Μπαταρίες πολυμερούς λιθίου

Η συνεχής ανάπτυξη της τεχνολογίας επηρεάζει θετικά πολλές πτυχές της ζωής των ανθρώπων. Η ανάγκη ύπαρξης πηγών ενέργειας υψηλής απόδοσης με καλή ισορροπία ασφάλειας, κόστους και απόδοσης οδήγησε στη δημιουργία στοιχείων λιθίου-πολυμερούς.

Τι είναι μια μπαταρία πολυμερών λιθίου

Οι μπαταρίες πολυμερών Li είναι γαλβανικά τροφοδοτικά που χρησιμοποιούν πολυμερή με κεκορεσμένο λιθιο ως ηλεκτρολύτη.

Η τεχνολογία λιθίου-πολυμερούς έχει γίνει ένα νέο στάδιο στην ανάπτυξη των πηγών ενέργειας ιόντων λιθίου, που μείωσε το κόστος παραγωγής τους και επέτρεψε τη δημιουργία μικροσκοπικών και εύκαμπτων μπαταριών.

Όταν αγοράζετε και χρησιμοποιείτε τέτοιες μπαταρίες, πρέπει να κατανοήσετε τις σημάνσεις που εφαρμόζονται σε αυτές, οι οποίες έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• η χωρητικότητα της μπαταρίας υποδεικνύεται σε mAh.
• ο αριθμός δίπλα από το αγγλικό γράμμα S στη σήμανση υποδηλώνει τον αριθμό των μεμονωμένων κυψελών (κουτιών) της μπαταρίας, καθένα από τα οποία έχει ονομαστική τάση 3,7 βολτ και μέγιστο 4,2 βολτ.
• ο αριθμός δίπλα στο γράμμα C δηλώνει τη μέγιστη έξοδο ρεύματος σε μονάδες του C. Το μέγιστο ρεύμα εκκένωσης σε milliamperes ανά ώρα ισούται με την χωρητικότητα της μπαταρίας πολλαπλασιασμένη με αυτή την τιμή.
• ο αριθμός δίπλα στο γράμμα P υποδεικνύει τον αριθμό των δοχείων που είναι συνδεδεμένα παράλληλα. Όταν χρησιμοποιείτε κάποιον, αυτή η τιμή συνήθως δεν υποδεικνύεται.

Έτσι, ο χαρακτηρισμός 2600 mAh 3S 20C σημαίνει μπαταρία Li-polymer 2600 mAh με ονομαστική τάση 11,1 volt (μέγιστο 12,6 volts), με τρεις τράπεζες συνδεδεμένες σε σειρά και επιτρεπόμενο ρεύμα αποφόρτισης 52 amperes (2600x20 = 52000 mA).

Πώς είναι η παραγωγή μπαταριών πολυμερών λιθίου

Στην κατασκευή των προμηθειών Li-polymer, αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται:

1. Το εναιώρημα εφαρμόζεται με ελεγχόμενο τρόπο με τα ενεργά υλικά της καθόδου και της ανόδου (δύο διαφορετικές διεργασίες) στην επιφάνεια του φύλλου αλουμινίου ή χαλκού, το οποίο δρα ως συλλέκτης ρεύματος.
2. Το φύλλο με το εφαρμοζόμενο υλικό ξηραίνεται, κόβεται σε στοιχεία του απαιτούμενου μεγέθους και σχήματος.
3. Εκτελείται η παρασκευή ενός διαχωριστή πολυμερούς ηλεκτρολύτη, ο οποίος στη συνέχεια τοποθετείται μεταξύ των στρωμάτων του φύλλου με τα ενεργά υλικά της καθόδου και της ανόδου.
4. Η πολυστρωματική μπαταρία συναρμολογείται, σφραγίζεται και στεγνώνει.
5. Όταν χρησιμοποιείται διαχωριστής πολυμερούς που απαιτεί συσσωμάτωση ηλεκτρολύτη πηκτής, γεμίζεται με τη σωστή ποσότητα υγρού ηλεκτρολύτη.
6. Η τοποθέτηση των μαξιλαριών επαφής, η συσκευασία σε ένα προστατευτικό κέλυφος και η κοπή των προεξεχόντων τμημάτων.
7. Τοποθετούνται εξωτερικοί ακροδέκτες μπαταρίας.
8. Ένας κύκλος ελέγχου φόρτισης / εκφόρτισης και έλεγχος εκτελούνται.
9. Η σφαγή, η ταξινόμηση κατά χωρητικότητα και η σχεδίαση των κατάλληλων ονομασιών πραγματοποιούνται.
10. Εάν είναι απαραίτητο, τα σύρματα είναι συγκολλημένα στους ακροδέκτες της μπαταρίας.
11. Πραγματοποιείται έλεγχος ποιότητας, η συσκευασία των κυψελών της μπαταρίας στο περίβλημα, στην οποία εφαρμόζονται η απαραίτητη σήμανση και συσκευασία.

