Ključni element mobilnosti elektroničkih uređaja je punjiva baterija (ACB). Rastući zahtjevi za osiguranjem njihove najduže autonomije potiču kontinuirana istraživanja u ovom području i dovode do pojave novih tehnoloških rješenja.
Široko korištene nikal-kadmijeve (Ni-Cd) i nikal-metal hidridne (Ni-MH) baterije imaju alternativu - prvo litij baterije, a zatim naprednije litij-ionske (Li-ion) baterije.
Sadržaj
Povijest izgleda
Prve takve baterije pojavile su se 70-ih godina. posljednje stoljeće. Odmah su zadobili potražnju zbog naprednijih karakteristika. Anoda elemenata bila je izrađena od metalnog litija, čija su svojstva omogućila povećanje specifične energije. Tako su rođene litijeve baterije.
Nove baterije imale su značajan nedostatak - povećan rizik od eksplozije i paljenja.Razlog je ležao u stvaranju litijevog filma na površini elektrode, što je dovelo do kršenja temperaturne stabilnosti. U trenutku maksimalnog opterećenja, baterija bi mogla eksplodirati.
Poboljšanje tehnologije dovelo je do napuštanja čistog litija u komponentama baterije u korist korištenja njegovih pozitivno nabijenih iona. Litij-ionska baterija se pokazala kao dobro rješenje.
Ovu vrstu ionskih baterija karakterizira veća sigurnost, koja se postiže na račun blagog smanjenja gustoće energije, no stalni tehnološki napredak omogućio je smanjenje gubitka u ovom pokazatelju na minimum.
Uređaj
Uvođenje litij-ionskih baterija u industriju potrošačke elektronike donijelo je iskorak nakon razvoja baterije s katodom od ugljičnog materijala (grafita) i anodom od kobalt oksida.
U procesu pražnjenja baterije, litijevi ioni se uklanjaju iz materijala katode i uključuju se u kobaltov oksid suprotne elektrode; pri punjenju proces se odvija u suprotnom smjeru. Dakle, litijevi ioni stvaraju električnu struju, krećući se s jedne elektrode na drugu.
Li-Ion baterije se proizvode u cilindričnoj i prizmatičnoj izvedbi. U cilindričnoj strukturi, dvije vrpce ravnih elektroda, razdvojene materijalom impregniranim elektrolitom, smotane su i smještene u zapečaćeno metalno kućište. Katodni materijal se taloži na aluminijsku foliju, a anodni materijal na bakrenu foliju.
Prizmatični dizajn baterije dobiva se slaganjem pravokutnih ploča jedna na drugu. Ovaj oblik baterije omogućuje gušću raspored elektroničkog uređaja. Proizvode se i prizmatične baterije s valjanim elektrodama uvijenim u spiralu.
Rad i vijek trajanja
Dug, potpun i siguran rad litij-ionskih baterija moguć je ako se poštuju pravila rada, a njihovo zanemarivanje ne samo da će skratiti životni vijek proizvoda, već može dovesti do negativnih posljedica.
Eksploatacija
Ključni uvjet za rad Li-Ion baterija odnosi se na temperaturu – ne smije se dopustiti pregrijavanje. Visoke temperature mogu prouzročiti maksimalnu štetu, a uzrok pregrijavanja može biti kako vanjski izvor tako i stresni načini punjenja i pražnjenja baterije.
Na primjer, zagrijavanje do 45°C dovodi do smanjenja sposobnosti držanja napunjenosti baterije za 2 puta. Ova temperatura se lako postiže kada je uređaj dugo izložen suncu ili kada se koriste energetski intenzivni aplikacije.
Ako se proizvod pregrije, preporuča se staviti na hladno mjesto, bolje ga je isključiti i izvaditi bateriju.
Za najbolje performanse baterije na ljetnim vrućinama trebali biste koristiti način rada za uštedu energije koji je dostupan na većini mobilnih uređaja.
Niske temperature također negativno utječu na ionske baterije; na temperaturama ispod -4°C baterija više ne može isporučiti punu snagu.
No hladnoća nije toliko štetna za Li-Ion baterije kao visoke temperature i najčešće ne uzrokuje trajna oštećenja. Unatoč činjenici da se nakon zagrijavanja na sobnu temperaturu radna svojstva baterije potpuno obnavljaju, ne biste trebali zaboraviti na smanjenje kapaciteta na hladnoći.
Druga preporuka za korištenje Li-Ion baterija je spriječiti njihovo duboko pražnjenje. Mnoge baterije starije generacije imale su memorijski efekt koji je zahtijevao da se isprazne do nule, a zatim potpuno napune.Li-Ion baterije nemaju taj učinak, a izolirani slučajevi potpunog pražnjenja ne dovode do negativnih posljedica, ali je stalno duboko pražnjenje štetno. Preporuča se priključiti punjač kada je razina napunjenosti 30%.
Doživotno
Nepravilan rad Li-Ion baterija može smanjiti njihov vijek trajanja za 10-12 puta. Ovo razdoblje izravno ovisi o broju ciklusa punjenja. Vjeruje se da Li-Ion baterije mogu izdržati od 500 do 1000 ciklusa, uzimajući u obzir potpuno pražnjenje. Veći postotak preostalog punjenja prije sljedećeg punjenja značajno produžuje vijek trajanja baterije.
Budući da je trajanje Li-Ion baterije uvelike određeno uvjetima rada, nemoguće je dati točan vijek trajanja za te baterije. U prosjeku se može očekivati da baterija ovog tipa traje 7-10 godina ako se poštuju propisani propisi.
