Batterijen: Li-ion, Li-Pol, Li-ion-pol en regels voor hun werking

Een beetje geschiedenis en theorie:

Eerste experimenten met het maken van lithiumbatterijen begon binnen 1912 jaar, maar pas zes decennia later, begin jaren zeventig, verschenen ze voor het eerst in huishoudelijke apparaten. Laat me bovendien benadrukken dat dit slechts batterijen waren. Latere pogingen om lithiumbatterijen (oplaadbare batterijen) te ontwikkelen mislukten vanwege problemen bij het garanderen van de veilige werking ervan.

Lithium is het lichtste van alle metalen, heeft het grootste elektrochemische potentieel en biedt de grootste energiedichtheid. Batterijen die gebruik maken van lithiummetaalelektroden kunnen zowel een hoge spanning als een uitstekende capaciteit leveren. Maar als resultaat van talloze onderzoeken in de jaren 80 is gebleken dat de cyclische werking (laden - ontladen) van lithiumbatterijen leidt tot veranderingen in de lithiumelektrode, waardoor de thermische stabiliteit afneemt en de kans bestaat dat de thermische toestand uit de hand loopt. Wanneer dit gebeurt, nadert de temperatuur van het element snel het smeltpunt van lithium en vindt er een gewelddadige reactie plaats, waarbij de vrijkomende gassen ontbranden. Een groot aantal lithiumbatterijen voor mobiele telefoons die in 1991 naar Japan werden verzonden, werd bijvoorbeeld teruggeroepen nadat er verschillende gevallen waren waarin ze in brand vlogen en brandwonden bij mensen veroorzaakten.

Vanwege de inherente instabiliteit van lithium hebben onderzoekers hun aandacht gericht op niet-metaalhoudende lithiumbatterijen op basis van lithiumionen. Nadat ze wat energiedichtheid hadden verloren en enkele voorzorgsmaatregelen hadden genomen bij het opladen en ontladen, kregen ze veiligere zogenaamde Li-ion-batterijen.

De energiedichtheid van Li-ion-batterijen is gewoonlijk twee keer zo hoog als die van standaard NiCd en in de toekomst zal deze, door het gebruik van nieuwe actieve materialen, naar verwachting nog verder toenemen en een drievoudige superioriteit ten opzichte van NiCd bereiken. Naast de grote capaciteit gedragen Li-ion-batterijen zich bij ontlading op dezelfde manier als NiCd's (hun ontlaadkarakteristieken zijn vergelijkbaar en verschillen alleen in spanning).

Tegenwoordig zijn er veel soorten Li-ion-batterijen, en je kunt lang praten over de voor- en nadelen van het ene of het andere type, maar vanuit consumentenoogpunt is het niet mogelijk om ze op uiterlijk te onderscheiden. Daarom zullen we alleen die voor- en nadelen opmerken die kenmerkend zijn voor alle typen en de redenen overwegen die hebben geleid tot de geboorte van lithium-polymeerbatterijen.

Belangrijkste voordelen:

• Hoge energiedichtheid en daardoor grote capaciteit met dezelfde afmetingen vergeleken met nikkelgebaseerde batterijen.
• Lage zelfontlading.
• Hoge spanning per cel (3,6 V versus 1,2 V voor NiCd en NiMH), wat het ontwerp vereenvoudigt en vaak bestaat de batterij uit slechts één cel. Veel fabrikanten richten zich tegenwoordig op het gebruik van zo'n eencellige batterij voor mobiele telefoons (denk aan Nokia). Om hetzelfde vermogen te leveren, moet er echter een hogere stroom worden geleverd. En dit vereist het garanderen van een lage interne weerstand van het element.
• Lage onderhoudskosten omdat er geen geheugeneffect is en er geen periodieke ontladingscycli nodig zijn om de capaciteit te herstellen.

En nadelen:

• De batterij heeft een ingebouwd beveiligingscircuit nodig (wat de kosten nog verder verhoogt) dat de maximale spanning over elke batterijcel beperkt tijdens het opladen en voorkomt dat de celspanning te laag wordt tijdens het ontladen. Bovendien beperkt het de maximale laad- en ontlaadstromen en regelt het de temperatuur van het element. Als gevolg hiervan is de mogelijkheid van lithiummetallisatie vrijwel uitgesloten.
• De batterij is onderhevig aan veroudering, zelfs als deze niet wordt gebruikt en gewoon op een plank staat. Het verouderingsproces is typisch voor de meeste Li-ion-batterijen. Om voor de hand liggende redenen zwijgen fabrikanten over dit probleem. Na een jaar is er een lichte afname van de capaciteit merkbaar, ongeacht of de accu wel of niet in gebruik is geweest. Na twee tot drie jaar wordt het vaak onbruikbaar. Batterijen van andere elektrochemische systemen ondergaan echter ook leeftijdsgebonden veranderingen met een verslechtering van hun parameters (dit geldt vooral voor NiMH die wordt blootgesteld aan hoge omgevingstemperaturen). Om het verouderingsproces te verminderen, bewaart u de batterij, opgeladen tot ongeveer 40% van de nominale capaciteit, op een koele plaats, uit de buurt van de telefoon.
• Hogere kosten vergeleken met NiCd-batterijen.

De productietechnologie voor Li-ion-batterijen wordt voortdurend verbeterd. Het wordt ongeveer elke zes maanden bijgewerkt en het wordt moeilijk om te beoordelen hoe goed nieuwe batterijen presteren na langdurige opslag.

Kortom, iedereen is goed Li-ion batterij, maar er zijn enkele problemen bij het garanderen van de operationele veiligheid en hoge kosten. Pogingen om deze problemen op te lossen leidden tot de opkomst van lithiumpolymeer (Li-pol of Li-polymeer) batterijen.

Hun grootste verschil met Li-ion is inherent aan de naam zelf en ligt in het type elektrolyt dat wordt gebruikt. Ze gebruikten een droge, vaste polymeerelektrolyt, vergelijkbaar met plastic folie en die geen elektriciteit geleidt, maar de uitwisseling van ionen mogelijk maakt (elektrisch geladen atomen of groepen atomen). De polymeerelektrolyt vervangt in wezen de traditionele poreuze, met elektrolyt geïmpregneerde separator die wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen.

Dit ontwerp vereenvoudigt het productieproces, is veiliger en maakt de productie van dunne, vrije-vormbatterijen mogelijk. Bovendien is er geen brandgevaar omdat er geen vloeistof of gel-elektrolyt aanwezig is. Met een elementdikte van ongeveer één millimeter zijn ontwikkelaars van apparatuur vrij in de keuze van de vorm, vorm en maat, zelfs inclusief de implementatie ervan in kledingfragmenten.

Maar tot nu toe hebben droge Li-polymeerbatterijen helaas onvoldoende elektrische geleidbaarheid bij kamertemperatuur. Hun interne weerstand is te hoog en kan niet de hoeveelheid stroom leveren die nodig is voor moderne communicatieapparatuur en de stroomvoorziening van harde schijven van laptopcomputers. Tegelijkertijd neemt bij verhitting tot 60 °C of meer de elektrische geleidbaarheid toe tot een acceptabel niveau, maar dit is niet geschikt voor massaal gebruik.

Je vraagt ​​​​je misschien af: hoe kan dit? Li-polymeerbatterijen worden op grote schaal op de markt verkocht, fabrikanten rusten telefoons en computers ermee uit, maar hier zeggen we dat ze nog niet klaar zijn voor commercieel gebruik. Het is heel eenvoudig. In dit geval hebben we het over batterijen, niet met droge vaste elektrolyt. Om de elektrische geleidbaarheid van kleine Li-polymeerbatterijen te vergroten, wordt er een bepaalde hoeveelheid gelachtige elektrolyt aan toegevoegd. En de meeste Li-polymeerbatterijen die tegenwoordig voor mobiele telefoons worden gebruikt, zijn eigenlijk hybrides omdat ze een gelachtig elektrolyt bevatten. Ze worden lithium-ionpolymeer genoemd. Maar de meeste fabrikanten bestempelen ze voor reclamedoeleinden en marktpromotie eenvoudigweg als Li-polymeer.

