Правила зарядки литий ионных аккумуляторов: зарядка и советы по эксплуатации

Li ion аккумуляторы правила эксплуатации

Основная часть техники работает от Li-ion аккумуляторов, как правильно заряжать и эксплуатировать такие батареи, необходимо знать каждому пользователю. Устройства получили популярность за счет компактности и высокого уровня энергосбережения.

Что представляет собой литий-ионный аккумулятор

Литий-ионный аккумулятор представляет собой вид элемента питания (АКБ), на основе которого работает электронная техника и электромобили. Литий — самый легкий металл. Его электрохимический потенциал обеспечивает оптимальную характеристику плотности на единицу массы.

В отличие от устройств другого типа, литиевые аккумуляторы содержат отрицательные пластины из металлического лития. За счет этого батареи обладают высоким напряжением на всех элементах. Современные батареи имеют длительный срок службы за счет способности выдерживать множество циклов заряд-разряд и отсутствия «эффекта памяти».

Название «литий-ионный» произошло от основных используемых элементов:

• литий-феррофосфат;
• кобальтат лития;
• литий-марганцевая шпинель.

В качестве переносчика заряда выступают положительные ионы лития, которые свободно перемещаются в кристаллической решетке материала и провоцируют необходимую химическую реакцию.

Идентичными особенностями обладают литий-полимерные аккумуляторы. Главным отличием от Li-ion является отсутствие в составе жидкого электролита, а также высокая стоимость.

Как правильно заряжать Li-ion аккумулятор

При эксплуатации литий-ионных аккумуляторов, необходимо правильно заряжать устройство и контролировать этот процесс. Зарядка осуществляется по специальной схеме, а контроль при помощи дополнительных плат или обычного сопротивления (резистора).

Двухступенчатая схема зарядки

Двухступенчатая схема заряда является оптимальным способом зарядки литиевых аккумуляторов.

В этом случае контроллер заряда имеет повышенную нагрузку, однако это не сказывается на сроке службы устройства.

Выполнение первого этапа зависит от того, каким током будет насыщаться устройство. Номинальная величина тока равна 0,2-0,5 С (С — емкость аккумулятора), а мощность 12,6 вольт. Постоянный зарядный ток обеспечивается путем работы зарядного устройства (ЗУ), которое поднимает потенциалы на клеммах аккумулятора. При отметке в 4,2 В батарея набирает 70-80% заряда, и первый этап заканчивается.

Второй этап характеризуется постоянным напряжением и постепенно снижающимся током. Устройство поддерживает потенциал на отметке 4,15-4,25 В и контролирует параметры тока. Чем выше показатель, тем меньше становиться ток. Величина 0.05-0.01 С говорит об окончании процесса.

Как контролируют параметры зарядки

Литиевые аккумуляторы нуждаются в контроле, так как они работают в узком диапазоне изменения напряжения. Оптимальным значением считается 3 — 4,2 В. Контроллер установлен в зарядном устройстве, однако каждая батарея имеет свои прерыватели и модули защиты. В случае нарушения какого-либо параметра защитная функция отключает банку и разрывает цепь.

Контроллер обеспечивает различные функции управления:

• переводит режимы CC/CV;
• контролирует подачу энергии в банках;
• подает ток, компенсирующий саморазряд;
• измеряет температуру, предотвращая порчу батареи;
• отключает зарядку.

Зарядить аккумулятор без контроллера можно, используя резистор, включенный последовательно с устройством. Собрать схему своими руками несложно, если предварительно будут рассчитаны сопротивление, мощность резистора и ток заряда.

Эксплуатация Li-ion батарей

Первую зарядку батареи после покупки новой техники необходимо выполнять после полного разряда. То есть заряжать его сразу не нужно, необходимо довести прибор до выключения, а потом зарядить полностью.

В первую очередь это касается телефонов и ноутбуков.

При эксплуатации устройств с литий-ионными батареями необходимо следить за местом их нахождения. В холодную и жаркую погоду важно контролировать температуру батареи, не допуская перегрева (переохлаждения). Для этого существуют специальные программы, с помощью которых отслеживаются показатели.

Работа при температуре выше 30°C сказывается на способности батареи держать емкость. Уровень падает с 100% до 80%. Когда устройство полностью зарядилось, следует отключать его от источника тока. В противном случае емкость аккумулятора со временем будет снижаться, и батарея выйдет из строя.

Современные блоки питания способны минимизировать поступающий ток после полного заряда. Однако такая функция не дает гарантии сохранности аккумулятора. Заряжать устройство необходимо при отметке 30-50%. Постоянная полная разрядка сопровождается выделением тепла в большем объеме, это негативно сказывается на состоянии батареи.

Не стоит подключать к питанию устройства, которые работали в стрессовом режиме и получили перегрев. В этом случае необходимо дождаться, пока температура снизится, и только после этого ставить заряжаться.

Чрезвычайно холодную батарею следует вытащить из техники и нагреть в руках, а затем вставить обратно.

Для устройств, которые допускают извлечение батареи, отличным решением является приобретение резервного аккумулятора. В этом случае время работы приспособления возрастает в 2 раза. Когда основной аккумулятор разряжается, в устройство помещается запасной элемент. Удобно решение для техники, которая быстро нагревается, так как сменное устройство дает время основному остыть.

Калибровка

Выделяют 2 метода калибрования:

Калибровка производится по схеме: полный разряд-полный заряд аккумулятора. Необходима процедура для восстановления показателей и корректной работы контроллера.

Второй метод отображает больше информации и позволяет осуществить дополнительные программные манипуляции. В остальном оба способа различий не имеют.

Вначале необходимо в стандартном режиме разрядить технику до выключения. Затем подключить к заряднику. Во время процедуры печатная плата батареи определяет предельные рамки зарядки и разрядки, это необходимо для предотвращения сбоев в дальнейшей работе.

Проводят калибровку 1 раз в 3 месяца.

Заряжают аккумулятор оригинальным прибором, который шел в комплекте с техникой. Отключать от сети устройство можно, когда индикатор заряда покажет 100%. Для достижения максимальной рабочей емкости рекомендуется провести 2-3 повторных цикла «разряд-заряд».

Хранение

Для предотвращения негативных воздействий на литий-ионный аккумулятор со стороны внешних факторов необходимо придерживаться таких правил:

• на время хранения батарею извлекать из устройства;
• перед извлечением рекомендуется зарядить аккумулятор до 50%;
• хранят источник в сухом и прохладном месте.

Норма температуры для содержания батареи +15…+17°С. Такие показатели обеспечивают максимальную сохранность элемента и его емкости.

