của loại pin như vậy dựa trên khả năng các polyme chuyển sang trạng thái bán dẫn do có các ion điện phân trong chúng.

Muối lithium vẫn được sử dụng làm cơ sở hóa học của chất điện phân. Tuy nhiên, chúng nằm trong một miếng đệm polymer tương ứng, nằm giữa cực âm và cực dương. Nhờ đó, pin lithium polymer có thể được chế tạo ở bất kỳ hình dạng nào tùy ý. Chúng có thể được đặt ở nhiều vị trí khó tiếp cận, mở ra những khả năng mới cho các nhà sản xuất thiết bị điện tử.

Ứng dụng

Pin lithium polymer ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Những loại pin như vậy có thể tăng đáng kể thời gian hoạt động của thiết bị với trọng lượng pin giảm. Nhờ đó, có thể thu được chất mang năng lượng có công suất lớn hơn gấp nhiều lần. Sử dụng pin xả nhanh sẽ mang lại hiệu suất cao hơn nữa. Do đó, những loại pin như vậy trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các mẫu máy bay và trực thăng được điều khiển bằng sóng vô tuyến, bao gồm cả các thiết bị điều khiển bằng sóng vô tuyến khác.

Ứng dụng Li-Pol pin giúp giảm trọng lượng của pin và tăng thời gian hoạt động của các thiết bị. Pin lithium polymer đã chứng tỏ hiệu suất tuyệt vời trên các máy bay trực thăng nhỏ như Piccolo. Những thiết bị như vậy có khả năng bay bằng pin như vậy trong 30 phút trở lên. Những yếu tố này là một lựa chọn tốt cho các cấu trúc bay nhỏ.

Pin lithium polymer điển hình được sử dụng làm nguồn năng lượng cần thiết cho các thiết bị điện tử tiêu thụ dòng điện tương đối ít. Đây có thể là máy tính xách tay, điện thoại thông minh, v.v. Pin xả nhanh được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu mức tiêu thụ dòng điện cao. Loại pin tương tự được sử dụng trong các dụng cụ điện cầm tay hiện đại và các thiết bị điều khiển bằng sóng vô tuyến.

Hạn chế sử dụng

Những loại pin này sẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô trong tương lai. Ngày nay chúng được sử dụng để tạo ra các công nghệ mới và thử nghiệm xe điện. Tuy nhiên, có một số hạn chế nhất định ngăn cản việc sử dụng các loại pin này ở mọi nơi.

• Pin lithium polymer yêu cầu chế độ sạc đặc biệt. Về nguyên tắc, điều này không khó, nhưng không thể sử dụng cách thông thường cho việc này. Điều này là do thực tế là chúng có nguy cơ gây hỏa hoạn trong thời gian xả quá mức. Để chống lại hiện tượng này, tất cả các loại pin như vậy đều có hệ thống điện tử ngăn ngừa tình trạng xả quá mức và quá nhiệt.
• Nếu pin lithium polymer không được sử dụng đúng cách, nó có thể gây cháy.
• Không nên sử dụng pin lithium polymer ngay sau khi sạc. Đầu tiên, nó phải được làm mát đến nhiệt độ môi trường. Nếu không, pin có thể bị hỏng.
• Ngắn mạch là không được phép.
• Không được phép giảm áp suất của pin.
• Pin xả dưới 3 volt.
• Không làm nóng trên 60 độ.
• Pin không nên tiếp xúc với lò vi sóng hoặc áp suất. Điều này có thể dẫn đến khói, cháy và hậu quả nghiêm trọng hơn.
• Cần phải bảo vệ pin khỏi bị hư hỏng và sốc. Ứng suất cơ học mạnh có thể dẫn đến hư hỏng cấu trúc bên trong.

Tuy nhiên, những nhược điểm này không ngăn cản chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong tương lai, tất cả những thiếu sót này sẽ được khắc phục nhờ sự ra đời của các công nghệ và sự phát triển mới.

Lợi ích của pin Lithium Polymer

• Mật độ năng lượng khá cao.
• Thông số tự xả nhỏ.
• Không có hiệu ứng bộ nhớ.
• Pin lithium polymer vượt trội hơn một chút so với pin lithium về dung lượng pin và thời lượng sử dụng.
• Chế tạo pin chỉ dày 1 mm.
• Ứng dụng trong phạm vi nhiệt độ khá rộng: từ âm 20 đến cộng 40 độ C.
• Khả năng cung cấp cho pin các hình dạng khác nhau.
• Giảm điện áp nhẹ trong quá trình phóng điện.