Аккумуляторы li-ion: особенности и преимущества батарей типа литий-ионных

История появления

Первая литий-ионная батарея была выпущена в 1991 году. Sony стала ведущей компанией по производству аккумуляторов этого типа. Но батареи были разработаны в 1970-х годах, это были первые устройства с высокой энергоемкостью, что сделало их очень востребованными. Но применить их практически массово не удалось.

Батарея содержит два электрода. Катод помещается на алюминиевую фольгу, а анод на медную фольгу. Их разделяет специальный сепаратор, который состоит из жидкого электролита, в некоторых случаях гелеобразного материала. Положительные заряды переносятся ионами лития. Они способны проникать в другие материалы и химические элементы, вызывая электрохимическую реакцию. Благодаря этому свойству они обеспечивают зарядку или питание устройств (телефонов, ноутбуков и т д).

В первые годы после создания литий-ионных накопителей они были известны своим взрывоопасным характером. Это было связано с использованием металлического лития в конструкции накопителя, а также с образованием химических соединений в газовой форме. При большом количестве разрядов и зарядок произошло короткое замыкание, в результате чего произошел взрыв аккумулятора.

Взрывы также происходили из-за того, что ионы лития реагировали с другими соединениями и веществами в батарее. Реакция была опасной и заключалась в выделении большого количества тепла, после чего батарея загорелась и взорвалась. В ходе доработки было принято решение заменить анод на графитовый аналог. Эта рокировка устранила проблему взрывоопасности батареи. И производителю после выявления дефекта пришлось отозвать всю партию мобильных телефонов.

Интересный факт! В зарядных устройствах, через которые заряжаются агрегаты, есть функция защиты аккумулятора от перегрева и защита от «переполнения» током.

Потребовалось более 20 лет активных исследований и разработок, чтобы разработать полностью безопасный литий-ионный аккумулятор. Это привело к запуску более инновационного типа батарей, а именно литий-фосфатных. Они не перегреваются и в составе нет компонентов с опасными реакциями друг с другом. Кроме того, многие производители встраивают в корпус контроллер для зарядки аккумуляторов и предотвращения пожаров.

Принцип работы и устройство

Ниже на схеме вы видите устройство от литий-ионного аккумулятора. Он имеет два типа электродов: катоды на алюминиевой фольге и аноды на меди, которые разделены пористым сепаратором, который, в свою очередь, пропитан электролитом. Заряд несет ион лития, который может проникать в кристаллические решетки других материалов, образуя химические связи.

Говоря простым языком, при подаче напряжения на электроды ионы лития переходят от литиевого катода к угольному катоду, что сопровождается химической реакцией, а при приложении нагрузки (то есть при зарядке) происходит обратный обработать.

К сожалению, при зарядке отрицательный электрод полностью не восстанавливается, к тому же постепенно накапливаются продукты окисления, поэтому литий-ионный аккумулятор постепенно теряет свою емкость, и с этим ничего нельзя поделать. Особенно это видно на примере смартфонов, которые в начале эксплуатации могут проработать 10 часов в активном режиме, а через год-два это значение может очень существенно снизиться. На практике считается, что при снижении емкости от 30 до 35% жизненный цикл литий-ионного аккумулятора завершается и его необходимо заменить.

Устройство литий-ионного аккумулятора предполагает использование платы, контролирующей заряд (это необходимо). Однако о зарядке поговорим отдельно — там особый процесс. Отметим также, что сегодня в качестве катодных материалов используются различные соединения: феррофосфат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-кобальт.

Строение литий-ионного аккумулятора

Помимо оксида лития, элементы также содержат электролит и графит. В графите связи между слоями гораздо слабее, чем между атомами внутри слоев, поэтому графит имеет слоистую структуру.

Электролит, помещенный между оксидом лития и графитом, служит барьером, пропускающим только ионы лития. Электроны, с другой стороны, не могут проникнуть в электролит и отскакивают от стены, как теннисный мячик. В качестве электролита используется органическая соль лития, которую наносят на разделительный слой.

Слой разделителя в литий-ионном аккумуляторе

Если внутренняя температура элемента по какой-либо причине начнет повышаться, жидкий электролит высохнет и между анодом и катодом произойдет короткое замыкание. В результате предмет может загореться или даже взорваться.

Чтобы этого не произошло, между электродами помещают дополнительный изолирующий слой, называемый прокладкой. Сепаратор проницаем для ионов лития благодаря наличию микропор. Не пропускает электроны.

