بطاريات ليثيوم بوليمر

التطور المستمر للتكنولوجيا يؤثر إيجابيا على جوانب كثيرة من حياة الناس. أدت الحاجة إلى الحصول على مصادر طاقة عالية الأداء مع توازن جيد في السلامة والتكلفة والأداء إلى إنشاء عناصر ليثيوم بوليمر.

ما هي بطارية ليثيوم بوليمر

تعد بطاريات Li polymer من مصادر الطاقة الكلفانية التي تستخدم مواد بوليمر مشبعة بالليثيوم كالكهرباء.

أصبحت تقنية ليثيوم بوليمر مرحلة جديدة في تطوير مصادر طاقة ليثيوم أيون ، مما قلل من تكلفة إنتاجها وسمح بإنشاء بطاريات مصغرة ومرنة.

عند شراء هذه البطاريات واستخدامها ، يجب أن تفهم العلامات المطبقة عليها ، والتي تحتوي على الميزات التالية:

• يشار إلى قدرة البطارية في ماه.
• يشير الرقم الموجود بجانب الحرف الإنجليزي S في العلامة إلى عدد العناصر (العلب) الفردية في البطارية ، ولكل منها جهد اسمي يبلغ 3.7 فولت وحد أقصى 4.2 فولت ؛
• يشير الرقم الموجود بجانب الحرف C إلى الحد الأقصى للإخراج الحالي بوحدات C. أقصى تيار تفريغ بالملي أمبير في الساعة يساوي سعة البطارية مضروبة في هذه القيمة ؛
• يشير الرقم الموجود بجانب الحرف P إلى عدد العلب المتصلة في نفس الوقت. عند استخدام العلبة ، عادة ما لا تتم الإشارة إلى هذه القيمة.

وبالتالي ، يشير التعيين 2600 mAh 3S 20C إلى بطارية ليثيوم بوليمر 2600 مللي أمبير في الساعة مع فولطية اسمية تبلغ 11.1 فولت (بحد أقصى 12.6 فولت) ، مع ثلاثة بنوك متصلة في سلسلة ويبلغ تيار التفريغ المسموح به 52 أمبير (2600 × 20 = 52000 مللي أمبير).

كيف يتم إنتاج بطاريات ليثيوم بوليمر

في صناعة إمدادات الطاقة ليثيوم بوليمر ، يتم استخدام هذه التكنولوجيا:

1. يتم تطبيق التعليق بطريقة خاضعة للرقابة مع المواد النشطة من الكاثود والأنود (عمليتان مختلفتان) على سطح رقائق الألومنيوم أو النحاس ، والتي تعمل كمجمع حالي.
2. تجفف الرقاقة مع المواد المطبقة ، مقطعة إلى عناصر بالحجم والشكل المطلوب.
3. يتم تحضير فاصل إلكتروليت البوليمر ، والذي يتم وضعه بعد ذلك بين طبقات الرقائق مع المواد الفعالة للكاثود والأنود.
4. يتم تجميع البطارية متعددة الطبقات وختمها وتجفيفها.
5. عند استخدام فاصل بوليمر يتطلب وجود شوائب من جل الإلكتروليت ، يتم ملؤه بالكمية المناسبة من السائل المنحل بالكهرباء.
6. تركيب منصات الاتصال ، والتعبئة والتغليف في قذيفة واقية وتشذيب أجزاء جاحظ لها.
7. يتم تثبيت أطراف البطارية الخارجية.
8. يتم إجراء دورة مراقبة الشحن / التفريغ والاختبار.
9. يتم تنفيذ عمليات الإعدام والفرز حسب السعة ورسم التعيينات المناسبة.
10. إذا لزم الأمر ، يتم لحام الأسلاك إلى أطراف البطارية.
11. يتم تنفيذ مراقبة الجودة ، وتغليف خلايا البطارية في السكن ، حيث يتم وضع العلامات اللازمة والتعبئة والتغليف.

مبدأ التشغيل وجهاز بطارية ليثيوم بوليمر

يعتمد مبدأ تشغيل بطاريات Li pol على استخدام تأثير أشباه الموصلات في مواد البوليمر مع شوائب أيونات المنحل بالكهرباء. تؤدي إضافة المنحل بالكهرباء إلى البوليمرات إلى زيادة توصيلها الأيوني مع الحفاظ على الخواص العازلة للبلاستيك فيما يتعلق بالإلكترونات.

تحدث القوة الدافعة الكهربائية فيما يتعلق بأيونات الليثيوم كنتيجة للتفاعل الكيميائي القابل للانعكاس بين أنود (زائد) الكربون (غرافيت عادة) والكاثود (ناقص) الكوبالت ، وأكسيد الفاناديوم أو المنجنيز ، الموضوعة في إلكتروليت بالكهرباء بأملاح الليثيوم.

