Kaasaegsetes mobiiltelefonides, kaamerates ja muudes seadmetes kasutatakse kõige sagedamini liitiumioonakusid, mis asendavad leelis- ja nikkel-kaadmiumpatareisid, mis on mitmes mõttes paremad. Liitiumanoodiga akud ilmusid esimest korda eelmise sajandi 70ndatel ning said kohe väga populaarseks oma kõrge pinge ja energiamahukuse tõttu.

Välimuse ajalugu

Arengud olid lühiajalised, kuid praktilisel tasandil tekkisid raskused, mis lahenesid alles eelmise sajandi 90ndatel. Liitiumi kõrge aktiivsuse tõttu toimusid elemendi sees keemilised protsessid, mis viisid tulekahjuni.

90ndate alguses juhtus mitmeid õnnetusi - telefonikasutajad said rääkimise ajal raskeid põletusi elementide ja seejärel sideseadmete iseenesliku süttimise tagajärjel. Sellega seoses lõpetati akude tootmine täielikult ja varem välja lastud akud tagastati müügilt.

Kaasaegsetes liitiumioonakudes ei kasutata puhast metalli, vaid ainult selle ioniseeritud ühendeid, kuna need on stabiilsemad. Kahjuks pidid teadlased aku võimeid oluliselt vähendama, kuid neil õnnestus saavutada peamine – inimesed ei saanud enam põletushaavu.

Kristallrakk erinevaid ühendusi leiti, et süsinik sobib liitiumioonide interkalatsiooniks negatiivsele elektroodile. Laadimisel liiguvad need anoodilt katoodile ja tühjenemisel vastupidi.

Tööpõhimõte ja sordid

Igas liitiumioonakus on negatiivse elektroodi aluseks süsinikku sisaldavad ained, mille struktuuri saab tellida või osaliselt tellida. Sõltuvalt materjalist on Li interkalatsiooni protsess C-ks erinev. Positiivne elektrood on valmistatud peamiselt kaetud niklist või koobaltoksiidist.

Kõik reaktsioonid kokku võttes võib neid esitada järgmistes võrrandites:

1. LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe - katoodi jaoks.
2. C + xLi+ + xe → CLix - anoodi jaoks.

Võrrandid esitatakse tühjenemise korral, mis toimub laadimise ajal tagakülg. Teadlased tegelevad uute materjalide uurimisega, mis koosnevad segatud fosfaatidest ja oksiididest. Neid materjale kavatsetakse kasutada katoodi jaoks.

Li-Ion akusid on kahte tüüpi:

1. silindriline;
2. prismaatiline.

Peamine erinevus on plaatide asukoht (prismaatiliselt - üksteise peal). Sellest sõltub liitiumaku suurus. Prismaatilised on reeglina tihedamad ja kompaktsemad.

Lisaks on sees turvasüsteem - mehhanism, mis temperatuuri tõustes suurendab takistust ja rõhu tõustes katkestab anoodi-katoodi ahela. Tänu elektrooniline tahvel selle sulgemine muutub võimatuks, kuna see juhib aku sees toimuvaid protsesse.

Vastupidise polaarsusega elektroodid eraldatakse eraldajaga. Korpus peab olema suletud; elektrolüüdi lekkimine või vee ja hapniku sissepääs hävitab nii aku kui ka elektroonilise kandeseadme.

U erinevad tootjad Liitiumaku võib välja näha täiesti erinev, tootel pole ühtset kuju. Anoodi ja katoodi aktiivmasside suhe peaks olema ligikaudu 1:1, vastasel juhul on võimalik liitiummetalli moodustumine, mis põhjustab tulekahju.

Eelised ja miinused

Akudel on suurepärased parameetrid, mis varieeruvad sõltuvalt erinevad tootjad. Nimipinge on 3,7−3,8 V maksimaalselt 4,4 V. Energiatihedus (üks põhinäitajaid) on 110−230 Wh/kg.

Sisetakistus jääb vahemikku 5-15 mOhm/1Ah. Kasutusiga tsüklite arvu järgi (tühjenemine/laadimine) on 1000–5000 ühikut. Kiirlaadimisaeg on 15-60 minutit. Üks olulisemaid eeliseid on aeglane isetühjenemise protsess (ainult 10-20% aastas, millest 3-6% esimesel kuul). Töötemperatuuri vahemik on 0 C - +65 C temperatuuril alla nulli, laadimine on võimatu.

Laadimine toimub mitmes etapis:

1. enne teatud punkt lekib maksimaalne vool tasu;
2. tööparameetrite saavutamisel väheneb vool järk-järgult 3% -ni maksimaalsest väärtusest.

