Elemen utama mobiliti peranti elektronik ialah bateri boleh dicas semula (ACB). Permintaan yang semakin meningkat untuk memastikan autonomi terpanjang mereka merangsang penyelidikan berterusan dalam bidang ini dan membawa kepada kemunculan penyelesaian teknologi baharu.
Bateri nikel-kadmium (Ni-Cd) dan nikel-logam hidrida (Ni-MH) yang digunakan secara meluas mempunyai alternatif - bateri litium pertama, dan kemudian bateri litium-ion (Li-ion) yang lebih maju.
Kandungan
Sejarah penampilan
Bateri pertama seperti itu muncul pada tahun 70-an. abad yang lalu. Mereka segera mendapat permintaan kerana ciri-ciri yang lebih maju. Anod unsur-unsur diperbuat daripada litium logam, sifat-sifat yang memungkinkan untuk meningkatkan tenaga khusus. Ini adalah bagaimana bateri litium dilahirkan.
Bateri baharu mempunyai kelemahan yang ketara - peningkatan risiko letupan dan penyalaan.Sebabnya terletak pada pembentukan filem litium pada permukaan elektrod, yang membawa kepada pelanggaran kestabilan suhu. Pada masa beban maksimum, bateri boleh meletup.
Penambahbaikan teknologi telah menyebabkan pengabaian litium tulen dalam komponen bateri untuk menggunakan ion bercas positifnya. Bateri litium-ion terbukti merupakan penyelesaian yang baik.
Bateri ion jenis ini dicirikan oleh keselamatan yang lebih tinggi, yang diperoleh dengan mengorbankan sedikit penurunan ketumpatan tenaga, tetapi kemajuan teknologi yang berterusan telah memungkinkan untuk mengurangkan kerugian dalam penunjuk ini kepada minimum.
Peranti
Pengenalan bateri litium-ion ke dalam industri elektronik pengguna mendapat kejayaan selepas pembangunan bateri dengan katod bahan karbon (grafit) dan anod kobalt oksida.
Dalam proses nyahcas bateri, ion litium dikeluarkan daripada bahan katod dan dimasukkan ke dalam oksida kobalt elektrod bertentangan; apabila mengecas, proses berjalan ke arah yang bertentangan. Oleh itu, ion litium mencipta arus elektrik, bergerak dari satu elektrod ke elektrod yang lain.
Bateri Li-Ion dihasilkan dalam versi silinder dan prismatik. Dalam struktur silinder, dua reben elektrod rata, dipisahkan oleh bahan yang diresapi elektrolit, digulung dan diletakkan di dalam bekas logam yang dimeterai. Bahan katod didepositkan pada kerajang aluminium, dan bahan anod didepositkan pada kerajang kuprum.
Reka bentuk bateri prismatik diperoleh dengan menyusun plat segi empat tepat di atas satu sama lain. Bentuk bateri ini memungkinkan untuk membuat susun atur peranti elektronik lebih padat. Bateri prismatik dengan elektrod bergulung yang dipintal menjadi lingkaran juga dihasilkan.
Operasi dan hayat perkhidmatan
Operasi bateri litium-ion yang panjang, penuh dan selamat adalah mungkin jika peraturan operasi dipatuhi, mengabaikannya bukan sahaja akan memendekkan hayat produk, tetapi boleh membawa kepada akibat negatif.
Eksploitasi
Keperluan utama untuk pengendalian bateri Li-Ion adalah melibatkan suhu - terlalu panas tidak seharusnya dibenarkan. Suhu tinggi boleh menyebabkan kemudaratan maksimum, dan punca terlalu panas boleh menjadi sumber luaran dan mod tekanan untuk mengecas dan menyahcas bateri.
Sebagai contoh, pemanasan sehingga 45°C membawa kepada pengurangan keupayaan untuk menahan cas bateri sebanyak 2 kali. Suhu ini mudah dicapai apabila peranti terdedah kepada matahari untuk masa yang lama atau semasa menjalankan aplikasi intensif tenaga.
Sekiranya produk terlalu panas, disyorkan untuk meletakkannya di tempat yang sejuk, lebih baik untuk mematikannya dan mengeluarkan bateri.