هناك ثلاثة أنواع من الشوارد البوليمر:

1. تعطي الشوارد البوليمرية الجافة تمامًا ، والتي هي من البلاستيك مع إضافة أملاح الليثيوم ، تيارًا منخفضًا في درجة حرارة الغرفة ، وهي غير كافية لمعظم الأجهزة الحديثة وأكثر تكلفة من بطاريات الليثيوم أيون العادية.
2. الشوارد البوليمرية الشبيهة بالجيل ، والتي هي شوارد البوليمر الجافة المتخللة مع مذيبات الملدنات ، لها سعة مقبولة وقوة وتكلفة حالية وتستخدم غالبًا في الممارسة العملية.
3. المحاليل غير المائية لأملاح الليثيوم الموزعة في مصفوفة بوليمرية دقيقة عن طريق الامتصاص.

بطاريات Li Po المباعة على نطاق واسع هي في الواقع هجينة تجمع بين ليس فقط بالكهرباء البوليمر النقي النقي ، ولكن أيضًا مع كمية صغيرة من بالكهرباء الهلامية ، التي تحتوي أيضًا على مصادر ليثيوم أيون.

إن إضافة شوائب هلام الإلكتروليت في إلكتروليت بوليمر صلب يزيد من التوصيلية الأيونية وخصائصه الكهربائية ، على وجه الخصوص ، يزيد تيار التشغيل إلى القيمة اللازمة لمعظم الأجهزة الصغيرة الحجم الحديثة.

بطارية ليثيوم بوليمر: إيجابيات وسلبيات

تتمتع إمدادات طاقة Li-polymer بالمزايا التالية:

• كثافة طاقة عالية بالنسبة إلى كتلتها ، وهي أعلى بنسبة 4-5 أضعاف من بطاريات النيكل والكادميوم ، وأعلى من 3 إلى 4 مرات من مصادر طاقة هيدريد النيكل المعدني ؛
• انخفاض التفريغ الذاتي الحالي والكفاءة العالية الحالية ؛
• القدرة على إنشاء منتجات مرنة ورقيقة للغاية ؛
• نقص تأثير الذاكرة.
• الحفاظ على الجهد داخل حدود مقبولة أثناء تفريغ العمل ؛
• مجموعة واسعة من درجات الحرارة المسموح بها أثناء التشغيل (من -20 إلى +40 درجة).

بطاريات ليثيوم بوليمر لديها بعض العيوب:

• خطر الحريق في حالة الشحن الزائد / ارتفاع درجة الحرارة. تتطلب هذه البطاريات استخدام إلكترونيات واقية ، والتي تراقب تيار الشحن ودرجة الحرارة ، وكذلك خوارزمية شحن خاصة ؛
• تأثير الشيخوخة ، مما يؤدي إلى انخفاض في السعة أثناء التخزين والتشغيل على المدى الطويل (يُعتقد أن البطارية تفقد ما يصل إلى 20٪ من السعة لكل عام) ؛
• فشل أثناء التفريغ العميق (أقل من 3 فولت) ؛
• الخوف من ارتفاع درجة الحرارة فوق 60 درجة والشحن الزائد فوق 4.2 فولت (مع وجود جهد أعلى من 4.5 فولت ، يمكن حدوث انفجار) ؛
• استخدام غلاف رقيق (عادة في شكل رقائق) في بعض هذه البطاريات يقلل من تكلفة خلايا Li Pol ، ولكن في نفس الوقت يقلل من قوتها.

أين تستخدم بطاريات Li Pol؟

نظرًا لوزنها الخفيف وقوتها العالية ، يستخدم هذا النوع من الإمداد بالطاقة على نطاق واسع لتوفير الطاقة للأجهزة صغيرة الحجم والكبيرة الحجم ، بما في ذلك:

• الهواتف المحمولة والهواتف الذكية ؛
• النماذج التي تسيطر عليها الراديو ، quadrocopters ، الطائرات الصغيرة.
• أداة السلطة.
• التكنولوجيا الرقمية ، ultrabooks.
• السيارات الكهربائية.

إرشادات استخدام بطارية ليثيوم بول

لضمان مستوى الأمان الضروري وإطالة عمر البطاريات الصحية ، يجب عليك الالتزام بالقواعد التالية:

