Что представляют собой литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы по праву можно назвать самыми распространенными в жизни человека в 21-м веке. Наиболее часто мы можем их встретить в портативных электронных устройствах — телефоны, ноутбуки, камеры, и т. д. Также, они встречаются в промышленных сферах — например, источники бесперебойного питания, охранные системы, силовые агрегаты, уличное освещение, медицинское оборудование. Можно смело сказать, что такие батареи используются в каждом современном доме.
История создания
Считается, что первый экспериментатор по созданию аккумулятора на основе лития - Гилберт Ньютон Льюсис, начавший исследования в 1912 г. Но технология оказалась очень прихотливой и опасной. Первые рабочие образцы появились в 1970-х годах, но их не получалось сделать перезаряжаемыми.
В 1980-х было запущено массовое производство таких батарей, но их использование было ограничено вследствие высокой взрывоопасности. Вызвано это было разрастанием дендритов на поверхности лития при взаимодействии электрода с током. Такое явление приводило к короткому замыканию и чрезвычайно высокому повышению температуры химических элементов.
В 1991 году случился технологический прорыв, который стал ключевым в истории создания литиевых батарей. Японская компания Sony выпускает первые в мире перезаряжаемые источники питания. Разработка заключалась в создании матрицы для интеркаляции лития, которая выстраивалась из отрицательных электродов углеродных материалов. Процесс заряда и разряда состоял в переносе ионов лития от положительно заряженного электрода к отрицательному и наоборот.
Конструкция
Литий-ионные батареи выпускают в двух формах — цилиндрические и призматические. Внутренне устройство содержит алюминиевый катод и медный анод, которые разделены пористым сепаратором, он в свою очередь пропитан электролитом. С применением в современности новых материалов, повышается ёмкость производимых аккумуляторов.
Для безопасности в батареях используют:
- Клеммы-токосъемники.
- Предохранительный клапан.
- Герметичный корпус.
- Защита от высокой температуры, отключающая подачу заряда в случае перегрева.
- Система предотвращения внешних и внутренних коротких замыканий.
- Плата контроля напряжения, которая регулирует подачу тока для эффективной и безопасной зарядки.
Технические характеристики:
- Напряжение от 2.5 до 4.4 В.
- Энергоемкость 110 - 243 Втч\кг.
- Сопротивление от 5 до 15 мОм\Ач.
- Время заряда варьируется, в среднем от 1 часа до 4.
- Рабочие температуры от -20* до +60*. Оптимальная — комнатная.
- Средний саморазряд около 7% в год.
Основные достоинства
- Высокое число циклов разряда и заряда.
- Длительный срок эксплуатации.
- Отсутствие «эффекта памяти».
- Достойная устойчивость к температурам.
- Достаточно высокое напряжение.
К минусам можно отнести чувствительность к перепаду температур и перемене напряжения, а также тот факт, что аккумулятор строго не рекомендуется доводить до полного разряда.
Разновидности и сферы применения
Литиевые аккумуляторы разделяют на 6 видов по используемым химическим элементам:
- Литий-кобальтовые. Показывают отличную стабильность работы. Используются в портативных устройствах (телефоны и ноутбуки).
- Литий-марганцевые. Применяются в сфере электроинструмента и силовых агрегатов.
- Литий-железо-фосфатные. Питают устройства высокого тока.
- Литий-титанатные. Обладает низкими показателями тока, но высокой безопасностью. Ведутся разработки по увеличению электрических характеристик.
- Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные. Используются в системах безопасности и аварийного освещения, а также при производстве электротранспорта.
- Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные. Показывают отличную долговечность. Применяются в промышленности и медицине.
Также можно выделить еще один вид аккумуляторов — полимерные. На замену жидких и гелиевых электролитов, используемых в вышеописанных категориях, приходит твердое вещество на основе полимеров. Возможно, в будущем они заменят текущие наработки в сфере производства батарей.
