Lítium-iónové a nikel-kadmiové batérie sú dve populárne triedy autonómnych zdrojov napájania. Každá z nich má určité hranice najlepšej aplikácie a zlyhania používateľa sú často spojené s neznalosťou vlastností takýchto batérií. S mnohými podobnými charakteristikami sa Li-Ion a NiCd batérie líšia chemickým zložením, vplyvom na životné prostredie, použitím a cenou.
Sodrezhanie
Čo majú spoločné Li-Ion a Ni-Cd batérie
Formy a niektoré parametre týchto tried batérií sú určené GOST 26692-85. Najmä. Táto norma stanovuje pre oba typy:
- Celkové rozmery
- Postup prijímania a testovania.
- Podmienky bezpečného používania.
- Úplnosť dodávky.
- Označovanie, balenie a preprava k spotrebiteľom.
- Zoznam pokynov na bezpečnú prevádzku.
- Záruky výrobcu.
Dôležité! Pretože aplikácie batérií tohto typu sa neustále rozširujú, nedávno bol zavedený a aplikovaný GOST R IEC 61426-1-2014, ktorý stanovuje všeobecné požiadavky na batérie používané ako obnoviteľné zdroje energie (napríklad vo fotovoltaike).
Bežné sú aj rozsahy kapacity batérií: obidve sa dajú vyrábať s ukazovateľmi od 1,2 do 3,6 Ah · alebo viac. Spoločnú vlastnosť možno nazvať aj účinnosťou cyklov nabíjania / vybíjania, ktorá je v závislosti od konkrétneho výrobcu v rozsahu 70 ... 90%.
Rozdiely medzi Li-Ion a Ni-Cd batériami
Porovnajme nasledujúce charakteristiky: podstatu elektrochemických procesov, vplyv na životné prostredie, náklady, vlastnosti prevádzky a produktivity, ako aj praktickú aplikáciu.
Niklová kadmiová batéria používa kadmium ako anódu (negatívny terminál), oxyhydroxid nikelnatý ako katódu (pozitívny terminál) a vodný hydroxid draselný ako elektrolyt.
Lítium-iónová batéria používa grafit ako anódu, oxid lítny pre katódu a soľ lítia ako elektrolyt. Lítiové ióny sa počas vybíjania a pri nabíjaní pohybujú zo zápornej elektródy na kladnú.
| názov | Li-ion napájacie zdroje | Napájacie zdroje Ni-Cd |
|---|---|---|
| napätie | 3,6 / 3,7 V | 1,2 V |
| Počet pracovných cyklov | Až do 1200 | Až do roku 2000 |
| Účinnosť nabíjania / vybíjania | 80…90 % | 70…90 % |
| Teplotná závislosť intenzity procesu samovybíjania (za mesiac) | Až do 8% pri 21 ° C Až do 15% pri 40 ° C Až do 31% pri 60 ° C | Až 10% |
| Hustota energie | 250 ... 620 W h / l | 50 ... 150 W h / l |
| zotavenie | Nízko nebezpečný odpad | Nebezpečný odpad |
Ni-Cd batérie obsahujú od 6% (pre priemyselné zdroje) do 18% (pre spotrebiteľské batérie) kadmium, ktoré je toxickým ťažkým kovom, a preto si vyžaduje osobitnú pozornosť pri vyberaní a likvidácii použitej batérie. Takýto odpad sa považuje za nebezpečný pre životné prostredie. Všetky zložky lítium-iónových batérií sú zároveň šetrné k životnému prostrediu, pretože lítium nie je toxický kov.
Pokiaľ ide o náklady, lítium-iónová batéria je asi o 40% drahšia ako nikel-kadmium. To sa vysvetľuje značnými výrobnými nákladmi na zabezpečenie dodatočného ochranného obvodu, ktorý riadi parametre napätia, prúdu a výkonu.
Než lítium-ión je lepší ako nikel-kadmium
Najväčšou nevýhodou nikel-kadmiových batérií je ich záväzok k tzv. „Pamäťovému efektu“, keď sa niekoľkokrát vybijú a znova nabijú do rovnakého stavu kapacity.Batéria „si pamätá“ bod v nabíjacom cykle, v ktorom sa nabíjanie začalo, a počas následného používania napätie v tomto bode náhle klesne, akoby sa vybila batéria.
