Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Teško je zamisliti život modernog čovjeka bez mobilnog telefona, tableta, prijenosnog računala, mp3 playera, zvučnika i ostalih prijenosnih prijenosnih naprava. Ali teško da bi bilo moguće zamisliti njihov rad bez kvalitetnog izvora energije. Jedna od najčešćih opcija za napajanje prijenosnih uređaja je litij-ionska baterija. Kako takva baterija radi i što je izvanredno u vezi s njom, razmotrit ćemo u ovom članku.

Dizajn i princip rada

Litij, kao kemijski element, odavno je poznat po svojoj sposobnosti lakog prijenosa naboja zahvaljujući jednom elektronu smještenom u vanjskoj orbiti.Međutim, litij se stabilizira u spojevima, a njegove soli slabo reagiraju. U Li-Ion baterijama zadatak korištenja svojstava ovog kemijskog elementa za napajanje električnih potrošača riješen je zahvaljujući značajkama dizajna.

Riža. 1. Li-ion baterijski uređaj

Strukturno, litij-ionska baterija sastoji se od sljedećih dijelova:

  • Pozitivno nabijena elektroda - od aluminijske folije. U pravilu se sastoji od tri sloja, od kojih je prvi aluminijski, a druga dva su prah ili helij u spreju. Sastav premaza uključuje vodljive baze i karbonske strukture.
  • Negativno nabijena elektroda je kompozitni element izrađen na bazi bakrene folije, koja je presvučena nanostrukturiranim litijevim solima. Oni su spojevi litija sa željezom ili kob altom, a nanose se na površinu bakra vodljivim ljepilom.
  • Elektrolit - dizajniran da ispuni prostor između anode i katode. Tijekom rada litij-ionske baterije, elektrolit prolazi pozitivne litijeve ione, ali je neprobojna prepreka za negativno nabijene elektrone. U pravilu se tekući elektrolit temelji na litijevim solima.
  • Separator ili separator - služi za odvajanje anode od katode, izbjegava nepovratnu kemijsku reakciju u slučaju unutarnjeg kratkog spoja ploča ili tijekom rasta dendrita. Najčešće se izrađuje od porozne polietilenske ploče koja se nalazi u sloju elektrolita.

U skladu s klauzulom 3.6 GOST R IEC 62660-1-2014, litij-ionsku bateriju treba shvatiti kao bateriju u kojoj, kada se pune s katode, litijevi ioni idu na anodu, a u u slučaju pražnjenja kroz teret, pomiču se natrag. Tijekom faze proizvodnje napajanja, sustav pozitivnih i negativnih elektroda je u stabilnom stanju.

Riža. 2. U početku je sustav litij-ionske baterije u stabilnom stanju

Čim se na ploče dovede napon punjenja, pod njegovim utjecajem započet će proces otpuštanja elektrona iz atoma litija, uz stvaranje pozitivno nabijenih iona.

Riža. 3. Pod utjecajem napona punjenja iz atoma će se osloboditi elektroni

Elektrone će početi privlačiti bakrena elektroda, ali neće moći prodrijeti u debljinu elektrolita. Stoga će se elementarne nabijene čestice početi kretati po zatvorenom krugu.

Riža. 4. Elektroni u zatvorenom krugu kretat će se od katode prema anodi

Dok će pozitivno nabijeni ioni litija moći slobodno prodrijeti u elektrolit i prijeći u porozni sloj grafita. Dakle, naboj se akumulira u litij-ionskoj bateriji, proces se nastavlja sve dok se katodna zona ne zasiti.

Riža. 5. Litijevi ioni će se kretati kroz elektrolit

Rezultat je stanje litij-ionske baterije u kojoj negativna elektroda ima određeni naboj, ali je njeno stanje izrazito nestabilno. Akumulirani pod utjecajem vanjskog izvora energije, litijevi ioni i elektroni uravnotežuju jedni druge.

Riža. 6. Napunjeno stanje litij-ionske baterije

Ova ravnoteža napunjenosti u litij-ionskoj bateriji održava se sve dok se bilo koji teret ne spoji na njezine priključke.

Kada spojite bilo koji električni uređaj za elektrone smještene u negativno nabijenoj elektrodi, pojavit će se put koji se kreće prema katodi.

Riža. 7. Kada je opterećenje priključeno, elektroni će se vratiti na katodu

Elektroni će se kretati kroz vanjski električni krug, a pozitivno nabijeni litijevi ioni proći će kroz elektrolit litij-ionske baterije.Usmjereno kretanje negativno nabijenih iona stvara električnu struju. Kako se nabijene čestice kreću od negativne elektrode prema pozitivnoj, baterija će se isprazniti, a za vraćanje energije morat će se ponovno napuniti.

