Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου και νικελίου-καδμίου είναι δύο δημοφιλείς κατηγορίες αυτόνομων τροφοδοτικών. Κάθε ένα από αυτά έχει ορισμένα όρια της καλύτερης εφαρμογής και οι αποτυχίες των χρηστών συχνά συνδέονται με την άγνοια των χαρακτηριστικών τέτοιων μπαταριών. Με πολλά παρόμοια χαρακτηριστικά, οι μπαταρίες Li-Ion και NiCd διαφέρουν ως προς τη χημική τους σύνθεση, την περιβαλλοντική επίπτωση, τη χρήση και το κόστος.
Περιεχόμενο
Τι διαθέτουν οι μπαταρίες Li-Ion και Ni-Cd
Μορφές και ορισμένες παράμετροι αυτών των κατηγοριών μπαταριών καθορίζονται από την GOST 26692-85. Συγκεκριμένα. Αυτό το πρότυπο καθορίζει και για τους δύο τύπους:
- Συνολικές διαστάσεις
- Διαδικασία αποδοχής και δοκιμής.
- Συνθήκες για ασφαλή χρήση.
- Πληρότητα της παράδοσης.
- Επισήμανση, συσκευασία και μεταφορά στους καταναλωτές.
- Κατάλογος οδηγιών για ασφαλή λειτουργία.
- Εγγυήσεις του κατασκευαστή.
Σημαντικό! Επειδή οι εφαρμογές των μπαταριών αυτού του τύπου επεκτείνονται διαρκώς, πρόσφατα εισήχθη και εφαρμόστηκε το GOST R IEC 61426-1-2014, το οποίο ορίζει τις γενικές απαιτήσεις για τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται ως ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (για παράδειγμα, στις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις).
Οι κλίμακες χωρητικότητας των μπαταριών είναι επίσης συχνές: και οι δύο μπορούν να παραχθούν με δείκτες από 1,2 έως 3,6 Ah ή περισσότερο. Μια κοινή ιδιότητα μπορεί επίσης να ονομαστεί η απόδοση των κύκλων φόρτισης / εκφόρτισης, η οποία, ανάλογα με τον συγκεκριμένο κατασκευαστή, κυμαίνεται από 70 ... 90%.
Διαφορές μεταξύ των μπαταριών Li-Ion και Ni-Cd
Ας συγκρίνουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: την ουσία των ηλεκτροχημικών διεργασιών, τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, το κόστος, τα χαρακτηριστικά λειτουργίας και παραγωγικότητας, καθώς και την πρακτική εφαρμογή.
Μπαταρία νικελίου-καδμίου χρησιμοποιεί το κάδμιο ως άνοδο (αρνητικό τερματικό), το οξυυδροξείδιο του νικελίου ως κάθοδο (θετικό τερματικό) και το υδατικό υδροξείδιο του καλίου ως ηλεκτρολύτης.
Μπαταρία ιόντων λιθίου χρησιμοποιεί γραφίτη ως άνοδο, οξείδιο λιθίου για μία κάθοδο και άλας λιθίου ως ηλεκτρολύτη. Τα ιόντα λιθίου κινούνται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης και στην αντίθετη κατεύθυνση κατά τη φόρτιση.