Литий-ионные устройства имеют низкий показатель саморазряда, поэтому хранить их можно более 2 лет. Однако избежать потери емкости невозможно, даже выполняя правильные условия хранения. Независимо от того, сколько зарядное не будет использоваться, необходимо каждые 3 месяца делать калибровку, а после нее возвращать уровень заряда до 50%.

Чего не нужно делать с литий-ионными аккумуляторами

Предотвращение перегрева является залогом длительной работы батареи. Литий — активный щелочной металл, поэтому при нагреве в аккумуляторе может начаться реакция, приводящая к воспламенению. Запрещается держать литий-ионные батареи вблизи источников солнечных лучей, батарей и открытого огня. Особенно это касается смартфонов и ноутбуков.

Наряду с перегревом нельзя допускать и переохлаждения. Губительных последствий низкие температуры не вызовут, однако снизят емкость батареи.

Запрещено разбирать аккумуляторный элемент. Такая процедура приводит к воспламенению. Нельзя заряжать элемент в обход контроллера. Исключение делают лишь в случае, если аккумулятор необходимо вывести из состояния глубокого разряда.

В этой статье под правильной эксплуатацией литий-ионных аккумуляторов мы будем понимать соблюдение таких условий, в которых литий-ионный аккумулятор портативного устройства сможет работать безопасно, прослужит долго, причем функционирование устройства останется полноценным.

Речь пойдет именно о литий-ионных аккумуляторах, поскольку в большинстве современных мобильных гаджетов: в планшетах, в ноутбуках, в смартфонах и т. д. — установлены именно литиевые аккумуляторы. И если раньше можно было часто встретить никель-металл-гидридные, никель-кадмиевые, то сегодня массово применяются литиевые.

При правильной эксплуатации литий-ионный аккумулятор прослужит в 10-15 раз дольше, нежели при использовании как попало, что и будет раскрыто далее по тексту. Здесь будут приведены рекомендации для пользователей, соблюдение которых поможет сохранить литиевый аккумулятор эффективным и емким на протяжении всего периода пользования портативным устройством, пока не придет время и решение приобрести новое на замену старому.

Часто аккумулятор смартфона вздувается, нередко деформируя и корпус. Вздутие — симптом накопления газов, продуктов реакций протекающих внутри аккумулятора при неправильной его эксплуатации, приводящего к повышению давления на корпус изнутри.

Если вовремя не заменить вздувшийся аккумулятор, он в какой-то момент полностью разрушится или в худшем случае взорвется. Но самое интересное в этой истории со смартфоном то, что описанную проблему легко можно предупредить и предотвратить, соблюдая простые правила эксплуатации устройства с литий-ионным аккумулятором, и тогда ресурс аккумулятора сохранится максимально долго.

Не допускайте перегрева

Лишнее тепло, по какой бы причине оно не появилось, вредит литий-ионной батарее сильнее всего. Причинами могут стать как внешний источник тепла, так и стрессовые режимы заряда и разряда. Так, если вы оставили смартфон на солнце, например на пляже или в держателе внутри автомобиля, это снизит как способность аккумулятора принимать заряд в процессе зарядки, так и способность удерживать его после.

Лучше всего для сохранения емкости литиевой батареи, если температура ее корпуса не поднимается выше 20°C. Ежели температура поднимется выше 30°C, то способность удержания заряда уже понизится с исходных 100% до 80%.

При нагреве до 45°C способность аккумулятора удерживать заряд ослабнет уже вдвое. Температура в 45°C, кстати, легко достигается, если оставить устройство на солнце или интенсивно использовать энергетически мощные приложения.

То есть, если вы заметили, что устройство или аккумулятор ощутимо разогрелись, перейдите в прохладное место (если причина в температуре окружающей среды) или отключите ненужные приложения и службы, снизьте яркость дисплея, включите энергосберегающий режим — так вам удастся снизить потребляемую устройством мощность, и снизить ток, который течет через аккумулятор — аккумулятор начнет остывать.

Если это не поможет, выключите устройство, выньте батарею (если возможно) и подождите, пока она не охладится или пока не остынет устройство, если конструкция не позволяет извлечь аккумулятор.

Напротив, чрезвычайно холодная батарея, при температуре ниже -4°C, просто не сможет отдавать полную мощность пока не прогреется, лучше если до комнатной температуры.

Но вообще низкие температуры не способны причинить литиевой батарее такой необратимый ущерб, какой причиняют повышенные, поэтому после прогрева до комнатной температуры чрезвычайно холодного аккумулятора, свойства его электролита восстановятся. Выньте холодную батарею из устройства в помещении, или немного согрейте ее в руках, затем вставьте обратно.

Вовремя отключайте зарядное устройство

Если аккумулятор заряжается дольше чем положено, то есть если он остается подключен к источнику зарядного тока даже после того как полностью зарядился, это может убить аккумулятор, сильно понизив его емкость.

Суть в том, что рабочий уровень обычного литиевого аккумулятора не должен для безопасной работы превышать 3,6 вольта, однако зарядные устройства в процессе зарядки подают на клеммы 4,2 вольта. И если зарядное устройство вовремя не отключить (благо, некоторые отключаются автоматически сами), то внутри аккумулятора начнутся вредные реакции. В худшем случае пойдет чрезмерный перегрев, и цепная реакция в электролите не заставит себя долго ждать.

Фирменные оригинальные зарядные устройства (которые идут в комплекте с самим гаджетом от производителя) отличаются высоким качеством, они сами способны снижать зарядный ток, взаимодействуя по правильному алгоритму с аккумулятором и со встроенным в гаджет контроллером.

С оригинальными зарядными устройствами опасность наступления перезаряда минимальна. Но лучше всего для верности сразу отключать заряжаемое устройство от зарядника, как только поступил сигнал (звук, световая индикация или пиктограмма на экране), что аккумулятор полностью заряжен. Не оставляйте очень надолго полностью заряженный смартфон подключенным к зарядному устройству.

Не беспокойтесь, что когда вы отключите смартфон от зарядника, он начнет разряжаться, ведь литиевые аккумуляторы отличаются от других типов аккумуляторов низким уровнем саморазряда. Если даже аккумулятором вообще не пользоваться после зарядки, то спустя сутки после отключения зарядки лишь 5% энергии, но все ровно убудет, а за следующий месяц — еще 2%.

В любом случае нет необходимости оставлять устройство на подзарядке (даже от фирменного зарядного устройства) до последнего момента, лучше отключить сразу, как только на дисплее (или индикатором) показан полный заряд.

Все современные мобильные устройства на литий-ионных аккумуляторах показывают 100% заряда, когда аккумулятор действительно полностью заряжен, нет никакой необходимости держать дольше.

