Galvenais elektronisko ierīču mobilitātes elements ir uzlādējams akumulators (ACB). Pieaugošās prasības nodrošināt to ilgāko autonomiju stimulē nepārtrauktu pētniecību šajā jomā un noved pie jaunu tehnoloģisku risinājumu rašanās.
Plaši izmantotajiem niķeļa-kadmija (Ni-Cd) un niķeļa-metāla hidrīda (Ni-MH) akumulatoriem ir alternatīva - vispirms litija akumulatori, bet pēc tam progresīvāki litija jonu (Li-ion) akumulatori.
Saturs
Izskatu vēsture
Pirmās šādas baterijas parādījās 70. gados. pagājušajā gadsimtā. Tie nekavējoties ieguva pieprasījumu uzlaboto īpašību dēļ. Elementu anods tika izgatavots no metāliskā litija, kura īpašības ļāva palielināt īpatnējo enerģiju. Tā radās litija baterijas.
Jaunajiem akumulatoriem bija būtisks trūkums – paaugstināts sprādziena un aizdegšanās risks.Iemesls bija litija plēves veidošanās uz elektroda virsmas, kas izraisīja temperatūras stabilitātes pārkāpumu. Maksimālās slodzes brīdī akumulators var eksplodēt.
Tehnoloģijas uzlabošana ir novedusi pie atteikšanās no tīra litija akumulatoru komponentos par labu tā pozitīvi lādēto jonu izmantošanai. Litija jonu akumulators izrādījās labs risinājums.
Šāda veida jonu akumulatoriem ir raksturīga augstāka drošība, kas tiek iegūta uz neliela enerģijas blīvuma samazināšanās rēķina, taču pastāvīgais tehnoloģiskais progress ir ļāvis samazināt šī indikatora zudumus līdz minimumam.
Ierīce
Litija jonu akumulatoru ieviešana plaša patēriņa elektronikas nozarē guva izrāvienu pēc tam, kad tika izstrādāts akumulators ar oglekļa materiāla (grafīta) katodu un kobalta oksīda anodu.
Akumulatora izlādes procesā litija joni tiek noņemti no katoda materiāla un tiek iekļauti pretējā elektroda kobalta oksīdā, lādējot, process notiek pretējā virzienā. Tādējādi litija joni rada elektrisko strāvu, pārvietojoties no viena elektroda uz otru.
Li-Ion akumulatori tiek ražoti cilindriskā un prizmatiskā versijā. Cilindriskā struktūrā divas plakano elektrodu lentes, kas atdalītas ar elektrolītu piesūcinātu materiālu, ir sarullētas un ievietotas noslēgtā metāla korpusā. Katoda materiāls tiek uzklāts uz alumīnija folijas, un anoda materiāls tiek uzklāts uz vara folijas.
Prizmatisks akumulatora dizains tiek iegūts, saliekot taisnstūrveida plāksnes vienu virs otras. Šāda akumulatora forma ļauj padarīt elektroniskās ierīces izkārtojumu blīvāku. Tiek ražotas arī prizmatiskas baterijas ar velmētiem elektrodiem, kas savīti spirālē.
Darbība un kalpošanas laiks
Litija jonu akumulatoru ilgstoša, pilnīga un droša darbība ir iespējama, ja tiek ievēroti ekspluatācijas noteikumi, to neievērošana ne tikai saīsinās izstrādājuma kalpošanas laiku, bet var radīt negatīvas sekas.
Ekspluatācija
Galvenā prasība litija jonu akumulatoru darbībai attiecas uz temperatūru – nevajadzētu pieļaut pārkaršanu. Augsta temperatūra var radīt maksimālu kaitējumu, un pārkaršanas cēlonis var būt gan ārējs avots, gan saspringti akumulatora uzlādes un izlādes režīmi.
Piemēram, uzkarsējot līdz 45°C, akumulatora uzlādes spēja samazinās 2 reizes. Šī temperatūra ir viegli sasniedzama, ja ierīce tiek ilgstoši pakļauta saulei vai darbojas energoietilpīgas programmas.
Ja produkts pārkarst, ieteicams to novietot vēsā vietā, labāk to izslēgt un izņemt akumulatoru.
Lai nodrošinātu vislabāko akumulatora veiktspēju vasaras karstumā, jums vajadzētu izmantot enerģijas taupīšanas režīmu, kas ir pieejams lielākajā daļā mobilo ierīču.