Kapacita batérie sa však v skutočnosti znižuje iba nepatrne. Niektoré typy elektronických zariadení sú špeciálne navrhnuté tak, aby vydržali také podpätie dostatočne dlho - takže sa napätie vráti do normálneho stavu. Niektoré zariadenia a prístroje sa však v tomto období vypnú, takže sa zdá, že batéria je „vybitá“ skôr ako obvykle.
Podobný účinok nazývaný útlm stresu je výsledkom opakovaného nabíjania. V takom prípade je batéria úplne nabitá, ale po krátkej dobe prevádzky sa rýchlo vybije.
Ďalším problémom je efekt „spätného nabíjania“, ku ktorému dochádza v dôsledku chyby používateľa alebo úplného vybitia batérie niekoľkých článkov. Reverzné nabíjanie skracuje výdrž batérie. Vedľajším produktom spätného nabíjania je plynný vodík, ktorý je nebezpečný.
Zaujímavá skutočnosť: pri nepravidelnom použití zdrojov niklu a kadmia dochádza k spätnému nabíjaniu. Potom sa v batériách vytvárajú a šíria dendrity - tenké vodivé kryštály, ktoré môžu prenikať cez separačnú membránu medzi elektródami. To vedie k vnútornému skratu a predčasnému výpadku batérie.
Lítium-iónové batérie naopak nevyžadujú vysokú úroveň servisu. Môžu byť nabité skôr, ako sú úplne vybité (bez vytvorenia „pamäťového efektu“) a môžu pracovať v širšom teplotnom rozsahu. V porovnaní s Ni-Cd je samovybíjanie v lítium-iónovom roztoku menšie ako polovica celkovej kapacity, čo zvyšuje životnosť takejto batérie. Preto je možné lítium-iónovú batériu skladovať niekoľko mesiacov bez straty nabíjania.
Ako niklová kadmiová batéria je lepšia ako lítium-iónová batéria
NiCd batérie je možné zostaviť do batériových zdrojov alebo ich používať samostatne. Tieto batérie sú malé a malé, takže sa môžu používať v každodennom živote, napríklad v baterkách, prenosnej elektronike, fotoaparátoch a videokamerách, ako aj v hračkách. Niklové kadmiové batérie pre malé veľkosti lepšie poskytujú vysoké pulzné prúdy s relatívne nízkym vnútorným odporom, čo z nich robí preferovanú voľbu pre diaľkovo ovládané elektricky ovládané modely lietadiel, člnov, automobilov, pre akumulátorové elektrické náradie, ako aj pre napájanie zábleskových jednotiek počas životnosti a hodnota kapacity v mah nehrá osobitnú úlohu.
Veľké Ni-Cd batérie sa používajú pre štartéry, elektrické vozidlá a ako záložné zdroje energie.
Dôležité! Výraznou nevýhodou lítium-iónovej batérie je jej krehkosť. Preto na zaistenie bezpečnej prevádzky potrebuje takáto batéria špeciálny ochranný obvod.
Ochranný obvod je navrhnutý tak, aby obmedzoval špičkové napätie počas nabíjania batérie alebo batérie. Eliminuje možnosť podpätia, ktoré je možné pozorovať pri vybití zdroja energie. Aby sa zabránilo extrémnym teplotám a zlepšila sa bezpečnosť aplikácie, je tiež regulovaná teplota vo vnútri krytu. To všetko zvyšuje cenu a zvyšuje veľkosť lítium-iónovej batérie.
Vzhľadom na vlastnosti, ako je vysoká energetická hustota, nedostatok pamäťového efektu a pomalá strata náboja, sa lítium-iónové batérie používajú predovšetkým na vojenské účely, v kozmickej technike, ako aj ako zdroje energie pre moderné elektrické vozidlá (kde je dôležitá nízka hmotnosť a rozmery). ,
Čo je lepšie: Li-Ion alebo Ni-Cd
Na túto otázku nie je možné jednoznačne odpovedať a nie je to potrebné. Každý typ batérie má svoju vlastnú racionálnu aplikáciu.Batéria Ni-Cd je lacnejšia a má značný počet cyklov nabíjania / vybíjania (čo by sa však nemalo robiť často!). Batéria Li-Ion sa vyznačuje kompaktnou veľkosťou, predĺženou výdržou batérie a absenciou „pamäťového efektu“, môže pracovať v širšom teplotnom rozsahu.
Stále máte otázky? Opýtajte sa ich na komentáre!