Не допускайте глубокий разряд

Есть разные варианты использования ресурса аккумулятора. Если каждый раз разряжать батарею быстро и полностью, это будет регулярно сопровождаться выделением большого количества тепла, ведь разрядные токи через батарею будут течь немалые, а это разрушительная нагрузка на аккумулятор.

Если же небольшие разрядные циклы будут короткими, пусть даже потом аккумулятор будет дозаряжен, а затем снова разряжен несколькими порциями, ресурс аккумулятора сохранится дольше.

Современные литиевые аккумуляторы нормально выдерживают неполный разряд и дозаряд, не то что самые первые литиевые экземпляры!

И если рассмотреть влияние циклов разряда-заряда на общий жизненный ресурс аккумулятора, то на самом деле три цикла разряда до 66% и дозаряда до 100% принципиально эквивалентны по изнашивающему действию паре циклов разряда до 50% и затем дозаряда до 100%.

Много коротких циклов разряда-заряда не вреднее нескольких более длительных циклов. Вреден интенсивный разряд — он вызывает нагрев и ведет к необратимым процессам, если является глубоким (до 20% и ниже).

Нагрев и высокая токовая нагрузка однозначно снижают общий жизненный ресурс аккумулятора. Каждый глубокий разряд медленно но верно ведет к необратимым разрушениям, поэтому старайтесь вообще избегать глубокого разряда. Если смартфон сам выключился — это признак глубокого разряда — не следует до этого доводить. 20% достаточно для того, чтобы поставить устройство на подзарядку или вставить резервную батарею.

Разряжайте и заряжайте литиевый аккумулятор медленно

Как было сказано выше, интенсивная разрядка и зарядка сопровождаются большими токами через электролит аккумулятора, что и ведет к его перегреву, и следовательно — к разрушительным процессам (смотрите — Почему взрываются литий-ионные аккумумляторы).

Но даже если стрессовый режим был допущен, и аккумулятор сильно нагрелся, не спешите ставить его на зарядку. Подождите пока он остынет, и только после этого подключайте к зарядному устройству, тогда он сможет нормально и безопасно принимать заряд.

В процессе зарядки аккумулятор тоже не должен перегреваться, если такое происходит, значит через электролит текут слишком большие токи, а это вредно.

Некачественные зарядные устройства грешат так называемой «быстрой зарядкой», как и некоторые индукционные беспроводные зарядники. Такими «быстрыми» зарядными устройствами лучше не пользоваться. Дело в том, что безопасное зарядное устройство обязано реагировать на ток, потребляемый аккумулятором в процессе зарядки, и оперативно менять подаваемое напряжение, если нужно — снижать, когда нужно — повышать.

Если зарядное устройство — это просто трансформатор с выпрямителем, то ваш аккумулятор скорее всего перегреется из-за перенапряжения и постепенно разрушится. Не все «быстрые» зарядники совместимы с литиевыми аккумуляторами.

Самый лучший вариант — оригинальное зарядное устройство от того же производителя, что и у заряжаемого устройства, идеально — зарядник из комплекта. Но если возможности применить оригинальный зарядник нет, то пользуйтесь тем, который дает меньший ток — это спасет аккумулятор от перегрева из-за подачи чрезмерной мощности.

Хорошая альтернатива оригинальному зарядному устройству — USB-порт компьютера. USB 2.0 даст 500mА, USB 3.0 — максимум 900mА. Этого достаточно для безопасной зарядки.

Некоторые из «быстрых» устройств способны вкачивать в батарею по 3-4 ампера, но это разрушительно для батарей небольшой емкости, коими являются аккумуляторы карманных мобильных гаджетов (см. документацию). Небольшой ток от USB – гарантия сохранности литий-ионного аккумулятора.

Имейте при себе резервный аккумулятор

Многие устройства допускают извлечение батареи, поэтому иметь запасной аккумулятор — совсем не проблема. Время работы устройства возрастет вдвое, исключается глубокий разряд (заранее установить резервный аккумулятор, не дожидаясь полного разряда основного), отпадает соблазн использовать вредный «быстрый» зарядник. 20% разряда основного аккумулятора — сигнал к тому чтобы установить резервный.

Если первая батарея сильно нагрелась от интенсивной нагрузки или по причине внешнего нагрева (случайно оставили на солнце) — вставьте запасную, и пока первая будет остывать, вы продолжите пользоваться вашим устройством, сохранив оба аккумулятора невредимыми. Когда тот что нагрелся остынет, его можно будет поставить на дозарядку в оригинальное зарядное устройство (сетевое или автомобильное).

Итак, чтобы литиевый аккумулятор прослужил долго и верно, необходимо:

1. Не допускать разогрева аккумулятора выше 30°C, лучшая температура 20°C.

2. Исключить чрезмерный заряд аккумулятора и перенапряжение на клеммах, оптимально 3,6 В.

3. Избегать глубокого разряда аккумулятора — пусть 20% будет пределом.

4. Не допускать высокие токовые нагрузки во время заряда и разряда (см. документацию), использовать USB.

Литий-ионные аккумуляторы не столь «привередливы», как их никель-металл-гидридные собратья, но все равно требуют определенного ухода. Придерживаясь пяти простых правил, можно не только продлить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторных батарей, но и повысить время работы мобильных устройств без подзарядки.

Не допускайте полного разряда. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов. Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете свой телефон. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить телефон на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100.
Данный процесс специалисты описывают таким показателем как Глубина Разряда (Depth Of Discharge). Если ваш телефон разряжен до 20%, то Глубина Разряда составляет 80%. В нижеприведенной таблице показана зависимость количества циклов разряда литий-ионного аккумулятора от Глубины Разряда:

Разряжайте раз в 3 месяца. Полный заряд на протяжении длительного времени также же вреден для литий-ионных аккумуляторов, как и постоянная разрядка до нуля.
Из-за крайне нестабильного процесса заряда (мы часто заряжаем телефон как придется, и где получится, от USB, от розетки, от внешнего аккумулятора и тд. ) специалисты рекомендуют раз в 3 месяца полностью разряжать аккумулятор и после этот заряжать до 100% и подержать на зарядке 8-12 часов. Это помогает сбросить так называемый верхний и нижний флаги заряда аккумулятора. Более подробно об этом можно прочитать здесь.

Храните частично заряженными. Оптимальным состоянием для длительного хранения литий-ионного аккумулятора является уровень заряда от 30 до 50 процентов при температуре 15°C. Если же оставить батарею полностью заряженной, со временем ее емкость существенно снизится. А вот аккумулятор, который долгое время пылился на полке разряженным до нуля, скорее всего, уже не жилец – пора отправлять его на утилизацию.
В нижеприведенной таблице показано сколько остается емкости в литий-ионном аккумуляторе в зависимости от температуры хранения и уровня заряда при хранении в течение 1 года.