Ladustamise ajal on isetühjenemise kompenseerimiseks vajalik perioodiline laadimine ligikaudu iga 500 tunni järel. Ülelaadimisel võib ladestuda liitiummetall, mis elektrolüüdiga suhtlemisel moodustab hapniku. See suurendab suurenenud siserõhu tõttu rõhu languse ohtu.

Sage laadimine vähendab oluliselt aku eluiga. Lisaks mõjutab keskkond, temperatuur, vool jne.

Elemendil on puudusi, mille hulgas on järgmised:

kasutustingimused

Akut on kõige parem hoida järgmistel tingimustel: Laeng peaks olema vähemalt 40% ja temperatuur ei tohiks olla väga madal ega kõrge. Parim variant on vahemik 0C kuni +10C. Tavaliselt kaob 2 aasta jooksul umbes 4% võimsusest, mistõttu ei ole soovitatav osta akusid rohkem kui varajased kuupäevad tootmine.

Teadlased on leiutanud viisi säilivusaja pikendamiseks. Elektrolüüdile lisatakse sobiv säilitusaine. Kuid selliste akude puhul tuleks „treening“ läbi viia 2–3 täieliku tühjenemis-/laadimistsüklina, et need saaksid hiljem töötada. tavaline mood. Vastasel juhul võib tekkida "mäluefekt" ja sellele järgnev kogu struktuuri turse. Kell õige kasutamine ja vastavus kõikidele ladustamisstandarditele, võib aku töötada pikka aega, samas kui selle võimsus jääb kõrgele tasemele.

Mis tahes laadimis- ja tühjendusprotsessid patareid tekkida keemilise reaktsioonina. Küll aga liitiumilaeng ioon akud- see on erand reeglist. Teaduslikud uuringud näidata selliste patareide energiat ioonide kaootilise liikumisena. Asjatundjate avaldused väärivad tähelepanu. Kui teadus on liitiumioonakude õige laadimine, peaksid need seadmed kestma igavesti.

Teadlased näevad nn lõksudega blokeeritud ioonides tõendeid aku kasuliku võimsuse kadumise kohta, mida praktika on kinnitanud.

Seega, nagu ka teistel sarnased süsteemid, ei ole liitiumioonseadmed nende praktilise kasutamise käigus kaitstud defektide eest.

Liitiumioonkonstruktsioonide laadijatel on mõningaid sarnasusi plii-happesüsteemide jaoks mõeldud seadmetega.

Kuid peamised erinevused selliste laadijate vahel ilmnevad elementide kõrgendatud pingega varustamises. Lisaks on rangemad voolutolerantsid, pluss katkendliku või ujuva laadimise välistamine, kui aku on täielikult laetud.

Suhteliselt võimas jõuseade, mida saab kasutada konstruktsioonide energiasalvestina alternatiivsed allikad energiat

Kui pinge ühendamisel/lahtiühendamisel on mõningane paindlikkus, lükkavad liitiumioonsüsteemide tootjad selle lähenemisviisi kategooriliselt tagasi.

Liitiumioonakud ja nende seadmete tööreeglid ei võimalda piiramatut ülelaadimist.

Seetõttu pole liitiumioonakude jaoks olemas nn imelaadijat, mis pikendaks nende kasutusiga pikaks ajaks.

Impulsslaadimise või muude teadaolevate trikkide abil on võimatu saada lisaliitiumioonvõimsust. Liitiumioonenergia on omamoodi "puhas" süsteem, mis võtab vastu rangelt piiratud koguse energiat.

Koobaltiga segatud akude laadimine

Klassikalised kujundused liitiumioonakud varustatud katoodidega, mille struktuur koosneb järgmistest materjalidest:

• koobalt,
• nikkel,
• mangaan,
• alumiiniumist.

Neid kõiki laetakse tavaliselt kuni 4,20V/I pingega. Lubatud kõrvalekalle ei ole suurem kui +/- 50 mV/I. Kuid on ka üksikud liigid niklipõhised liitiumioonakud, mis võimaldavad laadimispingeid kuni 4,10 V/I.

Koobaltiga segatud liitiumioonakud on varustatud sisemiste kaitseahelatega, kuid see takistab harva aku plahvatamist ülelaadimisel.

Samuti on arendusi liitium-ioonakud, kus liitiumi osakaalu on suurendatud. Nende jaoks võib laadimispinge ulatuda 4,30 V/I ja kõrgemale.

Noh, pinge suurendamine suurendab mahtuvust, kuid kui pinge ületab spetsifikatsiooni, võib see kaasa tuua aku struktuuri hävimise.

Seetõttu on liitium-ioonakud enamasti varustatud kaitseahelatega, mille eesmärk on säilitada kehtestatud norm.

