Ličio polimerų baterijos

Nuolatinis technologijų vystymasis palankiai veikia daugelį žmonių gyvenimo aspektų. Poreikis turėti aukšto našumo maitinimo šaltinius, turinčius gerą saugumo, sąnaudų ir efektyvumo santykį, paskatino ličio-polimero elementų sukūrimą.

Kas yra ličio polimero baterija

Li polimerų baterijos yra galvaniniai maitinimo šaltiniai, kurių elektrolitas naudoja ličio prisotintas polimerines medžiagas.

Ličio polimerų technologija tapo nauju ličio jonų energijos šaltinių kūrimo etapu, kuris sumažino jų gamybos sąnaudas ir leido sukurti miniatiūrines bei lanksčias baterijas.

Pirkdami ir naudodamiesi tokiomis baterijomis, turite suprasti jų ženklinimą, kuris turi šias savybes:

• akumuliatoriaus talpa nurodoma mAh;
• skaičius šalia angliškos raidės S žymėjime nurodo atskirų elementų (skardinių) skaičių akumuliatoriuje, kurių kiekvieno vardinė įtampa yra 3,7 volto, o didžiausia - 4,2 volto;
• skaičius, esantis šalia raidės C, rodo maksimalią išėjimo galią, išreikštą C vienetais. Didžiausia iškrovos srovė, išreikšta milimetrais per valandą, yra lygi akumuliatoriaus talpai, padaugintai iš šios vertės;
• skaičius šalia raidės P rodo lygiagrečiai sujungtų skardinių skaičių. Kai naudojama skardinė, ši vertė paprastai nenurodoma.

Taigi žymėjimas 2600 mAh 3S 20C reiškia 2600 mAh Li polimero akumuliatorių, kurio vardinė įtampa yra 11,1 volto (maksimali 12,6 volto), su trimis bankais sujungtais nuosekliai, o leistina 52 amperų išleidimo srovė (2600x20 = 52000 mA).

Kaip gaminama ličio polimerų baterija

Gaminant li-polimero maitinimo šaltinius, ši technologija naudojama:

1. Suspensija kontroliuojamu būdu uždedama su aktyviosiomis katodo ir anodo medžiagomis (dviem skirtingais procesais) ant aliuminio arba vario folijos, kuri veikia kaip srovės rinktuvas, paviršiaus.
2. Folija su užtepta medžiaga išdžiovinta, supjaustoma reikiamo dydžio ir formos elementais.
3. Paruošiamas polimerinis elektrolito separatorius, kuris po to dedamas tarp folijos sluoksnių su aktyviosiomis katodo ir anodo medžiagomis.
4. Daugiasluoksnė baterija yra surenkama, uždaroma ir džiovinama.
5. Kai naudojamas polimero separatorius, kuriam reikia gelio elektrolito, jis užpildomas reikiamu skysčio kiekiu elektrolito.
6. Kontaktinių trinkelių montavimas, pakavimas į apsauginį apvalkalą ir jos išsikišančių dalių apipjaustymas.
7. Įdiegti išoriniai akumuliatoriaus gnybtai.
8. Atliekamas įkrovimo / iškrovos valdymo ciklas ir bandymai.
9. Atliekamas skerdimas, rūšiavimas pagal talpą ir atitinkamų žymėjimų brėžinys.
10. Jei reikia, laidai pritvirtinami prie akumuliatoriaus gnybtų.
11. Kokybės kontrolė atliekama, akumuliatoriaus elementų pakavimas korpuse, ant kurio uždedamas reikiamas žymėjimas ir pakuotė.

Veikimo principas ir prietaiso ličio polimero akumuliatorius

„Li pol“ baterijų veikimo principas grindžiamas puslaidininkio efekto panaudojimu polimerinėse medžiagose su elektrolitų jonų įtraukimu. Pridėjus elektrolitų prie polimerų, padidėja jų joninis laidumas, išlaikant plastiko izoliacines savybes elektronų atžvilgiu.

Elektromotorinė jėga ličio jonų atžvilgiu atsiranda dėl grįžtamosios cheminės reakcijos tarp anglies (dažniausiai grafito) anodo (pliuso) ir kobalto, vanadžio oksido ar mangano katodo (minuso), įdedamo į polimero elektrolitą su ličio druskomis.

