Svarkin-spb.ru

Какие бывают типы литий ионных аккумуляторов

Особенности использования литиевых аккумуляторов для автомобилей

Литиевый аккумулятор для автомобиля набирает все большую популярность. Легкие литиевые аккумуляторы разработаны для целого ряда транспортных средств, начиная от мотоциклов и заканчивая военной техникой. Растущий спрос на них заставил поставщиков и ученых сосредоточиться на повышении плотности энергии, рабочей температуры, безопасности, долговечности, времени зарядки и выходной мощности литий-ионных батарей.

Разработка литиевых АКБ началась с 1912 года под руководством Г.Н Льюиса, но появились первые литиевые неперезаряжаемые источники питания только в начале 1970-х годов. В 1980-х годах попытались разработать перезаряжаемый питающий элемент, но разработка не удалась из-за нестабильности в металлическом литии, используемом в качестве основного материала.

Литиевая батарея использует литий в качестве анода. АКБ Lion используют графит в качестве анода и активных материалов в катоде.

В связи с нестабильностью лития во время зарядки ученые стали использовать неметаллический раствор с использованием лития. В 1991 году фирма «SONY» запатентовала первый ион Li батарею. Продолжая развиваться, она остается популярной и перспективной на мировом рынке.

С другой стороны, цена на автомобильные литиевые аккумуляторы в несколько раз превышает стоимость свинцово-кислотных.

Автомобильный литий-ионный аккумулятор часто используется в электромобилях. Электромобиль приводится в движение, используя энергию источника питания.

Типы батарей электромобиля

В электромобилях используется три типа аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, батареи гидрида металла никеля и литий-ионные источники питания.

Свинцово-кислотные АКБ изобретены в 1859 году и считаются привычной формой источника питания. Они использовались во всех типах автомобильного транспорта. Это вид жидких батарей, которые содержат емкости со слабым раствором серной кислоты.

Свинцовые электроды и кислота используется для производства электроэнергии в АКБ. Источник питания не имеет сложности в обслуживании и отличается небольшой стоимостью. Но содержит опасные газы, которые приводят к взрыву при неправильной эксплуатации.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используются с 1980 года. Это маленькая, легкая и вместительная батарея, которая имеет высокую плотность и не содержит никаких токсических металлов.

Литий-ионные аккумуляторы для автомобилей используются с начала 1990 года. Они отличаются очень высокой плотностью энергии.

Этот тип питающих элементов считается лучшим для питания электромобилей.

Какие бывают типы литий-ионных батарей и где используются

В настоящее время используются три вида LIB, которые отличаются материалами катода.

Катоды лития, содержащие кобальт (Limo2).

Этот тип особенно эффективен. Кобальтовый ион Со3+ маленький, поэтому катод построен таким образом, что литий-ионные катоды легко перемещаются. Это важно для высокой плотности энергии и емкости, чтобы выпускать маленькие и легкие батареи. Используется в портативной электронике и электромобилях.

Литий-кобальтовый оксид LiCoO2 (LCO) – это тонкое устройство чувствительно к повреждениям, поэтому используется лишь в электроприборах.

Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiO.8Co0.15Alo.05 или NCA) является надежным соединением. Обеспечивая хорошую плотность энергии и высокую мощность, эти материалы используются как литиевые аккумуляторы 12 вольт для автомобиля.

Литий-Никель-Марганец-Кобальт-Оксиды (NMC) – прочнее и долговечнее, чем тип NCA. Большинство производителей электромобилей используют этот катодный материал. При этом существует несколько вариантов, в которых металлы содержат никель, марганец и кобальт в различных соотношениях. Чем больше доля никеля – тем выше содержание энергии.

Катоды из оксида фосфора-железа-лития (LiFePO4 или LFP).

Этот вид также прочен, но имеет низшую плотность энергии, чем катоды LiMО2. Китайские производители используют для электромобилей городского цикла. Заряда хватает на короткие расстояния.

Катоды из оксида марганца-лития (LiMn2O4 или LMO).

Этот вид раньше использовался в электромобилях, но катоды, содержащие кобальт, превосходят их по стабильности и плотности энергии.

