Особенности литий-ионных аккумуляторов | AUTO-GL.ru
Литий-ионный аккумулятор представляет собой вторичный химический источник тока и на современном этапе является самым распространенным видом АКБ. Его устанавливают во всех ноутбуках, планшетах, мобильных телефонах и прочей технике. Номинальное напряжение такого элемента питания составляет 3,7-3,8 В, максимальное — до 4,4 В, а минимальное — от 2,5 до 3,0 В.
Содержание статьи
Из истории создания
Li-ion аккумуляторы впервые появились в начале 90-х годов. Ведущим их производителем изначально стала компания Sony. В состав такой батареи входят два электрода. Катод помещен на фольгу из алюминия, а анод расположен на фольге из меди. Между электродами помещены разделители (сепараторы), содержащие жидкий или гелеобразный электролит. Ионы лития c зарядом «+» являются носителями тока, ионами, способными проникать в другие химические элементы, давая, тем самым, ход электрохимической реакции, обеспечивающей питание того или иного устройства.
Литиевые аккумуляторные батареи прошлого поколения «славились» повышенной взрывоопасностью по причине использования в них анода металлического лития и возникновения газообразных химических соединений внутри АКБ. При множественных циклах «заряда-разряда» могло произойти замыкание, а затем и взрыв литиевого аккумулятора. Взрывы случались и по причине того, что ионы лития вступали в опасную реакцию с другими веществами, входившими в состав батареек.
Когда химическое вещество для анода окончательно заменили графитом, это удалось полностью исправить. Кстати, все современные устройства для зарядки, посредством которых батарейки получают электропитание, предохраняют их от перегревания и «перебора» тока. В литий-феррум-фосфатных АКБ этот серьезный недостаток полностью устранен. Однако для разработки безопасных аккумуляторных устройств понадобилось около 20 лет.
Во избежание самовозгорания литиевой батареи при ее зарядке производители стали встраивать в корпус контроллер заряда аккумуляторов. Контроллер регулирует температуру внутри АКБ, глубину разрядки и количество потребляемого тока. Но не все литиевые аккумуляторы снабжены контроллером. Часто производитель не устанавливает его — в целях экономии и увеличения емкости. Именно по этой причине некоторые батареи вздуваются и взрываются до сих пор.
Однако, в отличие от своих предшественников в виде никель-кадмиевых и никель-металлогидридных элементов питания, ионные аккумуляторы имеют гораздо лучшие характеристики. Низкий уровень саморазряда в таких батареях обеспечивает их более длительный срок годности, а высокая емкость позволяет им работать гораздо дольше. К тому же ни одному литиевому элементу не требуется дополнительное обслуживание, а при окончательном выходе из строя лучше его не восстанавливать, а заменить.
Как правильно эксплуатировать и хранить литий-ионный аккумулятор
Важно следить за тем, чтобы в батарее всегда находилось хотя бы минимальное количество заряда. Любую ионную батарейку нельзя доводить до полного разряда. Если она не используется и будет полностью разряжена, это приведет к короткому сроку ее службы. На сохранность АКБ сильно действует температурный фактор. Не заряжайте и не храните литиевые аккумуляторы при чрезмерно высоких и низких температурах, так как показатель их емкости быстро начнет падать.
Li-ion чувствительны к перемене напряжения. Если U в зарядном устройстве повысить даже незначительно (например, всего на 4%), АКБ будет терять емкость с каждым циклом «заряда-разряда».
Лучшие условия хранения Li-ion: заряд должен составлять, как минимум, 40% от емкости ионного элемента, а температура — от 0 до +10°С.
Несмотря на все положительные характеристики, приобретать Li-ion впрок не имеет смысла: батарея за 2 года теряет около 4% своей емкости. Во время покупки обязательно нужно обратить внимание на дату изготовления. Если с момента производства прошло больше времени, такой аккумулятор покупать не рекомендуется.
Обычный срок хранения АКБ — 2 года, но сейчас фирмы-производители изобрели способ, позволяющий хранить их более длительное время. В батарею добавляется специальный консервант, позволяющий хранить ее больше двух лет. При наличии консерванта в электролите перед первым использованием АКБ следует полностью разрядить, проведя ей своеобразную тренировку в виде двух или трех циклов «заряд-разряд». При таком расконсервировании электролит в аккумуляторе постепенно распадается, и батарея выходит на свой обычный уровень емкости.
Если с литиевыми элементами этого не делать, АКБ приобретет «эффект памяти», а далее, поскольку консервант до сих пор находится внутри, при подаче заряда и увеличении аккумуляторного тока он начнет быстро распадаться, и может произойти вздутие аккумулятора.
Если с ионными АКБ обращаться внимательно и аккуратно, соблюдая все условия хранения, при правильной эксплуатации они будут служить долго, а уровень емкости в таких аккумуляторах длительное время останется на высоком уровне.
Литий-полимерный аккумулятор как альтернатива Li-ion
Полимерные аккумуляторы — это усовершенствованный вариант литий-ионных. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас они уже рассматриваются как серьезная альтернатива предыдущим АКБ на литиевой основе. Целью создания батарей на основе полимерных материалов стало, прежде всего, возможное устранение недостатков Li-ion в виде высокой стоимости и повышенного риска самовозгорания.
Главное отличие полимерного аккумулятора от Li-ion заключается в том, что в качестве электролита при его изготовлении используются не жидкость или гель, а твердые полимеры. Смена электролита является большим достижением, потому что такие батареи более безопасны, и теперь можно гораздо меньше думать о потенциальном взрыве при их эксплуатации.
Твердые материалы и раньше выполняли серьезную роль в плане проводимости тока — например, с помощью пленки из пластика, а их использование внутри Li-pol аккумулятора вместо пористого разделителя двух его полюсов, пропитанного жидкостью, стало значительным шагом вперед.
Li-pol аккумулятор также имеет улучшенные характеристики в плане удобной формы, так как полимеры дают возможность получать разные размеры и виды таких батарей. Минимальная толщина, которой обладают полимерные аккумуляторы, может составлять всего 1 мм.