Yra trys polimerinių elektrolitų tipai:

1. Visiškai sausi polimeriniai elektrolitai, kurie yra plastiko, pridedant ličio druskų, kambario temperatūroje sukuria mažą srovę, jų nepakanka daugeliui šiuolaikinių prietaisų ir yra brangesni nei įprastų ličio jonų akumuliatorių.
2. Į gelį panašūs polimeriniai elektrolitai, kurie yra sausi polimeriniai elektrolitai, susimaišę su plastifikatoriais-tirpikliais, turi priimtiną talpą, srovės stiprį ir kainą ir dažniausiai naudojami praktikoje.
3. Nevandeniniai ličio druskų tirpalai, pasiskirstantys mikroporinio polimero matricoje absorbcijos būdu.

Masiškai parduodamos „Li Po“ akumuliatoriai iš tikrųjų yra hibridai, kuriuose dera ne tik grynas sausas polimero elektrolitas, bet ir nedidelis kiekis gelinio elektrolito, kuriame taip pat yra ličio jonų šaltinių.

Jei į kieto polimero elektrolitą įtraukiami gelio elektrolitai, padidėja jo joninis laidumas ir elektrinės charakteristikos, visų pirma, darbinė srovė padidėja iki vertės, reikalingos daugeliui šiuolaikinių mažų prietaisų.

Ličio polimerų baterija: už ir prieš

Li-polimero maitinimo šaltiniai turi šiuos privalumus:

• didelis energijos tankis, palyginti su jų mase, 4-5 kartus didesnis nei nikelio-kadmio akumuliatorių ir 3–4 kartus didesnis nei nikelio-metalo hidrido energijos šaltiniuose;
• maža savaiminio išlydžio srovė ir didelis srovės efektyvumas;
• galimybė kurti lanksčius ir labai plonus gaminius;
• trūksta atminties efekto;
• palaikant leistiną įtampą darbinės iškrovos metu;
• platus leistinų temperatūrų diapazonas darbo metu (nuo -20 iki +40 laipsnių).

Ličio polimerų akumuliatoriai turi keletą trūkumų:

• gaisro pavojus, jei perkraunama / perkaista. Šioms baterijoms reikia naudoti apsauginę elektroniką, kuri stebi įkrovimo srovę ir temperatūrą, taip pat specialų įkrovimo algoritmą;
• senėjimo efektas, dėl kurio sumažėja talpa ilgalaikio saugojimo ir eksploatavimo metu (manoma, kad akumuliatorius kiekvienais metais praranda iki 20% talpos);
• gedimas gilios iškrovos metu (žemiau 3 voltų);
• baimė perkaisti virš 60 laipsnių ir perkrauti virš 4,2 volto (esant aukštesnei kaip 4,5 volto įtampai, gali įvykti sprogimas);
• plono apvalkalo (paprastai folijos pavidalo) naudojimas kai kuriose iš šių baterijų sumažina Li Pol elementų kainą, bet tuo pačiu sumažina jų stiprumą.

Kur naudojamos „Li Pol“ baterijos?

Dėl nedidelio svorio ir didelės galios šio tipo maitinimo šaltiniai yra plačiai naudojami tiekti energiją mažiems ir dideliems įrenginiams, įskaitant:

• mobilieji telefonai ir išmanieji telefonai;
• radijo bangomis valdomi modeliai, keturračiai kopijavimo aparatai, mikroplanai;
• elektrinis įrankis;
• skaitmeninės technologijos, ultra knygos;
• elektromobiliai.

„Li Pol“ akumuliatorių naudojimo gairės

Norėdami užtikrinti reikiamą saugos lygį ir pratęsti sveikų baterijų tarnavimo laiką, turite laikytis šių taisyklių:

1. jei akumuliatoriai yra apgadinti ar patinę, jie negali būti naudojami, tačiau turi būti sunaikinti;
2. baterijas reikia įkrauti naudojant kokybišką įkroviklį, prižiūrint, kad akumuliatoriai neperkaistų. Jei įkrovimo metu jaučiamas deginantis kvapas, pilvo pūtimas, užsidegimas, turite nedelsdami jį sustabdyti ir atjungti akumuliatorių nuo įkroviklio;
3. geriau įkrauti ant nedegio paviršiaus, pavyzdžiui, keraminių plytelių ar porceliano plokštės, visiškai įkrovus maitinimo šaltinį, geriau leisti jam atvėsti ir tik tada pradėti naudoti;
4. neturi būti leidžiama iškrova, žemesnė kaip 3 voltai, perkaitimas ar peršalimas, dėl kurių sumažėja talpa ir bendras įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius;
5. ilgiausias LiPo ląstelių gyvenimas pasiekiamas išlaikant 45% jų įkrovos lygį;
6. Geriausią „LiPo“ baterijų įkrovimo režimą „Sony“ įkrovikliai teikia maždaug per tris valandas. Jis vyksta trimis etapais:
   • Pirma, maždaug vieną valandą įkrovimas vykdomas iki 70%, kai nuolatinė srovė yra 0,5–1 nuo akumuliatoriaus išvesties iki 4,2 volto įtampos;
   • Įkraunama nuo 1 valandos iki 90%, kai įtampa ne didesnė kaip 4,2 voltai, su palaipsniui mažėjančia srove (iki maždaug 0,2 nuo srovės išėjimo);
   • Trečiajame etape įkrovimas atliekamas per valandą iki 100% maža nuolat mažėjančia srove.