Используйте оригинальное зарядное устройство. Мало кто знает, что зарядное устройство в большинстве случаев встроено непосредственно внутрь мобильных устройств, а внешний сетевой адаптер лишь понижает напряжение и выпрямляет ток бытовой электросети, то есть напрямую на батарею не воздействует. Некоторые гаджеты, например цифровые фотокамеры, лишены встроенного зарядного устройства, и поэтому их литий-ионные аккумуляторы вставляют во внешний «зарядник». Вот тут-то использование внешнего зарядного устройства сомнительного качества вместо оригинального может негативно сказаться на работоспособности батареи.

Не допускайте перегрева. Ну а злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура – перегрева они напрочь не переносят. Поэтому не допускайте попадания на мобильные устройства прямых солнечных лучей, а также не оставляйте их в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –40°C до +50°C

Также, вы можете посмотреть Часто Задаваемые Вопросы по аккумуляторам на нашем сайте.

Рекомендуем к прочтению

Как заряжать литий ионные аккмуляторы?

Как заряжать литий ионный аккумулятор, чтобы значительно продлить срок его службы и добиться длительной эффективной работы? Соблюдение простых правил эксплуатации, рекомендованных производителем, позволит продлить срок жизни батареи питания и избежать больших затрат на дорогостоящую покупку. Принцип работы литий-ионных батарей отличается от никель-кадмиевых и других устройств, поэтому и требования к циклам заряда и разряда будут совсем другими.

Основные правила зарядки аккумуляторов

Одна из главных особенностей: литий-ионные аккумуляторы не требуется полностью заряжать и разряжать. В отличие от никель-кадмиевых элементов питания, такие батареи не имеют эффекта памяти, следовательно при неполной зарядке их емкость не уменьшается, и продолжительность автономной работы не сокращается. Более того, полная разрядка приводит к сокращению срока работы аккумулятора, продолжать использовать ноутбук нежелательно уже при 20%-ной отметке.

Можно перечислить несколько основных правил правильной зарядки и эксплуатации литий-ионных аккумуляторов:

• Нельзя хранить долгое время разряженную батарею. Если разряженный аккумулятор пролежал на полке несколько месяцев, его можно выбрасывать: зарядить его заново уже не получится. Это одна из самых распространенных причин, по которым литий-ионные батареи полностью выходят из строя.
• Нежелательно постоянно поддерживать аккумулятор на зарядке во время работы ноутбука. Если он используется в качестве стационарного компьютера дома, на время работы можно вынимать аккумулятор и использовать только сеть от розетки. При этом несколько раз в месяц батарею необходимо подключать для полноценной зарядки и разрядки.
• Оптимальный уровень заряда для хранения аккумулятора – 30-50%. При таком уровне батарея сама практически не теряет заряд и сохраняет свои свойства в течение длительного времени.
• Нельзя допускать перегрева и переохлаждения батареи питания. Ее нежелательно оставлять на открытом солнце или вблизи обогревателей, нельзя включать ноутбук на улице при температуре ниже нуля. И то, и другое приводит к ускоренному износу, и скоро придется покупать новый аккумулятор.

Литий-ионные батареи любого типа рекомендуется подзаряжать только оригинальными зарядными устройствами. Это касается как ноутбуков, так и смартфоном или планшетов. Если блок питания вышел из строя, необходимо приобрести новый той же марки и с теми же характеристиками.

Как увеличить срок работы аккумулятора?

Правильно зарядить литий-ионный аккумулятор – значит обеспечить ему длительную автономную работу и долгую работоспособность. Стандартный срок эксплуатации для батарей такого типа составляет от 400 до 600 циклов зарядки и разрядки, однако правильная эксплуатация с соблюдением всех рекомендаций способна увеличить этот показатель до 1000 циклов. Заботиться о батарее питания будет намного проще, если поставить на ноутбук специальные утилиты, позволяющие контролировать уровень зарядки литий-ионного аккумулятора и степень его изношенности, а также своевременно закрывать все ненужные программы.

Для увеличения времени автономной работы необходимо правильно экономить энергию. При временном прекращении работы ноутбук нужно переводить в режим гибернации – это значительная экономия заряда батареи. Также нужно отключать все невостребованные в данный момент функции, закрывать лишние программ и не допускать слишком большого списка автозагрузки. Если батарея все же вышла из строя, не стоит пытаться разбирать ее самостоятельно и пытаться ремонтировать.

как собрать литиевую батарею своими руками

Изначально литий ионные батарейки предназначались для мобильных устройств будь-то телефоны, фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, но в последнее десятилетие выпуск литиевых аккумуляторов налажен и большинством автопроизводителей.

Тогда зачем собирать самому, если можно купить готовый аккумулятор? Есть достаточно причин:

• собранные на заводе литиевые аккумуляторные батареи — неоправданно дорогие;
• очень трудно найти подходящий по габаритам аккумулятор для мотоцикла, автомобиля;
• если собранная батарея влезет с запасом в установочное место, то у неё будет ниже емкость.

Своими руками можно собрать батарею из отдельных элементов, которая будет ограничена лишь энергоплотностью и ценой за ватт-час, в зависимости от типа выбранных элементов:

1. NiMH — никель металогидридные;
2. Li-ion — литий ионные;
3. Li-pol — литий полимерные;
4. LiFePO4 — литий железо-фосфатные;
5. Lead-Acid — свинцово-кислотные.

Опасность перезаряда литиевых элементов

С литиевыми элементами нужно обращаться осторожно, поскольку в них сосредоточена большая энергия на малую площадь при полном заряде. Поэтому уже давно в продаже имеются защищенные Li-ion и Li-pol батарейки.

Ещё в 1991 году компания Sony обратила внимание на взрывоопасность Li-ion элементов. В настоящее время все без исключения аккумуляторы наматываются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы исключить риск внутреннего короткого замыкания. Все фирменные батарейки снабжены платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их в следующих случаях:

1. Аккумулятор чрезмерно разряжен — ниже 2,5 В.
2. Перезаряжен — свыше 4,2 В.
3. Подан слишком большой ток заряда — более 1С (С является ёмкостью аккумулятора в Ач).
4. Короткое замыкание.
5. Превышен ток нагрузки — более 5С.
6. Неправильная полярность при заряде.

Для дополнительной подстраховки служит термопредохранитель, размыкающий цепь при перегреве литиевого элемента свыше 90 °C.

Как найти батарею с защитой?

Литиевые аккумуляторы выпускаются в бытовом и технологическом исполнении. Батарейки для бытового использования имеют прочный пластмассовый корпус и встроенную электронную защиту. Технологические элементы, предназначенные для промышленного использования, чаще всего выпускаются в бескорпусном виде и не имеют встроенной защиты.