Наряду с отличиями, есть и сходства между Li-ion и Li-pol. Большей частью, это означает, что не все недостатки устранены, и возможности дальнейшей работы производителей еще не исчерпаны до конца. Например, между ними нет особой разницы в сроках службы и проблеме «старения» в случае, если они не используются.
Полимерные аккумуляторы, как и Li-ion, применяются в сотовых телефонах, радиоуправляемой технике, портативных электрических инструментах, например, в электродрелях и шуруповертах.
Некоторые производители полимерных АКБ утверждают, что у них отсутствует эффект памяти, а также они якобы могут работать в более широком температурном спектре: от -20 до +40-60°С, что делает возможным их применение, эксплуатируя в условиях жаркого тропического климата. Поскольку опасность самопроизвольного возгорания устранена еще не до конца, полимерные аккумуляторы, как правило, снабжены встроенной электросхемой, предупреждающей перезаряд и перегрев.
Как восстановить Li-ion аккумулятор
Несмотря на то, что срок службы многих современных АКБ достаточно долгий, приходит время, когда заряд любого химического источника тока истощается. Емкость падает, и АКБ уже не может работать долго и исправно. Особенно, если разряженный источник питания долго хранился без подзарядки. Существует несколько распространенных способов вернуть его к жизни. Восстановленная батарея будет работать недолго, но это поможет выиграть время до ее замены.
В Интернете описываются самые неожиданные и порой абсолютно нелогичные методы восстановления Li-Ion АКБ. Например, есть статьи о том, что можно эффективно раскачивать батарею, если заряжать и разряжать ее несколько раз подряд. Безусловно, это миф, и применять такой «способ» не стоит. Также на одном из популярных форумов описывается реальный жизненный пример о том, как один человек раскачивал батарею, положив ее в холодильник. Она вздулась до огромных размеров и лопнула после того, как была изъята из морозилки — естественно, от перепада температуры.
На серьезный вопрос о том, как действительно раскачать заново батарею сотового, можно дать простой и ясный ответ: взять любую аккумуляторную зарядку с напряжением 5-12 В и резистор сопротивлением от 330 Ом до 1 килоОм. Схема подключения предельно проста: «минус» источника питания подсоединяется к «минусу» аккумулятора, а «плюс» — к «плюсу, через резистор. Теперь нужно включить зарядное устройство в сеть и регулярно проверять рост напряжения с помощью мультиметра в течение 10-15 минут. Напряжение постепенно растет, и при достижении его числа приблизительно в 3,31 В телефон «находит» батарею и принимает ее.
Раскачка Li-ion, отключенного контроллером, с быстрым приведением АКБ в рабочее состояние тоже возможны. В данном случае, при замерах текущего напряжения его показатель будет равен около 2,5 В. Аккумулятор «жив» и может еще поработать некоторое время, хотя, на первый взгляд, он выглядит почти разряженным. Восстанавливаем его так: для этого понадобятся «народный зарядник» Imax B6 и мультиметр. У АКБ отпаивается защитная схема, она подключается к Imax. А как проверить напряжение — уже понятно: оно всегда контролируется мультиметром.
Раскачиваем АКБ максимально осторожно. Программа заряда ставится на Li-Po, режим зарядки выбирается в зависимости от вида АКБ: для Li-ion — 3,6 В, либо 3,7 В для Li-pol. Важно: в процессе восстановления выставить параметр Autо — без него запуск не начнется по причине низкого заряда АКБ. Значение тока выбирается с помощью кнопок «+» и «–». 1 А — это самый безопасный и оптимальный ток для раскачки.
Когда напряжение достигнет 3,2-3,3 В, АКБ начнет свою полноценную работу.
Можно ли починить вздутую батарею
На эту тему в Интернете есть большое количество популярных статей и даже видео типа «Восстанавливаю вздувшиеся батареи простым способом». Далее следует описание или съемка процесса разборки АКБ, протыкание ее иголкой или шилом с целью «выпустить газы», чтобы затем вставить аккумулятор обратно в телефон.
К сожалению, незадачливые авторы подобных видео и публикаций не объясняют людям, почему аккумулятор вздулся, а смело приступают к весьма сомнительным действиям, которые могут быть небезопасными как для человека, так и для устройства, в которое помещается такая батарея.
«Тренировать интеллект» и заниматься подобным восстановлением настоятельно не рекомендуется. Следует понимать, что любой литий-ионный аккумулятор — это, прежде всего, источник химических реакций, которые могут быть и токсичными, и взрывоопасными.
Вздутие АКБ может произойти как вследствие нарушения химических процессов внутри нее по причине заводского брака, так и по вине владельца гаджета, если эксплуатация была неправильной.
Если, к примеру, дешевый аккумулятор вздулся по причине дефекта при его изготовлении, следует задуматься, проверенным был производитель, и в следующий раз лучше приобрести батарею по более высокой цене, но с гарантией качества.
Также батареи вздуваются при попадании влаги внутрь, что, чаще всего, происходит по неосторожности владельца телефона или планшета. Если при зарядке телефона использовать неподходящее устройство, АКБ рано или поздно вздуется по причине высокого уровня тока, из-за которого нарушается скорость химических процессов внутри нее. Если телефон рассчитан на ток в 1А, зарядку с подачей тока в 2А использовать уже нельзя. Как альтернативу можно взять устройство с меньшим, но никак не с большим показателем тока — в случае, если «родная» зарядка утеряна, либо вышла из строя.
Использование АКБ в жарких климатических условиях тоже может стать причиной ее вздутия. Нельзя оставлять полностью заряженный телефон на жаре, а если батарея по каким-либо причинам вздулась, ее следует не разбирать и протыкать, а утилизировать и заменить на новую.
auto-gl.ru
Литиевая батарея для электроавтомобиля, преимущества и недостатки Li-ion аккумуляторов, история создания
Электромобили всё прочнее занимают своё место среди бытовых и промышленных транспортных средств. Благодаря тому, что гибридные авто в качестве источника питания используют электроэнергию, получаемую от аккумуляторов, они являются экологически чистыми механизмами. При выборе электромобиля автолюбители часто задаются вопросом, какая батарея лучше и как правильно обращаться с ней в процессе эксплуатации транспортного средства, чтобы максимально продлить срок и качество её работы.