Untuk prestasi bateri terbaik pada musim panas, anda harus menggunakan mod penjimatan tenaga, yang tersedia pada kebanyakan peranti mudah alih.
Suhu rendah juga mempunyai kesan negatif pada bateri ion; pada suhu di bawah -4°C, bateri tidak lagi dapat menyampaikan kuasa penuh.
Tetapi sejuk tidak berbahaya kepada bateri Li-Ion seperti suhu tinggi, dan selalunya tidak menyebabkan kerosakan kekal. Walaupun fakta bahawa selepas memanaskan hingga suhu bilik, sifat kerja bateri dipulihkan sepenuhnya, anda tidak sepatutnya melupakan penurunan kapasiti dalam keadaan sejuk.
Satu lagi cadangan untuk penggunaan bateri Li-Ion adalah untuk mengelakkannya daripada dinyahcas secara mendalam. Banyak bateri generasi lama mempunyai kesan ingatan yang memerlukannya dinyahcas kepada sifar dan kemudian dicas sepenuhnya.Bateri Li-Ion tidak mempunyai kesan ini, dan kes terpencil pelepasan lengkap tidak membawa kepada akibat negatif, tetapi pelepasan dalam yang berterusan adalah berbahaya. Adalah disyorkan untuk menyambungkan pengecas apabila tahap pengecasan adalah 30%.
Seumur hidup
Operasi bateri Li-Ion yang tidak betul boleh mengurangkan hayat perkhidmatannya sebanyak 10-12 kali ganda. Tempoh ini secara langsung bergantung pada bilangan kitaran pengecasan. Adalah dipercayai bahawa bateri jenis Li-Ion boleh bertahan dari 500 hingga 1000 kitaran, dengan mengambil kira pelepasan penuh. Peratusan baki cas yang lebih tinggi sebelum pengecasan seterusnya meningkatkan hayat bateri dengan ketara.
Memandangkan tempoh hayat bateri Li-Ion sebahagian besarnya ditentukan oleh keadaan operasi, adalah mustahil untuk memberikan hayat perkhidmatan yang tepat untuk bateri ini. Secara purata, bateri jenis ini boleh dijangka bertahan 7-10 tahun jika peraturan yang diperlukan dipatuhi.
Proses pengecasan
Semasa mengecas, elakkan sambungan bateri yang terlalu lama ke pengecas. Operasi biasa bateri litium-ion berlaku pada voltan tidak melebihi 3.6 V. Pengecas membekalkan 4.2 V kepada input bateri semasa pengecasan. Jika masa pengecasan melebihi, tindak balas elektrokimia yang tidak diingini mungkin bermula dalam bateri, yang akan menyebabkan terlalu panas dengan segala akibat yang akan datang.
Pemaju mengambil kira ciri sedemikian - keselamatan pengecasan bateri Li-Ion moden dikawal oleh peranti terbina dalam khas yang menghentikan proses pengecasan apabila voltan meningkat melebihi paras yang dibenarkan.
Untuk bateri litium, kaedah pengecasan dua peringkat adalah betul.Pada peringkat pertama, bateri mesti dicas, menyediakan arus pengecasan yang berterusan, peringkat kedua mesti dijalankan dengan voltan malar dan penurunan beransur-ansur dalam arus pengecasan. Algoritma sedemikian dilaksanakan dalam perkakasan dalam kebanyakan pengecas isi rumah.
Penyimpanan dan pelupusan
Bateri litium-ion boleh disimpan untuk masa yang lama, pelepasan diri adalah 10-20% setahun. Tetapi pada masa yang sama, penurunan beransur-ansur dalam ciri-ciri produk (degradasi) berlaku.
Adalah disyorkan untuk menyimpan bateri sedemikian di tempat yang dilindungi daripada kelembapan, pada suhu +5 ... + 25 ° С. Getaran kuat, hentaman dan kedekatan dengan nyalaan terbuka tidak boleh diterima.
Proses mengitar semula sel litium-ion mesti dijalankan di perusahaan khusus yang mempunyai lesen yang sesuai. Kira-kira 80% daripada bahan daripada bateri kitar semula boleh digunakan semula dalam pembuatan bateri baharu.
