Lítiové polymérové ​​batérie

Neustály vývoj technológie priaznivo ovplyvňuje mnoho aspektov života ľudí. Potreba vysoko výkonných zdrojov energie s dobrou rovnováhou medzi bezpečnosťou, cenou a výkonom viedla k vytvoreniu lítium-polymérnych prvkov.

Čo je to lítiová polymérová batéria

Li polymérové ​​batérie sú galvanické zdroje energie, ktoré používajú ako elektrolyt lithium-saturované polymérne materiály.

Lítium-polymérová technológia sa stala novou etapou vo vývoji lítium-iónových zdrojov energie, čo znížilo náklady na ich výrobu a umožnilo vytvorenie miniatúrnych a flexibilných batérií.

Pri kúpe a používaní takýchto batérií musíte porozumieť označeniam, ktoré sa na ne vzťahujú, ktoré majú nasledujúce vlastnosti:

• kapacita batérie je uvedená v mAh;
• číslo vedľa anglického písmena S v označení označuje počet jednotlivých prvkov (plechoviek) v batérii, z ktorých každý má menovité napätie 3,7 voltu a maximum 4,2 voltu;
• číslo vedľa písmena C označuje maximálny prúdový výstup v jednotkách C. Maximálny vybíjací prúd v miliampéroch za hodinu sa rovná kapacite batérie vynásobenej touto hodnotou;
• číslo vedľa písmena P označuje počet paralelne spojených plechoviek. Pri použití jednej plechovky sa táto hodnota zvyčajne neuvádza.

Označenie 2600 mAh 3S 20C znamená 2600 mAh Li-polymérnu batériu s menovitým napätím 11,1 voltov (maximálne 12,6 voltov), ​​pričom tri banky sú zapojené do série a prípustný vybíjací prúd je 52 ampérov (2600 x 20 = 52 000 mA).

Ako sa vyrába lítium-polymérové ​​batérie

Pri výrobe energetických zdrojov Li-polymérov sa táto technológia používa:

1. Suspenzia sa nanáša kontrolovaným spôsobom s aktívnymi materiálmi katódy a anódy (dva rôzne procesy) na povrch hliníkovej alebo medenej fólie, ktorá pôsobí ako kolektor prúdu.
2. Fólia s naneseným materiálom sa suší, narezáva na prvky požadovanej veľkosti a tvaru.
3. Pripraví sa oddeľovač polymérneho elektrolytu, ktorý sa potom umiestni medzi vrstvy fólie s aktívnymi materiálmi katódy a anódy.
4. Viacvrstvová batéria sa zostavuje, utesňuje a suší.
5. Keď sa používa oddeľovač polymérov, ktorý vyžaduje inklúziu gélového elektrolytu, je naplnený správnym množstvom elektrolytovej kvapaliny.
6. Inštalácia kontaktných doštičiek, balenie do ochrannej schránky a orezávanie vyčnievajúcich častí.
7. Sú nainštalované svorky externej batérie.
8. Vykonáva sa kontrolný cyklus nabíjania / vybíjania a testovanie.
9. Vykonáva sa vyradenie, triedenie podľa kapacity a nakreslenie príslušných označení.
10. Ak je to potrebné, vodiče sa pripájajú k pólom batérie.
11. Vykonáva sa kontrola kvality, balenie batériových článkov do puzdra, ktoré je potrebné označovať a baliť.

Princíp činnosti a lithium-polymérová batéria zariadenia

Princíp činnosti batérií Li pol je založený na použití polovodičového efektu v polymérnych látkach s inklúziami elektrolytových iónov. Prídavok elektrolytu k polymérom spôsobuje zvýšenie ich iónovej vodivosti pri zachovaní izolačných vlastností plastu vzhľadom na elektróny.

Elektromotorická sila vzhľadom na ióny lítia nastáva v dôsledku reverzibilnej chemickej reakcie medzi anódou (plus) uhlíka (obvykle grafit) a katódou (mínus) kobaltu, oxidu vanádu alebo mangánu, umiestneného v elektrolyte polyméru so soľami lítia.