Что представляет собой литиевая батарея
Первые литиевые батареи на основе металлического лития были созданы ещё в 70-е годы ХХ в., однако использование их было проблематично из-за большой химической активности лития. Они быстро нагревались и имели свойство взрываться или самовозгораться. Проблему удалось устранить только в 90-е годы, когда на смену чистому литию пришло применение его ионов.
Важно! Аккумулятор дополнительно оснащается предохранителем, который позволяет устранить избыточное напряжение в аварийной ситуации.
В наши дни литий-ионные АКБ (аккумуляторные кислотные батареи) являются наиболее востребованными источниками питания для электромобилей благодаря способности быстро накапливать и отдавать большое количество энергии. В электромобилях, в качестве источника питания, чаще всего используется литиевая батарея или литий-ионный аккумулятор. Такая батарея имеет отрицательно и положительно заряженные электроды, к которым клеммами подсоединяются токосъёмники.
В качестве отрицательно заряженного электрода (катода) используется углеродная матрица, которая может состоять из графита (природного или синтетического), сажи или углерода. Положительно заряженным электродом (анодом) служит литированый оксид никеля или кобальта, или литий-марганцевое соединение. Катод и анод разделены сепаратором, который имеет поры и пропитан электролитом. Электролит находится в герметичной капсуле.
При высвобождении свободных электронов на сепараторе, начинается процесс замещения в молекулах положительно и отрицательно заряженных электродов (ионы лития встраиваются в структуру матрицы углерода), что приводит к высвобождению энергии. Энергия по клеммам подаётся на провода и далее служит источником тяговой силы для электромобиля. Li-ion батарея полностью герметична. Это нужно для избежания утечки электролита и контакта электродов с кислородом или водой, что приводит к полной порче аккумулятора.
Он может быть выполнен в виде плоскости или цилиндра:
- в цилиндрической сборке электролит и сепаратор скручены в рулон и подсоединены внутри герметичного корпуса к катоду. Анодный электрод находится снаружи;
- при сборке в виде плоскостей пластины укладываются одна на другую и представляют собой набор полноценных батареек.
Знаете ли вы? Как прогнозируют аналитики Bank of America и Oxford Institute for Energy Studies, к 2030 году 40% всего автотранспорта на планете будет электрическим, а к 2050-му — 95%. Уже сейчас в Китае планируется прекратить продажу бензиновых и дизельных автомашин в Пекине к 2020 году.
Преимущества и недостатки литиевых аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы являются универсальными источниками электрического тока и пользуются большим спросом во всём мире. Они имеют свои плюсы и минусы.
К положительным сторонам Li-ion накопителя можно отнести:
- Экологичность — не загрязняет окружающую среду при выработке электроэнергии.
- Большой срок службы — до 10 лет с гарантией.
- Высокая энергетическая плотность при малом весе и габаритах — такие АКБ позволяют накопить большее количество заряда и питать автомобиль электроэнергией большее количество времени, чем другие их разновидности (например, NiCd и NiMH).
- Способны быстро заряжаться током высокого напряжения.
- Имеют низкую саморазрядность — 4–6% за 30 дней.
- Отсутствие необходимости полной зарядки и разрядки при введении в эксплуатацию.
- Позволяет использование при -20 и +50°С.
- Не требует регулярного использования — не портится при длительном хранении.
- Запас рабочих циклов (зарядка-разрядка) составляет около 1000 раз.
Отрицательными сторонами литий-ионных АКБ являются:
- Высокая цена.
- Чувствительность к перезарядке или полной разрядке (обычно оснащается специальным предохранителем).
- При температуре ниже -20°С происходит снижение уровня заряда. При работе в условиях температур выше +50°С есть опасность перегрева и порчи АКБ.
- Плохо заряжается в условиях низких температур.
- При нарушении герметичности корпуса литий-ионная АКБ взрывоопасна.
- С ходом времени снижается уровень заряжаемости.
Применение литий-ионных батарей в электромобилях
Большинство литий-ионных источников питания для гибридных и электромобилей работают с напряжением 36 В и продуцируют мощность 15 кВт. Современные АКБ такого типа вмещают 0,8–2,6 кВт/ч на 1 кг своего веса, что намного больше, чем у других типов батарей.
Оптимальный уровень заряда такого источника питания составляет от 25 до 75%, что позволяет его владельцу не особенно переживать об уровне переразряда или перезаряда (для сравнения, никель-металлгидридный аккумулятор имеет оптимальный диапазон для зарядки всего от 40 до 60%).
Современные технологии позволили создавать такие литий-ионные аккумуляторы, которые при необходимости можно заменять не полностью, а отдельными блоками, удаляя места, где имеются повреждения.
При использовании электромобилей с литиевым источником питания, необходимо соблюдать следующие правила:
- заряжать АКБ согласно инструкции;
- следить за уровнем заряда;
- не нарушать температурный режим — чтобы батарея не испортилась, её следует при необходимости нагревать или же охлаждать;
- беречь от ударов и сильных вибраций, для чего при установке можно проложить амортизирующую прослойку;
- для длительного хранения аккумулятор должен быть заряжен на 50% и находиться при температуре 0°С;
- не нарушать герметичность корпуса аккумулятора — это приводит к взрывоопасности источника питания.
Знаете ли вы? Весной 2017 года чиновники из руководства Индии заявили, что правительство планирует электрифицировать все транспортные средства в стране к 2032 году.
При повреждении или истечении срока эксплуатации (когда падает энергоёмкость и это отражается на времени хода автомобиля), Li-ion источник питания возможно заменить. Процедура замены довольно длительная и проводить её следует в специальных сервисах. После установки нового аккумулятора, он должен пройти регистрацию и настройки через бортовой компьютер электрокара.
После того как АКБ не может более использоваться для питания электрокара, её можно утилизировать в специальных пунктах приёма, или использовать в быту, как накопитель энергии от солнечных батарей или ветрогенераторов.