Allereerst, wat is het verschil tussen Li-ion- en Li-polymeerbatterijen waaraan gel-elektrolyt is toegevoegd? Hoewel de kenmerken en efficiëntie van beide systemen erg op elkaar lijken, is het unieke van de Li-ion-polymeerbatterij (zo kun je het ook noemen) dat deze nog steeds een vaste elektrolyt gebruikt, ter vervanging van een poreuze afscheider. Gel-elektrolyt wordt alleen toegevoegd om de ionische geleidbaarheid te verhogen.

Alle moderne telefoons, smartphones en PDA's zijn uitgerust met op lithium gebaseerde batterijen: lithium-ion of lithium-polymeer, dus in de toekomst zullen we erover praten. Dergelijke batterijen hebben een uitstekende capaciteit en levensduur, maar vereisen een zeer strikte naleving van bepaalde bedieningsregels.

Deze regels kunnen in twee groepen worden verdeeld:

• Gebruiker onafhankelijk
• Afhankelijk van gebruiker.

IN Eerst Deze groep omvat de fundamentele regels voor het opladen en ontladen van batterijen, die worden bestuurd door een apparaat (controller) dat in de batterij is ingebouwd, en soms ook door een extra controller die zich in het apparaat zelf bevindt. Deze regels zijn eenvoudig:

• De batterij moet gedurende de hele levensduur in een toestand blijven waarin de spanning niet hoger is dan 4,2 volt en niet onder de 2,7 volt daalt. Deze spanningen zijn indicatoren voor respectievelijk de maximale (100%) en minimale (0%) lading. De hierboven genoemde minimumspanning geldt voor batterijen met cokeselektroden, maar de meeste moderne batterijen hebben grafietelektroden. Voor hen is de minimale spanning 3 volt.
• De hoeveelheid energie die een batterij levert wanneer de lading verandert van 100% naar 0%, is de capaciteit. Sommige fabrikanten beperken de maximale spanning tot 4,1 volt, terwijl de batterij langer meegaat, maar de capaciteit wordt met ongeveer 10% verminderd. Ook stijgt de onderste drempel soms tot 3,0-3,3 volt, afhankelijk van het materiaal van de elektroden, met dezelfde gevolgen.
• De levensduur van de batterij is het beste bij een lading van ongeveer 45 procent, en naarmate het oplaadniveau toeneemt of afneemt, neemt de levensduur van de batterij af. Als de lading binnen de grenzen van de batterijcontroller valt (zie hierboven), is de verandering in duurzaamheid niet significant.
• Als door omstandigheden de spanning op de batterij de hierboven gespecificeerde limieten overschrijdt, zelfs voor een korte tijd, wordt de levensduur ervan dramatisch verkort. Dergelijke omstandigheden worden overbelasting en overontlading genoemd en zijn zeer gevaarlijk voor de accu.

Batterijcontrollers die voor verschillende apparaten zijn ontworpen, zullen, als ze van de juiste kwaliteit zijn gemaakt, nooit toestaan ​​dat de batterijspanning tijdens het opladen de 4,2 volt overschrijdt, maar kunnen, afhankelijk van het doel van de batterij, de minimale spanning tijdens het ontladen op verschillende manieren beperken. Dus in een batterij die bedoeld is voor bijvoorbeeld een schroevendraaier of een automodelmotor, zal de minimale spanning hoogstwaarschijnlijk echt het minimaal toegestane zijn, maar voor een PDA of smartphone zal deze hoger zijn, omdat de minimale spanning van 2,7-3,0 volt is. kan eenvoudigweg niet genoeg zijn om het elektronische apparaat te bedienen Daarom kunnen bij complexe apparaten zoals telefoons, PDA's enz. De werking van de controller die in de batterij zelf is ingebouwd, wordt aangevuld door de controller in het apparaat zelf.

Laten we het hebben over het proces van het opladen van lithiumbatterijen. De lader van elke lithiumbatterij is een constante spanningsbron van 5 volt, die een stroom kan leveren die gelijk is aan ongeveer 0,5-1,0 van de batterijcapaciteit voor opladen. Dus als de accucapaciteit 1000 mAh bedraagt, moet de lader een laadstroom leveren van minimaal 500 mA en nominaal 1 ampère.

Er zijn verschillende oplaadmodi voor lithiumbatterijen.

Laten we beginnen met de modus die standaard is bij Sony. Deze modus vereist een lange oplaadtijd en een complexe controller, maar biedt de meest volledige batterijlading.

Tijdens de eerste laadfase, die ongeveer 1 uur duurt, wordt de accu met een constante stroom opgeladen totdat de accuspanning 4,2 volt bereikt. Hierna begint de tweede fase, die ook ongeveer een uur duurt, waarin de controller, die de accuspanning op precies 4,2 volt houdt, de laadstroom geleidelijk verlaagt. Wanneer de laadstroom daalt tot een bepaalde waarde (ongeveer 0,2 van de batterijcapaciteit), begint de derde laadfase, waarbij de laadstroom blijft afnemen en de spanning op de accupolen op hetzelfde niveau blijft - 4,2 volt. De derde fase heeft, in tegenstelling tot de eerste twee, een strikt gedefinieerde duur, bepaald door de timer die in de controller is ingebouwd - 1 uur. Na de derde fase koppelt de controller de accu volledig los van de lader.

Het laadniveau van de batterij aan het einde van de eerste fase is 70%, aan het einde van de tweede - 90% en aan het einde van de derde - 100%.

Veel bedrijven gebruiken, in een poging om de kosten van hun apparaten te verlagen, vereenvoudigde oplaadmodi voor de batterij, bijvoorbeeld door het opladen te stoppen wanneer de batterijspanning 4,2 volt bereikt, dat wil zeggen door alleen de eerste oplaadfase te gebruiken. In dit geval laadt de batterij snel op, maar helaas slechts tot 70% van de werkelijke capaciteit. Het is niet moeilijk om vast te stellen dat uw apparaat zo'n vereenvoudigde controller heeft: het duurt ongeveer 3 uur om volledig op te laden.

Naar de tweede groep bevat bedieningsregels die u en ik kunnen beïnvloeden, waardoor de levensduur van de batterij aanzienlijk wordt verlengd of verkort. Deze regels zijn als volgt:

• u moet proberen de batterij niet tot een minimum te laden en vooral niet tot een staat waarin de machine zichzelf uitschakelt. Als dit gebeurt, moet u de batterij zo snel mogelijk opladen.
• U hoeft niet bang te zijn voor veelvuldig opladen, ook niet gedeeltelijk, wanneer een volledige lading niet wordt bereikt - dit is niet schadelijk voor de batterij.

In tegenstelling tot de heersende mening van veel gebruikers, schaadt overladen lithiumbatterijen niet minder, en zelfs meer, dan diepe ontlading. De controller beperkt uiteraard het maximale laadniveau, maar er is één subtiliteit. Het is bekend dat de batterijcapaciteit afhankelijk is van de temperatuur. Als we de accu bijvoorbeeld bij kamertemperatuur hebben opgeladen en voor 100% zijn opgeladen, kan het laadniveau van de accu dalen tot 80% of lager als we de kou in gaan en de machine afkoelt. Maar de tegenovergestelde situatie kan ook waar zijn. Een batterij die bij kamertemperatuur tot 100% is opgeladen, zal bij lichte verwarming tot bijvoorbeeld 105% worden opgeladen, en dit is zeer, zeer ongunstig voor de batterij. Dergelijke situaties doen zich voor bij het bedienen van een machine die lange tijd in de houder heeft gestaan. Tijdens het gebruik stijgt de temperatuur van het apparaat en daarmee de batterij, maar de lading is al vol...

In dit verband zegt de regel: als u in een wieg moet werken, koppel dan eerst de machine los van de oplader, werk eraan en sluit de oplader aan wanneer deze de "gevechts"-temperatuurmodus bereikt.

Deze regel geldt overigens ook voor bezitters van laptops en andere gadgets.

Ideale omstandigheden voor langdurige opslag van batterijen- dit is buiten het apparaat zijn met een lading van ongeveer 50%. Een werkende accu heeft maandenlang (ongeveer zes maanden) geen verzorging nodig.

En tot slot nog wat meer informatie.