Защитный SEI-слой

Во время первой зарядки внутри литий-ионного элемента происходит замечательное явление, спасающее элемент от неминуемой «смерти». Неожиданной проблемой стали электроны в графитовом слое. При контакте с электролитом они начинают его разрушать. Но случайное открытие позволило избежать контакта электронов с электролитом. При первом заряде элемента, как мы уже говорили, ионы лития перемещаются по электролиту. При этом движении молекулы растворенного в электролите вещества обволакивают ионы. Достигнув графитового слоя, ионы лития вместе с молекулами раствора электролита вступают в реакцию с графитом, образуя так называемую границу раздела твердого электролита (слой SEI.

Вот так случайным образом решилась проблема. Хотя эффект SEI был обнаружен случайно, в течение следующих двух десятилетий ученые целенаправленно совершенствовали процесс, выбирая наиболее эффективную толщину и химический состав.

Функции, выполняемые контроллером

Зачем нужен контроллер заряда литий-ионного аккумулятора? Выполняет несколько функций:

• обеспечивает ток, компенсирующий саморазряд. Его значение меньше максимального тока заряда, но больше тока саморазряда;
• реализует эффективный алгоритм цикла заряда/разряда для конкретной батареи;
• он компенсирует разницу в потоках мощности при зарядке и обеспечивает питание потребителя. Например, при зарядке и включении ноутбука;
• измеряет температуру при перегреве или переохлаждении, предотвращая повреждение аккумулятора.

Контроллер заряда литий-ионного аккумулятора изготавливается в виде встроенной в аккумулятор микросхемы или в виде отдельного устройства.

Химические процессы на положительном и отрицательном электроде

Современные модели литий-ионных аккумуляторов содержат электрод из материала, в состав которого входит углерод. Природа этого материала и компоненты электролита влияют на процессы интеркаляции ионов лития на углерод. Анодная матрица слоистая. Можно заказать частично или полностью

В ходе интеркаляции ионы лития как бы разделяют углеродные слои и внедряются между ними. При введении и удалении ионов объем матрицы не изменяется. Положительный электрод изготовлен из оксида никеля или оксида кобальта. Также используются литиевая и марганцевая шпинели.

При зарядке происходят реакции, описываемые следующими уравнениями:

• на положительном электроде;

• на отрицательном электроде.

Принцип работы загрузки описывается обратными уравнениями.

Виды литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы стали популярны во многих областях. Помимо использования в гаджетах, бытовой технике и автомобилях, они также производят аккумуляторы для промышленного использования, которые имеют высокое напряжение и емкость. Наиболее популярными являются аккумуляторы, представленные в таблице.

Первые две цифры ряда обозначают размер диаметра батареи, вторые две – длину. Ноль устанавливается в случае цилиндрической формы. Аккумуляторы подтипа «Крона» выпускаются также с напряжением 9 вольт.

Символы батареи обозначают содержимое ячеек, например:

• ICR, кобальт;
• ИМР — марганец;
• INR — никель и марганец;
• НКР — кобальт и никель.

Типы литий-ионных аккумуляторов отличаются в основном размерами, химическим составом, а также емкостью и напряжением.

Маркировка

Все параметры литий-ионного аккумулятора можно узнать по маркировке на коробке. Вариант маркировки может отличаться для каждого типа аккумуляторов. До сих пор не существует единого стандарта маркировки. Но достаточно это понять, зная типовые параметры и обозначения:

1. Письма. Первая буква всегда I, так как она обозначает тип технологии, т.е литий-ионная. Вторая буква дает уточнение по составу, встречаются такие маркировки, как M, F, C, N. Третья буква говорит о том, что батарея перезаряжаемый, марка R.

1. Числа. Цифровая маркировка означает размеры в миллиметрах. Итак, первые 2 цифры — диаметр, следующие две — длина. Ноль в конце знака может указывать на цилиндрическую форму.

Для получения более точных значений обратитесь к документации по аккумулятору или к производителю. Каждый из них может иметь разную маркировку. Также не существует стандарта нанесения маркера даты производства.

Преимущества

Ключевые преимущества включают следующее:

• Очень высокая плотность энергии (соотношение мАч и объема);
• Большой ток во время работы;
• Бесплатная поддержка;
• Саморазряд очень низкий;
• Готов торговать в любое время;
• Нет эффекта памяти;
• Возможность создания батарей любого размера и формы;
• Диапазон рабочих температур очень широк.