Täielik või osaline laadimine

Praktika näitab aga: kõige võimsamad liitiumioonakud võivad võtta rohkem aega kõrge tase pinge tingimusel, et seda toidetakse lühikese aja jooksul.

Selle valiku puhul on laadimise efektiivsus umbes 99% ja element püsib jahedana kogu laadimisaja jooksul. Tõsi, mõned liitiumioonakud soojenevad täislaadimisel ikkagi 4-5C.

See võib olla tingitud kaitsest või suurest sisemisest takistusest. Selliste akude puhul tuleks laadimine peatada, kui temperatuur tõuseb mõõduka laadimiskiirusega üle 10ºC.

Liitium-ioonakud sees laadija laadimisel. Indikaator näitab, et akud on täielikult laetud. Edasine protsessähvardab patareisid kahjustada

Koobaltiga segatud süsteemide täielik laadimine toimub lävipingel. Sel juhul langeb vool kuni 3-5% nimiväärtusest.

Aku näitab täislaadimist isegi siis, kui see saavutab teatud mahutavuse, mis jääb pikaks ajaks muutumatuks. Selle põhjuseks võib olla aku suurenenud isetühjenemine.

Suurendab laadimisvoolu ja laengu küllastumist

Tuleb märkida, et laadimisvoolu suurendamine ei kiirenda täislaadimise oleku saavutamist. Liitium saavutab tipppinge kiiremini, kuid laadimine kuni võimsuse täieliku küllastumiseni võtab kauem aega. Suure vooluga aku laadimine tõstab aga aku mahutavuse kiiresti ligikaudu 70%-ni.

Liitiumioonakud ei toeta kohustuslikke täislaetud, nagu happeplii seadmete puhul. Pealegi on see laadimisvõimalus liitiumioonide jaoks ebasoovitav. Tegelikult on parem akut mitte täielikult laadida, sest kõrge pinge "pingestab" akut.

Valik läve rohkem madalpinge või küllastuslaengu täielik eemaldamine aitab pikendada liitiumioonaku eluiga. Tõsi, selle lähenemisega kaasneb aku energia vabanemise aja vähenemine.

Siinkohal tasub tähele panna: tavaliselt töötavad kodulaadijad maksimaalne võimsus ja ei toeta kohandamist laadimisvool(pinge).

Tarbijatele mõeldud liitiumioonakulaadijate tootjad hindavad pikaks kasutuseaks alla oluline tegur kui vooluringilahenduste keeruliseks muutmise kulud.

Li-ion akulaadijad

Mõned odavad kodulaadijad töötavad sageli lihtsustatud meetodil. Laadige liitiumioonakut ühe tunni või vähemaga, ilma küllastuslaadimiseta.

Selliste seadmete valmisoleku indikaator süttib, kui aku saavutab esimeses etapis pinge künnise. Laadimisaste on umbes 85%, mis sageli rahuldab paljusid kasutajaid.

Seda kodumaist laadijat pakutakse töötamiseks erinevad patareid, sealhulgas liitiumioonakudega. Seadmel on pinge ja voolu reguleerimise süsteem, mis on juba hea

Professionaalsed laadijad (kallid) eristuvad selle poolest, et need seavad laadimispinge läve madalamaks, pikendades sellega liitiumioonaku eluiga.

Tabel näitab projekteerimisvõime laadides selliste seadmetega erinevate pingelävedega, küllastuslaadimisega ja ilma:

Laadimispinge, V/elemendi kohta	Võimsus kõrgepinge väljalülitamisel, %	Laadimisaeg, min	Võimsus täisküllastuse korral, %
3.80	60	120	65
3.90	70	135	75
4.00	75	150	80
4.10	80	165	90
4.20	85	180	100

Niipea, kui liitiumioonaku hakkab laadima, tõuseb pinge kiiresti. See käitumine on võrreldav koorma tõstmisega kummipaelaga, kui esineb viivitusefekt.

Võimsus saavutatakse lõpuks, kui aku on täielikult laetud. See laadimisomadus on tüüpiline kõikidele akudele.

Mida suurem on laadimisvool, seda heledam on kummipaela efekt. Madal temperatuur või suure sisetakistusega raku olemasolu ainult võimendab mõju.

Liitiumioonaku struktuur kõige lihtsamal kujul: 1- vasest negatiivne siin; 2 — alumiiniumist plussrehv; 3 - koobaltoksiidi anood; 4- grafiitkatood; 5 - elektrolüüt

Laadimisseisundi hindamine laetud aku pinge lugemise järgi on ebapraktiline. Lahtise vooluahela (tühikäigu) pinge mõõtmine pärast aku mitu tundi seismist on parim hindamisnäitaja.