Zema temperatūra negatīvi ietekmē arī jonu akumulatoru darbību; temperatūrā, kas zemāka par -4°C, akumulators vairs nevar nodrošināt pilnu jaudu.
Taču aukstums litija jonu akumulatoriem nav tik kaitīgs kā augsta temperatūra, un visbiežāk tas neizraisa neatgriezeniskus bojājumus. Neskatoties uz to, ka pēc sasilšanas līdz istabas temperatūrai akumulatora darba īpašības tiek pilnībā atjaunotas, nevajadzētu aizmirst par jaudas samazināšanos aukstumā.
Vēl viens ieteikums litija jonu akumulatoru lietošanai ir novērst to dziļu izlādi. Daudzām vecākās paaudzes akumulatoriem bija atmiņas efekts, kas prasīja tos izlādēt līdz nullei un pēc tam pilnībā uzlādēt.Litija jonu akumulatoriem šāda efekta nav, un atsevišķi pilnīgas izlādes gadījumi nerada negatīvas sekas, taču pastāvīga dziļa izlāde ir kaitīga. Lādētāju ieteicams pievienot, kad uzlādes līmenis ir 30%.
Mūžs
Nepareiza litija jonu akumulatoru darbība var samazināt to kalpošanas laiku 10-12 reizes. Šis periods ir tieši atkarīgs no uzlādes ciklu skaita. Tiek uzskatīts, ka Li-Ion tipa akumulatori var izturēt no 500 līdz 1000 cikliem, ņemot vērā pilnīgu izlādi. Lielāks atlikušās uzlādes procents pirms nākamās uzlādes ievērojami palielina akumulatora darbības laiku.
Tā kā litija jonu akumulatora darbības ilgumu lielā mērā nosaka darbības apstākļi, nav iespējams noteikt precīzu šo akumulatoru kalpošanas laiku. Vidēji šāda veida akumulators var kalpot 7-10 gadus, ja tiek ievēroti nepieciešamie noteikumi.
Uzlādes process
Uzlādes laikā izvairieties no pārāk ilga akumulatora savienojuma ar lādētāju. Normāla litija jonu akumulatora darbība notiek pie sprieguma, kas nepārsniedz 3,6 V. Lādētāji lādēšanas laikā pievada akumulatora ieeju 4,2 V. Ja uzlādes laiks tiek pārsniegts, akumulatorā var sākties nevēlamas elektroķīmiskas reakcijas, kas novedīs pie pārkaršanas. ar visām no tā izrietošajām sekām.
Izstrādātāji ņēma vērā šādu funkciju - mūsdienu Li-Ion akumulatoru uzlādes drošību kontrolē speciāla iebūvēta ierīce, kas aptur uzlādes procesu, kad spriegums paaugstinās virs pieļaujamā līmeņa.
Litija akumulatoriem ir pareiza divpakāpju uzlādes metode.Pirmajā posmā akumulators ir jāuzlādē, nodrošinot pastāvīgu uzlādes strāvu, otrais posms jāveic ar pastāvīgu spriegumu un pakāpeniski samazinot uzlādes strāvu. Šāds algoritms ir ieviests aparatūrā lielākajā daļā mājsaimniecības lādētāju.
Uzglabāšana un iznīcināšana
Litija jonu akumulatoru var uzglabāt ilgu laiku, pašizlāde ir 10-20% gadā. Bet tajā pašā laikā notiek pakāpeniska produkta īpašību samazināšanās (degradācija).
Šādas baterijas ieteicams uzglabāt vietā, kas ir aizsargāta no mitruma, temperatūrā +5 ... + 25 ° С. Spēcīgas vibrācijas, triecieni un tuvums atklātai liesmai ir nepieņemami.
Litija jonu elementu pārstrādes process jāveic specializētos uzņēmumos, kuriem ir atbilstoša licence. Apmēram 80% materiālu no pārstrādātām baterijām var atkārtoti izmantot jaunu akumulatoru ražošanā.
Drošība
Pat miniatūra izmēra litija jonu akumulators ir pilns ar sprādzienbīstamas spontānas aizdegšanās risku. Šī šāda veida akumulatoru funkcija prasa ievērot drošības pasākumus visos posmos, sākot no izstrādes līdz ražošanai un uzglabāšanai.
Lai uzlabotu Li-Ion akumulatoru drošību ražošanas laikā, to korpusā tiek ievietota neliela elektroniskā plate - uzraudzības un vadības sistēma, kas paredzēta pārslodzes un pārkaršanas novēršanai. Elektroniskais mehānisms palielina ķēdes pretestību, kad temperatūra paaugstinās virs iepriekš noteiktas robežas. Dažiem akumulatoru modeļiem ir iebūvēts mehānisks slēdzis, kas pārtrauc ķēdi, kad spiediens akumulatorā paaugstinās.
Arī akumulatoru korpusos bieži tiek uzstādīts drošības vārsts, lai avārijas gadījumā mazinātu spiedienu.
Litija bateriju plusi un mīnusi
Šāda veida akumulatoru priekšrocības ir:
- augsts enerģijas blīvums;
- nav atmiņas efekta;
- ilgs kalpošanas laiks;
- zems pašizlādes ātrums;
- nav nepieciešama apkope;
- nodrošinot nemainīgus darbības parametrus salīdzinoši plašā temperatūras diapazonā.
Tam ir litija baterija un trūkumi:
- spontānas aizdegšanās risks;
- augstākas izmaksas nekā tā priekšgājējiem;
- nepieciešamība pēc iebūvēta kontrollera;
- dziļas izdalīšanās nevēlamība.
Li-Ion akumulatoru ražošanas tehnoloģijas tiek nepārtraukti pilnveidotas, daudzi trūkumi pamazām kļūst par pagātni.
Pielietojuma zona
Litija jonu akumulatoru lielais enerģijas blīvums nosaka to galveno pielietojuma jomu - mobilās elektroniskās ierīces: klēpjdatorus, planšetdatorus, viedtālruņus, videokameras, kameras, navigācijas sistēmas, dažādus iebūvētos sensorus un virkni citu produktu.
Šo akumulatoru cilindriskā formas faktora esamība ļauj tos izmantot lukturīšos, fiksētajos tālruņos un citās ierīcēs, kas iepriekš patērēja enerģiju no vienreiz lietojamām baterijām.
Akumulatora uzbūves litija jonu principam ir vairākas šķirnes, veidi atšķiras pēc izmantoto materiālu veida (litija-kobalta, litija-mangāna, litija-niķeļa-mangāna-kobalta oksīda u.c.). Katram no tiem ir sava darbības joma.
Papildus mobilajai elektronikai litija jonu akumulatoru grupa tiek izmantota šādās jomās:
- Rokas elektroinstrumenti;
- pārnēsājamas medicīnas iekārtas;
- Nepārtrauktās barošanas avoti;
- drošības sistēmas;
- avārijas apgaismojuma moduļi;
- saules enerģijas stacijas;
- elektriskie transportlīdzekļi un elektriskie velosipēdi.
Ņemot vērā litija jonu tehnoloģiju pastāvīgo pilnveidošanos un panākumus maza izmēra lieljaudas akumulatoru radīšanā, ir iespējams prognozēt šādu akumulatoru pielietojuma paplašināšanos.
Marķēšana
Litija jonu akumulatoru parametri ir uzdrukāti uz izstrādājuma korpusa, savukārt izmantotais kodējums dažādiem izmēriem var būtiski atšķirties. Vienots akumulatoru marķēšanas standarts visiem ražotājiem vēl nav izstrādāts, taču joprojām ir iespējams patstāvīgi izdomāt svarīgākos parametrus.
Burti marķējuma rindā norāda šūnas veidu un izmantotos materiālus: pirmais burts I nozīmē litija jonu tehnoloģiju, nākamais burts (C, M, F vai N) norāda ķīmisko sastāvu, trešais burts R nozīmē, ka šūna ir uzlādējama (Rechargeable).
Cipari izmēra nosaukumā norāda akumulatora izmēru milimetros: pirmie divi cipari ir diametrs, bet pārējie divi ir garums. Piemēram, 18650 norāda diametru 18 mm un garumu 65 mm, 0 norāda cilindriskas formas koeficientu.
Sērijas pēdējie burti un cipari ir katram ražotājam raksturīgie konteineru marķējumi. Nav arī vienotu standartu ražošanas datuma norādīšanai.
