Litij-polimerne baterije

Stalan razvoj tehnologije povoljno utječe na mnoge aspekte života ljudi. Potreba da se napajaju visoke performanse uz dobar omjer sigurnosti, troškova i performansi dovela je do stvaranja litij-polimernih elemenata.

Što je litij-polimerna baterija

Li polimerne baterije su galvanski izvori napajanja koji koriste litij-zasićene polimerne materijale kao elektrolit.

Litij-polimerna tehnologija postala je nova faza u razvoju litij-ionskih izvora energije, što je smanjilo troškove njihove proizvodnje i omogućilo stvaranje minijaturnih i fleksibilnih baterija.

Kada kupujete i koristite takve baterije, morate razumjeti oznake koje su na njih primijenjene, a koje imaju sljedeće značajke:

• kapacitet baterije je prikazan u mAh;
• broj pored engleskog slova S na oznaci označava broj pojedinih elemenata (limenki) u bateriji, od kojih svaki ima nazivni napon od 3,7 volti i maksimalno 4,2 volta;
• broj pored slova C označava maksimalnu izlaznu struju u jedinicama C. Maksimalna struja pražnjenja u miliamperima na sat jednaka je kapacitetu baterije pomnoženom s ovom vrijednošću;
• broj pored slova P označava paralelno spojeni broj limenki. Kada koristite jednu limenku, ta vrijednost obično nije naznačena.

Dakle, oznaka 2600 mAh 3S 20C znači bateriju Li-polimer snage 2600 mAh nominalnog napona 11,1 volta (maksimalno 12,6 volti), s tri banke spojene u nizu i dopuštenom strujom pražnjenja od 52 ampera (2600x20 = 52000 mA).

Kako se proizvodi litij-polimerna baterija

U proizvodnji Li-polimernih napajanja koristi se ova tehnologija:

1. Suspenzija se kontrolirano nanosi s aktivnim materijalima katode i anode (dva različita procesa) na površini aluminijske ili bakrene folije, koja djeluje kao sakupljač struje.
2. Folija s nanesenim materijalom se suši, izrezuje na elemente potrebne veličine i oblika.
3. Provodi se priprema polimernog elektrolitskog separatora koji se zatim postavlja između slojeva folije s aktivnim materijalima katode i anode.
4. Višeslojna baterija se sastavlja, zaptiva i suši.
5. Kada koristite polimerni separator koji zahtijeva inkluzije elektrolita gela, on se puni s pravom količinom tekućine elektrolita.
6. Postavljanje kontaktnih jastučića, pakiranja u zaštitnu školjku i obrezivanje njegovih izbočenih dijelova.
7. Instalirani su vanjski priključci akumulatora.
8. Obavlja se ciklus kontrole i pražnjenja napunjenosti / pražnjenja.
9. Izvodi se odstranjenje, razvrstavanje po kapacitetu i crtanje odgovarajućih oznaka.
10. Ako je potrebno, žice se lemljuju na kontakte akumulatora.
11. Provodi se kontrola kvalitete, pakiranje baterijskih ćelija u kućištu, na koje se nanosi potrebno označavanje i pakiranje.

Princip rada i uređaj litij-polimerna baterija

Princip rada Li pol baterija temelji se na upotrebi poluvodičkog učinka u polimernim tvarima s uključenjima elektrolitnih iona. Dodavanje elektrolita polimerima uzrokuje povećanje njihove ionske vodljivosti uz održavanje izolacijskih svojstava plastike u odnosu na elektrone.

Elektromotorna sila u odnosu na litijeve ione nastaje kao rezultat reverzibilne kemijske reakcije između anode (plus) ugljika (obično grafita) i katode (minus) kobalta, vanadijevog oksida ili mangana, smještene u polimerni elektrolit s litijevim solima.