Η αρχή λειτουργίας και η μπαταρία πολυμερούς λιθίου συσκευής

Η αρχή της λειτουργίας των μπαταριών Li pol βασίζεται στη χρήση ενός ημιαγωγικού αποτελέσματος σε πολυμερείς ουσίες με συμπερίληψη ιόντων ηλεκτρολυτών. Η προσθήκη ηλεκτρολύτη σε πολυμερή προκαλεί αύξηση της ιοντικής αγωγιμότητάς τους διατηρώντας παράλληλα τις μονωτικές ιδιότητες του πλαστικού σε σχέση με τα ηλεκτρόνια.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη σε σχέση με τα ιόντα λιθίου εμφανίζεται ως αποτέλεσμα μιας αναστρέψιμης χημικής αντίδρασης μεταξύ της ανόδου (συν) άνθρακα (συνήθως γραφίτη) και της καθόδου (μείον) κοβαλτίου, οξειδίου του βαναδίου ή μαγγανίου, τοποθετημένου σε πολυμερή ηλεκτρολύτη με άλατα λιθίου.

Υπάρχουν τρεις τύποι πολυμερών ηλεκτρολυτών:

1. Οι εντελώς ξηροί πολυμερείς ηλεκτρολύτες, οι οποίοι είναι πλαστικοί με την προσθήκη αλάτων λιθίου, δίνουν χαμηλό ρεύμα σε θερμοκρασίες δωματίου, ανεπαρκείς για τις πιο σύγχρονες συσκευές και είναι ακριβότεροι από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
2. Οι ηλεκτρολύτες πολυμερούς τύπου γέλης, οι οποίοι είναι ξηροί πολυμερείς ηλεκτρολύτες διασκορπισμένοι με πλαστικοποιητές-διαλύτες, έχουν αποδεκτή χωρητικότητα, ισχύ ρεύματος και κόστος και χρησιμοποιούνται συχνότερα στην πράξη.
3. Μη υδατικά διαλύματα αλάτων λιθίου κατανεμημένα σε μία μήτρα μικροπορώδους πολυμερούς με απορρόφηση.

Οι μπαταρίες Li Po που πωλούνται μαζικά είναι στην πραγματικότητα υβρίδια που συνδυάζουν όχι μόνο τον καθαρό ξηρό πολυμερή ηλεκτρολύτη, αλλά και μια μικρή ποσότητα ηλεκτρολύτη πηκτής, η οποία περιέχει επίσης πηγές ιόντων λιθίου.

Η προσθήκη συμπτωμάτων ηλεκτρολύτη πηκτής σε ηλεκτρολύτη στερεού πολυμερούς αυξάνει την ιοντική αγωγιμότητα και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του, ειδικότερα, το ρεύμα λειτουργίας αυξάνεται στην τιμή που απαιτείται για τις περισσότερες σύγχρονες συσκευές μικρού μεγέθους.

Μπαταρία πολυμερών λιθίου: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Τα τροφοδοτικά από Li-πολυμερές έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• υψηλή πυκνότητα ενέργειας σε σχέση με τη μάζα τους, 4-5 φορές υψηλότερη από αυτή των συσσωρευτών νικελίου-καδμίου και 3-4 φορές υψηλότερη από αυτή των πηγών ενέργειας νικελίου-μετάλλου υδριδίου.
• χαμηλό ρεύμα αυτοαποφόρτισης και υψηλή απόδοση ρεύματος.
• τη δυνατότητα δημιουργίας ευέλικτων και πολύ λεπτών προϊόντων.
• έλλειψη μνήμης;
• διατηρώντας την τάση εντός αποδεκτών ορίων κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης λειτουργίας.
• ένα ευρύ φάσμα επιτρεπόμενων θερμοκρασιών κατά τη λειτουργία (από -20 έως +40 μοίρες).