Značajke

Rad litij-ionske baterije temelji se na njenim tehničkim parametrima. Glavne karakteristike ove vrste baterija su:

  • Gustoća energije - mjeri se u Wh/kg, za litij-ionske baterije, najčešće u rasponu od 90 do 120.
  • Specifična snaga - određuje količinu energije po jedinici težine, iznosi oko 1 - 1,8 kW/kg.
  • Postotak samopražnjenja - određuje količinu energije koju baterija potroši tijekom određenog vremenskog razdoblja. Za litij-ionske modele iznosi 2 - 3% mjesečno. Kada je baterija na sobnoj temperaturi, samopražnjenje je samo 7% godišnje.
  • Dopušteni temperaturni raspon - za litij-ionske baterije, najčešće se kreće od -30 do +50°S, ali kod nekih modela može varirati od -60 do +70°S.
  • Broj ciklusa - označava kvantitativni izraz za mogućnost pražnjenja i naknadnog punjenja prije nego se litij-ionska baterija pokvari. Ovisno o modelu i značajkama dizajna, kreće se od 2 do 5 tisuća ciklusa. A na 0,5 - 1 tisuća, u pravilu se gubi oko 20% početnog kapaciteta.
  • Minimalni i maksimalni napon - za litij-ionske baterije najmanja vrijednost je između 2,2 - 2,5 V, a najveća 4,25 - 4,35 V.
  • Vrijeme punjenja - u optimalnom načinu rada je oko 2 - 4 sata.

Prednosti i mane

Nedavno su litij-ionske baterije zauzele svoju značajnu nišu u polju neovisnih izvora napajanja i nastavljaju istiskivati druge modele. Ovaj uspjeh je rezultat niza značajnih prednosti:

  • Visoka gustoća energije u usporedbi s alkalnim, kiselim, nikl-kadmijevim i nikl-metal hidridom.
  • U usporedbi s drugim tipovima, jedan element karakterizira mnogo veća količina napona koju može isporučiti.
  • Karakterizira ih prilično veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja, zbog čega se mogu pohvaliti dužim vijekom trajanja.
  • Može funkcionirati u prilično širokom temperaturnom rasponu.
  • U usporedbi s drugim vrstama baterija, ne sadrži tvari koje predstavljaju prijetnju okolišu.

Međutim, uz prednosti, litij-ionske baterije karakteriziraju i neki nedostaci. Dakle, u slučaju nepoštivanja osnovnih načina punjenja ili rada, baterija ne samo da može pokvariti, već se i zapaliti. Ako temperatura padne ispod dopuštene granice, kapacitet baterije može se smanjiti i do 20%.Kada se prepuni, Li-Ion se brzo pokvari.

Osobine rada

Litij-ionske baterije brzo će se pokvariti ako se pogrešno koriste. Kao što su neki vlasnici mobitela mogli primijetiti, takva baterija često nabubri, što onemogućuje normalno zatvaranje poklopca.

Riža. 8. Oticanje Li-ion baterije

Ova situacija je posljedica ispuštanja velike količine plinova, koji napuhavaju tijelo Li-Ion baterije. U isto vrijeme, uz pravilnu upotrebu, napajanje će trajati 10 puta duže.

Jedno od najvažnijih pravila za litij-ionska napajanja je održavanje umjerenog temperaturnog režima. Nije dopušteno kao prekomjerno pregrijavanje, primjerice, ostaviti mobitel na plaži na izravnoj sunčevoj svjetlosti, u blizini grijalica ili u automobilu na pržećem suncu. Jednako, kao i oštra hipotermija.Ako se tijekom punjenja otkrije prekomjerna toplina, morate prekinuti postupak i ukloniti litij-ionsku bateriju radi hlađenja.

Ako se pronađe oštećena i već natečena baterija, ni u kojem slučaju je ne pokušavajte probušiti ili popraviti. Bolje ga je zamijeniti novim zbog vlastite sigurnosti, ali pažljivo slijedite osnovne načine rada i ispravno punjenje.

Značajke punjenja

Ispravno punjenje određuje trajanje litij-ionske baterije i vrijednost kapaciteta, u usporedbi s tvorničkim specifikacijama. Dakle, treba obratiti pažnju na sljedeće značajke:

  • Ne smijete dopustiti potpuno pražnjenje - iako to nije nedvosmislena izjava, ali stalna potrošnja električne energije akumulirane u bateriji za 100% vrlo brzo će dovesti do trošenja elemenata. No, ovdje postoji mala zamjerka, jednom svaka tri mjeseca takav se postupak mora provesti kako bi se održale gornja i donja granica.
  • Litij-ionske baterije imaju učinak pamćenja, iako neznatan. Stoga je bolje napuniti ih do kraja jer će stalni nedostatak napunjenosti smanjiti kapacitet.
  • Unatoč zaštiti od prekomjernog punjenja u gotovo svim litij-ionskim baterijama, ne biste ih trebali puniti više od ograničenja proizvođača.
  • Obavezno koristite originalne izvore napajanja za punjenje jer korištenje nestandardnih uređaja može nepovoljno utjecati na vijek trajanja litij-ionskih baterija.

Reference

  • Kedrinsky I.A., Yakovlev V.G. "Li-ion baterije" 2002
  • Medvedev B.S., Nalbandyan V.B., Guterman V.E. "Materijali litij-ionskih baterija" 2007
  • Popova S.S., Denisov A.A., Denisova G.P. “Kemijski izvori struje. Litij - ionske baterije filmske konstrukcije» 2009
  • Melnichuk O. V. "Značajke punjenja i pražnjenja litijevih baterija i suvremena tehnička sredstva za kontrolu tih procesa" 2016

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Električar