Bateries de polímer de liti

El desenvolupament constant de la tecnologia afecta favorablement molts aspectes de la vida de les persones. La necessitat de disposar d’energies d’alt rendiment amb un bon equilibri de seguretat, cost i rendiment ha comportat la creació d’elements de polímer de liti.

Què és una bateria de polímer de liti

Les bateries de polímer de Li són fonts d’alimentació galvànica que utilitzen materials de polímer saturats de liti com a electròlit.

La tecnologia de liti-polímer s’ha convertit en una nova etapa en el desenvolupament de fonts d’energia d’ió de liti, que ha reduït el cost de la seva producció i ha permès la creació de bateries en miniatura i flexibles.

Quan compreu i utilitzeu aquestes bateries, heu d’entendre les marques que se’ls aplica, que tenen les següents característiques:

• la capacitat de la bateria està indicada en mAh;
• el número al costat de la lletra S anglesa en la marca indica el nombre de cèl·lules individuals (llaunes) de la bateria, cadascuna de les quals té un voltatge nominal de 3,7 volts i un màxim de 4,2 volts;
• el número que hi ha al costat de la lletra C indica la sortida màxima de corrent en unitats de C. El corrent de descàrrega màxima en mil·límeres per hora és igual a la capacitat de la bateria multiplicada per aquest valor;
• el número al costat de la lletra P indica el nombre de llaunes connectades en paral·lel. Quan s’utilitza un pot, aquest valor no s’indica normalment.

Així, la designació de 2600 mAh 3S 20C denota una bateria de polímer de 2600 mAh amb una tensió nominal d’11,1 volts (màxim 12,6 volts), amb tres bancs connectats en sèrie i un corrent de descàrrega admissible de 52 amperes (2600x20 = 52000 mA).

Com és la producció de bateries de polímer de liti

Per a la fabricació de fonts d'alimentació de polimer de Li s'utilitza aquesta tecnologia:

1. La suspensió s’aplica de manera controlada amb els materials actius del càtode i l’ànode (dos processos diferents) a la superfície d’alumini o paper de coure, que actua com a col·lector actual.
2. La làmina amb el material aplicat s’asseca, es talla en elements de la mida i la forma requerides.
3. Es realitza la preparació d’un separador d’electròlits de polímer, que després es col·loca entre les capes de làmina amb els materials actius del càtode i l’ànode.
4. La bateria multicapa s'està muntant, segant i assecant.
5. Quan s'utilitza un separador de polímer que requereixi inclusió d'electròlits en gel, s'omple amb la quantitat adequada de líquid d'electròlits.
6. La instal·lació de coixinets de contacte, embalatge en una closca protectora i retallant les seves peces sobresortint.
7. S’instal·len terminals de bateria externs.
8. Es fa un cicle de control de càrrega / descàrrega i proves.
9. Es realitzen els trams, ordenar per capacitat i traçar les indicacions adequades.
10. Si cal, els cables es solden als terminals de la bateria.
11. Es realitza el control de qualitat, l’embalatge de les cèl·lules de la bateria a l’allotjament, sobre el qual s’aplica la marca i l’envasament necessaris.

El principi de funcionament i la bateria de polímer de liti del dispositiu

El principi de funcionament de les bateries Li pol es basa en l’ús d’un efecte semiconductor en substàncies polimèriques amb inclusió d’ions electròlits. L’addició d’electròlits als polímers provoca un augment de la seva conductivitat iònica mantenint les propietats aïllants del plàstic respecte als electrons.

La força electromotriu respecte als ions de liti es produeix com a resultat d’una reacció química reversible entre l’ànode (més) de carboni (generalment grafit) i el càtode (menys) de cobalt, òxid de vanadi o manganès, col·locat en un electròlit de polímer amb sals de liti.