1. Защищенные аккумуляторы имеют слово «protected» в названии, незащищенные — «unprotected».
2. Батарейки с защитой длиннее обычных на 2–3 мм из-за платы, которая устанавливается на торце возле минусового полюса.
3. Цена на батарейки с защитой при одинаковой ёмкости всегда выше, ведь плата с электронными компонентами тоже стоит денег.

Плюсовой полюс батарейки обязательно соединяется с защитной платой тонкой пластинкой, иначе защита работать не будет.

О балансировке элементов литиевого аккумулятора

При последовательном соединении отдельных элементов их напряжения суммируются, а ёмкость остаётся той же. Даже из одной серии батарейки имеют различные характеристики, поэтому заряжаются они с разной скоростью. Например, при заряжании до суммарного напряжения 12,6 В элемент посередине может перезарядиться до 4,4 В, что опасно его перегревом.

Дабы не происходило чрезмерного перезаряда незащищенных элементов, применяются балансировочные шлейфы, подключаемые к специальным зарядным устройствам, например: iMAX B6 и Turnigy Accucel-6.

Каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарейка бытового назначения имеет самую совершенную защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля напряжения, ключа на полевом транзисторе и термопредохранителя.

Балансировка защищённых элементов не требуется, поскольку при возрастании напряжения на каком-то из них до 4,2 В, зарядка гарантированно прервётся.

При сборке батареи из элементов без защиты есть выход из положения — поставить одну плату контроля напряжения на все батарейки, к примеру, соединив их по схеме 4S2P — 4 последовательно, 2 параллельно.

Также не нужна балансировка параллельно соединённых элементов.

При параллельном соединении батареек их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются.

О ёмкости литиевых аккумуляторов

Ёмкость — способность аккумулятора отдавать ток, измеряемая в миллиампер час (мАч) или ампер час (Ач). К примеру, батарейка ёмкостью в 2 Ач сможет отдавать ток в 2 A один час, или в 1 A два часа. Но эта зависимость тока от времени подключения нагрузки не линейна — в определённой точке графика при увеличении тока вдвое время работы батареи снижается вчетверо. Поэтому производители всегда указывают ёмкость, высчитанную при разряде аккумулятора чрезмерно малым током в 100 мА.

Количество энергии зависит от напряжения аккумулятора, поэтому никель металогидридные элементы при одинаковой ёмкости имеют в 3 раза меньшую энергоёмкость, чем литий ионные:

• NiMH — 1,2 В * 2,2 Ач = 2,64 ватт-часа;
• Li-ion — 3,7 В * 2,2 Ач = 8,14 ватт-часа.

При поиске и покупке аккумуляторных батареек отдавайте предпочтение известным фирмам, таким как Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Батарейки этих производителей имеют ёмкость наиболее соответствующую той, что указана на их корпусе. Надпись 2600 мА на элементах Sanyo не сильно отличается от их настоящей ёмкости в 2500–2550 мА. Подделки китайских производителей с хвалёной ёмкостью в 4200 мА недотягивают и до 1000 мА, зато цена на них в два раза ниже японских оригиналов.

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

1. пайку;
2. соединительные коробки;
3. неодимовые магниты;
4. точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости. С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Покупать готовый литиевый аккумулятор для машины или мотоцикла невыгодно, когда его можно собрать самому за более низкую цену. Можно сэкономить до 70 долларов, если не покупать новую батарею ноутбука, а самостоятельно заменить в ней элементы.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Автор: Виталий Петрович. Украина, Лисичанск.

---

 

Часто задаваемые вопросы об аккумуляторах — Часто задаваемые вопросы об аккумуляторах

Batteries Plus Bulbs уже более 25 лет является надежным источником энергии и знаний! Некоторые вещи, с которыми мы сталкиваемся каждый день, могут быть для вас новыми. Ниже мы собрали некоторые из часто задаваемых вопросов относительно батарей. Если у вас есть вопросы, выходящие за рамки того, что вы видите ниже или на нашем сайте, обратитесь в ближайший магазин или к одному из наших представителей службы поддержки клиентов по телефону 1-800-677-8278.

Типы батарей

SLI, свинцово-кислотный

SLI относится к батареям пускового освещения и зажигания, обычно используемым в легковых и грузовых автомобилях, спортивных автомобилях, лодках, тракторах, генераторах и т. Д. Аккумуляторы SLI представляют собой свинцово-кислотные аккумуляторы, рассчитанные на высокую скорость разряда и обеспечивающие пусковую мощность двигателей. Альтернативные конструкции доступны для целей глубокого цикла. Эти батареи служат дольше всего при регулярном поддержании заряда.

Литий-ионный, литий-ионный Литий-ионные батареи

представляют собой перезаряжаемую конструкцию с высокой плотностью энергии по сравнению с их размером и весом.Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее распространенным источником питания для персональной электроники и устройств связи, таких как смартфоны, ноутбуки и планшеты, а также энергоемких предметов, таких как беспроводные инструменты, сканеры и личные игровые устройства. Эти батареи работают при более высоком напряжении, чем другие перезаряжаемые аккумуляторы, обычно около 3,7 В на элемент, что означает, что часто можно использовать один элемент, а не несколько элементов NiMH или NiCd. Литий-ионные батареи также имеют низкую скорость саморазряда, чтобы дольше сохранять заряд.

SLA, Герметичный свинцово-кислотный Батареи

SLA имеют тот же общий химический состав, что и батареи SLI, но в них используется гелевый или пастообразный электролит, а не жидкость. Это изменение конструкции означает, что SLA можно использовать в приложениях, не беспокоясь о «кислотных» утечках или проливании электролита. Батареи SLA не требуют обслуживания и полностью герметичны. Батареи SLA могут быть разработаны как для высокоскоростной разрядки, так и для приложений с глубоким циклом. Эти батареи служат дольше всего при регулярном поддержании заряда.

Щелочной

Щелочные батареи, также известные как диоксид марганца, не подлежат перезарядке и являются наиболее часто используемыми батареями для сильноточных одноразовых устройств с увеличенным временем работы. Щелочные батареи, способные работать в широком диапазоне температур и работать при различных потребляемом токе (низком и высоком), являются выбором для бытовой электроники. Наиболее распространены конфигурации AA, AAA, C, D и 9 В.

NiMH, никель-металлогидрид Батареи

NiMH (никель-металлогидридные) обеспечивают выдающуюся емкость в легком перезаряжаемом формате.NiMH взаимозаменяем с NiCd в устройствах, обеспечивая более экологичный профиль. Обычно используется в различных приложениях, от сотовых телефонов до видеокамер / цифровых фотоаппаратов. NiMH аккумуляторы обладают большей емкостью, чем NiCd, но с меньшим количеством циклов.