Nagu teiste akude puhul, mõjutab temperatuur tühikäigu kiirust samamoodi aktiivne materjal liitium-ioonaku. , sülearvutid ja muud seadmed on hinnatud kulonide loendamisega.

Liitium-ioonaku: küllastuslävi

Li-ion aku ei suuda liigset laengut absorbeerida. Seega, kui aku on täielikult küllastunud, tuleb laadimisvool kohe eemaldada.

Pidev voolulaeng võib põhjustada liitiumelementide metalliseerumist, mis rikub selliste akude ohutu töö tagamise põhimõtet.

Defektide tekkimise minimeerimiseks peaksite liitiumioonaku võimalikult kiiresti lahti ühendama, kui see saavutab tipplaetuse.

See aku ei võta enam täpselt nii palju laadimist, kui peaks. Sest vale laadimine see on kaotanud oma peamised energia salvestamise omadused

Niipea kui laadimine peatub, hakkab liitiumioonaku pinge langema. Ilmub füüsilist stressi vähendav mõju.

Pinget korraks tühikäik jaotatakse ebaühtlaselt laetud elementide vahel pingega 3,70 V ja 3,90 V.

Siin köidab protsess tähelepanu ka see, kui täisküllastunud laengu saanud liitiumioonaku hakkab laadima naaberakut (kui see on vooluringis kaasatud), mis pole küllastuslaengut saanud.

Kui liitiumioonakusid tuleb nende valmisoleku tagamiseks pidevalt laadija peal hoida, tasub loota laadijatele, millel on lühiajaline kompensatsioonilaadimise funktsioon.

Välgulaadija lülitub sisse, kui avatud vooluahela pinge langeb 4,05 V/I ja lülitub välja, kui pinge jõuab 4,20 V/I.

Kuumvalmidus- või ooterežiimis kasutamiseks mõeldud laadijad võimaldavad sageli aku pingel langeda 4,00 V/l-ni ja laadivad liitiumioonakusid ainult 4,05 V/l-ni, mitte ei jõua 4,20 V/I tasemele.

See meetod vähendab füüsilist pinget, mis on oma olemuselt seotud tehnilise pingega, ja aitab pikendada aku kasutusiga.

Koobaltivaba akude laadimine

Traditsiooniliste akude elemendi nimipinge on 3,60 volti. Koobaltit mitte sisaldavate seadmete puhul on reiting aga erinev.

Seega on liitiumfosfaatpatareide nimiväärtus 3,20 volti ( laadimispinge 3,65 V). Ja uutel liitiumtitanaadi akudel (Venemaal valmistatud) on elemendi nimipinge 2,40 V (laadija pinge 2,85).

Liitiumfosfaatpatareid on energiasalvestid, mille struktuur ei sisalda koobaltit. See asjaolu muudab mõnevõrra selliste akude laadimistingimusi.

Traditsioonilised laadijad sellistele akudele ei sobi, kuna koormavad akut üle plahvatusohuga. Vastupidi, koobaltivabade akude laadimissüsteem ei anna piisavat laadimist traditsioonilisele 3,60 V liitiumioonakule.

Liitiumioonaku laetus on ületatud

Liitiumioonaku töötab ohutult kindlaksmääratud tööpinge piires. Aku töövõime muutub aga ebastabiilseks, kui seda laetakse üle tööpiiride.

Üle 4,30 V pingega liitiumioonaku pikaajaline laadimine, mis on kavandatud töövõimsusele 4,20 V, on täis anoodi liitiummetalliseerimist.

Katoodimaterjal omandab omakorda oksüdeeriva aine omadused, kaotab stabiilsuse ja eraldab süsinikdioksiidi.

Akuelemendi rõhk tõuseb ja kui laadimine jätkub, siis seade sisemine kaitse töötab rõhkudel 1000 kPa kuni 3180 kPa.

Kui pärast seda rõhu tõus jätkub, avaneb kaitsemembraan rõhutasemel 3,450 kPa. Selles olekus on liitiumioonaku element plahvatuse äärel ja teeb lõpuks just seda.

Struktuur: 1 - ülemine kate; 2 - ülemine isolaator; 3 - teraspurk; 4 - alumine isolaator; 5 — anoodi sakk; 6 - katood; 7 - eraldaja; 8 - anood; 9 — katoodsakk; 10 - tuulutusava; 11 - PTC; 12 — tihend

Liitium-ioonaku sees oleva kaitse käivitamine on seotud sisemise sisu temperatuuri tõusuga. Täielikult laetud akul on kõrgem sisetemperatuur kui osaliselt laetud akul.