Каждое из преимуществ определяет использование литий-ионных аккумуляторов в той или иной области. Например, их высокая плотность энергии делает их практически единственным источником питания для компактных устройств.

Недостатки

Список недостатков литий-ионных аккумуляторов короче, но здесь есть достаточно важные моменты. Обратите внимание, что некоторые функции будут подробно рассмотрены в следующем разделе, поскольку они очень важны.

• Дорогой (относительно других аккумуляторов);
• При высоких температурах ухудшается производительность, при низких температурах снижается емкость, хотя диапазон по-прежнему широк;
• Срок службы зависит от времени использования;
• Опасность взрыва или пожара;
• Не самое большое количество циклов заряда и разряда;
• Механические повреждения не допускаются;
• Они требуют строгого соблюдения правил зарядки и других эксплуатационных требований.

Особенности литий-ионных аккумуляторов.

О некоторых плюсах и минусах, а также особенностях литий-ионных аккумуляторов нужно поговорить отдельно. В первую очередь те, которые оказывают существенное влияние на работу и срок службы аккумулятора.

Опасность взрыва и возгорания

Считается, что это одна из основных проблем. Именно поэтому их запрещено провозить в багаже ​​самолетов. Однако на данный момент опасность преувеличена (хотя в случае с авиацией лучше перестраховаться и здесь запрет имеет смысл). Литий-ионные аккумуляторы первого поколения, где анод был из лития, часто взрывались. После циклов заряда и разряда в нем образовались дендриты, вызывающие короткое замыкание, приводящее к пожару или взрыву. Материал анода был заменен на графит, и этот недостаток был устранен.

В наше время такое случается редко, но в СМИ часто можно увидеть новости о взрывах смартфонов и т.п. Причин может быть много, но чаще всего это механические повреждения, некачественные аккумуляторы, короткое замыкание внутри аккумулятора (полностью эта проблема не устранена). В настоящее время наиболее опасным компонентом является электролит, который при повышении температуры способен распадаться на горючие материалы.

В принципе, если используется качественный литий-ионный аккумулятор, соблюдены все правила эксплуатации, то вероятность взрыва или возгорания крайне мала. Это как удар молнии: никто не застрахован, но это случается очень редко.

Отдельно поговорим об охлаждении. При сгорании происходят нетрадиционные химические реакции, поэтому литий-ионный аккумулятор может гореть даже без доступа кислорода. Кроме того, при контакте с водой литий может образовывать водород. Если маленькую батарею можно потушить водой, то в случае с большими (например, в электромобилях) это будет неэффективный метод тушения.

Эффект памяти

К преимуществам литий-ионных аккумуляторов традиционно относят отсутствие эффекта памяти, особенно по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Однако недавние исследования показали, что это ошибка, но эффект настолько мал, что им можно пренебречь.

Это ионы лития, которые теряют свои свойства, когда не полностью заряжены. Некоторые из них остаются на катоде, переходят в предельное состояние. То есть они фактически подошли к освободительному барьеру, но не преодолели его. Поэтому при зарядке, когда свободные ионы пытаются вернуться на свое место, они встречаются с теми, которые находятся в предельном состоянии, и таким образом процесс усложняется и изменяется структура электрода. Есть некоторые предложения, как избавиться от этого эффекта, но опять же, он носит незначительный характер.

Зарядка литий-ионного аккумулятора и разряд

Ранее мы писали, что для данных батареи используется контроллер, который автоматически регулирует нагрузку. Это очень важно, так как батарея может деградировать при повышении напряжения. Нормальная нагрузка такая:

• На первом этапе используется малый ток с напряжением до 2,9 В (при сильном разряде);
• Номинальный ток, напряжение до 4,2 В;
• В финальном каскаде напряжение тоже 4,2 В, но ток минимальный.

В принципе, обычному пользователю это знать не обязательно, контроллеры и зарядные устройства поддерживают эти режимы автоматически. Эта схема является стандартной и предоставляется автоматически на современных устройствах.

Что касается глубокой загрузки, то есть очень четкое мнение: ее нельзя допускать. В идеале аккумулятор не нужно разряжать ниже 20%, это значительно продлит срок его службы. Простой пример: если литий-ионный аккумулятор регулярно разряжать до 100%, то количество его циклов разряда и заряда будет около 500, а если всего 10%, то 4500 и более. То есть разница будет в 9 раз.