Терминология батареи

мАч, миллиампер-час

мАч (миллиампер-час) — это номинальная емкость, которая измеряет, какой ток будет разряжаться аккумулятором за определенный период времени (обычно в течение одного часа).Более высокие значения мАч не обязательно отражают, насколько быстро можно потреблять ток, скорее, как долго можно потреблять ток. Эта емкость также может отображаться как Ач или Ампер-час, при этом номинал соответствует мАч / 1000. На общую емкость будут влиять другие факторы, включая температуру, глубину разряда и скорость разряда.

В, вольт или напряжение

Единица измерения электрического потенциала или давления, все батареи рассчитаны на вольт постоянного тока. Напряжение основано на электрохимической реакции, которая происходит в батарее, и может варьироваться в зависимости от типа батареи.

CCA, усилители холодного пуска

CCA (ток холодного пуска) — это измерение пусковой мощности батареи, батареи SLI или SLA при температуре 0 ° F под нагрузкой (потребляемый ток) в течение 30 секунд с конечным напряжением, поддерживаемым на уровне 1,20 В на элемент. К батарее могут применяться несколько вариантов оценок CCA, включая: MCA (ток пуска на судах) или CA (ток пуска), которые обычно на 20% выше, чем CCA (ток холодного пуска) и отражают испытания при более высоких температурах.

RC, резервная емкость

RC (резервная емкость) — это количество минут, в течение которых аккумулятор SLI или SLA может поддерживать нагрузку 25 А при температуре 80 ° F до тех пор, пока напряжение на его клеммах не упадет до 1,75 В на элемент или 10,50 В для аккумулятора 12 В. Например, батарея 12 В с номинальной резервной емкостью 100 минут означает, что ее можно разрядить при 25 А в течение 100 минут при 80 ° F, прежде чем ее напряжение упадет до 10,50 В.

OEM, производитель оригинального оборудования Номер

OEM — производитель аккумулятора или устройства.OEM-батареи часто называют «оригинальными» батареями, установленными в устройстве. Эти батареи были частью оригинальных спецификаций производителя устройства для питания устройства. Характеристики сменной батареи можно сравнить с характеристиками OEM, чтобы гарантировать, что устройство будет работать в соответствии с минимальными стандартами производителя.

Pro Rata, гарантия Pro Rated

Pro Rata используется в отношении гарантии. Продукты, на которые распространяется пропорциональная или пропорциональная гарантия, заменяются по цене, которая зависит от возраста продукта на момент выхода из строя.Стоимость нового продукта считается пропорциональной сроку службы оригинального продукта. На продукт, замененный по пропорциональной гарантии, будет предоставлена ​​совершенно новая гарантия.

Производительность батареи

Саморазряд

Саморазряд — это потеря полезной емкости батареи из-за внутренних химических реакций. Саморазряд будет происходить в батареях любого химического состава и будет зависеть от температуры. Саморазряд будет происходить независимо от того, подключен аккумулятор к устройству или нет.

Срок годности

Время, в течение которого батарея будет сохранять работоспособный процент от заявленной емкости (рассчитывается в условиях хранения при температуре окружающей среды).

Высокая емкость

Емкость — это мера энергии, хранящейся в батарее. Выраженная в Ач (ампер-час) или мАч (миллиампер-час), емкость определяет способность батареи работать в соответствии с заданными критериями разряда в течение заданного периода времени.Аккумулятор повышенной емкости или повышенной емкости превышает спецификации OEM и обеспечивает более длительное время работы, чем исходный аккумулятор.

Температура

Температурные колебания могут существенно повлиять на производительность и срок службы батареи. Высокие температуры усиливают химические реакции внутри батареи и могут привести к необратимому повреждению батареи. Более низкие температуры могут замедлить химические процессы до такой степени, что характеристики батареи могут не соответствовать требованиям устройства.Аккумуляторы лучше всего хранить, заряжать и эксплуатировать при комнатной температуре, обычно рассчитанной на 25 ° C (77 ° F).

Как …

Максимизируйте производительность батареи

Для всех типов батарей есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы обеспечить максимальную производительность от вашей батареи: Всегда храните батареи в прохладном и сухом месте полностью заряженными перед хранением в течение длительного времени. Никогда не оставляйте аккумулятор на зарядном устройстве более 24 часов, это сократит срок службы аккумулятора.Держите батареи в чистоте. Очистите грязные батареи ватным тампоном и спиртом. Чистый аккумулятор обеспечит хорошее соединение между аккумулятором и устройством. Держите батареи сухими. Влага может разъедать точки контакта и ограничивать характеристики заряда / разряда. Не оставляйте аккумулятор бездействующим.

Активировать мою новую аккумуляторную батарею

Новые батареи поставляются в слегка разряженном состоянии и перед использованием должны быть полностью заряжены. Рекомендуется полностью зарядить и разрядить новую батарею два-четыре раза, чтобы она достигла максимальной номинальной емкости.Рекомендуется ночная подзарядка (примерно двенадцать часов). Примечание. При зарядке и разрядке аккумулятор может нагреваться на ощупь. При зарядке аккумулятора в первый раз устройство может указать, что зарядка завершена, всего через 10 или 15 минут. Это нормально для аккумуляторных батарей. Новые аккумуляторы плохо заряжаются; они никогда не были полностью заряжены и не «взламывались». Иногда зарядное устройство устройства перестает заряжать новый аккумулятор до того, как он полностью зарядится.В этом случае извлеките аккумулятор из устройства, а затем снова вставьте его. Цикл зарядки должен начаться снова. Это может произойти несколько раз во время первой зарядки аккумулятора.

Утилизируйте разряженную батарею

Многие типы батарей можно полностью утилизировать. Некоторые типы требуют особого обращения или процессов, которые могут потребовать оплаты за правильную переработку батареи. Наши магазины работают в полном соответствии с федеральными, государственными, муниципальными правилами, правилами EPA и DOT, регулирующими утилизацию и переработку разряженных батарей.Для получения конкретной информации об утилизации и переработке разряженной батареи обратитесь в местный магазин.

Пускай аккумулятор в автомобиле с помощью бустерных кабелей

Предупреждение: батареи выделяют взрывоопасные газы. Эти инструкции разработаны для сведения к минимуму опасности взрыва. Всегда держите искры, пламя и сигареты подальше от батарей. Обе батареи должны иметь одинаковое напряжение (6, 12 и т. Д.).