Li-ion источник питания на сегодняшний день является самым популярным вариантом для использования в электрокарах и гибридных авто. Несмотря на сравнительную его дороговизну, он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими АКБ (компактность, маленький вес при большом заряде, долговечность), что делает соотношение цена-качество оптимальным.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
auto.today
Японцы вступают в борьбу за б/у аккумуляторы из лития
В составе электромобилей литий-ионные аккумуляторы могут служить от 8 до 10 лет. И даже к концу срока эксплуатации ёмкость аккумуляторов может оставаться в пределах от 60 % до 80 % от их первоначальной ёмкости. Для автомобиля это будет потеря, которая выльется в существенное сокращение пробега на полном (доступном) заряде аккумулятора. Однако в качестве батарей для резервных источников питания такие бывшие в употреблении аккумуляторы могут послужить ещё от 5 до 10 лет. Из этого следует сделать вывод, что все заинтересованные в выпуске резервных источников питания на литий-ионных аккумуляторах должны дружить с поставщиками батарей для электромобилей или, в крайнем случае, с производителями электромобилей, чтобы иметь доступ к б/у аккумулятором из первых рук. Так дешевле.
.jpg)
Концепт электромобиля Byton
Как узнали журналисты Nikkei, японский торговый дом Marubeni сформировал коммерческие партнёрские отношения с «китайской Tesla» ― с разработчиком и производителем электромобилей премиального класса компанией Byton. Ожидается, что Marubeni выделит на совместный проект несколько миллионов долларов США, а позже, возможно, обеспечит и дополнительные инвестиции.
Компания Byton разрабатывает электромобили высокого класса с функциями связи и датчиками, которые могут работать с голосовыми командами и жестами, в дополнение к функциям самостоятельного вождения. Компания основана в 2016 году в Нанкине бывшим инженером BMW. Сегодня штат Byton насчитывает 1600 человек в Китае, США и Германии. Начало поставок электромобилей Byton в США и Европу ожидается в 2021 году. На рынок Китая Byton может выйти раньше ― в мае 2020 года.
Своему стремительному взлёту Byton обязана одному из своих главных инвесторов ― компании Modern Amperex Technology Co. Ltd (CATL). Компания CATL ― это второй по величине в мире производитель автомобильных литий-ионных аккумуляторов. Финансирование и батареи CATL стали теми ингредиентами, после внесения которых варево в котле Byton закипело и приблизилось к готовности. Именно к этому будущему источнику бывших в употреблении аккумуляторов желают первыми припасть японцы.
Электромобиль Byton
Похожим образом чуть раньше поступил другой торговый дом Японии ― Itochu. В ноябре Itochu заключила договор на закупку б/у аккумуляторов у китайской перерабатывающей компании Pandpower из Шеньженя. Компания Pandpower создана одним из основателей компании BYD ― третьего в мире и крупнейшего китайского производителя электромобилей. Ожидается, что Itochu начнёт поставлять коммерческие продукты на б/у аккумуляторах BYD уже в 2020 году. По оценкам экспертов, в 2020 году суммарная мощность использованных литиево-ионных аккумуляторов в Китае составит 3,5 млн кВт·ч, а к 2025 году возрастёт до 42 млн кВт·ч, что в семь раз больше, чем в Европе, и в 42 раза больше, чем в Японии. Всё это можно использовать вторично и заработать ещё раз.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
3dnews.ru
Литий, воздух и вода — журнал За рулем
Мы уже определили общую концепцию и выбрали электродвигатель. Настал черед разобраться с источником энергии на борту.
1
ОСОБЕННОСТИ НАЦИОНАЛЬНОГО АВТОМОБИЛЯ
Источники энергии для электромотора разместить в авто непросто, блок аккумуляторных батарей требует изрядного пространства. Лучшее место — под полом салона: обеспечивается хорошая развесовка. Управление — под капотом.
Энергосистема надежно защищена пластиковыми кожухами от внешнего воздействия агрессивной среды. Кроме того, современные аккумуляторы эффективны лишь в узком диапазоне температур, поэтому отсек дополнительно теплоизолируем. Хотя даже для средней части России, не говоря уже о северных уголках нашей страны, этих мер все равно недостаточно — нужен обогрев. Во время движения частично используем систему отопления салона, для режима подзарядки реализуем электрический подогрев. А если нет доступа к розетке? Как опцию предусмотрим печку на жидком топливе — не нулевой выхлоп, но выбросы таких приборов ничтожны по сравнению с ДВС.
Переделывать модель с ДВС в электрическую куда сложнее, чем проектировать электромобиль с нуля. В первую очередь — из-за компоновки элементов питания: в кузове заимствованной конструкции их приходится буквально распихивать по салону и багажнику.
Переделывать модель с ДВС в электрическую куда сложнее, чем проектировать электромобиль с нуля. В первую очередь — из-за компоновки элементов питания: в кузове заимствованной конструкции их приходится буквально распихивать по салону и багажнику.Переделывать модель с ДВС в электрическую куда сложнее, чем проектировать электромобиль с нуля. В первую очередь — из-за компоновки элементов питания: в кузове заимствованной конструкции их приходится буквально распихивать по салону и багажнику.
ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА
Бюджетный вариант — свинцовые батареи. Но нам они не подходят: чтобы накопить достаточный запас энергии на борту, придется возить с собой почти тонну таких аккумуляторов. Вдвое легче никель-металлогидридные источники, но и этот груз чрезмерно тяжел. Поэтому обратим внимание на литий-ионные батареи, которые совсем недавно перекочевали на электромобили из портативной электроники.
Среди основных преимуществ, помимо большой емкости, — отсутствие эффекта памяти и низкий саморазряд. Но существуют и недостатки: глубокий разряд сокращает срок жизни литий-ионных батарей. Кроме того, со временем они теряют емкость независимо от того, эксплуатировали их или нет.
Литий-ионные батареи при интенсивной работе здорово нагреваются. Поэтому обязательно предусмотрим систему охлаждения, отводящую лишнее тепло от источника питания. Оно, кстати, пригодится для обогрева салона.
Литий-ионные батареи при интенсивной работеwww.zr.ru
Литиевые аккумуляторы для авто — напряжение, емкость, характеристики
Для создания наиболее емких источников энергии в виде гальванических элементов, в прошлом веке был задекларирован легкий активный металл — литий. Однако прошли десятки лет, прежде чем конструкцию заставили работать без саморазряда и разрушения токопроводящей пластины. В настоящее время литиевые батарейки и аккумуляторы используются в ноутбуках, телефонах, питают энергией другие гаджеты. Основными характеристиками источника энергии является напряжение, емкость и рабочий ресурс.