Многое зависит от типа устройства, которое использует аккумулятор. Конечно, для смартфона или электроинструмента зарядка даже при 70-80% емкости аккумулятора кажется невозможной, это просто затруднит его использование. Но допускать разряд ниже 20% — это только крайняя мера, она действительно значительно продлевает срок службы батареи.

Старение

Аккумуляторы такого типа подвержены процессу старения, это достаточно серьезный недостаток. С этой точки зрения нет смысла покупать аккумуляторы «про запас» и долго хранить их, но не использовать. Поэтому, если вы покупаете литий-ионный аккумулятор отдельно, стоит обратить пристальное внимание на дату изготовления. Подавляющее большинство не может служить более пяти лет (среднее значение).

Кроме того, условия хранения также оказывают существенное влияние на срок хранения. Оптимальные условия: нагрузка 40%, температура от 0 до +10 градусов Цельсия. Срок службы до 5 лет означает снижение емкости до уровня 80% от номинальной.

Оригинальные и не оригинальные

Многие компании производят литий-ионные аккумуляторы и каждый видел картину, где аккумулятор от производителя устройства стоит намного дороже аналога. В этом случае емкость может быть одинаковой. Стоит ли экономить? Вопрос сложный и зависит от устройства, в котором используется батарея.

Возьмем в качестве примера смартфоны. Выше мы писали, что контроллер используется во время зарядки, но в случае со смартфонами он находится не в аккумуляторе, а в самом телефоне. То есть все функции, которые должны обеспечивать эффективную работу, делегируются самому устройству. Это сделано намеренно, такой подход только создает худшие условия для неоригинальных аккумуляторов.

Но есть устройства (например, электроинструменты, некоторые ноутбуки), где этот вопрос не актуален и разницы вы там не заметите. Так что представление о том, что «дешевые китайские литий-ионные аккумуляторы — это плохо», отчасти является мифом. Да, есть некачественная продукция, но зачастую снижение производительности связано с факторами, на которые производитель аккумуляторов повлиять никак не может.

Температура использования

Для большинства литий-ионных аккумуляторов рабочая температура находится в пределах от -20 до +50 градусов. Не допускаются перегрев и переохлаждение. Зарядка при низких температурах также недопустима. Кроме того, при понижении температуры емкость уменьшается. При отрицательной температуре аккумулятор может потерять до 50% своей емкости, то есть будет разряжаться в два раза быстрее.

Есть аккумуляторы с внутренним подогревом (если вы хотите работать при очень низких температурах), а некоторые устройства могут выполнять роль обогревателя при работе, что немного расширяет диапазон значений. Лучшая температура для литий-ионных аккумуляторов +20 градусов. Изменения, как положительные, так и отрицательные, негативно сказываются на мощностях и ресурсах.

Характеристики

Характеристики могут зависеть от типа аккумулятора, химического состава его компонентов и варьироваться в определенных пределах.

• Энергоемкость: от 110 до 280 Втч/кг;
• Количество циклов заряда-разряда при 80% емкости: 600-700;
• Величина внутреннего сопротивления: от 4 до 15 мОм/Ач;
• Напряжение одной ячейки: от 2,5 В до 4,2 В;
• Саморазряд: зависит от температуры и уровня заряда. При 100% нагрузке и оптимальной температуре: около 1,5% в месяц;
• Быстрая скорость зарядки: около 60 минут.

Это базовые диапазоны значений. Между аккумуляторами разных форм-факторов могут быть некоторые отличия, например, напряжение 1,5 В (АА и ААА), но здесь речь идет о стабилизированном выходном напряжении, которое не зависит от напряжения в самих элементах.

Восстановление аккумулятора

Есть две ситуации, когда литий-ионный аккумулятор может потребовать восстановления:

1. Батарея работает, но очень быстро разряжается;
2. Он полностью разряжен, но загрузка не работает.

В первом случае речь идет о естественной потере дееспособности, и с этим ничего нельзя поделать. Даже в теории нет возможности вернуть номинальную емкость литиевой батареи. Во втором случае что-то можно сделать, в интернете можно найти очень подробную инструкцию по восстановлению в этом случае.