В этом видео описаны подробные характеристики ионных аккумуляторов, размеры, состав и расшифровки маркировок.

Читать еще:  Все необходимые процедуры в уходе за автомобилем

Преимущества литиевых аккумуляторов

  • Очень высокая плотность энергии. Превосходит в четыре раза свинцово-кислотные источники питания.
  • Высокое напряжение клеток. Литий-ионная ячейка заменяет три ячейки NiCd или NiMH, которые обеспечивают только 1,2 вольта. Ученые в настоящее время работают над обеспечением более высокого напряжения в клетках. Чем больше напряжение в клетках, тем меньше клеток требуется. Это дает возможность сделать батарею легче и вместительнее.
  • Переносят высокие токи разряда. Это позволяет работать автомобильным приборам, таким как холодный стартер или приводы для гибридных автомобилей с маленькой емкостью АКБ.
  • Увеличивают мощность и производительность, в зависимости от требований.
  • Имеют возможность быстрой зарядки.
  • Отсутствует эффект памяти – полная разрядка не влияет на продолжительность срока службы.
  • Низкая скорость саморазряда (от трех до пяти процентов в месяц, сохранят работоспособность до десяти лет).
  • При заряде батареи на 100 % способна отдать энергию тока без технических повреждений.

Вариации базового химического состава (например, различные анодные и катодные материалы) позволяют разнообразить характеристики производительности для конкретных применений.

Также доступны батареи маленького размера. Материал электрода и керамические электролиты могут быть разделены на твердые (оксид алюминия/силикагель) или гибкие (акриловые волокна) подложки для производства энергии высокой плотности для тонких и плоских батарей.

Недостатки литий-ионных батарей

  • Чувствительность к глубокой разрядке, перегрузка и слишком высокая температура. Но на практике это редко является проблемой. Аккумуляторы уже имеют встроенную электронику, которая защищает от негативных влияний. При использовании LIB без встроенной электроники рекомендуется использовать зарядное устройство, которое для нее предназначено.
  • Повышенная чувствительность к высоким и низким температурам. Оптимальная рабочая температура в пределах 10–35 градусов. При низких температурах мощность батареи падает. Также существуют специально предназначенные ионные источники питания для низких температур, которые поддерживают заряд при температуре -40 градусов, только с ограниченными разрядными потоками.

Безопасность литиевых батарей

При перегреве или перезарядке LIB могут подвергаться разрушению. Это приведет к утечке ядовитых газов, взрыву и пожару. Чтобы этого избежать, батарея лития содержит отказоустойчивую схему, которая отключает источник питания, когда напряжение находится в опасном диапазоне.

Литий-ионный аккумулятор для автомобиля имеет множество положительных характеристик, но использование его в бензиновых и дизельных двигателях не эффективно и в данное время не применяется. Генератор, который вырабатывает переменный ток в автомобиле, не приспособлен заряжать данный вид аккумуляторов.

Это видео расскажет об использовании литий-ионных аккумуляторов для бензиновых и дизельных двигателей.

Аккумуляторы для телефонов и смартфонов — типы и характеристики

Вне зависимости от характеристик, типа, ёмкости, конструкции, аккумулятор — это единственный источник энергии мобильного устройства.

Производители смартфонов и телефонов прекрасно знают, какой должна быть перезаряжаемая батарея в той или иной модели, ориентируясь на цели её использования.

Невзирая на колоссальный опыт и финансовые возможности, даже крупные корпорации могут ошибаться при создании элемента питания. Вспомните скандально известную историю со взрывающимися аккумуляторами Samsung Galaxy Note 7. Идея угловатой конструкции обернулась риском микроповреждений оболочки и смешиванием химических элементов, что в некоторых ситуациях приводит к воспламенению.

Как вы понимаете, техническая часть вопроса стоит даже не о том, насколько эффективным может быть определённый тип аккумулятора, сколько вообще целесообразно и безопасно применять выбранную разновидность в конкретной концепции. Отсюда и появляется разношёрстный выбор телефонов с отличающимися характеристиками батареи.

Предлагаем разобраться в разнице между ними коротко и ясно.