Виды литиевых батарей
Использовать в качестве электрода чистый литий оказалось невозможно по многим причинам. Основная – быстрый саморазряд, связанный даже с возгоранием. Итогом стало изготовление катода из алюминиевой или медной фольги, на которую нано слоем наносилась дисперсная соль, включающая ионы Li. Емкость литий-ионных батарей несколько меньше, зато саморазряд приближается к нулю, безопасность высокая.
В зависимости от места применения аккумуляторов используются различные составы электролита:
- Литий-ионные, электролит жидкий, катод LiCoO2 с номинальным напряжением 3,6 В.
- Литий-полимерные –электролит в форме геля, номинальное напряжение 3,7 В.
- Литий-железо-фосфатные – тяговые, катод LiFePO4номинальное напряжение 3,3 В. Литиевые тяговые аккумуляторы работают на морозе, не пожароопасны.
Так как система чувствительна к колебанию заряд/разряд, каждый элемент снабжен контроллером. Если в батарее несколько элементов, в зарядном устройстве есть балансир, служащий для равномерной зарядки каждого элемента.
К недостаткам литиевых батарей относят:
- опасность возгорания всех, кроме тяговых аккумуляторов;
- Li-ion, Li-Po аккумуляторы боятся минусовых температур и жары, теряют емкость, не заряжаются;
- необходимость использования контроллера в батарейке и балансира в ЗУ;
- аккумуляторы боятся глубокого разряда.
Именно по этим причинам нужно подумать, прежде чем купить для авто литиевый аккумулятор.
В чем отличие литиевых аккумуляторов и батареек АА, ААА от солевых
Маркировка на круглых батарейках АА означает размер гнезда по американскому стандарту, в России называют их пальчиковыми. Литиевые аккумуляторы АА или батарейки имеют такой же размер, но большую емкость и срок службы.
По стоимости источник питания с аккумулятором поднимает цену устройства на треть, работает без подзарядки около 20 часов. Недорогие одноразовые батарейки удобны в походе, но нет гарантии, что их качество соответствует заявленному производителем. Литий-ионные аккумуляторы удобнее – они подзаряжаются в любой момент, долго работают, но их нужно беречь от холода и сильной жары. Литиевые аккумуляторы ААА, крошечные, такие батарейки называют мизинчиковые, равны мизинцу.
Тяговые литиевые батареи
Литий-ионные аккумуляторы используют для обеспечения энергией погрузчиков, другой складской техники. Это большие литиевые аккумуляторы, где активный элемент находится в сложной соли LiFePO4, нанесенной на алюминиевую фольгу почти молекулярным слоем. Применение этих АКБ оптимально, характеризуется длительной работой батареи, достаточной мощностью и безопасностью. Конструкции аккумулятора модульные, можно выбрать под любые параметры. В комплекте получается батарея необслуживаемая, но с возможностью быстрого заряда и подзарядки в любое время.
Напряжение литиевого аккумулятора
Рабочий диапазон напряжения литиевого аккумулятора от 2,7 до 4,2 В. Перезарядка также губительна для батареи, как и глубокий разряд. Чтобы увеличить срок службы устройства рабочий диапазон устанавливают 3,3-4,1 В. Уровень напряжения – зона ответственности контроллера прибора.
Любое зарядное устройство после преобразования сетевого питания имеет постоянный ток 5В. Подается на гаджет ток, силой 0,1 от емкости гаджета, примерно 1 А в течение часа. Затем в течение часа на батарее поддерживается напряжение 4,2 В равномерной подпиткой, еще час напряжение на батарее 4,2, а параметры питания снижаются. После устройство отключит потребителя, не допуская перезарядки. Разрядить аккумулятор до 2,0 В, значит, привести его в негодность.
Емкость литиевого аккумулятора
Способность аккумулятора отдать определенное количество энергии при снижении напряжения от 4,2 В до 2,7 В называется полной емкостью. На практике напряжение снижается только до 3,1 В, что составит до 70 % от первоначального теоретического значения. Но с момента выпуска начинается деградация батареи, потеря емкости. Поэтому важно купить свежий аккумулятор. Потеря емкости в нормальных условиях составляет 10 % в год, независимо, загружена ли она. Лучшие условия для неработающего устройства – температура 0-10 0, отсутствие прямых солнечных лучей.
Какие литиевые аккумуляторы хорошие для авто
Возникает вопрос, почему литий-ионные аккумуляторы не получили признания у автовладельцев? Какие условия необходимо обеспечить для нормальной работы литиевого автомобильного аккумулятора?
Современные усовершенствованные литиевые АКБ устанавливают флагманы машиностроения – Toyota, Ford на машинах премиум. Они оборудуют свои детища лучшими литиевыми аккумуляторами из серии тяговых. Неоспоримыми достоинствами «лития» считают:
- меньший вес батареи, что облегчает авто;
- большой ресурс хранения заряда;
- большое количество циклов зарядки.
Но если в бортовой системе напряжение выше 14,4 В, аккумулятор выйдет из строя. Возникают проблемы с запуском мотора, если на улице мороз. Чем ниже температура, тем слабее работает АКБ. Очень высокая цена и моторесурс всего 3 года добавляют причин для отказа от перехода на современные, лучшие литиевые аккумуляторы.
Поставить на машину, не приспособленную под литиевый аккумулятор, батарею не просто. Потребуется модернизация бортовой цепи, замена электроники с дополнениями. Но при снижении стоимости на прибор ( сейчас он стоит 1500$), все можно реконструировать.
Вывод
Литий-ионные аккумуляторы и одноразовые батарейки уже заслужили отличные отзывы. Однако правильно эксплуатировать аккумуляторы пользователи не научились. Часто в ноутбуках портится батарея по причине постоянного полной потери емкости. Нет циклов, нет перезарядки. Необходимо все гаджеты доводить до полного разряда хотя бы раз в 3 месяца.