Pigūs įkrovikliai užbaigia įkrovimą pirmame etape, kai pasiekia 4,2 v įtampą, taigi akumuliatorius nenaudoja visos savo galios.

• Venkite akumuliatoriaus smūgio, trumpojo jungimo ar iškrovos labai didelėmis srovėmis, įkraunant akumuliatoriaus elementą daugiau kaip 4,2 volto - visos šios priežastys gali sukelti gaisrą;
• Jei naudojamos sudėtinės kelių Li Pol elementų baterijos, geriau jas įkrauti atskirai arba naudoti specialų išlyginamąjį įkrovą su balansavimu kiekvienai ląstelei. Tokio prietaiso veikimo principas yra sustabdyti atskirų elementų įkrovimą, kai jie pasiekia maždaug 4,17 volto įtampą;
• Prieš pradedant eksploatuoti naujas baterijas, geriau jas sukalibruoti dvigubai pakraunant ir iškraunant.

Kai kuriose „Li Pol“ baterijose mažesnė nei 2,5 volto iškrova gali ličio metalizuotis, o tai lemia laidžių tiltelių susidarymą akumuliatoriaus viduje ir trumpąjį jungimą. Įkraunant tokią bateriją atsiranda nekontroliuojamas šildymas, kuris gali sukelti tokio maitinimo šaltinio sprogimą. Todėl akumuliatorių, kuriuose įtampa nukrito žemiau kritinio 3 voltų lygio, geriau nenaudoti, o jei įtampa nukrenta iki 2,5 volto ir žemiau, juos reikia išmesti.

Kaip laikyti ličio polimerų baterijas

Pageidautina saugoti įkrautas „LiPo“ baterijas kambario temperatūroje, kol įkrovimo lygis yra 3,6–3,8 voltai.

Prieš laikant „LiPo“ elementus, rekomenduojama juos įkrauti iki 40–50%, atjungti nuo jų maitinamų prietaisų ir periodiškai, bent kartą per šešis mėnesius, patikrinti įkrovos lygį.

Ličio polimerų baterijų utilizavimas

„LiPo“ maitinimo šaltinių utilizavimas yra ypač svarbus dėl didelio gaisro pavojaus. Jie yra mažiau toksiški nei nikelio ir kadmio akumuliatoriai, tačiau vis tiek turi aplinkai kenksmingų medžiagų.

Norint visiškai ir saugiai sunaikinti Li-polimero baterijas, reikia laikytis šių reikalavimų:

• Išsikrovę akumuliatoriai negyvenamuose pastatuose išmetami į plastikinius indus su druskos tirpalu vandeniu (maždaug pusė stiklinės druskos 1 litrui vandens) maždaug 2 savaites (kol dujų gamyba sustoja). Po to jie gali būti išmesti su paprastomis šiukšlėmis;
• Prieš utilizuodami, akumuliatoriai turi būti iškrauti ne mažiau kaip vienu voltu (tai galima padaryti su elektros lempute kaip kroviniu);
• jei akumuliatoriaus dėklas yra sugadintas, jo nereikia iškrauti, tačiau jį reikia išpilti vandens-druskos tirpale;
• jei iškrova sukuriama didesne nei leistina srove, prijungta prie didžiausios išleidžiamos srovės vertės C, tada akumuliatorius turėtų būti smėlio kibirėlyje arba kitoje vietoje, apsaugančioje nuo ugnies;
• Negalima mechaniškai sunaikinti fiziologiniame tirpale neapdorotų baterijų, dėl kurių gali kilti gaisras. Ypač pavojingos šiuo atžvilgiu yra baterijos su kobalto katodu.