סוללות ליתיום-יון וניקל-קדמיום הן שתי סוגים פופולריים של ספקי כוח אוטונומיים. לכל אחד מהם יש גבולות מסוימים של היישום הטוב ביותר, וכישלונות משתמשים קשורים לעיתים קרובות לבורות בתכונות של סוללות כאלה. עם מאפיינים רבים דומים, סוללות Li-Ion ו- NiCd שונות זו מזו בהרכב הכימי שלהן, בהשפעתן הסביבתית, השימוש והעלות שלהן.
תוכן
מה משותף לסוללות Li-Ion ו- Ni-Cd
טפסים וכמה פרמטרים של קבוצות סוללות אלה נקבעים על ידי GOST 26692-85. בפרט. סטנדרט זה קובע לשני הסוגים:
- מידות כוללות
- הליך קבלה ובדיקה.
- תנאים לשימוש בטוח.
- שלמות המסירה.
- תיוג, אריזה והובלה לצרכנים.
- רשימת הוראות להפעלה בטוחה.
- אחריות יצרן.
חשוב! מכיוון שהיישומים של סוללות מסוג זה מתרחבים כל העת, GOST R IEC 61426-1-2014 הוצג ויושם לאחרונה, מה שקובע את הדרישות הכלליות עבור סוללות המשמשות כמקורות אנרגיה מתחדשת (למשל, בפוטו-וולטיקה).
טווחי קיבולת הסוללה נפוצים גם הם: ניתן לייצר את שניהם בעזרת אינדיקטורים מ -1.2 עד 3.6 אה · ומעלה. רכוש משותף יכול להיקרא גם יעילות מחזורי טעינה / פריקה, אשר בהתאם ליצרן המסוים הוא בטווח של 70 ... 90%.
ההבדלים בין סוללות Li-Ion ו- Ni-Cd
הבה נשווה את המאפיינים הבאים: תמצית תהליכים אלקטרוכימיים, השפעה על הסביבה, עלות, תכונות פעולה ופריון, כמו גם יישום מעשי.
סוללת קדמיום ניקל משתמש בקדמיום כאנודה (מסוף שלילי), ניקל אוקסי-הידרוקסיד כקתודה (מסוף חיובי) ואשלגן הידרוקסיד מימי כאלקטרוליט.
סוללת ליתיום יון משתמש בגרפיט כאנודה, תחמוצת ליתיום לקתודה ומלח ליתיום כאלקטרוליט. יוני ליתיום עוברים מהאלקטרודה השלילית לחיובית במהלך הפריקה, ובכיוון ההפוך בעת טעינה.
| כותרת | ספקי כוח Li-ion | ספקי כוח Ni-Cd |
|---|---|---|
| מתח | 3.6 / 3.7 וולט | 1.2 V |
| מספר מחזורי התפקיד | עד 1200 | עד 2000 |
| יעילות טעינה / פריקה | 80…90 % | 70…90 % |
| תלות טמפרטורה בעוצמת תהליך השחרור העצמי (לחודש) | עד 8% ב 21 מעלות צלזיוס עד 15% בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס עד 31% בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס | עד 10% |
| צפיפות אנרגיה | 250 ... 620 וולט / שעה | 50 ... 150 וולט לשעה |
| סילוק | פסולת מסוכנת נמוכה | פסולת מסוכנת |
סוללות Ni-Cd מכילות 6% (למקורות תעשייתיים) עד 18% (לסוללות צרכניות) קדמיום, שהוא מתכת כבדה רעילה, ולכן נדרש זהירות מיוחדת בעת הסרת סוללה משומשת ופינויה. פסולת כזו נחשבת כמסוכנת לסביבה. יחד עם זאת, כל רכיבי סוללות הליתיום-יון ידידותיים לסביבה, מכיוון שליתיום אינו מתכת רעילה.
מבחינת עלות, סוללת ליתיום-יון יקרה בכ- 40% לעומת ניקל-קדמיום. זה מוסבר עלויות ייצור משמעותיות למתן מעגל הגנה נוסף השולט בפרמטרים של מתח, זרם וכוח.
מליתיום-יון עדיף על ניקל-קדמיום
החיסרון הגדול ביותר של סוללות ניקל-קדמיום הוא המחויבות שלהם למה שמכונה "אפקט הזיכרון", כאשר הם משוחררים ומטעינים לאותו מצב קיבולת מספר פעמים.הסוללה "זוכרת" את הנקודה במחזור הטעינה בו התחילה הטעינה, ובמהלך השימוש שלאחר מכן, המתח בנקודה זו יורד לפתע, כאילו הסוללה פורקה.