Existujú tri typy polymérnych elektrolytov:

1. Úplne suché polymérne elektrolyty, ktoré sú plastové s prídavkom solí lítia, dávajú pri izbovej teplote nízky prúd, nepostačujú pre väčšinu moderných zariadení a sú drahšie ako bežné lítium-iónové batérie.
2. Gélové polymérne elektrolyty, ktoré sú suchými polymérnymi elektrolytmi rozptýlenými so zmäkčovadlami-rozpúšťadlami, majú prijateľné ukazovatele kapacity, aktuálnej sily a ceny a najčastejšie sa používajú v praxi.
3. Nevodné roztoky lítnych solí distribuované absorpciou v mikroporéznej polymérnej matrici.

Masívne predávané Li Po batérie sú v skutočnosti hybridy, ktoré kombinujú nielen čistý suchý polymérny elektrolyt, ale aj malé množstvo gélového elektrolytu, ktorý obsahuje aj lítium-iónové zdroje.

Pridanie inklúzií gélového elektrolytu do tuhého polymérneho elektrolytu zvyšuje jeho iónovú vodivosť a elektrické vlastnosti, najmä prevádzkový prúd sa zvyšuje na hodnotu potrebnú pre najmodernejšie malé zariadenia.

Lítiová polymérová batéria: Klady a zápory

Zdroje Li-polyméru majú nasledujúce výhody:

• vysoká hustota energie v pomere k ich hmotnosti, 4 až 5-krát vyššia ako hustota nikel-kadmiových batérií a 3 až 3-krát vyššia ako hustota zdrojov energie nikel-kovový hydrid;
• nízky samovybíjací prúd a vysoká prúdová účinnosť;
• schopnosť vytvárať flexibilné a veľmi tenké výrobky;
• nedostatok pamäťového efektu;
• udržiavanie napätia v rámci prijateľných limitov počas pracovného výboja;
• široký rozsah povolených teplôt počas prevádzky (od -20 do +40 stupňov).

Lítium-polymérové ​​batérie majú niektoré nevýhody:

• nebezpečenstvo požiaru v prípade prebíjania / prehrievania. Tieto batérie vyžadujú použitie ochrannej elektroniky, ktorá monitoruje nabíjací prúd a teplotu, ako aj špeciálny algoritmus nabíjania;
• efekt starnutia, ktorý vedie k zníženiu kapacity počas dlhodobého skladovania a prevádzky (predpokladá sa, že batéria stráca až 20% kapacity za každý rok);
• porucha pri hlbokom vybití (pod 3 volty);
• strach z prehriatia nad 60 stupňov a prebitia nad 4,2 voltov (pri napätí nad 4,5 voltov je možná explózia);
• použitie tenkej škrupiny (obvykle vo forme fólie) v niektorých z týchto batérií znižuje náklady na Li Pol články, ale súčasne znižuje ich silu.

Kde sa používajú batérie Li Pol?

Vzhľadom na svoju nízku hmotnosť a vysoký výkon sa tento typ napájania často používa na napájanie malých a veľkých zariadení vrátane:

• mobilné telefóny a smartfóny;
• Rádiom riadené modely, kvadrokoptéry, mikroplanety;
• elektrické náradie;
• Digitálne technológie, ultraknihy;
• elektrické autá.

Pokyny na používanie batérií Li Pol

Aby ste zaistili potrebnú úroveň bezpečnosti a predĺžili životnosť zdravých batérií, musíte dodržiavať nasledujúce pravidlá:

1. v prípade poškodenia, opuchu batérií sa nemôžu použiť, ale musia sa zlikvidovať;
2. batérie je potrebné nabíjať kvalitnou nabíjačkou pod dohľadom, aby nedošlo k prehriatiu batérie. Ak počas nabíjania horí zápach, nadúvanie, zapaľovanie, musíte ho okamžite zastaviť a odpojiť batériu od nabíjačky;
3. je lepšie nabíjať na nehorľavom povrchu, napríklad na keramickej dlaždici alebo porcelánovej doske, po úplnom nabití zdroja energie je lepšie nechať ho vychladnúť a až potom ho začať používať;
4. vypúšťanie pod 3 volty, prehrievanie alebo prechladenie, ktoré znižuje kapacitu a celkový počet cyklov vybíjania a nabíjania, sa nesmie povoliť;
5. najdlhšia životnosť LiPo buniek sa dosiahne pri zachovaní úrovne nabitia na 45%;
6. Najlepší režim nabíjania batérií LiPo poskytujú nabíjačky Sony približne tri hodiny. Uskutočňuje sa v troch etapách:
   • Najskôr počas asi jednej hodiny sa nabíja až do 70% jednosmerným prúdom 0,5 - 1 z prúdu na batériu na napätie 4,2 voltu;
   • Dobíjanie v trvaní 1 hodiny až 90% s napätím nepresahujúcim 4,2 V s postupne klesajúcim prúdom (až do približne 0,2 z prúdového výstupu);
   • V treťom stupni sa nabíjanie vykonáva za hodinu na 100% s malým neustále klesajúcim prúdom.