Postoje tri vrste polimernih elektrolita:

1. Potpuno suvi polimerni elektroliti, koji su plastični s dodatkom litijevih soli, daju malu struju na sobnoj temperaturi, nedovoljnu za većinu modernih uređaja i skuplje su od običnih litij-ionskih baterija.
2. Polimerni elektroliti nalik na gele, to su suvi polimerni elektroliti isprepleteni s plastifikatori-otapalima, imaju prihvatljive pokazatelje kapaciteta, trenutne snage i cijene i najčešće se koriste u praksi.
3. Nevodene otopine litijevih soli distribuirane su u mikroporoznom polimernom matriksu apsorpcijom.

Masovno prodane Li Po baterije zapravo su hibridi koji kombiniraju ne samo čisti suhi polimerni elektrolit, već i malu količinu gel elektrolita, koji također sadrži litij-ionske izvore.

Dodavanje uključenja gel elektrolita u čvrsti polimerni elektrolit povećava njegovu ionsku vodljivost i električne karakteristike, posebno, radna struja raste do vrijednosti potrebne za većinu modernih uređaja malih dimenzija.

Litij-polimerna baterija: prednosti i nedostaci

Li-polimer napajanja imaju sljedeće prednosti:

• visoka gustoća energije u odnosu na njihovu masu, 4-5 puta veća od one nikal-kadmijevih baterija i 3-4 puta veća od gustoće nikl-metal-hidridnih izvora energije;
• niska struja samo-pražnjenja i velika učinkovitost struje;
• sposobnost stvaranja fleksibilnih i vrlo tankih proizvoda;
• nedostatak pamćenja;
• održavanje napona unutar prihvatljivih granica tijekom radnog pražnjenja;
• širok raspon dopuštenih temperatura tijekom rada (od -20 do +40 stupnjeva).

Litij-polimerne baterije imaju neke nedostatke:

• opasnost od požara u slučaju prekomjernog pregrijavanja / pregrijavanja. Ove baterije zahtijevaju uporabu zaštitne elektronike koja nadzire struju i temperaturu punjenja, kao i poseban algoritam punjenja;
• učinak starenja, što dovodi do smanjenja kapaciteta tijekom dugotrajnog skladištenja i rada (vjeruje se da baterija izgubi do 20% kapaciteta svake godine);
• neuspjeh tijekom dubokog pražnjenja (ispod 3 volta);
• strah od pregrijavanja iznad 60 stupnjeva i prekomjernog punjenja iznad 4,2 volta (s naponom iznad 4,5 volta, moguća je eksplozija);
• upotreba tanke ljuske (obično u obliku folije) u nekim od ovih baterija smanjuje troškove Li Pol stanica, ali istodobno smanjuje njihovu snagu.

Gdje se koriste Li Pol baterije?

Zbog svoje male težine i velike snage, ova vrsta napajanja se široko koristi za napajanje uređaja malih i velikih dimenzija, uključujući:

• mobilni telefoni i pametni telefoni;
• radio kontrolirani modeli, quadrocopters, mikroplanovi;
• električni alat;
• digitalna tehnologija, ultrabooks;
• električni automobili.

Smjernice za upotrebu baterije Li Pol

Da biste osigurali potrebnu razinu sigurnosti i produžili život zdravih baterija, morate se pridržavati sljedećih pravila:

1. u slučaju oštećenja, oteklina baterija, oni se ne mogu koristiti, već ih morate zbrinuti;
2. baterije se moraju puniti kvalitetnim punjačem pod nadzorom, izbjegavajući pregrijavanje baterije. Ako tijekom punjenja postoji smrad paljenja, napuhanost, paljenje, morate ga odmah zaustaviti i odvojiti bateriju iz punjača;
3. bolje je napuniti na nezapaljivoj površini, na primjer, na keramičkoj pločici ili porculanskoj ploči, nakon što potpuno napunite izvor napajanja, bolje je ostaviti da se ohladi i tek nakon toga početi koristiti;
4. ne smije se dopustiti pražnjenje ispod 3 volta, pregrijavanje ili pregrijavanje, koji smanjuju kapacitet i ukupni broj ciklusa punjenja i punjenja;
5. najdulji život LiPo stanica se postiže uz održavanje razine napunjenosti od 45%;
6. Najbolji način punjenja za LiPo baterije osiguravaju Sony punjači u trajanju od približno tri sata. Odvija se u tri faze:
   • Prvo, oko jedan sat punjenje se provodi do 70% s izravnom strujom 0,5-1 od trenutnog izlaza baterije na napon od 4,2 volta;
   • Ponovno punjenje u trajanju od 1 sata do 90% s naponom ne većim od 4,2 volta s postupno smanjujućom strujom (do oko 0,2 od trenutnog izlaza);
   • U trećoj fazi punjenje se provodi tijekom jednog sata do 100% s malom konstantno smanjenom strujom.