Proces punjenja
Prilikom punjenja izbjegavajte predugo spajanje baterije na punjač. Normalan rad litij-ionske baterije odvija se pri naponu koji ne prelazi 3,6 V. Punjači tijekom punjenja dovode na ulaz baterije 4,2 V. Ako se vrijeme punjenja prekorači, u bateriji mogu započeti neželjene elektrokemijske reakcije koje će dovesti do pregrijavanja sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze.
Programeri su uzeli u obzir takvu značajku - sigurnost punjenja modernih Li-Ion baterija kontrolira se posebnim ugrađenim uređajem koji zaustavlja proces punjenja kada napon poraste iznad dopuštene razine.
Za litijeve baterije ispravna je dvostupanjski način punjenja.U prvoj fazi, baterija se mora puniti, osiguravajući stalnu struju punjenja, druga faza mora se provesti s konstantnim naponom i postupnim smanjenjem struje punjenja. Takav je algoritam ugrađen u hardver u većini kućanskih punjača.
Skladištenje i odlaganje
Litij-ionska baterija može se čuvati dugo vremena, samopražnjenje je 10-20% godišnje. Ali istodobno dolazi do postupnog smanjenja karakteristika proizvoda (degradacije).
Preporuča se skladištenje takvih baterija na mjestu zaštićenom od vlage, na temperaturi od +5 ... + 25 ° C. Jake vibracije, udari i blizina otvorenog plamena su neprihvatljivi.
Proces recikliranja litij-ionskih ćelija mora se provoditi u specijaliziranim poduzećima koja imaju odgovarajuću dozvolu. Oko 80% materijala iz recikliranih baterija može se ponovno upotrijebiti u proizvodnji novih baterija.
Sigurnost
Litij-ionska baterija, čak i minijaturne veličine, prepuna je opasnosti od eksplozivnog spontanog izgaranja. Ova značajka ove vrste baterija zahtijeva poštivanje sigurnosnih mjera u svim fazama, od razvoja do proizvodnje i skladištenja.
Kako bi se poboljšala sigurnost Li-Ion baterija tijekom proizvodnje, u njihovo kućište je postavljena mala elektronička ploča - sustav nadzora i upravljanja koji je dizajniran da eliminira preopterećenja i pregrijavanje. Elektronički mehanizam povećava otpor kruga kada temperatura poraste iznad unaprijed određene granice. Neki modeli baterija imaju ugrađen mehanički prekidač koji prekida strujni krug kada tlak unutar baterije poraste.
Također, sigurnosni ventil se često ugrađuje u kućišta baterija za smanjenje tlaka u slučaju nužde.
Prednosti i nedostaci litij baterija
Prednosti ove vrste baterija su:
- visoka gustoća energije;
- nema efekta pamćenja;
- dug radni vijek;
- niska stopa samopražnjenja;
- nema potrebe za održavanjem;
- osiguravanje konstantnih radnih parametara u relativno širokom temperaturnom rasponu.
Ima litijsku bateriju i nedostatke, a to su:
- opasnost od spontanog izgaranja;
- veći trošak od svojih prethodnika;
- potreba za ugrađenim kontrolerom;
- nepoželjnost dubokog pražnjenja.
Tehnologije za proizvodnju Li-Ion baterija stalno se poboljšavaju, mnogi nedostaci postupno postaju stvar prošlosti.
Područje primjene
Visoka gustoća energije litij-ionskih baterija određuje njihovo glavno područje primjene - mobilne elektroničke uređaje: prijenosna računala, tablete, pametne telefone, video kamere, kamere, navigacijske sustave, razne ugrađene senzore i niz drugih proizvoda.
Postojanje cilindričnog oblika ovih baterija omogućuje njihovu upotrebu u svjetiljkama, fiksnim telefonima i drugim uređajima koji su prethodno trošili energiju iz jednokratnih baterija.
Litij-ionski princip izgradnje baterije ima nekoliko varijanti, vrste se razlikuju po vrsti korištenih materijala (litij-kobalt, litij-mangan, litij-nikl-mangan-kobalt-oksid itd.). Svaki od njih ima svoj opseg.
Uz mobilnu elektroniku, skupina litij-ionskih baterija koristi se u sljedećim područjima:
- ručni električni alati;
- Prijenosna medicinska oprema;
- neprekidna napajanja;
- sigurnosni sustavi;
- moduli rasvjete u nuždi;
- solarne stanice;
- električna vozila i električni bicikli.
S obzirom na stalno usavršavanje litij-ionske tehnologije i uspjeh u stvaranju baterija velikog kapaciteta malih dimenzija, moguće je predvidjeti širenje primjene takvih baterija.
Obilježava
Parametri litij-ionskih baterija otisnuti su na tijelu proizvoda, dok se kodiranje može značajno razlikovati za različite veličine. Jedinstveni standard za označavanje baterija za sve proizvođače još nije razvijen, ali još uvijek je moguće samostalno odrediti najvažnije parametre.
Slova u liniji za označavanje označavaju vrstu ćelije i korištene materijale: prvo slovo I označava litij-ionsku tehnologiju, sljedeće slovo (C, M, F ili N) označava kemijski sastav, treće slovo R znači da ćelija je punjiva (Rechargeable).
Brojevi u nazivu veličine označavaju veličinu baterije u milimetrima: prva dva broja su promjer, a druga dva su duljina. Na primjer, 18650 označava promjer od 18 mm i duljinu od 65 mm, 0 označava faktor cilindričnog oblika.
Posljednja slova i brojevi u seriji su oznake spremnika specifične za svakog proizvođača. Također ne postoje jedinstveni standardi za označavanje datuma proizvodnje.
