Citind „sfaturi pentru operarea” bateriilor pe forumuri, nu poți să nu te gândești - fie oamenii au sărit peste fizică și chimie la școală, fie cred că regulile de funcționare a bateriilor plumb-acid și ionice sunt aceleași.
Să începem cu principiile de funcționare a unei baterii Li-Ion. Pe degete totul este extrem de simplu - există un electrod negativ (de obicei din cupru), există unul pozitiv (din aluminiu), între ele există o substanță poroasă (separator) impregnată cu electrolit (previne „ transfer neautorizat de ioni de litiu între electrozi):
Principiul de funcționare se bazează pe capacitatea ionilor de litiu de a fi integrați în rețeaua cristalină a diferitelor materiale - de obicei grafit sau oxid de siliciu - cu formarea de legături chimice: în consecință, la încărcare, ionii sunt încorporați în rețeaua cristalină, acumulând astfel o sarcină pe un electrod, iar atunci când se descarcă, se mută înapoi la un alt electrod, dând electronul de care avem nevoie (care este interesat de o explicație mai precisă a proceselor care au loc - intercalarea Google). Soluțiile care conțin apă care nu conțin un proton liber și sunt stabile pe o gamă largă de tensiuni sunt utilizate ca electroliți. După cum puteți vedea, în bateriile moderne totul se face în siguranță - nu există litiu metalic, nu există nimic care să explodeze, doar ionii trec prin separator.
Acum că totul a devenit mai mult sau mai puțin clar despre principiul de funcționare, să trecem la cele mai comune mituri despre bateriile Li-Ion:
- Mitul unu. Bateria Li-Ion din dispozitiv nu poate fi descărcată la zero la sută.
De fapt, totul sună corect și este în concordanță cu fizica - atunci când este descărcată la ~2,5 V, bateria Li-Ion începe să se degradeze foarte repede și chiar și o astfel de descărcare își poate reduce semnificativ (până la 10%!) capacitatea. În plus, dacă tensiunea este descărcată la o astfel de tensiune cu un încărcător standard, nu va mai fi posibilă încărcarea - dacă tensiunea bateriei scade sub ~ 3 V, controlerul „inteligent” îl va opri ca fiind deteriorat, iar dacă există toate astfel de celule, bateria poate fi dusă la gunoi.
Dar există un lucru foarte important pe care toată lumea îl uită: în telefoane, tablete și alte dispozitive mobile, gama de tensiune de funcționare a bateriei este de 3,5-4,2 V. Când tensiunea scade sub 3,5 V, indicatorul arată încărcare zero la sută și dispozitivul se oprește, dar înainte de „critică” 2,5 V este încă foarte departe. Acest lucru este confirmat de faptul că, dacă conectați un LED la o astfel de baterie „descărcată”, acesta poate rămâne aprins pentru o perioadă lungă de timp (poate că cineva își amintește că obișnuia să vinde telefoane cu lanterne care erau aprinse de un buton, indiferent de Așa că lumina de acolo a continuat să ardă chiar și după descărcare și stinge telefonul). Adică, după cum puteți vedea, în timpul utilizării normale, descărcarea la 2,5 V nu are loc, ceea ce înseamnă că este foarte posibil să descărcați bateria la zero procente. - Mitul doi. Dacă bateriile Li-Ion sunt deteriorate, acestea explodează.