Коммерческие типы аккумуляторов в телефонах и смартфонах

Всего существует около десятка разновидностей аккумуляторов для коммерческой эксплуатации. Но есть также и те, что находятся в разработке, исследуются и готовятся заменить собой устаревающие типы в ближайшие годы. Мы рассмотрим те из них, которые сейчас встречаются в телефонах и смартфонах прежних и новых поколений.

Читать еще:  Лучшие Ni─cd аккумуляторы для шуруповёрта

Список типов аккумуляторов по убыванию популярности применения в мобильных устройствах:
1. Li-Ion — литий-ионный (иногда называют литиево-ионный).
2. Li-Po, Li-Pol, Li-Poly — литий-полимерный (также литиево-полимерный).
3. NiCd, Ni-Cd — никель-кадмиевый.
4. NiMH, Ni-MH — никель-металл-гидридный (никель-металлгидридный).

Перезаряжаемые батареи Ni-Cd или Ni-MH вы встретите в основном в бытовых устройствах, в старых телефонах или в специализированных коммуникаторах для промышленной эксплуатации. Почти все современные смартфоны оснащены Li-Ion батареями. Аккумулятор Li-Poly — это относительно новый тип, который появился позднее остальных и распространён в определённых сегментах электроники.

Смартфоны и телефоны с литий-ионным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — 125-200 Втч/кг;
• число циклов — до 1000;
• саморазряд — 10% в месяц;
• напряжение — 3.6В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — отсутствует (не требует «тренировки» и «калибровки»);
• сбалансированная стоимость производства.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы доминируют в области носимых гаджетов, смартфонов, телефонов, ноутбуков и других автономных устройств.

Высокая плотность запасаемой энергии при компактных размерах, гарантированный срок службы в течение полутора лет при активной эксплуатации.

Это вписывается в общую картину ежегодного выпуска новых моделей потребительской электроники. Однако конструктивные недостатки и особенности привели к появлению усовершенствованного последователя.

Смартфоны и телефоны с литий-полимерным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 250 Втч/кг;
• число циклов — до 5000;
• саморазряд — 3-5% в месяц;
• напряжение — 2.7В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C (допустимо при -40°C);
• эффект памяти — отсутствует (без «тренировки» и «калибровки»);
• высокая стоимость производства.

Литий-полимерные (Li-Poly) аккумуляторы уже давно должны были вытеснить с рынка литий-ионных предшественников. Слабая промышленная база и невысокая распространённость делают этот тип более дорогим при использовании в мобильной отрасли.

В последние годы использовать Li-Poly становится намного эффективнее в телефонах.

У таких элементов есть способность принимать смелые формы, заполнять больше пространства внутри корпуса и предлагать увеличенные ёмкости в сравнении с Li-Ion. А ещё они обеспечивают куда лучший уровень безопасности.

Смартфоны и телефоны с никель-кадмиевым аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 60 Втч/кг;
• число циклов — до 1500;
• саморазряд — 20% в месяц;
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-40°C;
• эффект памяти — есть («калибровка» каждые 30 дней);
• самая низкая стоимость производства.

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы повсеместно применялись в 1990-х и в начале 2000-х годов для создания автономных телефонов, радиостанций, ноутбуков, камер и так далее. Этот тип батареи остаётся популярным и до сих пор в отдельных категориях бытовых и промышленных устройств.

NiCd быстро заряжается, допускает большие токи и выдерживает суровый климат, что особенно ценится в индустриальной и строительной сферах.

Значительные эксплуатационные недостатки, включая заметный саморазряд и пресловутый «эффект памяти» (уменьшение ёмкости без обслуживания в виде тренировочных циклов подзарядки), заставили производителей потребительских телефонов перейти на другие технологии.

Смартфоны и телефоны с никель-металлгидридным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 80 Втч/кг;
• число циклов — до 500 (меньше всех);
• саморазряд — 30% в месяц (быстрее всех);
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — есть (тренировочные циклы через 90 дней);
• стоимость производства, как у Li-Ion.

Никель-металлгидридный (Ni-MH) аккумулятор был создан для усовершенствования характеристик батарей типа Ni-CD, предложив экологически чистое производство и меньшую зависимость от «эффекта памяти».