Seetõttu näivad liitiumioonakud madalal laadimisel ohutumad. Seetõttu nõuavad mõne riigi ametiasutused liitiumioonakude kasutamist lennukites, mis on energiaga küllastunud mitte rohkem kui 30% täisvõimsusest.

Aku sisetemperatuuri künnis on täis laetud on:

• 130-150 °C (liitium-koobalti jaoks);
• 170-180 °C (nikli-mangaani-koobalti jaoks);
• 230-250°C (liitiummangaani puhul).

Tuleb märkida: liitiumfosfaatpatareidel on parem temperatuuristabiilsus kui liitiummangaanpatareidel. Liitium-ioonakud ei ole ainsad, mis energia ülekoormuse tingimustes ohtu kujutavad.

Näiteks plii-nikkelakud on samuti altid sulama koos järgneva tulekahjuga, kui energiaküllastumine toimub passirežiimi rikkudes.

Seetõttu on akuga ideaalselt sobivate laadijate kasutamine kõigi liitiumioonakude puhul ülimalt tähtis.

Mõned järeldused analüüsist

Liitiumioonakude laadimine on niklisüsteemidega võrreldes lihtsustatud. Laadimisahel on sirgjooneline, pinge- ja voolupiirangutega.

See ahel on palju lihtsam kui skeem, mis analüüsib keerulisi pingesignatuure, mis muutuvad aku kasutamisel.

Liitium-ioonakude energiaküllastusprotsess võimaldab katkestusi neid akusid ei pea täielikult küllastama, nagu see on pliiakude puhul.

Kontrolleri ahel väikese võimsusega liitiumioonakude jaoks. Lihtne lahendus ja minimaalselt detaile. Kuid ahel ei paku tsüklitingimusi, mille korral pikaajaline teenuseid

Liitium-ioonakude omadused lubavad taastuvate energiaallikate kasutamisel kasu ( päikesepaneelid ja tuuleturbiinid). Reeglina laeb tuulegeneraator akut harva täis.

Liitiumioonide puhul lihtsustab püsiseisundi laadimisnõuete puudumine laadimiskontrolleri disaini. Liitium-ioonaku puhul pole pinge ja voolu võrdsustamiseks vaja kontrollerit, nagu seda nõuavad pliiakud.

Kõik majapidamises kasutatavad ja enamus tööstuslikud liitiumioonlaadijad laevad akut täielikult. Kuid olemasolevaid seadmeid Liitium-ioonakude laadimine ei võimalda üldjuhul tsükli lõpus pinget reguleerida.

Liitiumioonakud ei ole nii peened kui nende nikkel-metallhüdriidpatareid, kuid vajavad siiski hoolt. Pidades kinni viis lihtsad reeglid , saate mitte ainult pikendada eluring liitium-ioonakud, vaid pikendavad ka mobiilseadmete tööaega ilma laadimiseta.

Ärge lubage täielikku tühjenemist. Liitiumioonakudel puudub nn mäluefekt, mistõttu saab neid laadida ja pealegi tuleb neid laadida, ootamata, kuni need nullini tühjenevad. Paljud tootjad arvutavad liitiumioonaku eluiga täistühjenemise tsüklite arvu järgi (kuni 0%). Kvaliteetsete akude jaoks on see 400-600 tsüklit. Liitiumioonaku eluea pikendamiseks laadige telefoni sagedamini. Optimaalselt saab telefoni laadima panna kohe, kui aku laetus langeb alla 10-20 protsendi. See suurendab tühjendustsüklite arvu kuni 1000-1100 .
Eksperdid kirjeldavad seda protsessi sellise indikaatoriga nagu Depth Of Discharge. Kui teie telefon on tühjenenud 20% -ni, on tühjenemise sügavus 80%. Allolev tabel näitab liitiumioonaku tühjenemistsüklite arvu sõltuvust tühjenemise sügavusest:

Tühjendage üks kord 3 kuu jooksul. Pikaajaline täislaadimine on liitiumioonakudele sama kahjulik kui pidev nullini laadimine.
Ekstreemsuse tõttu ebastabiilne protsess laadimine (laadime telefoni sageli vastavalt vajadusele ja võimalusel USB-st, pistikupesast, vooluvõrgust väline aku jne) soovitavad eksperdid kord 3 kuu jooksul aku täielikult tühjaks laadida ja seejärel 100% täis laadida ning laetuna hoida 8-12 tundi. See aitab lähtestada nn kõrge ja madala aku märgid. Selle kohta saate rohkem lugeda.