Cu toții ne amintim de „explozivul” Samsung Galaxy Note 7. Cu toate acestea, aceasta este mai degrabă o excepție de la regulă - da, litiul este un metal foarte activ și nu este dificil să-l explozi în aer (și arde foarte puternic în apă). Cu toate acestea, bateriile moderne nu folosesc litiu, ci ionii acestuia, care sunt mult mai puțin activi. Deci, pentru ca o explozie să apară, trebuie să încercați foarte mult - fie deteriorați fizic bateria de încărcare (cauzați un scurtcircuit), fie încărcați-o cu o tensiune foarte mare (apoi va fi deteriorată, dar cel mai probabil controlerul va arde pur și simplu iese singur și nu va permite încărcarea bateriei). Prin urmare, dacă brusc aveți o baterie deteriorată sau care fumează în mâini, nu o aruncați pe masă și fugiți din cameră strigând „toți vom muri” - puneți-o într-un recipient metalic și luați-o. ieși la balcon (pentru a nu respira substanțele chimice) - bateria va mocni pentru o vreme și apoi se va stinge. Principalul lucru este să nu-l umpleți cu apă, ionii sunt, desigur, mai puțin activi decât litiul, dar totuși o anumită cantitate de hidrogen va fi eliberată atunci când reacţionează cu apa (și îi place să explodeze). - Mitul trei. Când o baterie Li-Ion atinge 300 (500/700/1000/100500) cicluri, devine nesigură și trebuie înlocuită urgent.
Un mit, din fericire, care circulă din ce în ce mai puțin pe forumuri și nu are deloc o explicație fizică sau chimică. Da, în timpul funcționării, electrozii se oxidează și se corodează, ceea ce reduce capacitatea bateriei, dar asta nu te amenință cu altceva decât cu o durată de viață mai scurtă a bateriei și un comportament instabil la încărcare de 10-20%. - Mitul patru. Bateriile Li-Ion nu pot fi folosite la rece.
Aceasta este mai mult o recomandare decât o interdicție. Mulți producători interzic utilizarea telefoanelor la temperaturi sub zero și mulți au experimentat descărcarea rapidă și chiar oprirea telefoanelor în frig. Explicația pentru aceasta este foarte simplă: electrolitul este un gel care conține apă și toată lumea știe ce se întâmplă cu apa la temperaturi sub zero (da, îngheață, dacă este ceva), făcând astfel o parte a bateriei inutilizabilă. Acest lucru duce la o cădere de tensiune, iar controlerul începe să considere aceasta o descărcare. Acest lucru nu este bun pentru baterie, dar nici nu este fatal (după încălzire, capacitatea va reveni), așa că dacă aveți nevoie disperată să folosiți telefonul la rece (pentru a-l folosi - scoateți-l dintr-un buzunar cald, verificați timpul și puneți-l înapoi nu contează), atunci este mai bine să îl încărcați 100% și să porniți orice proces care încarcă procesorul - acest lucru îl va răci mai lent. - Al cincilea mit. O baterie Li-Ion umflată este periculoasă și trebuie aruncată imediat.
Acesta nu este tocmai un mit, ci mai degrabă o precauție - o baterie umflată poate pur și simplu să spargă. Din punct de vedere chimic, totul este simplu: în timpul procesului de intercalare, electrozii și electrolitul se descompun, rezultând eliberarea de gaz (acesta poate fi eliberat și în timpul reîncărcării, dar mai multe despre asta mai jos). Dar foarte puțin din el este eliberat, iar pentru ca bateria să pară umflată, trebuie să treacă câteva sute (dacă nu mii) de cicluri de reîncărcare (cu excepția cazului în care, desigur, este defectă). Nu există probleme în a scăpa de gaz - doar străpungeți supapa (la unele baterii se deschide singură când există presiune în exces) și curățați-l (nu recomand să respirați cu ea), după care puteți acoperi orificiul cu rășină epoxidică. Desigur, acest lucru nu va readuce bateria la capacitatea anterioară, dar cel puțin acum cu siguranță nu va exploda. - Mitul șase. Supraîncărcarea este dăunătoare bateriilor Li-Ion.
Dar acesta nu mai este un mit, ci o realitate dură - la reîncărcare, există șanse mari ca bateria să se umfle, să izbucnească și să ia foc - credeți-mă, nu e puțină plăcere să fiu stropit cu electrolit în clocot. Prin urmare, toate bateriile au controlere care pur și simplu împiedică încărcarea bateriei peste o anumită tensiune. Dar aici trebuie să fii extrem de atent în alegerea bateriei - controlerele artizanale chinezești pot deseori să funcționeze defectuos și nu cred că artificiile de pe telefonul tău la ora 3 dimineața te vor face fericit. Desigur, aceeași problemă există și la bateriile de marcă, dar în primul rând, acest lucru se întâmplă mult mai rar acolo și, în al doilea rând, îți vor înlocui întregul telefon în garanție. Acest mit de obicei dă naștere la următoarele: - Mitul al șaptelea. Când ajungeți la 100%, trebuie să scoateți telefonul de la încărcare.