Jeftini punjači završavaju napunjenje u prvoj fazi, nakon što dosegnu napon od 4,2 v, tako da baterija ne dobije svoj puni kapacitet.

• Izbjegavajte šok na bateriji, kratke spojeve ili pražnjenje s vrlo visokim strujama, prekomjerno punjenje iznad 4,2 volta po komponenti ćelije baterije - sve to uzrokuje požar;
• ako se koriste kompozitne baterije iz nekoliko Pol Pol ćelija, bolje je napuniti ih odvojeno ili upotrijebiti poseban izjednačavajući naboj s uravnoteženjem za svaku ćeliju. Načelo rada takvog uređaja je zaustavljanje naboja pojedinih elemenata kada dosegnu napon od oko 4,17 V;
• Prije stavljanja novih baterija u rad, bolje je kalibrirati ih dvostruko, potpuno i prazno.

U nekim Li Pol baterijama pražnjenje niže od 2,5 V može dovesti do metalizacije litija što dovodi do stvaranja provodljivih mostova unutar baterije i kratkog spoja. Prilikom punjenja takve baterije dolazi do nekontroliranog zagrijavanja, što može dovesti do eksplozije takvog izvora energije. Stoga je bolje koristiti baterije u kojima je napon pao ispod kritične razine od 3 V, a ako napon padne na 2,5 V i niže, potrebno ih je zbrinuti.

Kako čuvati litijeve polimerne baterije

Poželjno je skladištiti napunjene LiPo baterije u zaštitnim kućištima na sobnoj temperaturi dok se puni na razini od 3,6-3,8 volti.

Prije pohranjivanja LiPo ćelija, preporučuje se njihovo punjenje do 40-50%, isključeno iz uređaja koje napajaju i povremeno, barem jednom u šest mjeseci, provjeravanje razine napunjenosti.

Odlaganje litijum-polimernih baterija

Zbrinjavanje LiPo-ovih napajanja od posebne je važnosti zbog njihove velike opasnosti od požara. Manje su otrovne od nikal-kadmijevih baterija, ali još uvijek sadrže tvari štetne za okoliš.

Za potpuno i sigurno odlaganje Li-polimernih baterija moraju se pridržavati sljedećih zahtjeva:

• Ispunjene baterije odlažu se u plastične posude s vodenom otopinom soli (oko pola čaše soli na 1 litru vode) oko 2 tjedna (do zaustavljanja proizvodnje plina) u nestambenoj zgradi. Nakon toga, oni se mogu baciti sa običnim smećem;
• Prije odlaganja, baterije moraju biti pražnjene na najmanje jedan volt (to se može učiniti pomoću žarulje kao opterećenja);
• ako je kućište akumulatora oštećeno, onda ga ne treba prazniti, već ga treba odložiti u vodeno-solnu otopinu;
• ako se pražnjenje stvara strujom većom od dopuštene, povezanom s vrijednošću maksimalne strujne snage C, baterija mora biti u kanti s pijeskom ili na drugom mjestu sa zaštitom od požara;
• Nije dopušteno mehaničko uništavanje neobrađenih baterija u fiziološkoj otopini, što može rezultirati požarom. Osobito opasne u tom pogledu su baterije s kobaltnom katodom.