• - In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, hebben lithiumbatterijen, in tegenstelling tot nikkelbatterijen, vrijwel geen “geheugeneffect”, daarom heeft de zogenaamde “training” van een nieuwe lithiumbatterij vrijwel geen zin. Voor uw eigen gemoedsrust is het voldoende om de nieuwe batterij één of twee keer volledig op te laden en te ontladen. Dit is nodig om de extra controller te kalibreren.
• - Eigenaars van apparaten weten dat u de batterij zowel via een oplader als via USB kunt opladen. Tegelijkertijd zorgt de onmogelijkheid om op te laden via USB vaak voor verbijstering. Feit is dat een USB-controller volgens de ‘wet’ een stroom van ongeveer 500 mA moet leveren aan de randapparatuur die erop is aangesloten. Er zijn echter situaties waarin de controller zelf dergelijke stroom niet kan leveren, of het apparaat is aangesloten op een USB-controller waaraan al een of ander randapparaat hangt, waardoor een deel van de stroom wordt verbruikt. Er is dus niet genoeg stroom om op te laden, vooral als de batterij te ontladen is.
• - Lithiumhoudende batterijen houden ECHT NIET VAN BEVRIEZING. Probeer altijd te voorkomen dat u de machine bij hevige kou gebruikt; u wordt dan meegesleept en de accu moet worden vervangen. Als je de machine uit de warme binnenzak van je jas haalt en een paar aantekeningen of telefoontjes maakt, en dan het kleine diertje terugzet, zullen er natuurlijk geen problemen zijn.
• - De praktijk leert dat lithiumbatterijen (niet alleen batterijen) hun capaciteit verminderen als de atmosferische druk afneemt (op grote hoogte, in een vliegtuig). Dit is niet schadelijk voor de batterijen, maar u moet er wel rekening mee houden.
• - Het komt voor dat na aankoop van een batterij met verhoogde capaciteit (bijvoorbeeld 2200 mAh in plaats van de standaard 1100 mAh), na een paar dagen gebruik van de nieuwe batterij, de machine zich vreemd begint te gedragen: hij blijft hangen, schakelt uit, de batterij lijkt te worden opgeladen, maar op de een of andere manier vreemd, enz. Het kan zijn dat uw lader, die succesvol werkt op een “native” accu, eenvoudigweg niet voldoende laadstroom kan leveren voor een accu met een grote capaciteit. De oplossing is om een ​​oplader aan te schaffen met een hoge stroomopbrengst (bijvoorbeeld 2 ampère in plaats van de vorige 1 ampère).

6 mensen vonden het bericht leuk

Een elektrische batterij is een herbruikbare chemische bron van elektrische stroom. In batterijen van dit type vinden omkeerbare interne chemische processen plaats, die ervoor zorgen dat ze herhaaldelijk cyclisch worden gebruikt (laden/ontladen) voor het opslaan van elektrische energie en het voeden van verschillende elektrische apparatuur bij afwezigheid van toegang tot het elektrische netwerk van het huishouden.

Het werkingsprincipe van batterijen is gebaseerd op de omkeerbaarheid van de chemische reacties die daarin plaatsvinden. De accumulatie van batterijlading wordt uitgevoerd door deze op te laden, dat wil zeggen door een elektrische stroom door te laten in de tegenovergestelde richting ten opzichte van de beweging van de stroom wanneer de batterij wordt ontladen.

Een batterij bestaat uit meerdere batterijen die met elkaar zijn verbonden in één elektrisch circuit.

Het belangrijkste kenmerk van een batterij is de capaciteit. De accucapaciteit is de maximaal bruikbare lading van de accu. Of met andere woorden: de batterijcapaciteit is de hoeveelheid energie die een volledig opgeladen batterij levert wanneer deze wordt ontladen tot de laagst toegestane spanning. In het SI-systeem wordt de batterijcapaciteit gemeten in coulombs, maar meestal wordt een niet-systeemeenheid gebruikt: ampère-uur. 1 A/u = 3600 C. Ook kan de accucapaciteit in wattuur worden aangegeven. Een ander hoofdkenmerk van elektrische batterijen is de uitgangsspanning van de batterij. Als u de uitgangsspanning van de accu kent, kunt u de aangegeven accucapaciteit in wattuur eenvoudig omzetten naar het meer gebruikelijke ampère-uur.

De elektrische eigenschappen van batterijen zijn afhankelijk van het materiaal van de elektroden en de samenstelling van de elektrolyt. Onderstaande tabel toont de meest gebruikte soorten elektrische batterijen.

Batterijtype	Uitgangsspanning (V)	Toepassingsgebied
Loodzuur		trolleybussen, trams, auto's, motorfietsen, elektrische vorkheftrucks, stapelaars, elektrische tractoren, noodstroomvoorziening, ononderbroken stroomvoorzieningen
nikkel-cadmium (NiCd)		elektrisch gereedschap voor de bouw, trolleybussen, elektrische huishoudelijke apparaten
nikkel-metaalhydride (NiMH)		huishoudelijke elektrische apparaten, elektrische auto's
lithium-ion (Li-ion)	3,7 (3.6)	mobiele apparaten, elektrisch gereedschap voor de bouw, elektrische voertuigen
lithiumpolymeer (Li-pol)	3,7 (3.6)	mobiele apparaten, elektrische voertuigen
nikkel-zink (NiZn)		huishoudelijke elektrische apparaten

Naarmate de batterij wordt gebruikt, nemen de uitgangsspanning en stroom af. Wanneer alle lading is verbruikt, werkt de batterij niet meer. Laad batterijen op vanaf elke gelijkstroombron met een hogere spanning en beperk daarbij de stroom. Normaal gesproken bedraagt ​​de laadstroom, gemeten in ampère, 1/10 van de nominale capaciteit van de accu (in ampère-uren). Sommige batterijtypen hebben verschillende beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het opladen van de batterij en bij het gebruik ervan. NiMH-batterijen zijn bijvoorbeeld gevoelig voor overlading, terwijl lithiumbatterijen gevoelig zijn voor overontlading, spanning en omgevingstemperatuur. NiCd- en NiMH-batterijen hebben een “geheugeneffect”. Dit uit zich in een afname van de accucapaciteit bij het opladen van een onvolledig ontladen accu. Bovendien hebben dit soort batterijen een aanzienlijke zelfontlading, dat wil zeggen dat ze geleidelijk hun lading verliezen, zelfs als ze niet op een belasting zijn aangesloten. Druppelladen helpt dit effect tegen te gaan.

Lithium-ionbatterij (Li-ion)- een type elektrische batterij dat het meest wordt gebruikt in moderne consumentenelektronica. Nu worden dergelijke batterijen gebruikt in mobiele telefoons, laptops, tablets, elektrische auto's, digitale camera's, videocamera's, enz.

Voor het eerst nam G.N. de ontwikkeling van lithiumbatterijen op zich. Lewis in 1912. Maar pas in de jaren zeventig begonnen de eerste commerciële voorbeelden van primaire lithiumcellen te verschijnen.

In de jaren 80 van de vorige eeuw werd een groot aantal experimenten uitgevoerd, waarbij werd ontdekt dat bij het fietsen van een stroombron met een metalen lithiumelektrode er dendrieten worden gevormd op het lithiumoppervlak. Als gevolg hiervan groeien dendrieten naar de positieve elektrode en ontstaat er kortsluiting in de lithiumcel. Hierdoor werden dergelijke stroomvoorzieningen buiten werking gesteld. De temperatuur in de batterij bereikt het smeltpunt van lithium. Hierdoor ontploft de batterij.

In een poging een veilige lithium-energiebron te ontwikkelen, hebben ingenieurs geleid tot de vervanging van het cyclusonstabiele lithiummetaal in de batterij door interstitiële lithiumverbindingen in koolstof- en overgangsmetaaloxiden. De meest gebruikte materialen voor het maken van lithiumbatterijen zijn grafiet en lithiumkobaltoxide (LiCoO2). In een dergelijke batterij bewegen lithiumionen tijdens het laden en ontladen van de ene implantatie-elektrode naar de andere en weer terug. Hoewel dergelijke elektrodematerialen een specifieke elektrische energie hebben die meerdere malen lager is dan die van lithium, zijn de daarop gebaseerde batterijen veel veiliger. De eerste lithium-ionbatterijen werden in 1991 door Sony ontwikkeld. Momenteel is Sony de grootste fabrikant van lithiumbatterijen.