Din al șaselea mit, acest lucru pare rezonabil, dar în realitate nu are rost să te trezești în miezul nopții și să deconectați dispozitivul: în primul rând, defecțiunile controlerului sunt extrem de rare, iar în al doilea rând, chiar și atunci când indicatorul ajunge la 100%, bateria încă se încarcă de ceva timp la curenții foarte, foarte maximi scăzuti, ceea ce adaugă încă 1-3% capacitate. Deci, în realitate, nu ar trebui să joci în siguranță. - Mitul opt. Puteți încărca dispozitivul numai cu încărcătorul original.
Mitul există din cauza calității slabe a încărcătoarelor chinezești - la o tensiune normală de 5 +- 5% volți pot produce atât 6, cât și 7 - controlerul, desigur, va netezi această tensiune pentru ceva timp, dar în viitor în cel mai bun caz, va duce la arderea controlerului, în cel mai rău caz - la o explozie și (sau) defecțiune a plăcii de bază. Se întâmplă și invers - sub sarcină, încărcătorul chinezesc produce 3-4 volți: acest lucru va duce la imposibilitatea de a încărca complet bateria.
Din acest articol veți înțelege cum să încărcați corect o baterie Li-Ion (litiu-ion), precum și să aflați cum să funcționați și să întrețineți corect. Acest tip de cunoștințe va prelungi durata de viață a bateriei dvs.
Bateria litiu-ion a devenit atât de răspândită datorită ușurinței sale de producție, costului redus și unui număr mare de cicluri de încărcare-descărcare. Dar pentru a aprecia aceste beneficii este necesar să folosiți corect bateria Li-Ion.
Instrucțiunile de utilizare variază în funcție de tipul bateriei. De exemplu, bateriile Ni-MH și Ni-Cd trebuie să fie complet descărcate înainte de încărcare. În caz contrar, elementele devin mai mari și volumul bateriei scade. Cu toate acestea, regula „a cumpărat un telefon - descărcați-l la zero, apoi încărcați-l și repetați ciclul de mai multe ori” nu este universală și nu se aplică la Li-Ion.
Prin urmare, înainte de a aplica recomandările de mai jos, aruncați o privire asupra bateriei dvs. Ar trebui să spună că este litiu-ion (Li-Ion). Numai în acest caz, utilizați următoarele reguli de funcționare.
Nu descărcați bateria la zero prea des.
Încă nu va fi posibilă descărcarea completă a bateriei. Placa de protecție oprește dispozitivul când se atinge un anumit minim. Descărcarea completă este posibilă numai dacă dezasamblați bateria și îndepărtați placa de protecție. Bateriile Li-Ion și Li-Pol nu tolerează descărcarea completă frecventă. De aceea se vand 2/3 taxate.
Puneți dispozitivul pentru a se încărca când bateria mai are 10-20% rămase
Un mesaj precum „Vă rugăm să conectați încărcătorul” apare atunci când încărcarea ajunge la 10-20% dintr-un motiv. Urmați recomandările producătorului și conectați încărcătorul.
Dar nu trebuie să așteptați o astfel de cădere. Dacă îți poți încărca telefonul sau laptopul, fă-o. Încărcarea regulată nu este un panaceu, dar cu cât vă încărcați Li-Ion mai des, cu atât va dura mai mult.
Calibrați-vă bateria periodic
Calibrarea presupune descărcarea completă și apoi încărcarea dispozitivului. Nu există nicio contradicție cu prima regulă: calibrarea trebuie făcută aproximativ o dată la trei luni.