Видео
Видеосоветы, как правильно заряжать литиевый аккумуляторов будут полезны для всех.
batts.pro
какими могут быть аккумуляторы будущего / Mail.ru Group corporate blog / Habr
В последние годы мы часто слышали, что вот-вот — и человечество получит аккумуляторы, которые будут способны питать наши гаджеты неделями, а то и месяцами, при этом очень компактные и быстрозаряжаемые. Но воз и ныне там. Почему до сих пор не появились более эффективные аккумуляторы и какие существуют разработки в мире, читайте под катом.
Сегодня ряд стартапов близки к созданию безопасных компактных аккумуляторов со стоимостью хранения энергии около 100 долларов за кВт⋅ч. Это позволило бы решить проблему электропитания в режиме 24/7 и во многих случаях перейти на возобновляемые источники энергии, а заодно снизило бы вес и стоимость электромобилей.
Но все эти разработки крайне медленно приближаются к коммерческому уровню, что не позволяет ускорить переход с ископаемых на возобновляемые источники. Даже Илон Маск, который любит смелые обещания, был вынужден признать, что его автомобильное подразделение постепенно улучшает литий-ионные аккумуляторы, а не создаёт прорывные технологии.
Многие разработчики верят, что будущие аккумуляторы станут иметь совсем другую форму, строение и химический состав по сравнению с литий-ионными, которые в последнее десятилетие вытеснили иные технологии со многих рынков.
Основатель компании SolidEnergy Systems Кичао Ху (Qichao Hu), в течение десяти лет разрабатывавший литий-металлический аккумулятор (анод металлический, а не графитовый, как в традиционных литий-ионных), утверждает, что главная проблема при создании новых технологий хранения энергии заключается в том, что при улучшении какого-то одного параметра ухудшаются остальные. К тому же сегодня существует столько разработок, авторы которых громко утверждают о своём превосходстве, что стартапам очень трудно убедить потенциальных инвесторов и привлечь достаточно средств для продолжения исследований.
Согласно отчёту Lux Research, за последние 8—9 лет компания вложила в исследование хранения энергии около 4 млрд долларов, из которых стартапам, создающим «технологии нового поколения», в среднем досталось по 40 млн долларов. При этом Tesla вложила около 5 млрд долларов в Gigafactory, занимающуюся производством литий-ионных аккумуляторов. Такой разрыв очень трудно преодолеть.
По словам Герда Седера (Gerd Ceder), профессора в области материаловедения Калифорнийского университета в Беркли, создание маленькой производственной линии и решение всех производственных проблем для налаживания выпуска аккумуляторов обходится примерно в 500 млн долларов. Автопроизводители могут годами тестировать новые аккумуляторные технологии, прежде чем решить, приобретать ли создавшие их стартапы. Даже если новая технология выходит на рынок, нужно преодолеть опасный период наращивания объёмов и поиска клиентов. К примеру, компании Leyden Energy и A123 Systems потерпели неудачу, несмотря на перспективность их продуктов, поскольку финансовые потребности оказались выше расчётных, а спрос не оправдал ожиданий. Ещё два стартапа, Seeo и Sakti3, не успели выйти на массовые объёмы производства и значительный уровень дохода и были куплены за гораздо меньшие суммы, чем ожидали первичные инвесторы.
В то же время три основных мировых производителя аккумуляторов — Samsung, LG и Panasonic — не слишком заинтересованы в появлении инноваций и радикальных переменах, они предпочитают незначительно улучшать свою продукцию. Так что все стартапы, предлагающие «прорывные технологии», сталкиваются с основной проблемой, о которой они предпочитают не упоминать: литий-ионные аккумуляторы, разработанные в конце 1970-х, продолжают совершенствоваться.
Но всё же — какие технологии могут прийти на смену вездесущим литий-ионным аккумуляторам?
Литий-воздушные «дышащие» аккумуляторы
В литий-воздушных аккумуляторах в качестве окислителя используется кислород. Потенциально они могут быть в разы дешевле и легче литий-ионных аккумуляторов, а их ёмкость способна оказаться гораздо больше при сравнимых размерах. Главные проблемы технологии: значительная потеря энергии за счёт теплового рассеивания при зарядке (до 30 %) и относительно быстрая деградация ёмкости. Но есть надежда, что в течение 5—10 лет эти проблемы удастся решить. Например, в прошлом году была представлена новая разновидность литий-воздушной технологии — аккумулятор с нанолитическим катодом.
Зарядное устройство Bioo
Это устройство в виде специального горшка для растений, использующего энергию фотосинтеза для зарядки мобильных гаджетов. Причём оно уже доступно в продаже. Устройство может обеспечивать две-три сессии зарядки в день с напряжением 3,5 В и силой тока 0,5 А. Органические материалы в горшке взаимодействуют с водой и продуктами реакции фотосинтеза, в результате получается достаточно энергии для зарядки смартфонов и планшетов.
Представьте себе целые рощи, в которых каждое дерево высажено над таким устройством, только более крупным и мощным. Это позволит снабжать «бесплатной» энергией окружающие дома и будет веской причиной для защиты лесов от вырубки.
Аккумуляторы с золотыми нанопроводниками
В Калифорнийском университете в Ирвайне разработали нанопроводниковые аккумуляторы, которые могут выдерживать более 200 тыс. циклов зарядки в течение трёх месяцев без каких-либо признаков деградации ёмкости. Это позволит многократно увеличить жизненный цикл систем питания в критически важных системах и потребительской электронике.
Нанопроводники в тысячи раз тоньше человеческого волоса обещают светлое будущее. В своей разработке учёные применили золотые провода в оболочке из диоксида марганца, которые помещены в гелеобразный электролит. Это предотвращает разрушение нанопроводников при каждом цикле зарядки.
Магниевые аккумуляторы
В Toyota работают над использованием магния в аккумуляторах. Это позволит создавать маленькие, плотно упакованные модули, которым не нужны защитные корпуса. В долгосрочной перспективе такие аккумуляторы могут быть дешевле и компактнее литий-ионных. Правда, случится это ещё не скоро. Если случится.
Твердотельные аккумуляторы
В обычных литий-ионных аккумуляторах в качестве среды для переноса заряженных частиц между электродами используется жидкий легковоспламеняющийся электролит, постепенно приводящий к деградации аккумулятора.
