Най-основно, батериите на литиева основа се разделят на литиеви и литиево-йонни. Първите са непрезареждаеми се батерии и са предназначени за еднократна употреба, докато вторите са вид акумулатори, които се зареждат и разреждат многократно. Както може да се заключи от името им, за тяхната направа се използват материали, съдържащи литий. По-специално това са електродите, които представляват основен компонент във всяка батерия.
Като доставчик на подобни продукти, от екипа на АйСи Интраком ООД ще се опитаме да ви предоставим повече информация за предлаганите на пазара литиево-йонни батерии, като обърнем внимание на това какви са техните особености, употреба и поддръжка. Надяваме се чрез тази статия да ви бъдем максимално полезни и да отговорим на основните въпроси, които биха могли да възникнат в главата на всеки потребител при използването им.
Какво представляват литиево-йонните батерии?
Литиево-йонната батерия е вид вторична батерия, която разчита на многократното движение на литиеви йони между положителния и отрицателния електрод, за да функционира. По време на зареждане йоните се придвижват от положителния към отрицателния полюс, а при разреждане - в обратната посока. Батериите от този тип се характеризират с висока енергийна плътност, висока мощност, възможност за бързо зареждане и относително голяма продължителност на живот.
Литиево-йонните клетки, от които е изградена една батерия, се състоят от четири основни елемента: положителен електрод (катод), отрицателен електрод (анод), електролитен разтвор и мембрана. За тях трябва да знаем няколко основни неща:
- Активното вещество на положителния електрод може да варира при различните батерии. По-точно, за направата му се използват литиев кобалтов оксид (LiCoO₂), литиево-железен фосфат (LiFePO₄), литиев манганов оксид (LiMn₂O₄), както и някои други. Проводимият елемент (изводът) обикновено е алуминиево фолио с дебелина 10-20 микрона;
- Активният материал на отрицателния електрод е основно графит, докато за проводящ елемент се използва медно фолио с дебелина 7-15 микрона;
- Електролитният разтвор се състои от литиева сол в органичен разтворител. Той осигурява йонната проводимост. Обикновено се използва литиев хексафлуорфосфат (LiPF₆), а някои полимерни батерии използват гел електролит;
- Диафрагмата, която е един от ключовите елементи за работата на литиевата батерия е специално оформен полимерен филм с твърда мембрана, играеща ролята на еднопосочна бариера. Тя позволява свободното преминаване на литиеви йони, но не пропуска електроните, превръщайки се по този начин в електронен изолатор, който предотвратява късо съединение.
Корпус на батериите
Корпусът на батерията, наричан още акумулаторна кутия, може да бъде стоманена, алуминиева, никелирана, пластмасова или друга обвивка. Също така трябва да се отбележи, че някои батерии се предлагат с пластини за свързване, с която, ако се свържат няколко такива чрез сходните им полюси, може да се покачи общият капацитет, а ако същото се направи последователно (плюс с минус) - да се комбинира волтажът им.
Литиево-йонни батерии с пластина за свързване
Какъв е принципът на работа на литиево-йонните батерии?
Основният принцип на работа на литиево-йонната батерия може да се онагледи с така наречената “теория на люлеещия се стол”. По време на зареждането и разреждането, литиевите йони последователно се придвижат между положителния и отрицателния електрод, като при това водят до складиране или отдаване на енергия. Както вече стана ясно, литиево-йонните батерии не се държат като традиционните, където по същество имаме разрушаване на електрода поради загубата на електрони. Тук зареждането се осъществява чрез движение на литиеви йони, което води само до промени в потока на енергията. С други думи, те променят посоката на придвижване на електроните през външната токова верига, позволявайки на литиево-йонната батерия да се зарежда и разрежда многократно и без разрушение на вътрешната структура.
Как се зареждат литиево-йонните батерии?
Зареждането на литиево-йонна батерия протича в две основни фази:
- Фаза с постоянен ток (CC – Constant Current) – батерията се зарежда с фиксиран ток, докато напрежението ѝ достигне определена граница;
- Фаза с постоянно напрежение (CV – Constant Voltage) – напрежението се поддържа постоянно, а зарядният ток постепенно намалява, докато батерията се насити.
По време на зареждането катодният материал се окислява и литиевите йони се освобождават от слоевете на катода. Те преминават през електролита и се внедряват в графитния анод. Ако батерията се презареди или разреди прекомерно, това може трайно да увреди електродите и част от литиевите йони вече да не участват в реакциите.