Calibrarea nu prelungește în mod direct durata de viață a bateriei, ci doar ajută controlerul să determine corect capacitatea bateriei. Dacă controlerul determină incorect cantitatea de încărcare, dispozitivul va trebui să fie încărcat mai des. Ciclurile de încărcare-descărcare sunt irosite și bateria se defectează mai repede.
Folosiți încărcător original
Originalitatea în contextul problemei luate în considerare este necesară pentru a vă proteja de utilizarea produselor de calitate scăzută. Dacă sunteți sigur că caracteristicile tehnice ale dispozitivului terță parte corespund caracteristicilor încărcătorului original, atunci nu vor apărea probleme.
Încercați să nu folosiți „broaște”
Dacă este posibil, evitați încărcarea bateriilor folosind o broască. Utilizarea dispozitivelor necertificate este nesigură; există cazuri în care „broaștele” se aprind în timpul încărcării.
Intervalele de temperatură permise pentru încărcarea și descărcarea bateriilor litiu-ion
Caracteristici de testare
Testele pentru numărul de cicluri au fost efectuate cu un curent de descărcare de 1C; pentru fiecare baterie s-au efectuat cicluri de descărcare/încărcare până la atingerea 80% din capacitate. Acest număr a fost ales pe baza timpului testului și pentru o posibilă comparare a rezultatelor ulterioară. Numărul de cicluri echivalente complete este de până la 7500 în unele teste.Testele de viață au fost efectuate la diferite niveluri de încărcare și temperaturi, au fost efectuate măsurători de tensiune la fiecare 40-50 de zile pentru a monitoriza descărcarea, durata testului a fost de 400-500 de zile.
Principala dificultate în experimente este discrepanța dintre capacitatea declarată și cea reală. Toate bateriile au o capacitate mai mare decât cea declarată, variind de la 0,1% la 5%, ceea ce introduce un element suplimentar de imprevizibilitate.
Cel mai frecvent au fost folosite bateriile NCA și NMC, dar au fost testate și bateriile cu litiu cobalt și cu fosfat de litiu.
Câțiva termeni:
DoD - Depth of Discharge - adâncimea de descărcare.
SoC - Stare de încărcare - nivel de încărcare.
Utilizarea bateriilor
Numărul de cicluri
În prezent, există o teorie conform căreia dependența numărului de cicluri pe care o baterie le poate suporta de gradul de descărcare al bateriei în ciclu are următoarea formă (ciclurile de descărcare sunt indicate cu albastru, ciclurile complete echivalente sunt indicate în negru):Această curbă se numește curba Wöhler. Ideea principală a venit de la mecanică despre dependența numărului de întinderi ale unui arc de gradul de întindere. Valoarea inițială a 3000 de cicluri la descărcarea 100% a bateriei este o medie ponderată la o descărcare de 0,1C. Unele baterii arată rezultate mai bune, altele mai proaste. La un curent de 1C, numărul de cicluri complete la descărcare 100% scade de la 3000 la 1000-1500, în funcție de producător.
În general, această relație, prezentată în grafice, a fost confirmată de rezultatele experimentelor, deoarece Este recomandabil să încărcați bateria ori de câte ori este posibil.
Calculul suprapunerii ciclurilor
Când utilizați baterii, este posibil să funcționați cu două cicluri simultan (de exemplu, frânare regenerativă într-o mașină):
Rezultă următorul ciclu combinat:
Apare întrebarea, cum afectează acest lucru funcționarea bateriei, durata de viață a bateriei este redusă semnificativ?
Conform rezultatelor experimentelor, ciclul combinat a arătat rezultate similare cu adăugarea de cicluri echivalente complete a două cicluri independente. Acestea. Capacitatea relativă a bateriei în ciclul combinat a scăzut în funcție de suma descărcărilor din ciclurile mici și mari (graficul liniarizat este prezentat mai jos). 
Efectul ciclurilor mari de descărcare este mai semnificativ, ceea ce înseamnă că este mai bine să încărcați bateria cu fiecare ocazie.