Specificaties:

Energiedichtheid: van 110 tot 200 W*h/kg

Interne weerstand: 150 tot 250 mOhm (voor 7,2 V batterij)

Aantal laad-/ontlaadcycli totdat 20% capaciteit verloren gaat: van 500 tot 1000

Snelle oplaadtijd: 2-4 uur

Toegestane meerkosten: zeer laag

Zelfontlading bij kamertemperatuur: ongeveer 7% per jaar

Maximale celspanning: ongeveer 4,2 V (batterij volledig opgeladen)

Minimale spanning: ongeveer 2,5 V (accu volledig ontladen)

Belastingsstroom ten opzichte van capaciteit (C):

Piek: meer dan 2C

Meest acceptabel: niet meer dan 1C

Bedrijfstemperatuurbereik: −20 °C tot +60 °C

Apparaat .

Aanvankelijk werd cokes als anode gebruikt, maar later werd grafiet gebruikt. Als kathode worden lithiumoxiden met kobalt of mangaan gebruikt.

Wanneer lithium-ionbatterijen worden opgeladen, vindt de volgende chemische reactie plaats:

op kathodes: LiCoO 2 → Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe −

op anodes: С + xLi + + xe − → CLi x

Tijdens het opladen van de batterij vindt een omgekeerde reactie plaats.

Voordelen van lithiumbatterijen.

1. Hoge energiedichtheid.

2. Lage zelfontlading.

3. Geen “geheugeneffect”.

4. Gebruiksgemak.

Nadelen van lithiumbatterijen.

1. Lithium-ionbatterijen zijn gevoelig voor explosieve vernietiging wanneer ze overladen of oververhit raken. Om dit effect te voorkomen, zijn alle huishoudelijke lithiumbatterijen uitgerust met een ingebouwd elektronisch circuit dat de lading van de batterij regelt, waardoor overlading en oververhitting wordt voorkomen.

2. Als batterijen niet zorgvuldig worden gebruikt, kunnen ze een kortere levensduur hebben dan andere typen batterijen. Een diepe ontlading van de batterij vernietigt de lithium-ioncellen volledig.

3. Optimale opslagomstandigheden voor lithium-ionbatterijen worden bereikt bij een lading van 40-50% van de batterijcapaciteit en bij een omgevingstemperatuur van ongeveer 5 °C. Lage temperaturen zijn een belangrijkere factor voor een laag capaciteitsverlies tijdens langdurige opslag.

4. Strenge oplaadvoorwaarden voor lithium-ionbatterijen maken het gebruik ervan in alternatieve energie uiterst lastig. Dit gebeurt omdat windturbines en zonnepanelen tijdens de laadcyclus geen constante stroom kunnen leveren.

Veroudering.

Zelfs als een lithiumbatterij niet wordt gebruikt, begint deze onmiddellijk na productie te verouderen.

Lithium-polymeer- en lithium-ionbatterijen verliezen hun capaciteit wanneer ze worden opgeladen, in tegenstelling tot nikkel- en nikkelmetaalhydridebatterijen. Hoe hoger de batterijlading en de temperatuur tijdens opslag, hoe korter de levensduur. Het is beter om lithiumbatterijen opgeladen op 40-50% en bij een temperatuur van 0 tot 10 °C te bewaren. Zowel te veel opladen als te veel ontladen vermindert de capaciteit van dergelijke batterijen.

Lithium-polymeerbatterij (Li-pol of Li-polymeer)- Dit is het meest geavanceerde ontwerp van een lithium-ionbatterij. Het maakt gebruik van een polymeermateriaal met insluitsels van een gelachtig lithiumgeleidend vulmiddel als elektrolyt. Ze worden veel gebruikt in smartphones, mobiele telefoons en andere digitale apparatuur.

Gewone lithium-polymeerbatterijen voor huishoudelijk gebruik kunnen geen hoge stroomsterkte leveren, maar er zijn speciale lithium-polymeerbatterijen ontwikkeld die een stroomsterkte kunnen leveren die tien keer of meer maal de numerieke waarde van de capaciteit is. Dergelijke batterijen worden veel gebruikt in radiografisch bestuurbare modellen, maar ook in elektrisch gereedschap en in sommige moderne elektrische voertuigen. Soortgelijke batterijen worden gebruikt in de nieuwe remenergieconversietechnologie - KERS.

Voordelen van lithium-polymeerbatterijen.

1. Hoge energiedichtheid per volume- en massa-eenheid.

2. Lage zelfontlading.

3. Kleine dikte van elementen - vanaf 1 mm.

4. Het vermogen om zeer flexibele vormen te verkrijgen;

5. Geen grote spanningsval naarmate de ontlading vordert.

6. Het aantal bedrijfscycli bedraagt ​​300 tot 500, met ontlaadstromen van 2C tot een capaciteitsverlies van 20%.

Nadelen van lithium-polymeerbatterijen.

1. Batterijen vormen een brandgevaar als ze overladen of oververhit raken. Om dit effect te voorkomen, zijn alle huishoudelijke lithiumbatterijen uitgerust met een ingebouwd elektronisch circuit dat de lading van de batterij regelt, waardoor overlading en oververhitting wordt voorkomen. Er zijn ook speciale laderalgoritmen vereist.

2. Het bereik van de bedrijfstemperatuur van lithium-polymeerbatterijen is beperkt. Deze elementen werken niet goed in de kou.

Net als lithium-ionbatterijen zijn lithium-polymeerbatterijen onderhevig aan veroudering.

Aandacht! Bij gebruik van sitemateriaal is een link naar vereist.

De productietechnologieën voor batterijen staan ​​niet stil en geleidelijk worden Ni-Cd (nikkel-cadmium) en Ni-MH (nikkel-metaalhydride) batterijen op de markt vervangen door batterijen op basis van lithiumtechnologie. Lithium-polymeer (Li-Po) en lithium-ion (Li-ion) batterijen worden steeds vaker gebruikt als stroombron in verschillende elektronische apparaten

Lithium- zilverwit, zacht en taai metaal, harder dan natrium, maar zachter dan lood. Lithium is het lichtste metaal ter wereld! De dichtheid bedraagt ​​0,543 g/cm3. Het kan worden verwerkt door te drukken en te rollen. Lithiumafzettingen zijn te vinden in Rusland, Argentinië, Mexico, Afghanistan, Chili, de VS, Canada, Brazilië, Spanje, Zweden, China, Australië, Zimbabwe en Congo

Excursie in de geschiedenis

De eerste experimenten met het maken van lithiumbatterijen begonnen in 1912, maar pas zes decennia later, begin jaren zeventig, werden ze voor het eerst in huishoudelijke apparaten geïntroduceerd. Laat me bovendien benadrukken dat dit slechts batterijen waren. Latere pogingen om lithiumbatterijen (oplaadbare batterijen) te ontwikkelen mislukten vanwege veiligheidsoverwegingen. Lithium, het lichtste van alle metalen, heeft het grootste elektrochemische potentieel en biedt de grootste energiedichtheid. Batterijen met lithiummetaalelektroden worden gekenmerkt door een hoge spanning en een uitstekende capaciteit. Maar als resultaat van talrijke onderzoeken in de jaren 80 werd ontdekt dat de cyclische werking (laden - ontladen) van lithiumbatterijen leidt tot veranderingen in de lithiumelektrode, waardoor de thermische stabiliteit afneemt en er een bedreiging bestaat voor de thermische toestand uit de hand lopen. Wanneer dit gebeurt, nadert de temperatuur van het element snel het smeltpunt van lithium - en begint er een gewelddadige reactie, waarbij de vrijkomende gassen ontbranden. Een groot aantal lithiumbatterijen voor mobiele telefoons die in 1991 naar Japan werden verzonden, werden bijvoorbeeld teruggeroepen na verschillende brandincidenten.