עם זאת, נפח הסוללה פוחת למעשה רק במעט. סוגים מסוימים של מכשירים אלקטרוניים מתוכננים במיוחד לעמוד במתח undervoltage כזה מספיק זמן - כך שהמתח יחזור למצב הרגיל שלו. עם זאת, מכשירים וגאדג'טים מסוימים נכבים במהלך תקופה זו, כך שנראה שהמצבר "מת" מוקדם מהרגיל.
השפעה דומה, המכונה דיכאון מתח, היא תוצאה של טעינה חוזרת ונשנית. במקרה זה, הסוללה נטענת במלואה, אך מתפרקת במהירות לאחר תקופת פעולה קצרה.
בעיה נוספת היא אפקט "מטען הפוך", המתרחש עקב שגיאת משתמש, או כאשר סוללה של כמה תאים פרוקה לחלוטין. טעינה הפוכה מקצרת את חיי הסוללה. תוצר לוואי של טעינה הפוכה הוא גז מימן, שהוא מסוכן.
עובדה מעניינת: טעינה הפוכה מתרחשת עם שימוש לא סדיר במקורות כוח ניקל-קדמיום. ואז נוצרים דנדריטים ונפרשים בסוללות - גבישים מוליכים דקים שיכולים לחדור דרך קרום ההפרדה בין האלקטרודות. זה מוביל לקצר פנימי ולכשל בסוללה מוקדמת.
לעומת זאת, סוללות ליתיום-יון אינן דורשות רמת שירות גבוהה. ניתן לטעון אותם מחדש לפני שהם משוחררים לחלוטין (ללא היווצרות "אפקט זיכרון") ופועלים בטווח טמפרטורות רחב יותר. בהשוואה ל- Ni-Cd, פריקה עצמית בתמיסת ליתיום-יון היא פחות ממחצית מהקיבולת הכוללת, מה שמגדיל את חיי השירות של סוללה כזו. לכן ניתן לאחסן סוללת ליתיום-יון למשך מספר חודשים ללא אובדן מטען.
סוללת קדמיום ניקל טובה יותר מליון-יון
ניתן להרכיב סוללות NiCd לחבילות סוללות או להשתמש בהן בנפרד. סוללות אלה קטנות וקטנטנות, כך שניתן להשתמש בהן בחיי היומיום, למשל בפנסים, אלקטרוניקה ניידת, מצלמות ומצלמות וידיאו, כמו גם בצעצועים. עבור גדלים קטנים, סוללות ניקל-קדמיום מספקות טוב יותר זרמים פועמיים גבוהים עם התנגדות פנימית נמוכה יחסית, מה שהופך אותם לבחירה המועדפת לדגמים נשלטים מרחוק חשמלית של מטוסים, סירות, מכוניות, לכלי חשמל אלחוטיים, כמו גם לאספקת יחידות הבזק כאשר אורך חיי השירות ערך הקיבולת במאה אינו ממלא תפקיד מיוחד.
סוללות Ni-Cd גדולות משמשות למתחילי אוויר, כלי רכב חשמליים וכמקורות כוח לגיבוי.
חשוב! החיסרון הבולט של סוללת ליתיום-יון הוא שבריריותה. לכן, כדי להבטיח פעולה בטוחה, סוללה כזו זקוקה למעגל הגנה מיוחד.
מעגל ההגנה נועד להגביל את מתח השיא במהלך טעינת הסוללה או הסוללה. זה מבטל את האפשרות של underervoltage, אשר ניתן לראות כאשר מקור הכוח הוא פרוק. כדי למנוע טמפרטורות קיצוניות ולשפר את בטיחות היישום, גם הטמפרטורה בתוך המתחם נשלטת. כל זה מגדיל את העלות ומגדיל את גודל סוללת הליתיום-יון.
בהתחשב בתכונות כמו צפיפות אנרגיה גבוהה, חוסר אפקט זיכרון ואובדן טעינה איטי, סוללות ליתיום-יון משמשות בעיקר למטרות צבאיות בטכנולוגיית תעופה וחלל, כמו גם מקורות כוח לרכבים חשמליים מודרניים (שם חשיבות משקל האור והממדים) .
מה עדיף: Li-Ion או Ni-Cd
אי אפשר לענות על שאלה זו באופן חד משמעי, והיא אינה הכרחית. לכל סוג של סוללה יש יישום רציונאלי משלה.סוללת Ni-Cd זולה יותר ויש לה מספר משמעותי של מחזורי טעינה / פריקה (עם זאת, אין לעשות זאת לעיתים קרובות!). סוללת Li-Ion מאופיינת בגודלה הקומפקטי, בחיי הסוללה המוגברים, בהיעדר "אפקט זיכרון" ויכולה לפעול בטווח טמפרטורות רחב יותר.
עדיין יש לך שאלות? תשאלו אותם בתגובות!