| Τίτλος | Τροφοδοτικά ρεύματος Li-ion | Ni-Cd τροφοδοτικά |
|---|---|---|
| Τάση | 3.6 / 3.7 V | 1.2 V |
| Αριθμός κύκλων λειτουργίας | Έως 1200 | Έως 2000 |
| Απόδοση φόρτισης / εκφόρτισης | 80…90 % | 70…90 % |
| Εξάρτηση από την θερμοκρασία της έντασης της διαδικασίας αυτοαπορρόφησης (ανά μήνα) | Μέχρι 8% στους 21 ° C Μέχρι 15% στους 40 ° C Μέχρι 31% στους 60 ° C | Μέχρι 10% |
| Πυκνότητα ενέργειας | 250 ... 620 Wh / l | 50 ... 150 W h / l |
| Απόρριψη | Χαμηλά επικίνδυνα απόβλητα | Επικίνδυνα απόβλητα |
Οι μπαταρίες Ni-Cd περιέχουν από το 6% (για βιομηχανικές πηγές) έως 18% (για τις μπαταρίες καταναλωτή) καδμίου, το οποίο είναι τοξικό βαρέων μετάλλων και ως εκ τούτου απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή κατά την αφαίρεση και τη διάθεση μιας χρησιμοποιημένης μπαταρίας. Τέτοια απόβλητα θεωρούνται περιβαλλοντικά επικίνδυνα. Την ίδια στιγμή, όλα τα εξαρτήματα των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι φιλικά προς το περιβάλλον, αφού το λίθιο δεν είναι τοξικό μέταλλο.
Όσον αφορά το κόστος, μια μπαταρία ιόντων λιθίου είναι περίπου 40% ακριβότερη από το νικέλιο-κάδμιο. Αυτό εξηγείται από το σημαντικό κόστος παραγωγής για την παροχή ενός πρόσθετου κυκλώματος προστασίας το οποίο ελέγχει τις παραμέτρους τάσης, ρεύματος και ισχύος.
Από το ιόν λιθίου είναι καλύτερο από το νικέλιο-κάδμιο
Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των μπαταριών νικελίου-καδμίου είναι η προσκόλλησή τους στο αποκαλούμενο "φαινόμενο μνήμης", όταν εκφορτώνονται και επαναφορτίζονται στην ίδια κατάσταση χωρητικότητας αρκετές φορές.Η μπαταρία "θυμάται" το σημείο στον κύκλο φόρτισης κατά το οποίο ξεκίνησε η φόρτιση και κατά τη διάρκεια της επόμενης χρήσης η τάση σε αυτό το σημείο πέφτει ξαφνικά, σαν να εκφορτίστηκε η μπαταρία.
Ωστόσο, η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται μόνο ελαφρώς. Ορισμένοι τύποι ηλεκτρονικών συσκευών έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να αντέχουν σε τέτοια υποτονία για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα - έτσι ώστε η τάση να επιστρέφει στην κανονική της κατάσταση. Ωστόσο, ορισμένες συσκευές και μικροεφαρμογές απενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οπότε η μπαταρία φαίνεται να είναι "νεκρή" νωρίτερα από το συνηθισμένο.
Ένα παρόμοιο φαινόμενο, που ονομάζεται κατάθλιψη του στρες, είναι το αποτέλεσμα επαναλαμβανόμενης επαναφόρτισης. Σε αυτή την περίπτωση, η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη, αλλά γρήγορα εκφορτίζεται μετά από σύντομη περίοδο λειτουργίας.
Ένα άλλο πρόβλημα είναι το φαινόμενο "αντίστροφης φόρτισης", το οποίο συμβαίνει λόγω σφάλματος χρήστη ή όταν έχει αποφορτιστεί πλήρως μια μπαταρία μερικών κυψελών. Η αντίστροφη φόρτιση μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ένα παραπροϊόν της αντίστροφης φόρτισης είναι το αέριο υδρογόνο, το οποίο είναι επικίνδυνο.
Ενδιαφέρον γεγονός: η αντίστροφη φόρτιση συμβαίνει με την αντικανονική χρήση πηγών ενέργειας νικελίου-καδμίου. Στη συνέχεια σχηματίζονται δενδρίτες και απλώνονται στις μπαταρίες - λεπτές αγώγιμες κρύσταλλοι που μπορούν να διεισδύσουν μέσω της μεμβράνης διαχωρισμού μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτό οδηγεί σε εσωτερικό βραχυκύκλωμα και πρόωρη αποτυχία της μπαταρίας.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, αντίθετα, δεν απαιτούν υψηλό επίπεδο εξυπηρέτησης. Μπορούν να επαναφορτιστούν πριν αποφορτιστούν πλήρως (χωρίς τη δημιουργία ενός "εφέ μνήμης") και λειτουργούν σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών. Σε σύγκριση με το Ni-Cd, η αυτοεκφόρτιση σε διάλυμα ιόντων λιθίου είναι μικρότερη από το ήμισυ της συνολικής χωρητικότητας, γεγονός που αυξάνει τη διάρκεια ζωής μιας τέτοιας μπαταρίας. Ως εκ τούτου, μια μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να αποθηκευτεί για μερικούς μήνες χωρίς απώλεια φόρτισης.