Efect de memorie
Efectul de memorie al bateriilor litiu-ion nu a fost observat conform rezultatelor experimentale. În diferite moduri, capacitatea sa totală încă nu s-a schimbat ulterior. În același timp, există o serie de studii care confirmă prezența acestui efect în bateriile cu fosfat de litiu și litiu titan.Stocare baterie
Temperaturi de depozitare
Aici nu s-au făcut descoperiri neobișnuite. Temperaturile 20-25°C sunt optime (în viața normală) pentru stocarea bateriei, dacă nu este folosit. Când depozitați o baterie la o temperatură de 50°C, degradarea capacității are loc de aproape 6 ori mai rapid.Desigur, temperaturile mai scăzute sunt mai bune pentru depozitare, dar în viața de zi cu zi aceasta înseamnă o răcire specială. Deoarece temperatura aerului din apartament este de obicei de 20-25°C, cel mai probabil depozitarea va fi la această temperatură.
Nivel de încărcare
După cum au arătat testele, cu cât încărcarea este mai mică, cu atât autodescărcarea bateriei este mai lentă. Capacitatea bateriei a fost măsurată, ceea ce va fi în timpul utilizării sale ulterioare după depozitare pe termen lung. Cele mai bune rezultate au fost arătate de bateriile care au fost stocate cu o încărcare aproape de zero.În general, rezultate bune au fost arătate de bateriile care au fost stocate cu un nivel de încărcare de cel mult 60% la începutul stocării. Numerele diferă de cele de mai jos pentru o încărcare de 100% în rau (adică, bateria va deveni inutilizabilă mai devreme decât este indicat în figură):
Figura preluată din articolul 5 sfaturi practice pentru utilizarea bateriilor litiu-ion
În același timp, cifrele pentru încărcare mică sunt mai optimiste (94% după un an la 40°C pentru stocare la 40% SOC).
Deoarece o încărcare de 10% nu este practică, deoarece timpul de operare la acest nivel este foarte scurt, Este optim să depozitați bateriile la SOC 60%, ceea ce vă va permite să îl utilizați în orice moment și nu îi va afecta în mod critic durata de viață.
Principalele probleme ale rezultatelor experimentale
Nimeni nu a efectuat teste care pot fi considerate 100% fiabile. Eșantionul, de regulă, nu depășește câteva mii de baterii din milioanele produse. Majoritatea cercetătorilor nu sunt în măsură să ofere analize comparative fiabile din cauza eșantionării insuficiente. De asemenea, rezultatele acestor experimente sunt adesea informații confidențiale. Deci aceste recomandări nu se aplică neapărat bateriei dvs., dar pot fi considerate optime.Rezultatele experimentelor
Frecvența optimă de încărcare - cu fiecare ocazie.Condițiile optime de depozitare sunt 20-25°C cu o încărcare a bateriei de 60%.
Surse
1. Curs „Sisteme de stocare a bateriilor”, RWTH Aachen, Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe SauerInteresul 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 absența electrolitului lichid, care 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 în decurs de un an de la achiziție. După 2-3 ani, unele baterii se defectează complet. Dar mult 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 litiu polimer 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.
Masuri de precautie
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.
Funcționarea, încărcarea, avantajele și dezavantajele bateriilor cu litiu
Mulți oameni folosesc astăzi dispozitive electronice în viața de zi cu zi. Telefoane mobile, tablete, laptopuri... Toată lumea știe ce sunt. Dar puțini oameni știu că elementul cheie al acestor dispozitive este bateria cu litiu. Aproape fiecare dispozitiv mobil este echipat cu acest tip de baterie. Astăzi vom vorbi despre bateriile cu litiu. Aceste baterii și tehnologia lor de producție sunt în continuă evoluție. Actualizări semnificative de tehnologie au loc la fiecare 1-2 ani. Ne vom uita la principiul general de funcționare al bateriilor cu litiu, iar soiurilor vor fi dedicate materiale separate. Mai jos vom discuta istoricul, funcționarea, stocarea, avantajele și dezavantajele bateriilor cu litiu.