Hi ha tres tipus d’electròlits de polímer:

1. Els electròlits de polímer completament secs, que són plàstics amb l'addició de sals de liti, donen un corrent baix a temperatura ambient, insuficient per a la majoria dels dispositius moderns i són més cars que les bateries d'ions de liti ordinàries.
2. Els electròlits de polímer com els gel, que són electròlits de polímer secs intercalats amb dissolvents plastificants, tenen indicadors acceptables de capacitat, resistència i cost actuals i s’utilitzen més sovint a la pràctica.
3. Solucions no aquoses de sals de liti distribuïdes en una matriu de polímer microporosa per absorció.

Les bateries Li Po massivament venudes són en realitat híbrids que combinen no només l'electròlit pur de polímer sec, sinó també una petita quantitat d'electròlits en gel, que també conté fonts d'ions de liti.

L'addició d'inclusions d'electròlits en gel en un electròlit de polímer sòlid augmenta la seva conductivitat iònica i les seves característiques elèctriques, en particular, el corrent de funcionament augmenta fins al valor necessari per a la majoria de dispositius moderns de mida petita.

Bateria de polímer de liti: avantatges i avantatges

Les fonts d'alimentació de polimè Li tenen els avantatges següents:

• alta densitat d’energia en relació a la seva massa, 4-5 vegades superior a la de les bateries de níquel-cadmi i 3-4 vegades superior a la de les fonts d’energia d’hidrur de níquel-metall;
• corrent d’alta descàrrega i alta eficiència actual;
• la capacitat de crear productes flexibles i molt prims;
• manca d'efecte de memòria;
• mantenir la tensió dins dels límits acceptables durant una descàrrega de treball;
• un ampli ventall de temperatures admissibles durant el funcionament (de -20 a +40 º).

Les bateries de polímer de liti presenten alguns desavantatges:

• risc d’incendi en cas de sobrecàrrega / sobreescalfament. Aquestes bateries requereixen l’ús d’electrònica de protecció, que supervisa el corrent de càrrega i la temperatura, així com un algoritme especial de càrrega;
• l'efecte d'envelliment, que comporta una disminució de la capacitat durant l'emmagatzematge i el funcionament a llarg termini (es creu que la bateria perd fins a un 20% de capacitat cada any);
• falla durant l'alta profunda (per sota de 3 volts);
• por a sobreescalfar per sobre de 60 graus i a sobrecarregar per sobre de 4,2 volts (amb una tensió superior als 4,5 volts, és possible una explosió);
• l’ús d’una closca fina (generalment en forma de làmina) en algunes d’aquestes bateries redueix el cost de les cèl·lules de Li Pol, però alhora redueix la seva força.

On s’utilitzen les bateries Li Pol?

A causa del seu pes lleuger i gran potència, aquest tipus d'alimentació s'utilitza àmpliament per proporcionar energia a dispositius de mida petita i gran mida, incloent:

• telèfons mòbils i telèfons intel·ligents;
• models de radiocontrol, quadrocopters, microplanes;
• eina elèctrica;
• tecnologia digital, ultrabooks;
• cotxes elèctrics.

Directrius d’ús de la bateria Li Pol

Per garantir el nivell de seguretat necessari i perllongar la vida útil de les bateries sanes, heu de complir les següents normes:

1. en cas de danys, inflor de les bateries, no es poden fer servir, sinó que s'han de eliminar;
2. les bateries s'han de carregar amb un carregador de qualitat sota supervisió, evitant el sobreescalfament de la bateria. Si durant la càrrega hi ha una olor cremada, inflor, encès, haureu d’aturar-la immediatament i desconnectar la bateria del carregador;
3. és millor carregar-se en una superfície no combustible, com una rajola ceràmica o una placa de porcellana, després de carregar completament la font d’energia, és millor deixar-la refredar i només començar a utilitzar-la;
4. No s’ha de permetre una descàrrega per sota de 3 volts, sobreescalfament o sobreeiximent, que redueixi la capacitat i el nombre total de cicles de descàrrega de càrrega;
5. s’obté la vida més llarga de cèl·lules LiPo mantenint el nivell de càrrega al 45%;
6. Els carregadors Sony proporcionen el millor mode de càrrega per a les bateries LiPo durant tres hores aproximadament. Es desenvolupa en tres etapes:
   • Primer, durant aproximadament una hora, la càrrega es realitza fins al 70% amb corrent directe de 0,5-1 des de la sortida de la bateria actual fins a una tensió de 4,2 volts;
   • Recàrrega amb una durada d’1 hora al 90% amb un voltatge no superior a 4,2 volts amb corrent decreixent gradualment (fins a aproximadament 0,2 de la sortida de corrent);
   • A la tercera fase, la càrrega es realitza durant una hora fins al 100% amb un corrent reduït constantment.

