Большинство современных электронных устройств, таких как ноутбуки, мобильные телефоны или плееры, оснащены литий-ионными аккумуляторами в качестве автономного источника питания. Эти ионные аккумуляторы были разработаны недавно, но благодаря своим свойствам они популярны среди дизайнеров и производителей гаджетов. Сегодня, помимо различной бытовой техники, этим блоком питания оснащены многие триммерные инструменты, отвертки или отрезные станки. В этой статье рассматриваются типы литий-ионных аккумуляторов, их применение и принцип работы.
Виды литий ионных аккумуляторов
Аккумуляторные батареи работают путем накопления энергии и распределения ее на устройство, которое ее потребляет, и существует множество типов, которые можно объединить в литий-ионную батарею. Эти батареи включают в себя:
- Литий-кобальтовый аккумулятор. Устройство состоит из графитового анода и катода из оксида кобальта. Катод имеет пластинчатую структуру с зазорами между частями, поэтому при потреблении энергии ионы лития поступают от анода к пластине, происходит электромагнитная реакция и на клеммы подается напряжение. Недостаток этой системы в том, что механизм менее устойчив к перепадам температур, так как при отрицательных температурах аккумулятор разряжается даже тогда, когда он не подключен к потребителю. Когда изделие заряжается, направление тока меняется, ионы лития перетекают от положительного электрода к отрицательному и накапливаются, вызывая увеличение напряжения. Категорически запрещается подключать зарядное устройство к аккумулятору с напряжением выше номинального напряжения комплектующей, иначе это может привести к перегреву аккумулятора, расплавлению пластин и разрыву корпуса;
- Литий-марганцевый аккумулятор. Также подходит для литий-ионных аккумуляторов, рабочая среда изготовлена из марганцевой шпинели и имеет форму трехмерного крестообразного туннеля. В отличие от кобальтовых систем, этот тип базы обеспечивает беспрепятственный поток ионов лития от анода к катоду и далее к контактам устройства. Основным преимуществом литий-ионных марганцевых аккумуляторов является низкое сопротивление материала, поэтому такие аккумуляторы часто используются в гибридных автомобилях, инструментах, потребляющих большой ток, или медицинских устройствах, работающих автономно. Аккумулятор при зарядке может нагреваться до 80 градусов, а номинальный ток может достигать 20-30 ампер. Не рекомендуется подвергать аккумулятор воздействию тока напряжением выше 50А более двух секунд, иначе шпинель может перегреться и выйти из строя;
Железофосфатный стержневой аккумулятор
- Литий-ионный аккумулятор с железофосфатным катодом. Из-за относительно высокой стоимости производства этот тип аккумуляторов встречается редко, и его конечная цена немного выше, чем у других литий-ионных аккумуляторов. Фосфатные катоды имеют большое преимущество: срок службы изделия и частота зарядки значительно лучше, чем у аналогичных устройств. В большинстве случаев на эти аккумуляторы предоставляется гарантия от 10 до 50 лет или примерно 500 циклов зарядки. Благодаря таким показателям железофосфатные аккумуляторы часто используются в промышленности, когда необходимо получить высокие выходные напряжения;
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксид-ионный аккумулятор. С точки зрения стоимости производства и надежности готовой продукции это наиболее практичная комбинация материалов для изготовления катодов. Из-за электрохимических свойств перечисленных веществ катоды, изготовленные из них, имеют низкие значения сопротивления, поэтому при длительном простое аккумулятора разряд будет минимальным. Кроме того, за счет увеличения размера стеклянного или катодного элемента можно увеличить общую емкость элемента или увеличить напряжение. Секрет заключается в соединении марганца и никеля, которое при правильном соединении образует цепи с высокими электрохимическими свойствами;
- Литий-титанатный аккумулятор. Катод устройства, разработанного в начале 1980-х годов, изготовлен из нанокристаллов титаната лития, в отличие от ионных батарей с графитовым сердечником. Положительный электрод из этого материала позволяет аккумулятору заряжаться за короткий промежуток времени и поддерживать напряжение на нулевом уровне. Устройство обычно используется в автономных системах уличного освещения, когда энергию необходимо накопить за короткий период времени и передать потребителям в течение длительного периода времени. Недостатком данной системы является относительно высокая стоимость готового аккумулятора, однако она быстро окупается за счет увеличенного срока службы комплектующих.
Читайте также статью: Как восстановить переписку в ватсапе
Необслуживаемый аккумулятор
Важно! Все перечисленные литий-ионные аккумуляторы необслуживаемые, поэтому в случае их повреждения или выхода из строя невозможно проведение каких-либо ремонтных работ или ремонтных работ по доливке электролита. Любая операция по открытию крышки батарейного отсека приведет к повреждению пластин батареи и полному выходу из строя.