Читать еще:  Подбираем аккумулятор для ноутбука acer

На поверку технология Ni-MH оказалась нестабильной (меньше служит) и значительно более дорогой в производстве, что сыграло негативную роль в популярности такого типа батарей.

Сегодня Ni-MH продолжает совершенствоваться — совсем недавно Panasonic предложила элементы питания с увеличением ёмкости и расширенным диапазоном эксплуатационных температур. Со временем они смогут вытеснить NiCd-аккумуляторы в электромобилях и промышленности, но не в потребительской электронике, где за первенство сейчас сражаются литий-металлические, протонные и литиево-серные батареи будущего.

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Типы аккумуляторов Li-ion

От начала работ по созданию аккумуляторных батарей на основе чистого лития до появления первой партии литий-ионных перезаряжающихся элементов прошло более 80 лет. В 1991 году компанией Sony была выпущена Li-ion батарея. Литий – металл легкий, активный и энергоемкий, но его создатели источников энергии не смогли приручить, пока. Все типы литиевых батареек и аккумуляторы работают с ионами LI в составе сложных солей. По видам активного элемента названы типы батарей, от состава зависит их напряжение на одну ячейку и уровень саморазряда. Удельная энергия гальванических элементов с Li в несколько раз выше, чем Ni-Cd.

Типы литиевых аккумуляторов, размеры

Батарея состоит из положительного и отрицательного электродов из алюминиевой или медной фольги. На поверхность катода тонким слоем нанесен оксид лития, а анод представляет пористый углерод. Между ними сепаратор. Электролит представляет раствор соли лития. При зарядке анод теряет электроды, катод притягивает. Разрядка сопровождается обратной реакцией.

На катод наносят:

  • литий- оксид кобальт или литий-кобальт;
  • литий- оксид марганца, именуемый шпиндель, литий- марганец;
  • литий-фосфат железа, LEP;
  • литий никель-марганец-кобальт, сокращенно НКМ;
  • Литий- никель-кобальт-оксид алюминия или НКА.

Анод выполнен из графитовой пластины – чистый углерод. Но уже ведутся работы по замене его кремниевым.

Подбирая состав ионных компонентов, производители улучшают отдельные свойства батарей. В зависимости от агрегатного состояния электролита литиевые аккумуляторы могут быть ионными или полимерными. Какой тип выбрать зависит от суммы технических показателей.

Получили известность и используются в различных приборах и технике следующие типы литиевых батарей.

  1. Литий-ионные, с номинальным напряжением 3,6 В. В них в необслуживаемой батарее залит жидкий электролит.
  2. Литий-полимерные – номинальное напряжение 3,7 В, электролит заполняет свободное пространство в виде геля.
  3. Литий- железо фосфатные – номинальное напряжение 3,3 В, характеризуется устойчивостью к морозу, не страшна глубокая разрядка, вариант для транспорта.

Характеристики батарей зависят от толщины фольги, % состава компонентов в активной обмазке. Производители создают модели с большей емкостью или мощностью, подбирая состав, технологию нанесения, вид токопроводящих пластин.

Конструкция литий-ионных аккумуляторов

По конструкции батареи li-ion бывают рулонного типа и с набором пластин. Рулонный тип предполагает, что сложенные пластины закручивают в цилиндр или полоса сматывается так, как будто внутри установлена пластина, рулон получается плоским. В корпусе может разместиться несколько таких рулонов. Как отдельные банки, они подключаются в общий вывод параллельно.

Именно из набора литиевых пластин состит призматический АКБ.

Цилиндрические литиевые аккумуляторы используются отдельно батареей или комплектом, в общем корпусе. Токовыводы представляют контактные площадки или винтовые борны. За счет высоких борнов можно самостоятельно собрать батарею нужной емкости, соединяя контакты с помощью токопроводящей ленты. Размеры цилиндрических батарей унифицированы. Так 18650 означает, высота цилиндра 65 мм, диаметр 18 мм.

В оболочке из ламинированой фольги могут быть только литий-полимерные аккумуляторы. Они легкие, компактные, принимают нужную форму. Но непрочный корпус сокращает срок службы батареи.

Видео

Интересует, из каких компонентов собрана литий-ионная батарейка – посмотрите видео.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector