Литиум-јонски батерии Ли-јонска батерија

Најмоќните батерии се литиумски батерии. Тие имаат најголема енергетска густина со најмала конструкција. Поради високата енергетска густина на литиумските ќелии, тие се особено погодни за мобилни уреди. Литиумските батерии се широко користени во носливи уреди, паметни телефони, таблети, дигитални фотоапарати и тетратки.
Сепак, литиумските батерии се скапи и се многу почувствителни на неправилно ракување од другите батерии. Тие се исто така апсолутно токсични за животната средина. Но, тие нудат високо ниво на удобност. Тие остануваат функционални околу 5 години со губење на капацитетот.

Номиналниот напон на литиумските ќелии зависи од материјалот на електродата и е 3,6 или 3,7 V. Поради поголемиот напон, тие не се соодветни како замена за батерии на полнење (1,2 V) и батерии (1,5 V) во AA - или ААА дизајн.

Пазарот за мали уреди, управувани од батерии, покажува тренд на минијатуризација. Во исто време, енергетските побарувања на ваквите системи се зголемуваат. Затоа се вршат истражувања за уште помоќни батерии, иако тука има само мали чекори за развој.

Забелешка: Скалакувањето со литиумските ќелии не е за почетници и за почетници по електроника. Ризикот од експлозии поради неправилни или неисправни кола за полнење е премногу голем.
Бидејќи литиумските батерии се чувствителни на прекумерно полнење и длабоко празнење, електрониката е вградена во пакетот батерии за да ги заштити од прекумерно полнење и полнење.

Преглед: литиумски батерии

Литиум-јон (Li (NixCoyMnz) O2): широко распространет, штетен за околината
Литиум железен фосфат (LiFePO4): безопасен, мемориски ефект, потребно е комплицирано коло за полнење
Оксид на литиум кобалт (LiCoO2): најскап, највисока густина на енергија, опасен

Конструкција на литиум-јонски клетки

Литиум-јонска ќелија се состои од графитна електрода (негативна) и електрода од литиум метал оксид (позитивна). Литиум метал оксидот може да има променливи пропорции на никел, манган и кобалт (на пр. Li (NixCoyMnz) O2). Овие NMC материјали имаат голема густина на енергија и се прв избор за мали уреди. Дури и ако тие се поскапи и потенцијално помалку безбедни. Точниот состав има влијание врз својствата на литиум-јонската батерија и варира во зависност од производителот и одделението. Затоа не е можно да се дадат точни изјави за капацитетот и работниот век.

Носители на полнеж се јони на литиум. Тие се мали по големина и многу подвижни. Кога ќелијата се полни, тие се депонираат помеѓу молекуларните слоеви на графитот. При празнење, јони на литиум мигрираат назад кон електродата на литиум метал оксид.

Литиумот е најлесниот метал и бурно реагира со вода. Затоа се користи безводен, но запалив растворувач како електролит. Растворувачот е причината зошто има повремени извештаи за експлозија или согорување на литиумски батерии. Електролитот се запали. Попрецизните причини се различни. Како по правило, сеќавањата на батериите се јавуваат кога ќе се откријат неисправни литиумски батерии.
Електродите се одделени со сепаратор за да се спречи краток спој помеѓу електродите. Сепараторот е пропустлив за јони на литиум. Катодата делува како сунѓер. Може да собере толку голем број јони. Ова создава густина на енергија од 180 Wh/kg и повеќе.

Функција за полнење и празнење

Полнењето се одвива со користење на процесот на полнење I/U, во кој батеријата прво се полни со постојана струја, а потоа со постојан напон. Јони на литиум мигрираат во графитот и се собираат помеѓу молекуларните нивоа. При празнење, јони на литиум мигрираат назад кон електродата на литиум метал оксид.

Напонот на крајот на полнењето е 4,1 или 4,2 волти и мора да се придржува со точност од 50 миливолти. Во спротивно ќелијата ќе биде уништена. Најниската граница на напон е 2,5 волти. Клетката е оштетена под.
За да се спречи оштетување на ќелиите, секое пакување батерии има своја електроника за полнење и заштита. Ја следи усогласеноста со граничните вредности при товарење и истоварување. Адаптиран е на клетките на литиум.
Во зависност од квалитетот на литиум-јонската батерија, може да се справи само со неколку стотици циклуси на полнење сè додека капацитетот на складирање значително не падне. Редовното полнење на половина полна батерија не влијае на вкупниот капацитет.

За да ја зачувате батеријата, не треба да се полни над 90 проценти или да се испразни на помалку од 10 проценти ако е можно. Некои тетратки нудат опција за поставување за ова. Сепак, не е можно точно да се процени колку долго ќе трае батеријата. Можеби можете да го користите за една година подолго.

Стареење

Стареењето на литиум-јонските батерии е предизвикано од оксидација на клетките. Електродите оксидираат. Овие ја губат можноста да складираат јони на литиум, неопходни за проток на електрична енергија. Оксидацијата на клетките е под влијание на различни фактори. На пример, преку температурата и статусот на полнење на батеријата. Оксидацијата на клетките се развива особено брзо при високи температури и со целосно наполнета батерија. Оваа состојба се јавува на пр. Б. во тетратки, ова често се случува кога батеријата е целосно наполнета и уредот работи и се загрева истовремено. Топлината се пренесува на батеријата.

складирање

Ако сакате да складирате литиум-јонска батерија, тогаш треба половина да ја полните. Оптималната состојба на полнење е помеѓу 50% и 80%. Се чува на собна температура, подобро заштитен од влага во ладилникот (не е поладен). Непосредно пред да сакате повторно да го користите, го полните целосно на собна температура.

Доколку треба да се чува литиум-јонска батерија подолг временски период, статусот на полнење мора редовно да се проверува. Само-празнењето од 1% месечно е исклучително ниско, но силно зависи од температурата. Литиум-јонските батерии треба да се полнат на секои 3 до 4 месеци за да се избегне длабоко празнење. Ако ќелијата достигне напон под 2 волти, ќелијата може да се уништи.

Кога купувате литиум-јонски батерии, секогаш мора да се очекува дека батериите ќе се откажат предвреме. Особено со батерии кои доаѓаат од Далечниот исток или се на пат подолг временски период. Ова исто така важи и за батерии за замена што може да се чуваат долго време. Ако батеријата е скршена, таа може да се поправи. Ако не, тогаш батеријата треба да се отстранува на мало или како опасен отпад.

Нега на батерии

Хемиските промени во електролитот и оксидацијата на електродите се главните причини за стареење. Литиум-јонските батерии го губат својот капацитет по 2-3 години е само правило. Дали литиумската батерија трае само 1 или можеби 5 години, зависи од температурата на обработката, употребата и работата. Внимателното ракување ја наградува литиумската батерија со подолг век на траење.

Избегнувајте температури над 40 ° C
Избегнувајте целосно полнење и истоварување
Наплаќајте над 90 проценти од неговиот капацитет што е можно поретко
Оставете помалку од 10 проценти во мирување ако е можно

Сепак, постојаното следење на овие совети е многу незгодно. Во однос на полнењето, некои оперативни системи можат да се постават соодветно. Бидејќи електронските уреди значително се загреваат за време на работата, корисникот има помало влијание врз нив.
Како и да е, ако третирате батерија со соодветно внимание, работниот век може да се продолжи од можеби на 3 на 4 години.

Густина на енергија

Во споредба со другите батерии, литиумските батерии имаат најголема густина на енергија. Тие складираат скоро двојно повеќе енергија од NiMH батериите, со иста големина и тежина.
Енергетската густина на литиум-јонските батерии главно се определува од катодниот материјал. Кобалтен оксид со енергетска густина до 180 Wh/kg е чест. Со никел литиум кобалт (LiNiCo) можете да достигнете дури 240 Wh/kg. Постои тенденција кон помала густина на енергија до 170 Wh/kg. Од друга страна, батериите можат да издржат значително повеќе од 500 циклуси на полнење и со тоа да имаат подолг век на траење.

Литиум-полимерни батерии (Li-Pol)

Литиум-полимерни батерии се понатамошен развој на литиум-јонските батерии. Тие не содржат никакви течни хемикалии, само цврсти или гел-како компоненти. Затоа, тие се отпорни на протекување и можете да ги направите без заштитно метално куќиште. Ова резултира во уште повеќе дизајни во кои се можни клетки со дебелина од 1 милиметар. На пример, шуплините во преносни уреди можат оптимално да се користат. На пример, со уреди за носење и особено рамни паметни телефони.

Литиумска батерија на воздухот

Литиум-воздушните батерии можат да складираат помеѓу 10 и 20 пати повеќе енергија (11 kWh/kg) отколку литиум-јонските батерии со иста тежина.
Во батерии со литиум-воздух, кислородот од воздухот реагира во порите на мезопорозната јаглеродна електрода со големина од неколку нанометри со Li + и формира литиум пероксид Li2O2. Електродата на бројачот се состои од елементарен литиум. Етер се користи како електролит, на пр. B. тетрахидрофуран, во кој може да се растворат јони на литиум.
Сепак, јаглеродната електрода кородира по неколку циклуси на полнење. Покрај тоа, електролитната течност се распаѓа многу брзо. Ова ја ограничува неговата практична употреба.

Литиум-јонска батерија во иднина

Во последниве години, развојот доведе до литиум-јонски и литиум-полимерни батерии, кои можат да складираат се повеќе и повеќе енергија. Оваа густина на енергија е далеку од доволна за барањата на малите мобилни уреди.
Како алтернатива, беше спроведено истражување на горивни ќелии со метанол како гориво (DMFC). За жал, прототипите не го надминуваат статусот на развој. Очигледно, производителите се задоволни да развиваат стационарни непрекинати напојувања (UPS).
Значи, има доволно подобрувања на испробаните литиум-јонски и литиум-полимерни батерии. Особено нанотехнологијата (работа со мали честички) дава нови импулси.
Минатите успеси во развојот на литиум-јонски батерии сугерираат дека ќе биде можно да се вози 500 километри во хибридни возила пред да мора да се наполни гориво. Тогаш веќе не ви требаат горивни ќелии.