Οι μπαταρίες πολυμερούς λιθίου έχουν ορισμένα μειονεκτήματα:

• κίνδυνος πυρκαγιάς σε περίπτωση υπερφόρτισης / υπερθέρμανσης. Αυτές οι μπαταρίες απαιτούν τη χρήση προστατευτικών ηλεκτρονικών συσκευών, η οποία παρακολουθεί το ρεύμα φόρτισης και τη θερμοκρασία, καθώς και έναν ειδικό αλγόριθμο φόρτισης.
• το φαινόμενο της γήρανσης, το οποίο οδηγεί σε μείωση της χωρητικότητας κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας αποθήκευσης και λειτουργίας (πιστεύεται ότι η μπαταρία χάνει έως και 20% της χωρητικότητας για κάθε έτος).
• βλάβη κατά τη διάρκεια βαθιάς απόρριψης (κάτω από 3 βολτ).
• φόβος υπερθέρμανσης πάνω από 60 μοίρες και υπερφόρτιση πάνω από 4,2 βολτ (με τάση άνω των 4,5 βολτ, είναι δυνατή μια έκρηξη).
• η χρήση ενός λεπτού κελύφους (συνήθως με τη μορφή φύλλου) σε ορισμένες από αυτές τις μπαταρίες μειώνει το κόστος των κυττάρων Li Pol, αλλά ταυτόχρονα μειώνει τη δύναμή τους.

Πού χρησιμοποιούνται μπαταρίες Li Pol;

Λόγω του μικρού βάρους και της υψηλής ισχύος, αυτός ο τύπος τροφοδοσίας χρησιμοποιείται ευρέως για την παροχή ενέργειας σε συσκευές μικρού μεγέθους και μεγάλου μεγέθους, όπως:

• κινητά τηλέφωνα και smartphones.
• ραδιοελεγχόμενα μοντέλα, τετρακόπτες, μικροπλακίδια.
• ηλεκτρικό εργαλείο ·
• ψηφιακή τεχνολογία, ultrabooks?
• ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Οδηγίες χρήσης μπαταριών Li Pol

Για να εξασφαλίσετε το απαραίτητο επίπεδο ασφάλειας και να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής των υγιεινών μπαταριών, πρέπει να τηρείτε τους ακόλουθους κανόνες:

1. σε περίπτωση βλάβης, πρήξιμο των μπαταριών, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν αλλά πρέπει να απορριφθούν.
2. οι μπαταρίες πρέπει να φορτίζονται με φορτιστή ποιότητας υπό επίβλεψη, αποφεύγοντας την υπερθέρμανση της μπαταρίας. Εάν κατά τη διάρκεια της φόρτισης υπάρχει καύση μυρωδιάς, φούσκωμα, ανάφλεξη, πρέπει αμέσως να την σταματήσετε και να αποσυνδέσετε την μπαταρία από το φορτιστή.
3. είναι καλύτερο να το φορτίζετε σε μια μη εύφλεκτη επιφάνεια, όπως ένα κεραμικό πλακίδιο ή πλάκα πορσελάνης, μετά την πλήρη φόρτιση της πηγής ενέργειας, καλύτερα να το αφήσετε να κρυώσει και μόνο στη συνέχεια να αρχίσει να το χρησιμοποιεί.
4. δεν πρέπει να επιτρέπεται η εκκένωση κάτω από 3 βολτ, η υπερθέρμανση ή η υπερψύξη, οι οποίες μειώνουν την χωρητικότητα και τον συνολικό αριθμό κύκλων εκφόρτισης.
5. η μέγιστη διάρκεια ζωής των κυττάρων LiPo επιτυγχάνεται ενώ διατηρείται το επίπεδο φόρτισης στο 45%.
6. Ο καλύτερος τρόπος φόρτισης για τις μπαταρίες LiPo παρέχεται από φορτιστές της Sony για περίπου τρεις ώρες. Έρχεται σε τρία στάδια:
   • Πρώτον, για περίπου μία ώρα, η φόρτιση πραγματοποιείται μέχρι 70% με συνεχές ρεύμα 0,5-1 από την τρέχουσα έξοδο της μπαταρίας σε τάση 4,2 βολτ.
   • Επαναφόρτιση με διάρκεια από 1 ώρα έως 90% με τάση όχι μεγαλύτερη από 4,2 βολτ με προοδευτικά μειούμενη ένταση ρεύματος (έως και 0,2 από την έξοδο ρεύματος).
   • Στο τρίτο στάδιο, η φόρτιση πραγματοποιείται σε μία ώρα έως 100% με ένα μικρό ρεύμα συνεχώς μειούμενο.

Οι φτηνοί φορτιστές τερματίζουν τη φόρτιση στο πρώτο στάδιο, όταν φτάσουν σε τάση 4,2 V, οπότε η μπαταρία δεν αποκτά την πλήρη χωρητικότητά της.