Vanwege de inherente instabiliteit van lithium hebben onderzoekers hun aandacht gericht op niet-metaalhoudende lithiumbatterijen op basis van lithiumionen. Door een beetje te spelen met de energiedichtheid en wat voorzorgsmaatregelen te nemen bij het opladen en ontladen, kwamen ze tot veiligere zogenaamde lithium-ion (Li-ion) batterijen.

De energiedichtheid van Li-ion-batterijen is doorgaans meerdere malen hoger dan die van standaard NiCd- en NiMH-batterijen. Dankzij het gebruik van nieuwe actieve materialen wordt deze superioriteit elk jaar groter. Naast hun grote capaciteit gedragen Li-ion-batterijen zich bij ontlading op dezelfde manier als nikkelbatterijen (hun ontlaadkarakteristieken zijn vergelijkbaar en verschillen alleen in spanning).

Tegenwoordig zijn er veel soorten Li-ion-batterijen, en je kunt lang praten over de voor- en nadelen van het ene of het andere type, maar het is onmogelijk om ze op uiterlijk te onderscheiden. Daarom zullen we alleen die voor- en nadelen opmerken die kenmerkend zijn voor alle soorten van deze apparaten, en de redenen overwegen die hebben geleid tot de geboorte van lithium-polymeer (Li-Po) batterijen.

De Li-ionbatterij was goed voor iedereen, maar problemen met het garanderen van de veiligheid van de werking en de hoge kosten brachten wetenschappers ertoe een lithium-polymeerbatterij (Li-pol of Li-po) te maken.

Het belangrijkste verschil met Li-ion komt tot uiting in de naam en ligt in het type elektrolyt dat wordt gebruikt. Aanvankelijk, in de jaren '70, werd een droge vaste polymeerelektrolyt gebruikt, vergelijkbaar met plastic folie en die geen elektriciteit geleidt, maar de uitwisseling van ionen mogelijk maakt (elektrisch geladen atomen of groepen atomen). De polymeerelektrolyt vervangt in wezen de traditionele poreuze separator geïmpregneerd met elektrolyt, zodat ze een flexibele plastic schaal hebben, lichter zijn, een hogere stroomopbrengst hebben en kunnen worden gebruikt als stroombatterijen voor apparaten met krachtige elektromotoren.

Dit ontwerp vereenvoudigt het productieproces, wordt gekenmerkt door een hogere veiligheid en maakt de productie van dunne batterijen in elke vorm mogelijk. De minimale dikte van het element is ongeveer één millimeter, dus ontwikkelaars van apparatuur zijn vrij om de vorm, vorm en maat te kiezen, zelfs inclusief de implementatie ervan in kledingfragmenten.

Belangrijkste voordelen

• Lithium-ion- en lithium-polymeerbatterijen met hetzelfde gewicht zijn qua energie-intensiteit superieur aan nikkelbatterijen (NiCd en Ni-MH)
• Lage zelfontlading
• Hoge spanning per cel (3,6-3,7V versus 1,2V-1,4 voor NiCd en NiMH), wat het ontwerp vereenvoudigt - vaak bestaat de batterij uit slechts één cel. Veel fabrikanten gebruiken zo'n eencellige batterij in verschillende compacte elektronische apparaten (mobiele telefoons, communicators, navigatiesystemen, enz.)
• Elementdikte vanaf 1 mm
• Mogelijkheid om zeer flexibele formulieren te verkrijgen

Gebreken

• De batterij is onderhevig aan veroudering, zelfs als deze niet wordt gebruikt en gewoon op een plank staat. Om voor de hand liggende redenen zwijgen fabrikanten over dit probleem. De klok begint te tikken vanaf het moment dat de batterijen in de fabriek worden geproduceerd, en de afname van de capaciteit is het gevolg van een toename van de interne weerstand, die op zijn beurt wordt gegenereerd door oxidatie van de elektrolyt. Uiteindelijk zal de interne weerstand een niveau bereiken waarop de batterij de opgeslagen energie niet meer kan leveren, ook al zit er nog voldoende energie in de batterij. Na twee of drie jaar wordt deze vaak onbruikbaar.
• Hogere kosten vergeleken met NiCd- en Ni-MH-batterijen
• Bij het gebruik van lithium-polymeerbatterijen bestaat er altijd een risico op ontsteking, wat kan optreden als gevolg van kortgesloten contacten, onjuist opladen of mechanische schade aan de batterij. Omdat de verbrandingstemperatuur van lithium erg hoog is (enkele duizenden graden), kan het nabijgelegen voorwerpen ontsteken en brand veroorzaken.

Belangrijkste kenmerken van Li-Po-batterijen

Zoals hierboven vermeld, hebben lithium-polymeerbatterijen met hetzelfde gewicht een meerdere malen hogere energie-intensiteit dan NiCd- en Ni-MH-batterijen. De levensduur van moderne Li-Po-batterijen bedraagt ​​in de regel niet meer dan 400-500 laad-ontlaadcycli. Ter vergelijking: de levensduur van moderne Ni-MH-batterijen met een lage zelfontlading is 1000-1500 cycli.

Technologieën voor de productie van lithiumbatterijen staan ​​niet stil en de bovenstaande cijfers kunnen op elk moment hun relevantie verliezen Batterijfabrikanten verbeteren elke maand hun kenmerken door de introductie van nieuwe technologische processen voor hun productie.

Van de verscheidenheid aan lithium-polymeerbatterijen die te koop zijn, kunnen twee hoofdgroepen worden onderscheiden: snelle ontlading(Hallo ontslag) en normaal. Ze verschillen van elkaar in de maximale ontlaadstroom - deze wordt aangegeven in ampère of in eenheden van batterijcapaciteit, aangegeven met de letter "C".

Toepassingsgebieden van Li-Po-batterijen

Door het gebruik van Li-Po-batterijen kunt u twee belangrijke problemen oplossen: de gebruiksduur van apparaten verlengen en het batterijgewicht verminderen

Normaal Li-Po-batterijen worden gebruikt als stroombron in elektronische apparaten met een relatief laag stroomverbruik (mobiele telefoons, communicators, laptops, enz.).

Snelle ontlading Lithium-polymeerbatterijen worden vaak " met geweld"- dergelijke batterijen worden gebruikt om apparaten met een hoog stroomverbruik van stroom te voorzien. Een sprekend voorbeeld van het gebruik van ‘power’ Li-Po-batterijen zijn radiografisch bestuurbare modellen met elektromotoren en moderne hybride auto’s. Het is in dit marktsegment dat de belangrijkste concurrentie tussen verschillende fabrikanten van Li-Po-batterijen plaatsvindt.

Het enige gebied waar lithium-polymeerbatterijen nog steeds inferieur zijn aan nikkelbatterijen is het gebied met superhoge (40-50C) ontlaadstromen. Qua prijs en capaciteit kosten lithium-polymeerbatterijen ongeveer hetzelfde als NiMH. Maar er zijn al concurrenten verschenen in dit marktsegment - (Li-Fe), waarvan de productietechnologie zich elke dag ontwikkelt.

Li-Po-batterijen opladen

De meeste Li-Po-batterijen worden opgeladen met behulp van een vrij eenvoudig algoritme - vanuit een constante spanningsbron van 4,20 V/cel met een stroomlimiet van 1C (bij sommige modellen moderne Li-Po-batterijen kunnen ze worden opgeladen met een stroomsterkte van 5C) . Het opladen wordt als voltooid beschouwd wanneer de stroom daalt tot 0,1-0,2C. Voordat de batterij overschakelt naar de spanningsstabilisatiemodus bij een stroomsterkte van 1C, wint deze ongeveer 70-80% van zijn capaciteit. Het duurt ongeveer 1-2 uur om volledig op te laden. De lader is onderworpen aan vrij strenge eisen voor de nauwkeurigheid van het handhaven van de spanning aan het einde van het opladen - niet slechter dan 0,01 V/cel.
Van de laders op de markt kunnen twee hoofdtypen worden onderscheiden: eenvoudige, niet-“computer”-laders in de prijscategorie van $10-40, alleen ontworpen voor lithiumbatterijen, en universele laders in de prijscategorie van $80-400, ontworpen om verschillende soorten batterijen te bedienen.