Η μπαταρία νικελίου καδμίου είναι καλύτερη από το ιόν ιόντων λιθίου
Οι μπαταρίες NiCd μπορούν να συναρμολογηθούν σε μπαταρίες ή να χρησιμοποιηθούν ξεχωριστά. Οι μπαταρίες αυτές είναι μικρές και μικροσκοπικές, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην καθημερινή ζωή, για παράδειγμα, σε φακούς, φορητά ηλεκτρονικά, κάμερες και βιντεοκάμερες, καθώς και σε παιχνίδια. Για μικρά μεγέθη, οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου παρέχουν καλύτερα παλμικά ρεύματα με σχετικά χαμηλή εσωτερική αντίσταση, γεγονός που τους καθιστά την προτιμώμενη επιλογή για τηλεχειριζόμενα ηλεκτρικά ελεγχόμενα μοντέλα αεροσκαφών, σκαφών, αυτοκινήτων, ασύρματα ηλεκτρικά εργαλεία καθώς και για τροφοδοσία μονάδων φλας, η αξία της ικανότητας στο mah δεν παίζει ιδιαίτερο ρόλο.
Οι μεγάλες μπαταρίες Ni-Cd χρησιμοποιούνται για εκκινητές αέρα, ηλεκτρικά οχήματα και ως εφεδρικές πηγές ενέργειας.
Σημαντικό! Ένα αξιοσημείωτο μειονέκτημα μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι η ευθραυστότητα της. Επομένως, για να εξασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία, μια τέτοια μπαταρία χρειάζεται ένα κύκλωμα ειδικής προστασίας.
Το κύκλωμα προστασίας έχει σχεδιαστεί για να περιορίζει την μέγιστη τάση κατά τη φόρτιση της μπαταρίας ή της μπαταρίας. Εξαλείφει την πιθανότητα υποπίεσης, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί όταν εκφορτιστεί η πηγή ισχύος. Προκειμένου να αποφευχθούν οι ακραίες θερμοκρασίες και να βελτιωθεί η ασφάλεια των εφαρμογών, ελέγχεται επίσης η θερμοκρασία μέσα στο περίβλημα. Όλα αυτά αυξάνουν το κόστος και αυξάνουν το μέγεθος της μπαταρίας ιόντων λιθίου.
Λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες όπως η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, η έλλειψη μνήμης και η βραδεία απώλεια φορτίου, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται κυρίως για στρατιωτικούς σκοπούς, στην αεροδιαστημική τεχνολογία, καθώς και σε πηγές ενέργειας για σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα (όπου το μικρό βάρος και οι διαστάσεις είναι σημαντικές) .
Ποια είναι καλύτερη: Li-Ion ή Ni-Cd
Είναι αδύνατο να απαντηθεί αυτό το ερώτημα κατηγορηματικά και δεν είναι απαραίτητο. Κάθε τύπος μπαταρίας έχει τη δική της ορθολογική εφαρμογή.Μια μπαταρία Ni-Cd είναι φθηνότερη και έχει έναν σημαντικό αριθμό κύκλων φόρτισης / εκκένωσης (που όμως δεν πρέπει να γίνεται συχνά!). Η μπαταρία Li-Ion χαρακτηρίζεται από το μικρό μέγεθος, την εκτεταμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και την απουσία "εφέ μνήμης" · μπορεί να λειτουργεί σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών.
Έχετε ακόμα ερωτήσεις; Ρωτήστε τους στα σχόλια!