Hoida osaliselt laetuna. Liitiumioonaku pikaajaliseks säilitamiseks on optimaalne seisukord 30–50 protsenti laetud temperatuuril 15 °C. Kui jätate aku täielikult laetuks, väheneb selle võimsus aja jooksul oluliselt. Kuid aku, mis on pikka aega riiulil tolmu kogunud, nullini tühjenenud, pole tõenäoliselt enam elus - on aeg see taaskasutusse saata.
Allolev tabel näitab, kui palju võimsust jääb liitiumioonakusse olenevalt säilitustemperatuurist ja laetuse tasemest, kui seda hoitakse 1 aasta jooksul.

Kasutage originaallaadijat. Vähesed inimesed teavad, et laadija on enamasti ehitatud otse mobiilseadmete sisse ja välisesse Võrguadapter See alandab ainult pinget ja alaldab kodumajapidamise elektrivõrgu voolu, see tähendab, et see ei mõjuta otseselt akut. Mõned vidinad, nt. digikaamerad, neil ei ole sisseehitatud laadijat ja seetõttu on nende liitiumioonakud sisestatud välisesse laadijasse. See on koht, kus küsitava kvaliteediga välise laadija kasutamine algse asemel võib aku jõudlust negatiivselt mõjutada.

Vältige ülekuumenemist. hästi ja halvim vaenlane liitium-ioonakud on soojust– nad ei talu ülekuumenemist. Seetõttu ärge lubage mobiilseadmed otsene päikesekiired ja ärge jätke neid soojusallikate (nt elektrikerised) vahetusse lähedusse. Maksimaalne lubatud temperatuurid, milles on võimalik kasutada liitiumioonakusid: -40°C kuni +50°C

Lisaks saate vaadata

Tänapäeval kasutatakse erinevates valdkondades kõige sagedamini liitium-ioonakusid. Neid kasutatakse eriti laialdaselt mobiilses elektroonikas (PDA-d, mobiiltelefonid, sülearvutid ja palju muud), elektrisõidukites jne. Selle põhjuseks on nende eelised varem laialt levinud nikkel-kaadmium (Ni-Cd) ja nikkel-metallhüdriid (Ni-MH) akude ees. Ja kui viimased on jõudnud oma teoreetilise piiri lähedale, siis on liitiumioonakutehnoloogia oma teekonna alguses.

Seade

Liitiumioonakudes toimib alumiinium negatiivse elektroodina (katoodina) ja vask positiivse elektroodina (anoodina). Elektroode saab valmistada erineva kujuga, kuid reeglina on need pikliku pakendi või silindri kujulised fooliumid.

• Vaskfooliumil olev anoodimaterjal ja alumiiniumfooliumil katoodimaterjal eraldatakse poorse separaatoriga, mis on immutatud elektrolüüdiga.
• Elektroodipakett on paigaldatud suletud korpusesse ning anoodid ja katoodid on ühendatud voolukollektori klemmidega
• Aku katte all võib olla spetsiaalsed seadmed. Üks seade reageerib, suurendades vastupidavust positiivsele temperatuurikoefitsiendile. Teine seade katkestab elektriühenduse positiivse klemmi ja katoodi vahel, kui gaasirõhk akus tõuseb üle lubatud piiri. Mõnel juhul on korpus varustatud kaitseklapiga, mis vähendab sisemist rõhku töötingimuste rikkumiste või hädaolukordade korral.
• Tööohutuse suurendamiseks kasutavad mitmed akud ka väliseid akusid elektrooniline kaitse. See hoiab ära liigse kuumenemise, lühis ja aku laadimine.
• Struktuurselt toodetakse akusid prismaatilise ja silindrilise versioonina. Silindriliste patareide separaatori ja elektroodide kokkurullitud pakett asetatakse alumiiniumist või terasest korpusesse, millega see ühendatakse negatiivne elektrood. Aku positiivne poolus tuuakse läbi isolaatori kaaneni välja. Prismaatilised akud luuakse ristkülikukujuliste plaatide üksteise peale virnastamisel.

Seda tüüpi liitiumioonakud võimaldavad tihedamat pakkimist, kuid elektroodidele avaldatavat survejõudu on raskem säilitada kui silindriliste akude puhul. Paljud prismapatareid kasutavad elliptiliseks spiraaliks keeratud elektroodide pakendi rullkoostu.

Enamik akusid toodetakse prismaversioonidena, kuna nende peamine eesmärk on tagada sülearvutite ja mobiiltelefonide töö. Liitiumioonakude disain on täielikult suletud. See nõue tingitud vedela elektrolüüdi lekke lubamatusest. Kui veeaur või hapnik satub sisse, tekib elektrolüüdi ja elektroodi materjalidega reaktsioon, mis viib aku täieliku rikkeni.