De eerste hebben in de regel alleen een LED-laadindicatie en de stroom daarin wordt ingesteld met behulp van jumpers of door de batterij aan te sluiten op verschillende connectoren op de lader. Het voordeel van dergelijke laders is hun lage prijs. Het belangrijkste nadeel is dat sommige van deze apparaten het einde van de lading niet correct kunnen detecteren. Ze bepalen alleen het moment van overgang van de huidige stabilisatiemodus naar de spanningsstabilisatiemodus, wat ongeveer 70-80% van de capaciteit is.

De tweede groep opladers heeft in de regel veel bredere mogelijkheden; ze tonen allemaal de spanning, stroom en capaciteit in mAh die de batterij tijdens het laadproces ‘accepteert’, waardoor je nauwkeuriger kunt bepalen hoe opgeladen de batterij is. Bij het gebruik van een lader is het allerbelangrijkste het correct instellen van het benodigde aantal blikken in de accu en de laadstroom op de lader, deze bedraagt ​​doorgaans 1C.

Werking en voorzorgsmaatregelen van Li-Po-batterijen

Het is veilig om te zeggen dat lithium-polymeerbatterijen de meest “delicate” zijn die er bestaan, d.w.z. vereisen verplichte naleving van verschillende eenvoudige regels. We noemen ze in afnemende volgorde van gevaar:

1. Batterij opladen - opladen tot een spanning van meer dan 4,20 V per cel
2. Kortsluiting batterij
3. Ontlading met stromen die de laadcapaciteit overschrijden of leiden tot verwarming van de Li-Po-batterij boven 60°C
4. Ontlading onder 3V spanning per pot
5. Batterijverwarming boven 60ºC
6. Ontlading van de batterij
7. Opslaan in ontladen toestand

Het niet naleven van de eerste drie punten leidt tot brand, alle andere tot volledig of gedeeltelijk capaciteitsverlies

Uit alles wat er is gezegd kunnen de volgende conclusies worden getrokken:

• Om brand te voorkomen, moet u over een normale oplader beschikken en daarop het aantal te laden blikjes correct instellen.
• Het is ook noodzakelijk om connectoren te gebruiken die de mogelijkheid van kortsluiting van de batterij uitsluiten en de stroom controleren die wordt verbruikt door het apparaat waarin de Li-Po-batterij is geïnstalleerd
• U moet er zeker van zijn dat uw elektronische apparaat waarin de batterij is geïnstalleerd, niet oververhit raakt. Bij +70ºС begint een “kettingreactie” in de batterij, waarbij de energie die erin is opgeslagen in warmte wordt omgezet, de batterij zich letterlijk verspreidt en alles in brand steekt wat kan branden
• Als je een bijna lege batterij kortsluit, zal er geen brand ontstaan; de batterij zal stilletjes en vredig “doodgaan” als gevolg van overmatige ontlading
• Controleer de spanning aan het einde van de ontlading van de batterij en schakel de batterij na gebruik uit
• Drukverlaging is ook de reden voor het falen van lithiumbatterijen. Er mag geen lucht in het element komen. Dit kan gebeuren als de buitenste beschermende verpakking (de batterij is verzegeld in een verpakking zoals krimpkous) beschadigd raakt door een botsing, of beschadigd is met een scherp voorwerp, of als de batterijpool ernstig oververhit raakt tijdens het solderen. Conclusie - laat niet van grote hoogte vallen en soldeer voorzichtig
• Volgens de aanbevelingen van de fabrikant moeten batterijen worden bewaard in een opgeladen toestand van 50-70%, bij voorkeur op een koele plaats, bij een temperatuur van maximaal 30°C. Opslaan in ontladen toestand heeft een negatieve invloed op de levensduur. Zoals alle batterijen hebben lithium-polymeerbatterijen een lichte zelfontlading.

Li-Po-batterijmontage

Om batterijen met een hoge stroomopbrengst of hoge capaciteit te verkrijgen, wordt parallelle aansluiting van batterijen gebruikt. Als u een kant-en-klare batterij koopt, kunt u aan de markering zien hoeveel blikjes deze bevat en hoe ze zijn aangesloten. De letter P (parallel) na het nummer geeft het aantal blikjes aan dat parallel is aangesloten, en S (serieel) - in serie. "Kokam 1500 3S2P" verwijst bijvoorbeeld naar een batterij die in serie is geschakeld met drie paar batterijen, en elk paar wordt gevormd door twee parallel geschakelde batterijen met een capaciteit van 1500 mAh, d.w.z. De batterijcapaciteit zal 3000 mAh zijn (bij parallelle aansluiting neemt de capaciteit toe) en de spanning zal 3,7V x 3 = 11,1V zijn.

Als u batterijen afzonderlijk koopt, moet u, voordat u ze op een batterij aansluit, hun potentieel gelijk maken, vooral voor de parallelle verbindingsoptie, omdat in dit geval de ene bank de andere begint op te laden en de laadstroom hoger kan zijn dan 1C. Het is raadzaam om alle gekochte banken te ontladen tot 3V met een stroomsterkte van ongeveer 0,1-0,2C voordat u ze aansluit. De spanning moet worden gecontroleerd met een digitale voltmeter met een nauwkeurigheid van minimaal 0,5%. Dit zal in de toekomst betrouwbare batterijprestaties garanderen.

Het is ook aan te raden om potentiaalvereffening (balanceren) uit te voeren, zelfs op reeds gemonteerde merkbatterijen voordat deze voor de eerste keer worden opgeladen, aangezien veel bedrijven die cellen in een batterij assembleren deze niet vóór de montage uitbalanceren.

Vanwege de afname van de capaciteit als gevolg van de werking, mag u in geen geval nieuwe banken in serie met de oude toevoegen - de batterij zal uit balans zijn.

Je kunt natuurlijk ook geen batterijen met verschillende, zelfs vergelijkbare capaciteiten combineren tot een batterij - bijvoorbeeld 1800 en 2000 mAh, en ook batterijen van verschillende fabrikanten in één batterij gebruiken, omdat verschillende interne weerstanden tot onbalans van de batterij zullen leiden.

Bij het solderen moet u voorzichtig zijn; u mag de aansluitingen niet oververhitten - dit kan de verzegeling verbreken en een batterij die nog niet is gebruikt permanent "doden". Bij sommige Li-Po-batterijen zijn stukjes tekstoliet-printplaat al aan de aansluitingen gesoldeerd voor eenvoudige bedrading. Dit voegt extra gewicht toe - ongeveer 1 g per element, maar het duurt veel langer om de plaatsen voor soldeerdraden te verwarmen - glasvezel geleidt de warmte niet goed. Draden met connectoren moeten op zijn minst met tape aan de batterijbehuizing worden vastgemaakt, zodat ze niet per ongeluk afscheuren wanneer ze meerdere keren op de oplader worden aangesloten

De nuances van het gebruik van Li-Po-batterijen

Ik zal nog een paar nuttige voorbeelden geven die volgen uit wat eerder is gezegd, maar die op het eerste gezicht niet voor de hand liggend zijn...

In de loop van een lange levensduur van de batterij raken de elementen ervan, als gevolg van de aanvankelijk kleine spreiding van de capaciteiten, uit balans - sommige banken "verouderen" eerder dan andere en verliezen hun capaciteit sneller. Met een groter aantal blikjes in de accu gaat het proces sneller. Dit leidt tot de volgende regel: het is noodzakelijk om de capaciteit van elk batterijelement te controleren.

Als er een batterij wordt aangetroffen in een samenstel waarvan de capaciteit meer dan 15-20% afwijkt van andere elementen, wordt aanbevolen om het gebruik van het gehele samenstel te weigeren, of een batterij met minder elementen uit de resterende batterijen te solderen.

Moderne laders hebben ingebouwde balancers, waarmee je onder strikte controle alle elementen in de accu afzonderlijk kunt opladen. Als de lader niet is uitgerust met een balancer, moet deze afzonderlijk worden aangeschaft en is het raadzaam de accu's hiermee op te laden.

Een externe balancer is een klein bord dat op elke bank is aangesloten en dat belastingsweerstanden, een regelcircuit en een LED bevat die aangeeft dat de spanning op een bepaalde bank het niveau van 4,17-4,19 V heeft bereikt. Wanneer de spanning op een afzonderlijk element de drempel van 4,17 V overschrijdt, sluit de balancer een deel van de stroom ‘voor zichzelf’, waardoor wordt voorkomen dat de spanning de kritische drempel overschrijdt.