Cercetările în această direcție au fost efectuate la începutul secolului al XX-lea. „Primele rândunele” din familia bateriilor cu litiu au apărut la începutul anilor șaptezeci ai secolului trecut. Anodul acestor baterii a fost realizat din litiu. Au devenit rapid solicitate datorită energiei specifice ridicate. Datorită prezenței litiului, un agent reducător foarte activ, dezvoltatorii au reușit să crească foarte mult tensiunea nominală și energia specifică a elementului. Dezvoltarea, testarea ulterioară și reglarea fină a tehnologiei au durat aproximativ două decenii.
În acest timp, problemele au fost rezolvate în principal cu siguranța utilizării bateriilor cu litiu, selecția materialelor etc. Celulele secundare cu litiu cu electroliți aprotici și varietatea cu catod solid sunt similare în procesele electrochimice care au loc în ele. În special, dizolvarea anodică a litiului are loc la electrodul negativ. Litiul este introdus în rețeaua cristalină a electrodului pozitiv. Când celula bateriei este încărcată, procesele de pe electrozi merg în direcția opusă.
Materialele pentru electrodul pozitiv au fost dezvoltate destul de repede. Principala cerință pentru ei a fost ca să sufere procese reversibile.
Vorbim despre extractia anodica si introducerea catodica. Aceste procese sunt numite și deintercalare anodică și intercalare catodă. Cercetătorii au testat diferite materiale ca catod.
Cerința era ca în timpul mersului cu bicicleta să nu existe modificări. În special, au fost studiate următoarele materiale:
- TiS2 (disulfură de titan);
- Nb(Se)n (seleniră de niob);
- sulfuri și diselenide de vanadiu;
- sulfuri de cupru si fier.
Toate materialele enumerate au o structură stratificată. S-au efectuat cercetări și cu materiale de compoziții mai complexe. În acest scop, aditivii anumitor metale au fost folosiți în cantități mici. Acestea erau elemente cu cationi cu o rază mai mare decât Li.
Caracteristicile specifice ridicate ale catodului au fost obținute folosind oxizi metalici. Diferiți oxizi au fost testați pentru performanța reversibilă, care depinde de gradul de distorsiune a rețelei cristaline a materialului oxid atunci când sunt introduși acolo cationi de litiu. S-a luat în considerare și conductibilitatea electronică a catodului. Scopul a fost să se asigure că volumul catodului se modifică cu cel mult 20 la sută. Potrivit cercetărilor, oxizii de vanadiu și molibden au prezentat cele mai bune rezultate.
Anodul a fost principala dificultate în crearea bateriilor cu litiu. Mai precis, în timpul procesului de încărcare, când are loc depunerea catodică de Li. Acest lucru creează o suprafață cu activitate foarte mare. Litiul se depune pe suprafața catodului sub formă de dendrite și ca urmare se formează o peliculă pasivă.
Se pare că această peliculă învăluie particulele de litiu și previne contactul lor cu baza. Acest proces se numește încapsulare și are ca rezultat faptul că, după ce bateria este încărcată, o anumită parte din litiu este exclusă din procesele electrochimice.
Ca urmare, după un anumit număr de cicluri, electrozii s-au uzat și stabilitatea temperaturii proceselor din interiorul bateriei cu litiu a fost perturbată.
La un moment dat, elementul a fost încălzit până la punctul de topire al Li și reacția a intrat într-o fază necontrolată. Deci, la începutul anilor 90, multe baterii cu litiu au fost returnate întreprinderilor companiilor implicate în producția lor. Acestea au fost una dintre primele baterii care au fost folosite în telefoanele mobile. În momentul vorbirii (curentul atinge valoarea maximă) la telefon, din aceste baterii a izbucnit o flacără. Au fost multe cazuri în care fața utilizatorului a fost arsă. Formarea dendritelor în timpul depunerii de litiu, pe lângă riscul de incendiu și explozie, poate duce la un scurtcircuit.