В большинстве случаев это происходит из-за глубокого разряда, длительного неиспользования аккумулятора (в разряженном состоянии) или после воздействия очень низких температур. Проблема здесь в том, что зарядные устройства обнаруживают неприемлемо низкое напряжение батареи и, следовательно, блокируют протекание тока. Это сделано не просто так, цель — безопасность. Просто зарядное устройство ошибочно «думает», что внутри произошло короткое замыкание или другие проблемы, и в таких ситуациях заряжать просто опасно. Я имею в виду, это вопрос безопасности.

При этой проблеме восстановление аккумулятора — это обман зарядного устройства. Например, вы можете занять другую позицию, не столь «умную». Однако в этом случае необходимо ограничить максимальный ток. Здесь мы не будем писать длинные и подробные инструкции, вы их легко найдете сами, мы лишь отметили, что восстановить литий-ионный аккумулятор возможно.

Эксплуатация и срок службы

Аккумулятор — такое же сложное устройство, как и телефон, за исключением того, что он выполняет только одну функцию. Поэтому, чтобы максимально использовать все возможности батареи, рекомендуется ознакомиться с правильным использованием и хранением батареи. Это также поможет продлить срок годности.

Как правильно эксплуатировать

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы полностью не разрядить батарею. Этот процесс легко контролировать. Но помимо этого требуется еще и следить за правильным ходом груза.

При зарядке аккумулятора необходимо избегать чрезмерного подключения к зарядному устройству. Литий-ионный аккумулятор работает исправно и заряжается до 3,6 В. Обычно зарядные устройства выдают 4,2 В. Превышение времени зарядки может привести к небезопасным электрохимическим реакциям в корпусе. Это может привести к перегреву и вздутию.

При разработке была учтена эта особенность и если напряжение превышает рекомендуемое значение, процесс зарядки прекращается. Кроме того, литиевые батареи правильно заряжаются в два этапа. Первый этап заряжает накопитель постоянным током, второй – постоянным напряжением с постепенным уменьшением тока. Этот алгоритм уже реализован во многих зарядных устройствах.

Срок службы

Срок службы батареи напрямую зависит от правильного использования. Например, при несоблюдении рекомендаций по эксплуатации литий-ионных аккумуляторов этот срок сокращается в 10 раз. Принято считать, что аккумуляторы способны выдерживать 500-1000 циклов заряда-разряда, в этом случае учитывается общий коэффициент разрядки. Даже при остатке минимального процента заряда можно увеличить срок службы устройства на порядок.

Точный срок службы данного типа устройств назвать невозможно, так как продолжительность напрямую зависит от условий использования. Но все же примерно один литий-ионный аккумулятор может исправно выполнять свои функции в течение 8-10 лет при условии, что его использование будет осуществляться строго в соответствии с рекомендациями.

Хранение и утилизация

Аккумулятор такого типа удобно хранить. Как правило, саморазряд при правильном хранении составляет примерно 10-15% в год. Но этот показатель может меняться в большую или меньшую сторону в зависимости от условий хранения.

Важно! Даже при идеальных условиях хранения литий-ионных аккумуляторов происходит деградация элементов.

При необходимости длительного хранения литий-ионного аккумулятора необходимо позаботиться о минимизации негативного воздействия на аккумулятор:

1. Место хранения должно быть сухим, с небольшим показателем влажности. Требуется исключить риск ударов, вибрации и непосредственной близости к открытому огню или нагревательным элементам.
2. Температура хранения литий-ионного аккумулятора не должна быть ниже нуля. Оптимально хранить устройство при температуре 5-25 градусов.
3. Перед сохранением устройства удаляются из устройства. Также полностью предварительно зарядить.

Главное учитывать, что любой контакт с водой негативно скажется на состоянии аккумулятора. При соблюдении всех рекомендаций устройство можно хранить несколько лет. Важно понимать, что это не защитит батарею от разрядки.

Аккумулятор необходимо утилизировать, сдав его фирмам, которые на этом специализируются. Категорически запрещается выбрасывать батарею. Дело в том, что более половины вышедших из строя устройств повторно используется для производства новых аккумуляторов.

Безопасность

Теперь основная проблема защиты литий-ионного аккумулятора решена. Специальная электронная защита в виде встроенного контроллера держит под контролем все процессы, происходящие при зарядке и разрядке (т.е когда батарея используется по назначению). Кроме того, материал для изготовления катода постоянно совершенствуется. Приоритетом сейчас является возможность сделать его термически стабильным.