• Αποφύγετε ηλεκτροπληξία, βραχυκύκλωμα ή εκφόρτιση με πολύ υψηλά ρεύματα, υπερφορτίζοντας πάνω από 4,2 βολτ ανά συνιστώσα μπαταρίας - όλα αυτά προκαλούν πυρκαγιά.
• αν χρησιμοποιείτε σύνθετες μπαταρίες πολλών Li Pol κυψελών, είναι καλύτερο να τις φορτίζετε ξεχωριστά ή να χρησιμοποιείτε μια ειδική εξισορροπητική φόρτιση με εξισορρόπηση για κάθε κύτταρο. Η αρχή της λειτουργίας μιας τέτοιας συσκευής είναι να σταματήσει η φόρτιση μεμονωμένων στοιχείων όταν φθάσουν σε τάση περίπου 4,17 βολτ.
• Πριν θέσετε σε λειτουργία τις νέες μπαταρίες, είναι καλύτερο να τις βαθμονομήσετε με διπλή πλήρη φόρτιση και εκφόρτιση.

Σε ορισμένες μπαταρίες Li Pol, μια εκφόρτιση μικρότερη από 2,5 βολτ μπορεί να οδηγήσει σε μεταλλοποίηση του λιθίου, η οποία οδηγεί στη δημιουργία αγώγιμων γεφυρών μέσα στη μπαταρία και βραχυκυκλώματος. Κατά τη φόρτιση μιας τέτοιας μπαταρίας, λαμβάνει χώρα ανεξέλεγκτη θέρμανση, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην έκρηξη μιας τέτοιας πηγής ενέργειας. Ως εκ τούτου, οι μπαταρίες στις οποίες η τάση έχει πέσει κάτω από ένα κρίσιμο επίπεδο των 3 βολτ είναι καλύτερο να μην χρησιμοποιούν, και αν η τάση πέσει σε 2,5 βολτ και κάτω, πρέπει να απορρίπτονται.

Πώς να φυλάσσετε τις μπαταρίες πολυμερούς λιθίου

Είναι επιθυμητό να αποθηκεύονται οι φορτισμένες μπαταρίες LiPo σε προστατευτικές θήκες σε θερμοκρασία δωματίου ενώ φορτίζονται στο επίπεδο 3.6-3.8 volts.

Πριν από την αποθήκευση των κυψελών LiPo, συνιστάται να χρεώνονται έως και 40-50%, να αποσυνδέονται από τις συσκευές που τροφοδοτούν και, τουλάχιστον μία φορά κάθε έξι μήνες, να ελέγχουν το επίπεδο φόρτισης.

Απόρριψη μπαταριών πολυμερών λιθίου

Η απόρριψη των τροφοδοτικών LiPo έχει ιδιαίτερη σημασία λόγω του υψηλού κινδύνου πυρκαγιάς τους. Είναι λιγότερο τοξικά από τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου, αλλά εξακολουθούν να περιέχουν ουσίες επιβλαβείς για το περιβάλλον.

Για την απόλυτη και ασφαλή απόρριψη των μπαταριών Li-polymer πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις:

• Οι αποφορτισμένες μπαταρίες απορρίπτονται σε πλαστικούς περιέκτες με διάλυμα αλατούχου νερού (περίπου μισό ποτήρι αλάτι ανά 1 λίτρο νερού) για περίπου 2 εβδομάδες (έως ότου σταματήσει η παραγωγή αερίου) σε κτίριο μη οικιστικής χρήσης. Μετά από αυτό, μπορούν να πεταχτούν με τα συνηθισμένα σκουπίδια.
• Πριν από τη διάθεσή τους, οι μπαταρίες πρέπει να εκφορτιστούν σε τουλάχιστον ένα βολτ (αυτό μπορεί να γίνει με λαμπτήρα ως φορτίο).
• εάν η θήκη της μπαταρίας έχει υποστεί ζημιά, τότε δεν χρειάζεται να αποφορτιστεί, αλλά πρέπει να απορριφθεί σε διάλυμα νερού-αλατιού.
• εάν η εκφόρτιση παράγεται από ένα ρεύμα περισσότερο από επιτρεπόμενο, συνδεδεμένο με την τιμή της μέγιστης παροχής ρεύματος C, τότε η μπαταρία πρέπει να βρίσκεται σε κάδο με άμμο ή σε άλλο σημείο με πυροπροστασία.
• Η μηχανική καταστροφή των μπαταριών που δεν έχουν υποστεί επεξεργασία στο αλατούχο διάλυμα δεν επιτρέπεται, κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει πυρκαγιά. Ιδιαίτερα επικίνδυνα από την άποψη αυτή είναι οι μπαταρίες με κάθοδο κοβαλτίου.