Tööpõhimõte

• Liitiumioonakudel on kaks elektroodi anoodi ja katoodi kujul, nende vahel on elektrolüüt. Aku ühendamisel anoodil suletud vooluring tekib keemiline reaktsioon, mis viib vabade elektronide moodustumiseni.
• Need elektronid kipuvad jõudma katoodile, kus nende kontsentratsioon on madalam. Samas alates sirge tee Elektrolüüt, mis asub elektroodide vahel, hoiab neid anoodilt katoodile. Jäänused ainus viis- läbi ahela, kus aku on suletud. Sel juhul varustavad määratud vooluringi mööda liikuvad elektronid seadet energiaga.
• Positiivselt laetud liitiumioonid, mis põgenenud elektronide poolt maha jäid, suunatakse samal ajal läbi elektrolüüdi katoodile, et rahuldada elektronide nõudlust katoodi poolel.
• Pärast kõigi elektronide liikumist katoodile toimub aku "surm". Kuid liitiumioonaku on taaslaetav, mis tähendab, et protsessi saab tagasi pöörata.

Laadija abil saate vooluahelasse energiat sisestada, käivitades seeläbi reaktsiooni vastupidine suund. Tulemuseks on elektronide kogunemine anoodile. Kui aku on uuesti laetud, jääb see enamasti nii kauaks kuni aktiveerimiseni. Kuid aja jooksul kaotab aku osa oma laetusest isegi ooterežiimis.

• Aku mahutavus viitab liitiumioonide arvule, mis võivad end kinnistada anoodi või katoodi kraatritesse ja väikestesse pooridesse. Aja jooksul pärast arvukaid laadimisi katood ja anood lagunevad. Selle tulemusena väheneb ioonide arv, mida nad suudavad vastu võtta. Sel juhul ei suuda aku enam sama palju laadida. Lõpuks kaotab see täielikult oma funktsioonid.

Liitiumioonakud on konstrueeritud nii, et nende laadimist tuleb pidevalt jälgida. Selleks on a eritasu, seda nimetatakse laadimiskontrolleriks. Plaadil olev kiip juhib aku laadimisprotsessi.

Tavaline aku laadimine näeb välja selline:

• Laadimisprotsessi alguses annab kontroller voolu 10% nimivoolust. IN Sel hetkel pinge tõuseb 2,8 V-ni.
• Seejärel suureneb laadimisvool nimivooluni. Sellel perioodil on pinge at DC tõuseb 4,2 V-ni.
• Laadimisprotsessi lõpus langeb vool temperatuuril pidev pinge 4,2 V, kuni aku on 100% laetud.

Faasimine võib olenevalt rakendusest erineda erinevad kontrollerid, mis viib erinevad kiirused laadimine ja vastavalt ka aku kogumaksumus. Liitiumioonakud võivad olla ilma kaitseta, see tähendab, et kontroller asub laadijas või sisseehitatud kaitsega, see tähendab, et kontroller asub aku sees. Võib esineda seadmeid, kus kaitseplaat on otse aku sisse ehitatud.

Sordid ja rakendused

Liitium-ioonakudel on kaks vormitegurit:

1. Silindrilised liitiumioonakud.
2. Tahvelarvuti liitiumioonakud.

Elektrokeemilise liitiumioonsüsteemi erinevad alatüübid on nimetatud kasutatava toimeaine tüübi järgi. Kõigil neil liitiumioonakudel on ühine see, et need kõik on suletud, hooldusvabad akud.

Liitium-ioonakusid on 6 kõige levinumat tüüpi:

1. Liitiumkoobalt aku . See on populaarne lahendus digikaamerad, sülearvutid ja Mobiiltelefonid kõrge erienergia intensiivsuse tõttu. Aku koosneb koobaltoksiidkatoodist ja grafiitanoodist. Liitiumkoobaltpatareide puudused: piiratud võimalused koormused, madal termiline stabiilsus ja suhteliselt lühiajaline teenuseid.

Kasutusvaldkonnad ; mobiilne elektroonika.

1. Liitium-mangaan aku . Kristallilisel liitiummangaani spinellkatoodil on kolmemõõtmeline raamistik. Spinell tagab madala takistuse, kuid sellel on mõõdukam energiatihedus kui koobaltil.

Kasutusvaldkonnad; elektrilised jõuallikad, meditsiiniseadmed, elektrilised tööriistad.

1. Liitium-nikkel-mangaan-koobaltoksiidi aku . Aku katood ühendab koobalti, mangaani ja nikli. Nikkel on kuulus oma kõrge erienergia intensiivsuse, kuid madala stabiilsuse poolest. Mangaan annab madala sisemine takistus viib aga madala erienergia intensiivsuseni. Metallide kombinatsioon võimaldab kompenseerida nende puudusi ja kasutada ära nende tugevusi.