При запуске от внешнего источника всегда надевайте соответствующие средства защиты глаз и никогда не наклоняйтесь над аккумулятором.Не запускайте отскок поврежденный аккумулятор; проверьте обе батареи перед подключением вспомогательных кабелей. Убедитесь, что вентиляционные колпачки плотно прилегают и выровнены. Убедитесь, что автомобили не соприкасаются и оба переключателя зажигания находятся в положении «ВЫКЛ». Выключите все электрооборудование (радио, обогреватель, дворники, фары и т. Д.)

Необходимо точно выполнить следующие шаги:

1. Подсоедините положительный (+) кабель усилителя к положительной (+) клемме разряженной аккумуляторной батареи.
2. Подсоедините другой конец положительного (+) кабеля к положительной (+) клемме вспомогательной аккумуляторной батареи.
3. Подсоедините отрицательный (-) кабель к отрицательной (-) клемме вспомогательной аккумуляторной батареи.
4. ЗАКОНЧИТЕЛЬНО ПОДКЛЮЧИТЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ (-) КАБЕЛЬ К БЛОКУ ДВИГАТЕЛЯ ОСТАНОВЛЕННОГО АВТОМОБИЛЯ, Вдали от АККУМУЛЯТОРА И КАРБЮРАТОРА.
5. Убедитесь, что кабели не касаются лопастей вентилятора, ремней и других движущихся частей обоих двигателей.
6. Заведите автомобиль и отсоедините кабели в ОБРАТНОМ порядке подключения.

Аккумуляторы: факты, мифы и взрывы

Стоит ли полностью разряжать телефон перед зарядкой? Почему взрываются литиевые батареи? И разве они не вредны для окружающей среды?

Аккумуляторы уже используются в наших телефонах, ноутбуках и зубных щетках. С накоплением солнечных батарей и появлением электромобилей, пришло время отделить факты о батареях от вымысла.

Литий-ионные батареи

Десятилетие назад никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторные батареи были довольно распространены в телефонах и ноутбуках, но со стремлением к увеличению энергии в более легких и небольших мобильных устройствах литий-ионные батареи взяли верх.

Литий своим доминированием на рынке обязан своей легкости. Занимая третье место в периодической таблице, это самый легкий металл, который действительно помогает ему накапливать больше энергии при том же весе и объеме.

В смартфонах, планшетах и ​​новых ноутбуках используются литий-ионные батареи. А с электромобилями и новыми солнечными накопителями, использующими литий-ионные батареи, технология будет еще какое-то время.

И высокая энергия для таких размеров и веса (удельная энергия) — не единственное преимущество литиевых батарей.

Как работают аккумуляторные батареи

Аккумуляторные батареи питают устройства так же, как одноразовые батареи — за счет химических реакций на положительном и отрицательном электродах. Эти реакции позволяют положительно заряженным ионам перемещаться от одного электрода к другому внутри батареи, а отрицательным электронам перемещаться по проводам в цепи, создавая ток.

Но с аккумуляторными батареями подключение зарядного устройства к внешнему источнику питания заставляет эти химические реакции происходить в обратном порядке. Положительные ионы (Li ⁺ в литий-ионных батареях) рекомбинируют с электронами на поверхности отрицательного электрода, готовые начать все сначала, когда батарея подключена к цепи.

Типичный литий-ионный аккумулятор. Батарея состоит из положительного электрода (зеленый) и отрицательного электрода (красный), разделенных слоем (желтый). При использовании ионы лития (Li +, синий) перемещаются от отрицательного электрода (анода) к положительному (катод). Во время зарядки процесс обратный, и ионы лития переносятся обратно на анод. (Getty)

Зарядка: у литиевых батарей нет проблем с «памятью»

Раньше мы все покорно позволяли нашим телефонам и семикилограммовым ноутбукам полностью разряжаться перед подзарядкой, чтобы избежать ужасной «памяти» батареи проблема — аккумуляторы со временем держали все меньше и меньше заряда, если вы перезаряжали их до того, как они полностью разрядились.

Как максимально эффективно использовать литий-ионные аккумуляторы:

• Не разряжайте их полностью — это сокращает срок их службы.
• Их химический состав не превышает 45 градусов по Цельсию, а работа при высоких температурах сокращает их жизнь.
• При хранении устройства зарядите его примерно до половины перед выключением. Полный заряд оказывает давление на материал электрода.
• Проверяйте дату изготовления при покупке — они начинают терять емкость, чтобы держать заряд с первого дня.

Проблема с памятью была вызвана скоплением кристаллов на электродах в батарее, в результате чего остается меньше места для химических реакций во время зарядки. Это было настоящей проблемой для никелевых батарей, но из-за разного химического состава литий-ионные батареи показывают лишь очень незначительный эффект.

На самом деле, если дать им полностью разряжаться, они фактически выйдут из строя, поэтому батареи в ваших устройствах имеют цепь, которая отключает их до того, как они достигнут этой точки.Электромобили и солнечные накопители имеют целые системы управления, предназначенные для предотвращения смерти от разряда отдельных батарей.

Так что заряжайте свои устройства, когда захотите, но время от времени старайтесь полностью заряжать их (пусть батарея становится красной), чтобы заново откалибровать показания уровня заряда батареи.

Полный разряд — не единственный враг литиевых батарей — тепло также может быть для них смертельным.

… но они иногда взрываются

Химические реакции, лежащие в основе всех батарей, выделяют некоторое количество тепла, а литий-ионные батареи попали в заголовки газет, когда это тепло выходит из-под контроля и загорается — совсем недавно в ховербордах и электронных сигаретах.Но они также были причиной пожаров в Боингах, электромобилях и ноутбуках Tesla за последние 10 лет.

Производители управляют теплом с помощью систем управления, вентиляционных клапанов и вентиляторов для контроля и регулирования температуры, при которой работают батареи, и отзыва продукции, если что-то выходит из-под контроля.

Риск возгорания / взрыва не ограничивается литий-ионными батареями. Свинцово-кислотные (автомобильные) аккумуляторы, канистры с бензином и другие энергоемкие материалы тоже могут взорваться.

Но стремление сделать портативные батареи легкими добавляет литий-ионным батареям дополнительный риск.Компоненты, такие как разделители, разделяющие положительный и отрицательный электроды батареи, имеют тонкую конструкцию, чтобы снизить вес батареи, но если их проткнуть, между электродами может образоваться короткое замыкание и быстро нагреться. Искра от короткого замыкания может вызвать возгорание, а повышение давления при повышении температуры может буквально взорвать аккумулятор.

Литиевые батареи не изнашиваются

С момента изготовления литиево-ионные батареи начинают терять способность накапливать заряд и генерировать напряжение с течением времени. Это называется старением, и это происходит независимо от того, используются они или нет, поэтому проверяйте дату производства, когда покупаете литий-ионный аккумулятор.