Els carregadors barats acaben la càrrega en la primera etapa, en assolir un voltatge de 4,2 v, de manera que la bateria no guanya tota la seva capacitat.

• Eviteu xocs a la bateria, curtcircuits o descàrregues amb corrents molt elevats, amb sobrecàrregues superiors a 4,2 volts per component de bateria cel·lular; tot això provoca un incendi;
• si s’utilitzen bateries compostes de diverses cèl·lules Li Pol, és millor carregar-les per separat o bé utilitzar una càrrega igualadora especial amb equilibris per a cada cel·la. El principi de funcionament d’aquest dispositiu és aturar la càrrega d’elements individuals quan arriben a una tensió d’uns 4,17 volts;
• Abans de posar en funcionament les bateries noves, és millor calibrar-les mitjançant doble càrrega i descàrrega.

En algunes bateries de Li Pol, una descàrrega inferior a 2,5 volts pot conduir a la metalització del liti, la qual cosa condueix a la creació de ponts conductors dins de la bateria i curtcircuit. Quan es carrega una pila així, es produeix un escalfament no controlat, que pot provocar l'explosió d'una font d'energia. Per tant, les bateries en què la tensió ha caigut per sota d’un nivell crític de 3 volts és millor no utilitzar-les, i si la tensió baixa a 2,5 volts i per sota, s’han d’eliminar.

Com guardar les bateries de polímer de liti

És convenient emmagatzemar les bateries LiPo carregades en casos de protecció a temperatura ambient mentre es carrega al nivell de 3,6-3,8 volts.

Abans d’emmagatzemar cèl·lules LiPo, es recomana que es carreguin fins a un 40-50%, desconnectats dels dispositius que s’encenguin i periòdicament, almenys una vegada cada sis mesos, comprovar el nivell de càrrega.

Eliminació de bateries de polímer de liti

L’eliminació de les fonts d’alimentació LiPo té una rellevància especial a causa del seu alt risc d’incendi. Són menys tòxics que les bateries de níquel-cadmi, però contenen substàncies nocives per al medi ambient.

Per tal de disposar completament i de forma segura de les bateries de polímer de Li, cal complir els següents requisits:

• Les bateries descarregades s’eliminen en contenidors de plàstic amb solució aigua-salada (aproximadament mig got de sal per 1 litre d’aigua) durant aproximadament 2 setmanes (fins que s’atura la producció de gas) en un edifici no residencial. Després d’això, es poden llençar amb brossa ordinària;
• Abans d’eliminar-les, les bateries s’han de descarregar fins a un volt com a mínim (això es pot fer amb una bombeta com a càrrega);
• si la carcassa de la bateria està malmesa, no cal descarregar-la, sinó que s'ha de llençar en una solució aigua-sal;
• si la descàrrega és produïda per un corrent més que admissible, connectat amb el valor de la sortida C màxima de corrent, aleshores la bateria ha d’estar en una galleda de sorra o en un altre lloc amb protecció contra incendis;
• No es permet la destrucció mecànica de les bateries sense processar en solució salina, que poden provocar un incendi. En aquest sentit, són especialment perilloses les bateries amb càtode de cobalt.