Prin urmare, cercetătorii au petrecut mult timp și efort pentru a dezvolta o metodă de tratare a suprafeței catodice. Au fost dezvoltate metode de introducere a aditivilor în electrolit care împiedică formarea dendritelor. Oamenii de știință au făcut progrese în această direcție, dar problema nu a fost încă rezolvată complet. Ei au încercat să rezolve aceste probleme folosind litiu metalic folosind o altă metodă.
Astfel, electrodul negativ a început să fie fabricat din aliaje de litiu, și nu din Li pur. Cel mai de succes a fost aliajul de litiu și aluminiu. Când are loc procesul de descărcare, litiul este gravat din electrod dintr-un astfel de aliaj și invers în timpul încărcării. Adică, în timpul ciclului de încărcare-descărcare, concentrația de Li din aliaj se modifică. Desigur, a existat o oarecare pierdere a activității litiului în aliaj în comparație cu Li metalic.
Potențialul electrodului din aliaj a scăzut cu aproximativ 0,2-0,4 volți. Tensiunea de funcționare a bateriei cu litiu a scăzut și, în același timp, a scăzut interacțiunea dintre electrolit și aliaj. Acesta a devenit un factor pozitiv, deoarece autodescărcarea a scăzut. Dar aliajul de litiu și aluminiu nu este utilizat pe scară largă. Problema aici a fost că volumul specific al acestui aliaj s-a schimbat foarte mult în timpul ciclării. Când a avut loc o descărcare profundă, electrodul a devenit casant și s-a prăbușit. Din cauza scăderii caracteristicilor specifice ale aliajului, cercetările în această direcție au fost oprite. Au fost studiate și alte aliaje.
Cercetările au arătat că aliajul de Li cu metale grele este cea mai bună alegere. Un exemplu este aliajul de lemn. Au funcționat bine în ceea ce privește menținerea volumului specific, dar caracteristicile specifice au fost insuficiente pentru utilizarea în bateriile cu litiu.
Drept urmare, deoarece litiul metalic este instabil, cercetările au început să meargă într-o direcție diferită. S-a decis excluderea litiului pur din componentele bateriei și utilizarea ionilor acestuia. Așa au apărut bateriile litiu-ion (Li-Ion).
Densitatea de energie a bateriilor litiu-ion este mai mică decât a bateriilor cu litiu. Dar siguranța și ușurința lor de utilizare sunt mult mai mari. Puteți citi mai multe despre el la link-ul dat.
Funcționare și durată de viață
Exploatare
Regulile de funcționare vor fi discutate folosind exemplul bateriilor obișnuite cu litiu care sunt utilizate în dispozitivele mobile (telefoane, tablete, laptopuri). În cele mai multe cazuri, astfel de baterii sunt protejate de „prost” de controlerul încorporat. Dar este util pentru utilizator să cunoască lucruri de bază despre designul, parametrii și funcționarea bateriilor cu litiu.
În primul rând, rețineți că o baterie cu litiu trebuie să aibă o tensiune de 2,7 până la 4,2 volți. Valoarea inferioară indică aici nivelul minim de încărcare, cea superioară indică nivelul maxim. În bateriile moderne Li, electrozii sunt fabricați din grafit și în cazul lor limita inferioară de tensiune este de 3 volți (2,7 este valoarea pentru electrozii de cocs). Energia electrică pe care o emite o baterie atunci când tensiunea scade de la limita superioară la limita inferioară se numește capacitatea sa.
Pentru a prelungi durata de viață a bateriilor cu litiu, producătorii restrâng ușor intervalul de tensiune. Adesea, acesta este 3,3-4,1 volți. După cum arată practica, durata maximă de viață a bateriilor cu litiu este atinsă la un nivel de încărcare de 45%. Dacă bateria este supraîncărcată sau supradescărcată, durata de viață a acesteia va fi scurtată. De obicei, se recomandă încărcarea unei baterii cu litiu la o încărcare de 15-20%. Și trebuie să opriți încărcarea imediat după ce atingeți capacitatea de 100%.