Этого недостатка лишены твердотельные литий-ионные аккумуляторы, которые сегодня считаются одними из самых перспективных. В частности, разработчики Toyota опубликовали научную работу, в которой описали свои эксперименты с сульфидными сверхионными проводниками. Если у них всё получится, то будут созданы аккумуляторы на уровне суперконденсаторов — они станут полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут. Идеальный вариант для электромобилей. А благодаря твердотельной структуре такие аккумуляторы будут гораздо стабильнее и безопаснее современных литий-ионных. Расширится и их рабочий температурный диапазон — от –30 до +100 градусов по Цельсию.
Учёные из Массачусетского технологического института в содружестве с Samsung также разработали твердотельные аккумуляторы, превосходящие по своим характеристикам современные литий-ионные. Они безопаснее, энергоёмкость выше на 20—30 %, да к тому же выдерживают сотни тысяч циклов перезарядки. Да ещё и не пожароопасны.
Топливные ячейки
Совершенствование топливных ячеек может привести к тому, что смартфоны мы будем заряжать раз в неделю, а дроны станут летать дольше часа. Учёные из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея) создали ячейку, в которой объединили пористые элементы из нержавеющей стали с тонкоплёночным электролитом и электродами с минимальной теплоёмкостью. Конструкция оказалась надёжнее литий-ионных аккумуляторов и работает дольше них. Не исключено, что разработка будет внедрена в коммерческие продукты, в первую очередь в смартфоны Samsung.
Графеновые автомобильные аккумуляторы
Многие специалисты считают, что будущее — за графеновыми аккумуляторами. В компании Graphenano разработали аккумулятор Grabat, который может обеспечить запас хода электромобиля до 800 км. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается всего за несколько минут — скорость зарядки/разрядки в 33 раза выше, чем у литий-ионных. Быстрая разрядка особенно важна для обеспечения высокой динамики разгона электромобилей.
Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт⋅ч/кг. Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт⋅ч/кг.
Микросуперконденсаторы, изготовленные с помощью лазера
Учёные из Университета Райса добились прогресса в разработке микросуперконденсаторов. Один из главных недостатков технологии — дороговизна изготовления, но применение лазера может привести к существенному удешевлению. Электроды для конденсаторов вырезаются лазером из пластикового листа, что многократно снижает трудоёмкость производства. Такие аккумуляторы могут заряжаться в 50 раз быстрее литий-ионных, а разряжаются медленнее используемых сегодня суперконденсаторов. К тому же они надёжны, в ходе экспериментов продолжали работать даже после 10 тыс. сгибаний.
Натрий-ионные аккумуляторы
Группа французских исследователей и компаний RS2E разработала натрий-ионные аккумуляторы для ноутбуков, в которых используется обычная соль. Принцип работы и процесс изготовления держатся в секрете. Ёмкость 6,5-сантиметрового аккумулятора — 90 Вт⋅ч/кг, что сравнимо с массовыми литий-ионными, но он выдерживает пока не более 2 тыс. циклов зарядки.
Пенные аккумуляторы
Другая тенденция в разработке технологий хранения энергии — создание трёхмерных структур. В частности, компания Prieto создала аккумулятор на основе субстрата пенометалла (меди). Здесь нет легковоспламеняющегося электролита, у такого аккумулятора большой ресурс, он быстрее заряжается, его плотность в пять раз выше, а также он дешевле и меньше современных аккумуляторов. В Prieto надеются сначала внедрить свою разработку в носимую электронику, но утверждают, что технологию можно будет распространить шире: использовать и в смартфонах, и даже в автомобилях.
Быстрозаряжаемый «наножелток» повышенной ёмкости
Ещё одна разработка Массачусетского технологического института — наночастицы для аккумуляторов: полая оболочка из диоксида титана, внутри которой (как желток в яйце) находится наполнитель из алюминиевой пудры, серной кислоты и оксисульфата титана. Размеры наполнителя могут меняться независимо от оболочки. Применение таких частиц позволило в три раза увеличить ёмкость современных аккумуляторов, а длительность полной зарядки снизилась до шести минут. Также снизилась скорость деградации аккумулятора. Вишенка на торте — дешевизна производства и простота масштабирования.
Алюминий-ионный аккумулятор сверхбыстрой зарядки
В Стэнфорде разработали алюминий-ионный аккумулятор, который полностью заряжается примерно за одну минуту. При этом сам аккумулятор обладает некоторой гибкостью. Главная проблема — удельная ёмкость примерно вдвое ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Хотя, учитывая скорость зарядки, это не так критично.
Alfa battery — две недели на воде
Если компании Fuji Pigment удастся довести до ума свой алюминий-воздушный аккумулятор Alfa battery, то нас ждёт появление носителей энергии, ёмкость которых в 40 раз больше ёмкости литий-ионных. Более того, аккумулятор перезаряжается доливкой воды, простой или подсоленной. Как утверждают разработчики, на одном заряде Alfa сможет работать до двух недель. Возможно, сначала такие аккумуляторы появятся на электромобилях. Представьте себе автозаправку, на которую вы заезжаете за водой.
Аккумуляторы, которые можно сгибать, как бумагу
Компания Jenax создала гибкий аккумулятор J.Flex, похожий на плотную бумагу. Его даже можно складывать. К тому же он не боится воды и потому очень удобен для использования в одежде. Или представьте себе наручные часы с аккумулятором в виде ремешка. Эта технология позволит и уменьшить размер самих гаджетов, и увеличить носимый объём энергии. Другой сценарий — создание гибких складных смартфонов и планшетов. Нужен экран побольше? Просто разверните сложенный вдвое гаджет.
Как утверждают разработчики, тестовый образец выдерживает 200 тыс. складываний без потери ёмкости.
Эластичные аккумуляторы
Над созданием гибких носителей энергии работают во многих компаниях. А команда учёных из Университета штата Аризона пошла дальше и с помощью особой механической конструкции создала аккумулятор в виде эластичной ленты. Не исключено, что идея будет развита и позволит встраивать аккумуляторы в одежду.