Старение вызвано химическими изменениями на электродах. Положительный электрод не представляет собой твердый кусок — он сделан из микроскопических частиц материала на основе лития. Со временем эти частицы сливаются вместе, образуя более крупные комки, поэтому площадь поверхности для реакции высвобождения лития меньше, когда батарея используется (разряжается).

И при подзарядке 100 процентов ионов лития не отправляется обратно на отрицательный электрод — некоторые ионы всегда навсегда остаются на положительном электроде.Таким образом, со временем в батарее становится меньше положительных ионов лития.

Экологические проблемы

Как и все технологические элементы, литиевые батареи обычно связаны с добычей / производством / обработкой, что является частью их воздействия на окружающую среду.

С точки зрения токсичности для человека ионно-литиевые батареи вдвое менее токсичны, чем свинцово-кислотные батареи на единицу энергии. Самый большой билет — это кобальт и никель в положительном электроде (катоде) некоторых батарей, а также растворители, используемые при изготовлении электродов.Уберечь батареи от захоронения с помощью программы утилизации — лучший способ предотвратить попадание этих токсинов в водные пути.

С точки зрения выбросов парниковых газов, их энергоемкое производство означает, что литий-ионным батареям требуется много времени, чтобы возместить энергию, которая ушла на их производство, поэтому важно максимально продлить срок службы батареи — избежать избыточного тепла и поддерживать высокий заряд.

А с учетом самых больших залежей лития в какой-то красивой стране Южной Америки (Боливия и Чили) есть опасения по поводу экологического ущерба, наносимого горнодобывающей промышленностью.

Следующая мелочь: альтернативы литий-ионным батареям

В мире батарей нет недостатка в технологических достижениях: алюминиевые батареи, воздушно-литиевые батареи и проточные батареи с окислительно-восстановительным потенциалом — это многообещающие технологии.

Но от впечатляющих лабораторных результатов до крупномасштабного производства и использования — долгий путь. Литий-ионным батареям потребовалось 20 лет, чтобы превратиться из лаборатории 1970-х в коммерческий продукт, и еще 15 лет, чтобы действительно доминировать на рынке.

Это больше, чем срок службы любых существующих перезаряжаемых батарей, так что, по крайней мере, на данный момент литий-ионные батареи (и их более дорогие литий-полимерные собратья) популярны в отечественном мире.

Спасибо доценту Энтони О’Муллейну, заведующему кафедрой электрохимии Королевского австралийского химического института.

Хотите больше науки из всей азбуки?

Наука в вашем почтовом ящике

Получайте все самые свежие научные истории со всего ABC.

Новое поколение литий-ионных аккумуляторов может удерживать больший заряд — не загораясь | Наука

Samsung Galaxy Note 7 после возгорания литий-ионного аккумулятора

Шон Л. Минтер / AP

Роберт Ф. Сервис 90 169 May.8, 2019, 14:10

Литий-ионные батареи

питают все, от ноутбуков до газонокосилок. Но они могут воспламениться при повреждении, потому что используют легковоспламеняющиеся компоненты. Теперь исследователи сообщают, что они переработали эти батареи для работы с негорючими материалами. В качестве бонуса новые батареи могут хранить даже больше энергии, чем существующие модели.

Работа является «абсолютно замечательным прогрессом», — говорит Глеб Юшин, материаловед из Технологического института Джорджии в Атланте, который не принимал участия в исследовании.В случае коммерциализации новые батареи могут помочь обезопасить водителей электромобилей, даже если они попадут в аварию.

Литий-ионные батареи

содержат три основных компонента: два электрода для хранения заряда и жидкий органический электролит, разделяющий их. Электролит перемещает ионы лития между электродами во время зарядки и разрядки, но они легко воспламеняются.

В последние годы исследователи экспериментировали с заменой этих органических электролитов твердыми электролитами или версиями на водной основе, которые не воспламеняются.Но если рабочее напряжение этих батарей на водной основе превышает 1,23 вольт (В) — ниже напряжения даже 1,5-вольтовой батареи AA — материалы электродов могут вступать в реакцию с молекулами воды, расщепляя их на водород и кислород, часто со взрывом. Тем не менее, когда исследователи остаются ниже порога 1,23 В, они получают батареи, которые хранят гораздо меньше энергии, чем традиционные литий-ионные элементы, которые работают при напряжении около 4 В.

Надежда на альтернативу возникла в 2015 году, когда исследователи во главе с Чуншенг Ван, ученым-материаловедом из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, сообщили, что они создали новый электролит на водной основе, богатый солью.Этот водно-солевой электролит (WiSE) способствует образованию твердого защитного экрана вокруг электродов, который не позволяет им разрывать молекулы воды внутри электролита. Но электродные материалы в этих батареях могли выдерживать только 3 В.

Перспективы улучшились в 2017 году, когда Ван и его коллеги сообщили, что они разработали положительно заряженный электрод или анод, материал, который был совместим с работой 4 В и работал с WiSE. Осталось только обратиться к отрицательно заряженному электроду или катоду.

Так вот, Ван и его коллеги сделали именно это. Сегодня они сообщают в журнале Nature , что они создали катод на основе графита, который работает с WiSE при напряжении 4 В и выше. Новый электродный материал включает в себя бром и хлор, и в конечном итоге он защищен от электролита на водной основе, блокируя реактивные электродные материалы в частицах твердой соли вокруг электрода. Батарея начинается с лития, связанного с твердыми частицами литий-бромной и хлоридно-литиевой соли, окружающими графитовый электрод, состоящий из слоев атомов углерода.Когда батарея заряжается, атомы брома и хлора отбрасывают своих литиевых партнеров, отдают электроны катоду и вклиниваются между углеродными слоями графита, образуя еще одно красивое плотное твердое тело. Разница напряжений между двумя электродами затем перемещает положительно заряженные ионы лития через электролит на водной основе к аноду, где они встречаются с электронами, обеспечиваемыми внешней цепью.

Когда аккумулятор разряжается во время использования, ионы лития отдают эти электроны и возвращаются к катоду.Электроны возвращаются через внешнюю цепь к катоду, где атомы брома и хлора захватывают их и в конечном итоге получают отрицательный заряд. Этот заряд заставляет их диффундировать обратно из графита. Затем ионы лития захватывают их, преобразовывая частицы твердой соли, которые остаются на месте до следующего цикла зарядки.

Ван и его коллеги отмечают, что грамм на грамм, их катодные материалы уже имеют примерно на 30% большую емкость для хранения заряда, чем обычные катодные материалы.Но еще неизвестно, будут ли полные батареи, включая новый электролит, в конечном итоге содержать больше энергии, чем коммерческие версии.

Даже если бы они этого не сделали, новые батареи WiSE не потребовали бы кобальта, токсичного металла в обычных литий-ионных катодах.