Lacné nabíjačky ukončia nabíjanie v prvej fáze po dosiahnutí napätia 4,2 V, takže batéria nezíska svoju plnú kapacitu.

• Vyvarujte sa nárazom na batériu, skratom alebo vybitiu pri veľmi vysokých prúdoch, nadmerným nabíjaním nad 4,2 voltov na batériový komponent batérie - to všetko spôsobuje požiar;
• ak sa používajú zložené batérie z niekoľkých článkov Li Pol, je lepšie ich nabíjať osobitne alebo použiť vyrovnávací náboj s vyvážením pre každý článok. Princíp činnosti takého zariadenia je zastaviť nabíjanie jednotlivých prvkov, keď dosiahnu napätie asi 4,17 voltov;
• Pred uvedením nových batérií do prevádzky je lepšie ich kalibrovať dvojitým úplným nabitím a vybitím.

U niektorých Li Pol batérií môže výboj menší ako 2,5 voltu viesť k metalizácii lítia, čo vedie k vytvoreniu vodivých mostíkov vnútri batérie a skratu. Pri nabíjaní takejto batérie dochádza k nekontrolovanému zahrievaniu, ktoré môže viesť k výbuchu takéhoto zdroja energie. Preto sa batérie, v ktorých napätie kleslo pod kritickú úroveň 3 volty, lepšie nepoužívajú, a ak napätie klesne na 2,5 voltov a nižšie, musia sa zlikvidovať.

Ako uchovávať lítiové polymérové ​​batérie

Je žiaduce uchovávať nabité LiPo batérie v ochranných prípadoch pri izbovej teplote pri nabíjaní na úrovni 3,6 až 3,8 V.

Pred uložením LiPo článkov sa odporúča, aby boli nabité až na 40 - 50%, odpojené od zariadení, ktoré napájajú, a pravidelne, najmenej raz za šesť mesiacov, skontrolujte úroveň nabitia.

Likvidácia lítium polymérnych batérií

Likvidácia napájacích zdrojov LiPo je obzvlášť dôležitá z dôvodu ich vysokého nebezpečenstva požiaru. Sú menej toxické ako nikel-kadmiové batérie, ale stále obsahujú látky, ktoré sú škodlivé pre životné prostredie.

S cieľom úplne a bezpečne zlikvidovať Li-polymérové ​​batérie, musia byť dodržané nasledujúce požiadavky:

• Vybité batérie sa likvidujú v plastových nádobách s roztokom chloridu sodného (asi pol pohára soli na 1 liter vody) počas približne 2 týždňov (do zastavenia výroby plynu) v nebytovej budove. Potom ich môžu vyhodiť obyčajným odpadom;
• Pred likvidáciou musia byť batérie vybité najmenej na jeden volt (to sa dá urobiť pomocou žiarovky ako záťaže);
• ak je puzdro na batériu poškodené, nemusí sa vybiť, ale musí sa zlikvidovať vo vodnom roztoku;
• ak je výboj produkovaný prúdom, ktorý je viac ako dovolený, spojený s hodnotou maximálneho výstupného prúdu C, potom by batéria mala byť v vedre s pieskom alebo na inom mieste s ochranou proti ohňu;
• Mechanické ničenie batérií nespracovaných vo fyziologickom roztoku nie je povolené, čo by mohlo spôsobiť požiar. Obzvlášť nebezpečné sú v tomto ohľade batérie s kobaltovou katódou.