Kasutusvaldkonnad; era- ja tööstuslikuks kasutamiseks (turvasüsteemid, päikeseelektrijaamad, avariivalgustus, telekommunikatsioon, elektrisõidukid, elektrijalgrattad ja nii edasi).

1. Liitium raudfosfaat aku . Selle peamised eelised: pikk kasutusiga, suur jõudlus voolutugevus, vastupidavus väärkasutamine, suurenenud turvalisus ja hea termiline stabiilsus. See aku on aga väikese mahutavusega.

Kasutusalad: statsionaarsed ja kaasaskantavad spetsiaalsed seadmed, kus on vaja vastupidavust ja suuri koormusvoolusid.

1. Liitium-nikkel-koobalt-alumiiniumoksiidpatarei . Selle peamised eelised: kõrge energiatihedus ja energiaintensiivsus, vastupidavus. Kuid selle ohutus ja kõrge hind piiravad selle kasutamist.

Kasutusvaldkonnad; elektrilised jõuallikad, tööstus- ja meditsiiniseadmed.

1. Liitiumtitanaadi aku . Selle peamised eelised: kiire laadimine, pikk kasutusiga, lai temperatuurivahemik, suurepärane jõudlus ja ohutus. See on kõige turvalisem saadaolev liitiumioonaku.

Siiski on sellel kõrge hind ja madal erienergia intensiivsus. Hetkel käivad arendused tootmiskulude vähendamiseks ja erienergiamahukuse suurendamiseks.

Kasutusvaldkonnad; tänav, autode elektrilised jõuallikad (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Tüüpilised omadused

Üldiselt on liitiumioonakudel järgmised tüüpilised omadused:

• Minimaalne pinge ei ole madalam kui 2,2-2,5 V.
• Maksimaalne pinge ei ole kõrgem kui 4,25-4,35 V.
• Laadimisaeg: 2-4 tundi.
• Isetühjenemine kl toatemperatuuril- umbes 7% aastas.
• Töötemperatuuri vahemik –20 °C kuni +60 °C.
• Laadimis- ja tühjendustsüklite arv kuni 20% võimsuse kadumiseni on 500-1000.

Eelised ja miinused

Eelised hõlmavad järgmist:

• Kõrge energiatihedus võrreldes niklit kasutavate leelispatareidega.
• Ühe akuelemendi pinge on üsna kõrge.
• Puudub "mäluefekt", mis tagab lihtsa töö.
• Märkimisväärne arv laadimis-tühjenemise tsükleid.
• Pikk kasutusiga.
• Lai temperatuurivahemik ühtlase jõudluse tagamiseks.
• Suhteline keskkonnaohutus.

Puuduste hulgas on järgmised:

• Mõõdukas tühjendusvool.
• Suhteliselt kiire vananemine.
• Suhteliselt kõrge hind.
• Ilma sisseehitatud kontrollerita töötamise võimatus.
• Isesüttimise tõenäosus suured koormused ja kui tühjendus on liiga sügav.
• Disain nõuab olulisi parandusi, kuna see pole täiuslik.

Esimesed katsed liitiumgalvaaniliste elementide loomiseks registreeriti 1012. aastal. Tõeliselt töötav mudel loodi 1940. aastal, esimesed tootmiskoopiad (mittelaetavad!) ilmusid 70ndatel ning seda tüüpi akude võidukäik algas 90ndate alguses, kui Jaapani firma Sony suutis oma reklaami meisterdada. tootmine.

Praegu arvatakse, et see on autonoomse loomise üks paljutõotavamaid valdkondi elektriallikad vaatamata nende üsna kõrgetele (praegusel tasemel) kuludele.

Seda tüüpi akude peamine eelis on selle kõrge energiatihedus (umbes 100 W/tunnis 1 kg kaalu kohta) ja võime sooritada suurt laadimis-/tühjenemistsüklit.

Äsja loodud akusid iseloomustab ka selline suurepärane näitaja nagu madal kiirus isetühjenemine (ainult 3–5% esimesel kuul, koos selle näitaja hilisema vähenemisega). See võimaldab

Ja see pole veel kõik – võrreldes laialt levinud Ni-Cd-ga, uus skeem samade mõõtmetega tagab see kolm korda suurema jõudluse, praktiliselt ilma negatiivse mäluefektita.

Negatiivsed omadused

liitiumioonakud.

Esiteks kõrge hind, vajadus hoida akut laetuna ja nn “vananemisefekt”, mis avaldub ka siis, kui galvaaniline element pole kasutusel olnud. Viimane ebameeldiv omadus väljendub pidevas võimsuse vähenemises, mis kahe aasta pärast võib viia toote täieliku rikkeni.