Li-Ion также оснащены специальной защитой, реагирующей на внутреннее короткое замыкание. Кроме того, немногие типы аккумуляторов этого типа защищены от внешних коротких замыканий. Защита внутри устройства состоит из двух слоев разделителей. Один из слоев выполнен из полипропилена, другой из вещества, похожего на этот материал. В случае короткого замыкания второй из слоев просто плавится, делая его водонепроницаемым. А рост литиевых дендритов, стремящихся к положительному электроду, прекращается.

Производители стали встраивать в корпус аккумулятора контроллеры заряда, чтобы предотвратить возможность самовозгорания. Это устройство отслеживает температуру внутри корпуса аккумулятора, глубину заряда, а также величину тока, потребляемого аккумулятором.

Но, несмотря на такого рода улучшения, сегодня по-прежнему поступает много сообщений о взрывах аккумуляторов. Это происходит довольно часто на телефонах. Эти случаи объясняются тем, что не все производители литий-ионных аккумуляторов используют такие контроллеры. Отказ мотивирован улучшением емкости самой батареи, а также удешевлением производства. Так что если батарея через какое-то время после эксплуатации вздулась, это верный признак того, что производитель сэкономил на производстве.

Но даже такая опасная возможность, как пожар, которую можно устранить, делает литий-ионные аккумуляторы лучше своих предшественников во всех отношениях. Этот тип батареи служит намного дольше благодаря своей высокой емкости, низкий уровень пассивного разряда продлевает срок службы. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы не требуют дополнительного обслуживания. А если устройство выйдет из строя, заменить его дешевле, чем ремонтировать.

Требования к режимам заряда/разряда

Следует внимательно следить за уровнем разрядки аккумулятора. Дело в том, что полная разрядка аккумулятора негативно сказывается на его характеристиках. Возможен и полный выход из строя после глубокого разряда.

Кроме того, на срок службы литий-ионных аккумуляторов напрямую влияет уровень разрядки перед зарядкой и зарядка токами выше рекомендованных производителем. Этот тип довольно чувствителен к напряжению зарядного устройства. Например, если использовать вспомогательное устройство с напряжением выше рекомендуемого на 3-4 процента, аккумулятор будет терять емкость в два раза быстрее.

Зарядный ток напрямую зависит от разницы напряжений между аккумулятором и устройством. А также от сопротивления аккумулятора и подключенных к нему кабелей. При несложных расчетах получается, что при увеличении напряжения зарядного устройства на 4% ток зарядки увеличится в 10 раз. Такой скачок негативно скажется на работе аккумулятора. Это также увеличивает вероятность перегрева.

Как проверить работоспособность АКБ

Чтобы проверить работоспособность литий-ионного аккумулятора, необходимо сначала полностью зарядить аккумулятор. Затем подключите его одним концом к тестеру, а другим концом к нагрузочному резистору.

Тестер покажет емкость, ток и напряжение. Достаточно сравнить полученные показатели с основными параметрами аккумулятора. Сильное отклонение вниз будет означать, что устройство медленно выходит из строя.

Применение литий ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы используются в большинстве мобильных устройств. Дело в том, что они не имеют аналогов в тех случаях, когда необходимо отдавать электричество почти целиком. Они также необходимы для длительного использования, так как способны выдерживать большое количество циклов заряда-разряда без снижения своей емкости.

Преимуществом литий-ионных аккумуляторов является их малый вес, так как нет необходимости использовать свинцовые сетки. Благодаря отличным характеристикам устройства, их используют по-разному.

Как стартерные батареи

Литиевые батареи дешевеют с каждым годом. Это связано с новыми разработками, снижающими себестоимость продукции. Но на данный момент литий-ионные автомобильные аккумуляторы достаточно дороги и не все автовладельцы могут их себе позволить. Также не рекомендуется использовать данный тип аккумуляторов в северных регионах, так как при низких температурах энергия падает и использовать их будет нецелесообразно.

Как тяговое устройство

Этот тип достаточно устойчив к сильным разрядам, хотя делать это не рекомендуется. Их ставят на моторные лодки. Если мотор не слишком мощный, аккумулятора обычно хватает на 5-6 часов непрерывной работы. Также литий-ионные аккумуляторы устанавливаются в зарядное оборудование, работающее в помещении.

Бытовая техника.

Производители часто выпускают устройства с литий-ионными батареями вместо батареек типа АА или других съемных аналогов. Есть модели с напряжением 3,6 вольта, которые заменяют солевые или щелочные батареи на 1,5 вольта. В некоторых случаях используются 3-вольтовые литий-ионные аккумуляторы, обычно используемые для замены 2-х стандартных аккумуляторов.