Принцип работы литий ионных батарей
Все литий-ионные аккумуляторы имеют схожую структуру с некоторыми незначительными отличиями, не влияющими на работу компонентов. Корпуса из композитных материалов, пластика или тонкого цветного металла встречаются очень редко. В большинстве случаев аккумуляторы состоят из пластикового корпуса, металлических клемм для контакта с потребителем и внутренних стержней с положительным и отрицательным напряжением. Внутренний литий заряжается путем подключения внешнего устройства для стабилизации тока, но каждое изделие имеет один заряд, который возникает за счет химической реакции между анодом и катодом.
Схема работы аккумулятора
Отрицательный электрод изготовлен из углеродистого материала, имеющего вид естественного слоистого графита, в котором заряженные атомы движутся через матрицу без потери напряжения. Все показатели по сектору отрицательные.
Положительный электрод литиевой батареи состоит исключительно из оксида кобальта или никеля и литий-марганцевой шпинели. Во время разряда ионы лития покидают углеродный сердечник, вступают в реакцию с кислородом и устремляются через катод, но не могут покинуть корпус батареи. Заряженные ионы лития теряют напряжение и остаются на поверхности анода до тех пор, пока литий не зарядится. Во время зарядки весь процесс происходит в обратном порядке.
Конструкция литий ионной батареи
Как и щелочные батареи, литиевые батареи изготавливаются цилиндрической или призматической формы. Цилиндрическая батарея имеет в качестве сердечника прокатанный электрод, изолированный специальным кожухом и помещенный внутри металлического корпуса, который соединяется с отрицательно заряженным компонентом. Для соблюдения полярности отрицательный контакт находится внизу компонента, а положительный контакт — вверху. Эти элементы не должны касаться друг друга, иначе ток будет циркулировать по проводникам, вызывая самопроизвольный разряд.
Призматическая форма литий-ионных аккумуляторов распространена. В этой конструкции сердечник формируется путем укладки специальных пластин с минимальным расстоянием между ними. Такая система позволяет добиться более высоких технических показателей, но из-за плотного прилегания пластин во время зарядки аккумулятора сердечник может перегреваться, а сетка расплавляться, что приводит к снижению производительности детали.
Часто можно встретить комбинированные системы устройства литий-ионных аккумуляторов, в которых электроды свернуты в рулоны и сформированы в овальные цилиндры. При этом соблюдены правила плавного перехода, а отрезки прямых имитируют форму доски. Этот тип аккумулятора имеет характеристики обоих типов изделий, а срок его службы значительно дольше.
Видео: Как купить качественные литий-ионные аккумуляторы, подробно на примере EVE. Что такое Grade?
В ходе химической реакции и рабочего процесса аккумулятора в корпусе будут выделяться газы, содержащие вредные вещества. Для быстрого удаления этих паров литий-ионный аккумулятор имеет на внешнем корпусе отверстие, которое соединено с аккумуляторным блоком и быстро удаляет газ, скопившийся в полости аккумулятора. Некоторые мощные элементы оснащены специальными клапанами, которые срабатывают при критическом накоплении пара.
Проверка литий ионной батареи
Заряд лития внутри батареи необходимо регулярно проверять, и хотя данная батарея считается необслуживаемой, батарею все равно необходимо проверять с помощью специального оборудования, поскольку ее корпус герметичен.
Проверка всегда начинается с внешнего осмотра, в ходе которого осматривается тело детали на наличие трещин и деформаций. Клеммы аккумулятора также осматриваются и очищаются от окисления и других загрязнений.
Важно! Необходимо содержать аккумулятор в чистоте и избегать замыкания контактов друг на друга, так как это может привести к полной разрядке аккумулятора, восстановить которую будет сложно.
Для проверки внутреннего состояния сердечника используйте нагрузочную вилку, подсоедините ее к клеммам и измерьте номинальное напряжение в сети. Затем аккумулятор разряжается, и устройство считывает индикатор сохранения тока внутри компонента. Следует отметить, что при тестировании аккумулятор должен быть полностью заряжен, иначе показания будут неточными.
автомобильный аккумулятор
Применение литий ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы имеют множество применений в зависимости от их конфигурации, формы и номинального напряжения. Наиболее распространено использование аккумуляторов в автомобильной промышленности; каждое транспортное средство имеет собственный источник питания, отвечающий за запуск автомобиля и выполнение других функций.
Эти аккумуляторы также используются в мобильных устройствах, ноутбуках и других гаджетах. Конструкция этого аккумулятора аналогична автомобильному аккумулятору, единственное отличие – размер изделия, который может быть размером со спичечный коробок.
В последнее время стало модным внедрять литий-ионные аккумуляторы в домашние системы бесперебойного питания и служить источниками аварийного электропитания, при этом аккумуляторы постоянно подключены к центральной сети. При работе устройства аккумулятор заряжается от простой электростанции, а при отключении питания он автоматически начинает подавать ток потребителю. В этом случае аккумуляторная батарея должна быть правильно расположена и оснащена системой защиты от перегрева.
Видео: Литий-ионные аккумуляторы: как они устроены, чем хороши и что с ними не так?
Видео: 6 типов литий ионных аккумуляторов.Сравнение характеристик.
Читайте также статью: Как выбрать ювелирную мастерскую
Комментарии
Отправить комментарий