Keselamatan
Bateri litium-ion, walaupun bersaiz kecil, penuh dengan risiko pembakaran spontan yang meletup. Ciri bateri jenis ini memerlukan pematuhan dengan langkah keselamatan di semua peringkat, daripada pembangunan kepada pengeluaran dan penyimpanan.
Untuk meningkatkan keselamatan bateri Li-Ion semasa pembuatan, papan elektronik kecil diletakkan dalam bekasnya - sistem pemantauan dan kawalan yang direka untuk menghapuskan beban berlebihan dan terlalu panas. Mekanisme elektronik meningkatkan rintangan litar apabila suhu meningkat melebihi had yang telah ditetapkan. Sesetengah model bateri mempunyai suis mekanikal terbina dalam yang memecahkan litar apabila tekanan di dalam bateri meningkat.
Juga, injap keselamatan sering dipasang dalam bekas bateri untuk melegakan tekanan sekiranya berlaku kecemasan.
Kebaikan dan keburukan bateri litium
Kelebihan bateri jenis ini ialah:
- ketumpatan tenaga tinggi;
- tiada kesan ingatan;
- hayat perkhidmatan yang panjang;
- kadar pelepasan diri yang rendah;
- tidak memerlukan penyelenggaraan;
- memastikan parameter operasi berterusan pada julat suhu yang agak luas.
Ia mempunyai bateri litium dan kelemahan, ini adalah:
- risiko pembakaran spontan;
- kos yang lebih tinggi daripada pendahulunya;
- keperluan untuk pengawal terbina dalam;
- tidak diingini pelepasan dalam.
Teknologi untuk pengeluaran bateri Li-Ion sentiasa dipertingkatkan, banyak kekurangan secara beransur-ansur menjadi perkara yang lalu.
Kawasan permohonan
Ketumpatan tenaga tinggi bateri litium-ion menentukan kawasan utama aplikasinya - peranti elektronik mudah alih: komputer riba, tablet, telefon pintar, kamera video, kamera, sistem navigasi, pelbagai sensor terbina dalam dan beberapa produk lain.
Kewujudan faktor bentuk silinder bateri ini membolehkan ia digunakan dalam lampu suluh, telefon talian tetap dan peranti lain yang sebelum ini menggunakan kuasa daripada bateri pakai buang.
Prinsip litium-ion untuk membina bateri mempunyai beberapa jenis, jenisnya berbeza dalam jenis bahan yang digunakan (lithium-kobalt, litium-mangan, litium-nikel-mangan-kobalt-oksida, dll.). Setiap daripada mereka mempunyai skop sendiri.
Selain elektronik mudah alih, sekumpulan bateri litium-ion digunakan dalam bidang berikut:
- alat kuasa pegang tangan;
- peralatan perubatan mudah alih;
- bekalan kuasa tidak terganggu;
- sistem keselamatan;
- modul lampu kecemasan;
- stesen berkuasa solar;
- kenderaan elektrik dan basikal elektrik.
Memandangkan peningkatan berterusan teknologi litium-ion dan kejayaan mencipta bateri berkapasiti tinggi dengan saiz kecil, adalah mungkin untuk meramalkan pengembangan aplikasi untuk bateri sedemikian.
Menanda
Parameter bateri litium-ion dicetak pada badan produk, manakala pengekodan yang digunakan mungkin berbeza dengan ketara untuk saiz yang berbeza. Piawaian pelabelan bateri tunggal untuk semua pengeluar belum lagi dibangunkan, tetapi masih mungkin untuk mengetahui parameter yang paling penting sendiri.
Huruf dalam garis penanda menunjukkan jenis sel dan bahan yang digunakan: huruf pertama I bermaksud teknologi litium-ion, huruf seterusnya (C, M, F atau N) menentukan komposisi kimia, huruf ketiga R bermaksud bahawa sel boleh dicas semula (Boleh dicas semula).
Nombor dalam nama saiz menunjukkan saiz bateri dalam milimeter: dua nombor pertama ialah diameter, dan dua lagi adalah panjang. Sebagai contoh, 18650 menunjukkan diameter 18 mm dan panjang 65 mm, 0 menunjukkan faktor bentuk silinder.
Huruf dan nombor terakhir dalam siri ini ialah tanda bekas khusus untuk setiap pengeluar. Juga tiada piawaian seragam untuk menunjukkan tarikh pembuatan.