Hieraan moet worden toegevoegd dat de balancer de overmatige ontlading van sommige cellen in een ongebalanceerde batterij niet verhindert; hij dient alleen ter bescherming tegen schade aan de cellen tijdens het opladen en als een middel om “slechte” cellen in de batterij te identificeren.

Het bovenstaande is van toepassing op batterijen die uit drie of meer elementen bestaan; voor batterijen met twee blikjes worden in de regel geen balancers gebruikt

Volgens talrijke reviews heeft het ontladen van lithiumbatterijen tot een spanning van 2,7-2,8V een schadelijker effect op de capaciteit dan bijvoorbeeld het opladen tot een spanning van 4,4V. Het is vooral schadelijk om de batterij in een te diep ontladen toestand te bewaren.

Er is een mening dat lithium-polymeerbatterijen niet kunnen worden gebruikt bij temperaturen onder het vriespunt. De technische specificaties van de batterijen geven een werkingsbereik aan van 0-50°C (bij 0°C blijft 80% van de batterijcapaciteit behouden). Maar toch is het mogelijk om Li-Po-batterijen te gebruiken bij temperaturen onder het vriespunt, ongeveer -10...-15°C. Het punt is dat u de batterij niet hoeft in te vriezen voor gebruik; plaats hem in uw zak, waar deze warm is. En tijdens gebruik blijkt de interne warmteontwikkeling in de accu momenteel een nuttige eigenschap, waardoor de accu niet bevriest. Uiteraard zullen de batterijprestaties iets lager zijn dan bij normale temperaturen.

Conclusie

Gezien het tempo waarin de technische vooruitgang op het gebied van de elektrochemie zich ontwikkelt, kan worden aangenomen dat de toekomst ligt bij de lithium-energieopslagtechnologieën als brandstofcellen deze niet kunnen inhalen. Wacht maar af…

Het artikel maakt gebruik van materiaal uit artikelen van Sergei Potupchik en Vladimir Vasiliev

De lithium-polymeerbatterij is een verbeterde versie van de traditionele lithium-ionbatterij. Het belangrijkste verschil is het gebruik van een speciaal polymeermateriaal, waarbij gelachtige lithiumgeleidende insluitsels als vulling worden gebruikt. Dit type batterij wordt gebruikt in veel modellen mobiele apparaten, telefoons, digitale apparaten, radiografisch bestuurbare auto's, enzovoort.

Een traditionele lithium-polymeerbatterij voor huishoudelijk gebruik kan niet teveel stroom leveren. Tegenwoordig zijn er echter speciale vermogensvarianten van dergelijke apparaten die een stroom kunnen leveren die vele malen hoger is dan de capaciteit in ampère-uren.

Ontwerp van lithium-polymeerbatterij

Het verschil tussen lithiumpolymeer- en lithiumion-energieopslag is het type elektrolyt dat wordt gebruikt. Polymeerbatterijen gebruiken een speciaal polymeer met een lithiumhoudende oplossing, terwijl ionenbatterijen een gewone gel-elektrolyt gebruiken. De voedingssystemen van de meeste moderne modellen maken gebruik van een lithium-polymeerbatterij. Dit komt door het feit dat het krachtigere ontlaadstromen levert. Er is echter geen al te strikte scheiding tussen dit soort batterijen, omdat ze alleen verschillen in de aard van de elektrolyt. Dit geldt voor de laad- en ontlaadfuncties, bedieningsregels en veiligheidsmaatregelen.

Belangrijkste kenmerken

Een moderne lithium-polymeerbatterij met dezelfde massa is aanzienlijk energie-intensiever dan nikkel-cadmium (NiCd) en nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen. Ze hebben een aantal bedrijfscycli van ongeveer 500-600. Laten we niet vergeten dat dit voor NiCd 1000 cycli zijn, en voor NiMH ongeveer 500. Net als lithium-ion verouderen ook polymeerdragers in de loop van de tijd. Daarom zal een dergelijke batterij na 2 jaar tot 20% van zijn capaciteit verliezen.

Soorten lithium-polymeerbatterijen

Tegenwoordig zijn er twee hoofdtypen van dergelijke batterijen: standaard en snelontlading. Ze verschillen in het niveau van de maximale ontlaadstroom. Deze indicator wordt aangegeven in eenheden van batterijcapaciteit of in ampère. In de meeste gevallen overschrijdt het maximale niveau van de ontlaadstroom de 3C niet. Sommige modellen kunnen echter een stroomsterkte van 5C produceren. In apparaten met snelle ontlading is een ontlaadstroom tot 8-10C toegestaan. Snelontladingsmodellen worden echter niet gebruikt voor huishoudelijke apparaten.

Kenmerken van de applicatie

Het gebruik van een lithium-polymeerbatterij kan de bedrijfstijd van de elektromotor aanzienlijk verlengen en tegelijkertijd het gewicht van de batterij zelf verminderen. Als u dus een gewone NiMH-batterij van 650 mAh vervangt door twee gewone lithium-polymeerbatterijen, kunt u driemaal meer energie krijgen. Bovendien zal zo'n batterij ruim 10 gram lichter zijn. Als je snel ontladende batterijen neemt, kun je nog hogere prestaties behalen. Een dergelijk systeem zal niet alleen een uitstekende optie zijn voor kleine modellen vliegtuigen of helikopters, maar ook voor indrukwekkende radiogestuurde apparaten.

Lithium-polymeerbatterijen hebben, in tegenstelling tot lithium-ionbatterijen, goed gepresteerd in kleine helikopters zoals de Hummingbird en Piccolo. Vergelijkbare modellen met conventionele commutatormotoren kunnen een half uur op twee polymeerbatterijen vliegen. Bij gebruik van een borstelloze motor wordt deze tijd verlengd tot 50 minuten. Dit type batterij wordt beschouwd als een ideale optie voor lichtgewicht kamervliegtuigen. Hun efficiëntie wordt in dit geval bepaald door hun veel lichtere gewicht vergeleken met NiCd-batterijen.

Het enige gebied waarop een lithium-polymeerbatterij inferieur is aan NiCd is het gebruik ervan in apparaten met ultrahoge ontlaadstromen tot 50 C. Het is echter heel goed mogelijk dat er over een paar jaar krachtiger batterijen van dit type verschijnen . Tegelijkertijd zijn de prijzen voor lithium-polymeer-, lithium-ion- en NiCd-batterijen ongeveer hetzelfde voor dezelfde massa apparaten.

Kenmerken van de bediening

De bedieningsregels voor lithium-polymeer- en lithium-ionbatterijen zijn grotendeels vergelijkbaar. Wanneer u een polymeerbatterij gebruikt, moet u bepaalde gevaarlijke situaties vermijden die onherstelbare schade aan de batterij kunnen veroorzaken:

• het apparaat opladen met een spanning van 4,2 volt per potje;
• ontladen met stromen met een laadcapaciteit die de juiste overschrijdt;
• ontladen met een spanning van minder dan 3 volt per cel;
• drukverlaging van de batterij;
• het verwarmen van het apparaat boven de 60 graden;
• langdurige opslag in volledig ontladen toestand.

Lithium-polymeer- en lithium-ionbatterijen brengen brandgevaar met zich mee als ze oververhit of te diep ontladen worden. Om dit fenomeen tegen te gaan, zijn alle moderne batterijen uitgerust met een ingebouwd elektronisch systeem dat overontlading of oververhitting voorkomt. Daarom vereist een lithium-polymeerbatterij speciale oplaadalgoritmen.

Oplader

Het proces van het opladen van lithium-polymeerbatterijen verschilt praktisch niet van het opladen van lithium-ionbatterijen. Het opladen van de meeste lithium-polymeerbatterijen met een startlaadstroom van 1C duurt ongeveer 3 uur. Om een ​​volledige lading te bereiken, is het noodzakelijk dat de accuspanning overeenkomt met de bovenste drempelwaarde. Bovendien is een noodzakelijke voorwaarde het verminderen van de laadstroom tot 3% van de nominale waarde. Bovendien blijft zo’n accu tijdens een dergelijk opladen altijd koud. Als je de batterij constant opgeladen wilt houden, dan is het raadzaam om ongeveer eens in de 500 uur op te laden, wat overeenkomt met 20 dagen. In de regel wordt het opladen meestal uitgevoerd wanneer de spanning op de accupolen daalt tot 4,05 V. Het opladen wordt gestopt zodra de spanning op de klemmen 4,2 V bereikt.