Dar, așa cum am menționat deja, controlerul salvează bateria de la supraîncărcare și descărcare profundă. Această placă de control cu microcircuit se găsește pe aproape toate bateriile cu litiu. În diverse electronice de larg consum (tabletă, smartphone, laptop), funcționarea controlerului integrat în baterie este completată și de un microcircuit care este lipit pe placa dispozitivului propriu-zis.
În general, funcționarea corectă a bateriilor cu litiu este asigurată de controlerul acestora. Utilizatorului i se cere practic să nu se implice în acest proces și să nu se angajeze în activități de amatori.
Durata de viață
Durata de viață a bateriilor cu litiu este de aproximativ 500 de cicluri de încărcare-descărcare. Această valoare este valabilă pentru majoritatea bateriilor moderne litiu-ion și litiu-polimer. Durata de viață poate varia în timp. Depinde de intensitatea utilizării dispozitivului mobil. Cu utilizare constantă și încărcare cu aplicații care consumă multe resurse (videoclipuri, jocuri), bateria își poate epuiza limita în decurs de un an. Dar, în medie, durata de viață a bateriilor cu litiu este de 3-4 ani.
Proces de încărcare
Merită remarcat imediat că, pentru funcționarea normală a bateriei, trebuie să utilizați încărcătorul standard care vine cu gadgetul. În cele mai multe cazuri, aceasta este o sursă de 5 volți DC. Încărcătoarele standard pentru telefon sau tabletă furnizează de obicei un curent de aproximativ 0,5─1 * C (C este capacitatea nominală a bateriei).
Modul de încărcare standard pentru o baterie cu litiu este următorul. Acest mod este folosit în controlerele Sony și asigură încărcare maximă. Figura de mai jos prezintă acest proces grafic.
Procesul constă din trei etape:
- Durata primei etape este de aproximativ o oră. În acest caz, curentul de încărcare este menținut la un nivel constant până când tensiunea bateriei atinge 4,2 volți. La final, gradul de încărcare este de 70%;
- a doua etapă durează și ea aproximativ o oră. În acest moment, controlerul menține o tensiune constantă de 4,2 volți, iar curentul de încărcare scade. Când curentul scade la aproximativ 0,2*C, începe etapa finală. La final, gradul de încărcare este de 90%;
- în a treia etapă, curentul scade continuu la o tensiune de 4,2 volți. În principiu, această etapă repetă a doua etapă, dar are o limită strictă de timp de 1 oră. După aceasta, controlerul deconectează bateria de la încărcător. La final, starea de încărcare este de 100%.
Controlerele care sunt capabile să ofere o astfel de punere în scenă sunt destul de scumpe. Acest lucru se reflectă în costul bateriei. Pentru a reduce costurile, mulți producători instalează controlere cu un sistem de încărcare simplificat în baterii. Adesea, aceasta este doar prima etapă. Încărcarea este întreruptă când tensiunea atinge 4,2 volți. Dar în acest caz, bateria cu litiu este încărcată doar la 70% din capacitatea sa. Dacă bateria cu litiu a dispozitivului durează 3 ore sau mai puțin pentru a se încărca, atunci cel mai probabil are un controler simplificat.
Există o serie de alte puncte care merită remarcate. Periodic (la fiecare 2-3 luni) descărcați complet bateria (pentru ca telefonul să se oprească). Apoi este încărcat complet la 100%. După aceasta, scoateți bateria timp de 1-2 minute, introduceți și porniți telefonul. Nivelul de încărcare va fi mai mic de 100%. Încărcați complet și faceți acest lucru de mai multe ori până când se afișează o încărcare completă când introduceți bateria.
Amintiți-vă că încărcarea prin conectorul USB al unui laptop, desktop sau adaptor pentru brichetă într-o mașină este mult mai lentă decât cu un încărcător standard. Acest lucru se datorează limitării curente a interfeței USB de 500 mA.
De asemenea, amintiți-vă că la frig și la presiune atmosferică scăzută, bateriile cu litiu își pierd o parte din capacitate. La temperaturi sub zero, acest tip de baterie devine inoperabil.