Литий-ионные батареи прочно вошли в мир технологий. Компактность аккумуляторов этого типа позволяет использовать их в небольших и мощных устройствах, таких как смартфоны.

Частые вопросы

В заключительной части мы разберем самые распространенные вопросы о литиевых батареях и дадим на них развернутые ответы.

Есть ли альтернатива у литий-ионных аккумуляторов?

Не совсем. Можно сказать, что эта технология является апогеем развития химических аккумуляторов. Теоретически (да и на практике) альтернативы есть, но они либо слишком дорогие, либо слишком малоактуальные, либо слишком внушительные по размеру. Очевидно, что пока не будет прорыва в технологиях, толковой альтернативы не будет.

Можно ли заменить другие типы аккумуляторов на литиевые?

Да, это возможно и не требует специальных знаний или опыта. Чаще всего замена производится в электроинструментах, где никель-кадмий меняют на ионы лития. Последние дороже, но их характеристики лучше. Чаще всего переделывают шуруповерты и другой аналогичный электроинструмент на батарейках.

Кадмиевые аккумуляторы лучше литиевых? Или наоборот?

Этот вопрос не совсем корректен. Без уточнения характеристик, имеющих значение, ответить на него невозможно. Где-то лучше будет один парень, где-то совсем другой. Все они имеют свои плюсы и минусы, поэтому невозможно сказать, какой из них лучше.

Правда ли то, что китайские литий-ионные аккумуляторы плохие?

Откроем секрет: большинство литиевых аккумуляторов производится в Китае. В данном случае вопрос не в месте производства, а в контроле качества. Те, что стоят значительно дешевле своих аналогов, будут работать явно хуже, так что смысла экономить нет. Есть определенная цена, которая обусловлена ​​себестоимостью производства, ее снижение автоматически снижает производительность.

Литий-ионные аккумуляторы в автомобиле Tesla

Представьте себе мир, в котором все автомобили приводятся в движение электродвигателями, а не двигателями внутреннего сгорания. Электродвигатели превосходят двигатели внутреннего сгорания практически по всем техническим показателям, кроме того, они значительно дешевле и надежнее. У двигателя внутреннего сгорания есть существенный недостаток – он выдает достаточный крутящий момент только в узком диапазоне оборотов. В общем, электродвигатель на сегодняшний день лучший вариант для автомобиля.

Но есть одно узкое место, которое постоянно сдерживает электрическую революцию в автомобильной промышленности: блоки питания. Долгое время громоздкие, тяжелые, недолговечные и ненадежные батареи в электромобилях не могли конкурировать с полным баком бензина. Но все изменилось, когда на рынок вышел производитель электромобилей Tesla.

Именно литий-ионные аккумуляторы Tesla использует для своих электромобилей.

Стандартный элемент выдает напряжение 3,7 — 4,2 В. Многие из этих элементов, соединенные последовательно и параллельно, образуют модуль.

Литий-ионные элементы выделяют много тепла во время работы. В то же время высокая температура снижает срок службы и работоспособность самих элементов. Специальная система управления батареями (Battery management system, сокращенно BMS) используется для контроля температуры, а также уровня ее заряда, защиты от перегрузок и общего состояния батарей. В батареях Tesla используется спиртовая система охлаждения. BMS регулирует скорость движения спирта в системе, поддерживая оптимальную температуру аккумуляторов.

Еще одной важной функцией BMS является защита от перегрузок. Допустим, есть три предмета с разными возможностями. Во время зарядки ячейка с наибольшей емкостью будет заряжаться больше, чем две другие. Чтобы избежать этого, BMS использует так называемую балансировку ячеек. При этом все элементы заряжаются и разряжаются равномерно и защищены от перезаряда или недозаряда.

И в этом преимущество Tesla перед аккумуляторной технологией Nissan. У Nissan Leaf серьезные проблемы с охлаждением аккумулятора из-за большого размера ячеек и отсутствия активной системы охлаждения.

Конструкция с множеством мелких цилиндрических элементов имеет еще одно преимущество: при большом энергопотреблении нагрузка равномерно распределяется между всеми элементами. Если бы вместо множества мелких элементов был один огромный элемент, то из-за постоянных нагрузок он очень быстро пришел бы в негодность. Тесла сделал ставку на небольшие цилиндрические элементы, технология производства которых уже хорошо отработана.