1. في حالة وجود تلف وتورم في البطاريات ، لا يمكن استخدامها ، ولكن يجب التخلص منها ؛
2. يجب شحن البطاريات بشاحن جودة تحت الإشراف ، وتجنب ارتفاع درجة حرارة البطارية. إذا كانت هناك رائحة محترقة ونفخ واشتعال أثناء الشحن ، فيجب عليك إيقافه على الفور وفصل البطارية عن الشاحن ؛
3. من الأفضل الشحن على سطح غير قابل للاحتراق ، مثل بلاط خزفي أو لوحة خزفية ، وبعد شحن مصدر الطاقة بالكامل ، من الأفضل تركه باردًا ثم يبدأ استخدامه ؛
4. يجب عدم السماح بتصريف أقل من 3 فولت ، أو ارتفاع في درجة الحرارة أو التبريد الزائد ، مما يقلل من السعة والعدد الإجمالي لدورات تفريغ الشحنة ؛
5. يتم تحقيق أطول عمر لخلايا LiPo مع الحفاظ على مستوى الشحن عند 45٪ ؛
6. يتم توفير أفضل وضع شحن لبطاريات LiPo بواسطة شواحن Sony لمدة ثلاث ساعات تقريبًا. يتم ذلك على ثلاث مراحل:
   • أولاً ، لمدة ساعة تقريبًا ، يتم تنفيذ الشحن بنسبة تصل إلى 70٪ مع التيار المباشر من 0.5-1 من الإخراج الحالي للبطارية إلى الجهد من 4.2 فولت ؛
   • إعادة الشحن لمدة ساعة واحدة إلى 90٪ بجهد لا يزيد عن 4.2 فولت مع تيار متناقص تدريجياً (يصل إلى حوالي 0.2 من الإنتاج الحالي) ؛
   • في المرحلة الثالثة ، يتم تنفيذ الشحن لأكثر من ساعة إلى 100 ٪ مع تيار صغير يتناقص باستمرار.

تقوم الشاحنات الرخيصة بإنهاء الشحن في المرحلة الأولى ، عند الوصول إلى جهد يبلغ 4.2 فولت ، بحيث لا تكتسب البطارية طاقتها الكاملة.

• تجنب حدوث صدمة للبطارية أو الدوائر القصيرة أو التفريغ مع التيارات العالية جدًا ، والتي تزيد الشحن عن 4.2 فولت لكل مكون بطارية خلية - كل هذا يسبب حريقًا ؛
• إذا تم استخدام بطاريات مركبة من عدة خلايا Li Pol ، فمن الأفضل شحنها بشكل منفصل ، أو استخدام تكلفة معادلة خاصة لتحقيق التوازن لكل خلية. مبدأ تشغيل مثل هذا الجهاز هو إيقاف شحن العناصر الفردية عند وصولها إلى جهد يبلغ حوالي 4.17 فولت ؛
• قبل تشغيل البطاريات الجديدة ، من الأفضل معايرتها عن طريق الشحن والتفريغ الكاملين.

في بعض بطاريات Li Pol ، يمكن أن يؤدي تفريغ أقل من 2.5 فولت إلى تعدين الليثيوم ، مما يؤدي إلى إنشاء جسور موصلة داخل البطارية وقصيرة الدائرة. عند شحن هذه البطارية ، يحدث التدفئة غير المنضبط ، والتي يمكن أن تؤدي إلى انفجار مصدر الطاقة هذا. لذلك ، من الأفضل عدم استخدام البطاريات التي انخفض فيها الجهد دون المستوى الحرج وهو 3 فولت ، وإذا انخفض الجهد إلى 2.5 فولت وتحت ، فيجب التخلص منها.

كيفية تخزين بطاريات ليثيوم بوليمر

من المرغوب فيه تخزين بطاريات LiPo المشحونة في حالات الحماية في درجة حرارة الغرفة أثناء الشحن عند مستوى 3.6-3.8 فولت.

قبل تخزين خلايا LiPo ، يوصى بشحنها بنسبة تصل إلى 40-50٪ ، وفصلها عن الأجهزة التي تعمل بالطاقة ، وفحص مستوى الشحن مرة واحدة على الأقل كل ستة أشهر.

التخلص من بطاريات ليثيوم بوليمر

التخلص من إمدادات الطاقة LiPo له أهمية خاصة بسبب ارتفاع مخاطر الحريق. أنها أقل سمية من بطاريات النيكل والكادميوم ، لكنها لا تزال تحتوي على مواد ضارة بالبيئة.

من أجل التخلص تمامًا وأمانًا من بطاريات Li-polymer ، يجب مراعاة المتطلبات التالية:

• يتم التخلص من البطاريات المفرغة في عبوات بلاستيكية بمحلول ملحي (حوالي نصف كوب من الملح لكل لتر من الماء) لمدة أسبوعين تقريبًا (حتى يتوقف إنتاج الغاز) في مبنى غير سكني. بعد ذلك ، يمكن إلقاؤها بالقمامة العادية ؛
• قبل التخلص ، يجب تفريغ البطاريات إلى فولت واحد على الأقل (يمكن القيام بذلك باستخدام لمبة إضاءة كحمولة) ؛
• إذا كانت حالة البطارية تالفة ، فلن تحتاج إلى تفريغها ، ولكن يجب التخلص منها في محلول ملحي مائي ؛
• إذا كان التفريغ ينتج عن تيار أكثر من المسموح به ، متصلاً بقيمة الحد الأقصى للإخراج الحالي C ، فيجب أن تكون البطارية في دلو من الرمل أو في مكان آخر مع الحماية من الحرائق ؛
• التدمير الميكانيكي للبطاريات غير المجهزة في المياه المالحة غير مسموح به ، مما قد يؤدي إلى نشوب حريق. خطورة خاصة في هذا الصدد هي البطاريات مع الكاثود الكوبالت.