Как се разреждат литиево-йонните батерии?
При разреждане процесът протича в обратна посока: анодът се окислява, литиевите йони напускат графита и преминават през електролита обратно към катода. Там те се комбинират с електроните и се инкорпорират в структурата на катода. Така електронният и йонният поток се срещат на границата между електрода и електролита, което осигурява електрическа енергия към външното устройство.
Основни принципи на работа при литиево-йонните батерии
- Високо работно напрежение – стандартното напрежение на клетка е около 3.2 – 3.7 V, което е приблизително три пъти по-високо от това на NiMH и NiCd батериите;
- Прекомерен разряд или саморазряд при ниско напрежение водят до необратимо разрушаване на активните материали;
- Презареждането също е опасно и значително намалява живота на батерията;
- Най-добър режим е т.нар. режим на плитко зареждане и плитко разреждане, а не честите дълбоки цикли;
- Ако батерията няма да се използва дълго време е най-добре тя да се съхранява със заряд от около 40–60%;
- При твърде нисък заряд съществува риск от прекомерно саморазреждане;
- Всички съвременните литиево-йонни батерии разполагат с система за управление на батерията (BMS – Battery Management System), която предпазва от свръхзаряд и свръхразряд и се грижи за здравето ѝ вместо потребителя.
Капацитет на литиево-йонните батерии
Капацитетът на батерията показва колко електрически заряд може да съхранява и отдава тя. Обикновено се измерва в ампер-часове (Ah) или милиампер-часове (mAh), като: 1 Ah = 1000 mAh.
Различаваме два вида капацитет:
- Номинален капацитет – това е стойността, зададена от производителя. Тя показва колко заряд батерията би трябвало да отдаде при стандартни условия;
- Действителен капацитет – реалното количество заряд, което батерията отдава в практиката. То често е малко по-ниско от номиналното и зависи от фактори като температура, възраст на батерията и скорост на разреждане.
Основни предимства на литиево-йонните батерии
- Високо работно напрежение: стандартното работно напрежение на литиево-йонната батерия е 3.2V, което е три пъти по-високо от работното напрежение на NiMH и NiCd батериите;
- Добри разрядни характеристики – коефициентът на ефективност при разряд достига 94% и повече;
- Дълъг жизнен цикъл – животът на батерията може да достигне около 2000 цикъла, а при плитко разреждане – дори повече, което доста надвишава този на другите акумулаторни технологии;
- Ниска степен на саморазряд – литиево-йонните батерии губят само 6–8% заряд на месец, докато NiCd губят 25–30%, а NiMH – 15–20%;
- Без ефект на паметта – могат да се зареждат по всяко време, без да намалява капацитетът им;
- По-малко токсични материали – не съдържат кадмий и живак, които се използват в някои по-стари батерии, което ги прави по-безопасни за околната среда (макар че производството и рециклирането им все пак създават екологични предизвикателства);
- Вградена защита – снабдени са със защитна електроника (Battery Management System), която предпазва от презареждане и дълбок разряд;
- Добри свойства при съхранение – дори след 28 дни съхранение запазват над 90% от капацитета си, което гарантира тяхната надеждност.
Приложение на литиево-йонните батерии
Литиево-йонните батерии днес имат много широко приложение. Почти няма области от живота където да не се използват - от традиционните цифрови устройства като мобилни телефони, таблети, лаптопи; през електрическите играчки и уредите за ежедневна употреба като ключове за кола, фенерчета и дистанционни устройства; до автомобили, базови комуникационни станции, UPS-и и др. Напоследък, те получиха широко разпространение и при изграждането на домашни или промишлени фотоволтаични системи, акумулирайки излишна енергия през светлата част на денонощието и отдавайки я обратно в мрежата през нощта.
В този смисъл, като официален доставчик на батерии от този тип и представител за България на продуктите с марка Headway, ние, от АйСи Интраком ООД, се ангажираме да доставяме за вас само и единствено батерии с А+ клас и качество, осигуряващи интегрирани енергийни решения с дълъг цикъл на живот, отлична производителност и висока надеждност и безопасност. Всички предлагани от нас продукти, можете да видите тук.
Ако имате нужда от още информация по темата или искате да направите поръчка, моля свържете се с нас на имейл: [email protected] или се обадете на телефон: +359 2 9231781. Нашият екип ви очаква!