Laadtemperatuur

De meeste lithium-polymeerbatterijen kunnen worden opgeladen bij een temperatuur van 5-45 graden bij een stroomsterkte van 1C. Als de temperatuur tussen 0 en 5 graden ligt, wordt aanbevolen om over te schakelen naar een stroomsterkte van 0,1C. Opladen bij temperaturen onder nul is in dit geval volledig verboden. Traditioneel wordt aangenomen dat de gunstigste omstandigheden voor opladen 15-25 graden zijn. Omdat alle laadprocessen bij lithium-polymeer- en lithium-ionbatterijen vrijwel identiek zijn, kunnen hiervoor dezelfde laders worden gebruikt.

Ontladingsvoorwaarden

Traditioneel ontlaadt dit type accu met een spanning van 3,0V per accu. Sommige typen apparaten moeten echter worden ontladen bij een minimumdrempel van 2,5 V. Fabrikanten van mobiele apparaten bieden een uitschakeldrempel van 3,0 V, die geschikt is voor elk type batterij. Dat wil zeggen dat naarmate de batterij leegraakt terwijl het mobiele apparaat is ingeschakeld, de spanning geleidelijk daalt en wanneer deze 3,0 V bereikt, waarschuwt het apparaat u automatisch en wordt het uitgeschakeld. Het apparaat blijft echter nog steeds wat energie uit de batterij verbruiken. Dit is nodig om te detecteren wanneer de aan/uit-knop wordt ingedrukt of voor andere soortgelijke functies. Ook kan de energie hier worden gebruikt voor zijn eigen beveiligings- en regelcircuit. Bovendien blijft een laag niveau van zelfontlading nog steeds kenmerkend voor lithium-polymeerdragers. Als u dergelijke batterijen lange tijd laat liggen, kan de spanning daarin dus onder de 2,5 V dalen, wat zeer schadelijk is. Alle interne beveiligings- en controlesystemen kunnen worden uitgeschakeld. Hierdoor kunnen dergelijke accu’s niet meer met conventionele laders worden opgeladen. Bovendien is volledige ontlading zeer schadelijk voor de interne structuur van de batterij. Daarom moet een volledig ontladen accu in de eerste fase worden opgeladen met een minimale stroomsterkte van 0,1C.

Temperatuur tijdens ontlading

De lithium-polymeerbatterij presteert het beste bij kamertemperatuur. Als u uw apparaat in warmere omgevingen gebruikt, kan de levensduur van de batterij aanzienlijk worden verkort. Wat de lithium-ionbatterij betreft, deze werkt het beste bij hoge temperaturen. In eerste instantie voorkomt het dat de interne weerstand van de batterij toeneemt, wat wordt beschouwd als een gevolg van veroudering. Vervolgens wordt de energieopbrengst echter verminderd en versnelt een temperatuurstijging het verouderingsproces als gevolg van een toename van de interne weerstand.

De lithium-polymeerbatterij heeft iets andere bedrijfsomstandigheden, omdat deze een droge en vaste elektrolyt heeft. De ideale temperatuur voor zijn werking is 60-100 graden. Daarom is een dergelijke energiedrager een ideale optie geworden voor back-upstroombronnen in regio's met een warm klimaat. Ze zijn speciaal geplaatst in een warmte-isolerende behuizing met ingebouwde verwarmingselementen, gevoed vanuit een extern netwerk.

• De lithium-polymeerbatterij heeft een superieure capaciteit en duurzaamheid ten opzichte van de lithium-ionbatterij.
• Gemakkelijk te gebruiken in veldomstandigheden wanneer er geen manier is om de temperatuur te controleren.
• Hoge energiedichtheid per gewichts- en volume-eenheid.
• Lage zelfontlading.
• Dunne elementen niet meer dan 1 mm.
• Flexibiliteit van vorm.
• Geen geheugeneffect.
• Groot bedrijfstemperatuurbereik van −20 tot +40 °C.
• Onbelangrijke spanningsval tijdens ontlading.

Nadelen van lithium-polymeerbatterijen:

• Laag rendement bij temperaturen van -20 graden en lager.
• Hoge prijs.

Lithium-polymeerbatterijen (Li-po) verschillen van lithium-ionbatterijen doordat ze geen scheiders en vloeibare elektrolyt hebben. Lithiumpolymeren gebruiken een homogene elektrolyt met lithiumzouten in de vorm van een gel, of een composietpolymeer met lithiumzouten in droge toestand (vaak is de basis polyethyleenoxide). Lithium-polymeerbatterijen kunnen ook bestaan ​​uit een niet-waterige oplossing van lithiumzouten. Lees meer over de verschillen.

Voordelen van lithium-polymeerbatterijen.

De belangrijkste voordelen van lithiumpolymeren ten opzichte van batterijen zijn dat ze een vrij lage zelfontlading hebben en 4,5 keer meer energiecapaciteit hebben dan Ni-CD-batterijen met dezelfde massa.

Lithiumpolymeren hebben doorgaans een levensduur van 300 - 600 laad-/ontlaadcycli, maar worden soms ook aangetroffen met 1000 oplaadcycli.

Veel voorkomende lithium-polymeerbatterijen hebben de vorm van een knop en zijn slechts 1 mm dik. (tablet). Bovendien hebben deze batterijen het kleinste gewicht in vergelijking met lithium-ion-, nikkel-cadmium-batterijen en niet-oplaadbare batterijen, mits ze dezelfde capaciteit hebben.

Sollicitatie

Kleine knoopvormige lithium-polymeerbatterijen met een dikte van slechts 1 mm zijn wijdverspreid. Bovendien hebben deze batterijen het minste gewicht vergeleken met de hierboven besproken batterijen en niet-oplaadbare batterijen met dezelfde energiecapaciteit. Deze factor bepaalde verdere niches voor het gebruik van lithium-polymeerbatterijen:

• mobiele telefoons
• DVR's en navigators
• radiografisch bestuurbare modellen
• verschillende gadgets en apparaten.

Nadelen van lithium-polymeerbatterijen:

■ De energiedichtheid is lager dan die van ;

■ De hoge interne weerstand van lithiumpolymeren kan geen hoge ontlaadstromen opleveren. Daarom kunnen lithiumpolymeren niet worden gebruikt in schroevendraaiers en andere zeer krachtige apparatuur.

■ Snelle degradatie, waardoor lithium-polymeerbatterijen na een paar jaar het grootste deel van hun capaciteit verliezen, zelfs tijdens opslag.

Deze batterijen zijn zeer gevoelig voor de temperatuuromstandigheden waaronder ze werken. Lithiumpolymeren kunnen dus niet normaal werken bij negatieve omgevingstemperaturen. Je hebt vast wel eens gemerkt hoe snel je mobiele telefoon leegraakt als het koud is. Lithiumpolymeren kunnen bij temperaturen boven de 70°C exploderen en brand veroorzaken.

Lithium-polymeerbatterijen kunnen na verloop van tijd verslechteren, zelfs als ze niet worden gebruikt. Daarom mag u geen lithiumpolymeren in reserve kopen. Lithiumpolymeren hebben, net als lithium-ionbatterijen, geen, maar het wordt toch aanbevolen om zich aan enkele regels met betrekking tot deze batterijen te houden:

• Laad hem volledig op de eerste keer dat u hem gebruikt
• Doorloop verschillende volledige oplaadcycli met behulp van een spanningsstabilisator.
• Het wordt aanbevolen om lithium-polymeerbatterijen op een koele plaats te bewaren, maar niet bij temperaturen onder het vriespunt.
• Vermijd volledige ontlading
• Frequent opladen op korte termijn moet worden vermeden.
• De meest optimale temperaturen voor de batterij liggen tussen +10°C en plus 25°C.