Мочевой аккумулятор
В 2013 году Фонд Билла Гейтса вложился в продолжение исследований Bristol Robotic Laboratory по созданию аккумуляторов, работающих на моче. Весь цимес в использовании «микробных топливных ячеек»: в них содержатся микроорганизмы, расщепляющие мочу и вырабатывающие электричество. Кто знает, возможно, скоро поход в туалет будет не только потребностью, но и в буквальном смысле полезным занятием.
Ryden — углеродные аккумуляторы с быстрой зарядкой
В 2014 году компания Power Japan Plus сообщила о планах по выпуску аккумуляторов, в основе которых лежат углеродные материалы. Их можно было производить на том же оборудовании, что и литий-ионные. Углеродные аккумуляторы должны работать дольше и заряжаться в 20 раз быстрее литий-ионных. Был заявлен ресурс в 3 тыс. циклов зарядки.
Органический аккумулятор, почти даром
В Гарварде была создана технология органических аккумуляторов, стоимость производства которых составляла бы 27 долларов за кВт⋅ч. Это на 96 % дешевле аккумуляторов на основе металлов (порядка 700 долларов за кВт⋅ч). В изобретении применяются молекулы хинонов, практически идентичные тем, что содержатся в ревене. По эффективности органические аккумуляторы не уступают традиционным и могут без проблем масштабироваться до огромных размеров.
Просто добавь песка
Эта технология представляет собой модернизацию литий-ионных аккумуляторов. В Калифорнийском университете в Риверсайде вместо графитовых анодов использовали обожжённую смесь очищенного и измельчённого песка (читай — кварца) с солью и магнием. Это позволило повысить производительность обычных литий-ионных аккумуляторов и примерно втрое увеличить их срок службы.
Быстрозаряжаемые и долгоживущие
В Наньянском технологическом университете (Сингапур) разработали свою модификацию литий-ионного аккумулятора, который заряжается на 70 % за две минуты и служит в 10 раз дольше обычных литий-ионных. В нём анод изготовлен не из графита, а из гелеобразного вещества на основе диоксида титана — дешёвого и широко распространённого сырья.
Аккумуляторы с нанопорами
В Мэрилендском университете в Колледж-Парке создали нанопористую структуру, каждая ячейка которой работает как крохотный аккумулятор. Такой массив заряжается 12 минут, по ёмкости втрое превосходит литий-ионные аккумуляторы такого же размера и выдерживает около 1 тыс. циклов зарядки.
Генерирование электричества
Энергия кожи
Тут речь идёт не столько об аккумуляторах, сколько о способе получения энергии. Теоретически, используя энергию трения носимого устройства (часов, фитнес-трекера) о кожу, можно генерировать электричество. Если технологию удастся достаточно усовершенствовать, то в будущем в некоторых гаджетах аккумуляторы станут работать просто потому, что вы носите их на теле. Прототип такого наногенератора — золотая плёнка толщиной 50 нанометров, нанесённая на силиконовую подложку, содержащую тысячи крошечных ножек, которые увеличивают трение подложки о кожу. В результате возникает трибоэлектрический эффект.
uBeam — зарядка по воздуху
uBeam — любопытный концепт передачи энергии на мобильное устройство с помощью ультразвука. Зарядное устройство испускает ультразвуковые волны, которые улавливаются приёмником на гаджете и преобразуются в электричество. Судя по всему, в основе изобретения лежит пьезоэлектрический эффект: приёмник резонирует под действием ультразвука, и его колебания генерируют энергию.
Схожим путём пошли и учёные из Лондонского университета королевы Марии. Они создали прототип смартфона, который заряжается просто благодаря внешним шумам, в том числе от голосов людей.
StoreDot
Зарядное устройство StoreDot разработано стартапом, появившимся на базе Тель-Авивского университета. Лабораторный образец смог зарядить аккумулятор Samsung Galaxy 4 за 30 секунд. Сообщается, что устройство создано на базе органических полупроводников, изготовленных из пептидов. В конце 2017 года в продажу должен поступить карманный аккумулятор, способный заряжать смартфоны за пять минут.
Прозрачная солнечная панель
В Alcatel был разработан прототип прозрачной солнечной панели, которая помещается поверх экрана, так что телефон можно заряжать, просто положив на солнце. Конечно, концепт не идеален с точки зрения углов обзора и мощности зарядки. Но идея красивая.
Год спустя, в 2014-м, компания Tag Heuer анонсировала новую версию своего телефона для понтов Tag Heuer Meridiist Infinite, у которого между внешним стеклом и самим дисплеем должна была быть проложена прозрачная солнечная панель. Правда, непонятно, дошло ли дело до производства.
habr.com
техническая характеристика, классификация, инструкция по использованию, спецификация, установка и особенности эксплуатации
Для многих транспортных средств вес аккумуляторной батареи и скорость ее разрядки играют немаловажную роль. Специально для таких автомобилей производителями были созданы литиевые системы. В чем их преимущество перед кислотными АКБ, можно ли их эксплуатировать на современных машинах?
Что представляют собой литиевые батареи?
Литий-ионные аккумуляторы для авто в эпоху гибридных и электрических моделей отнюдь не являются новшеством: их можно встретить во многих машинах, с успехом дебютирующих на рынках. Батареи такого типа являются отличными источниками питания для электроавтомобилей. При этом их использование в обычных машинах потребует внесения определенных изменений в конструкцию.
История создания литиевых АКБ
Первые модели литий-ионных аккумуляторных батарей появились в 70-х годах прошлого века. Аккумуляторы, выполненные на их основе, обладали серьезными проблемами, устранить которые удалось только к 90-м годам. Причиной подобных проблем была высокая активность лития: при высоком токе могло произойти воспламенение батареи, в связи с чем производители отказались от применения чистого лития, перейдя на его ионы, что дало наименование АКБ.
В сравнении с литиевыми аккумуляторами, литий-ионные обладают меньшей энергетической плотностью, но более безопасны при условии соблюдения режимов заряда и разряда. В их состав не входит металлический литий, а процесс разряда и заряда заключается в переносе с одного электрода на другой ионов лития.
Li-Ion и Li-Pol аккумуляторы
Первые модели литий-ионных автомобильных аккумуляторов состояли из катодного материала на алюминиевой фольге и анодного на медной фольге, помещенных внутрь корпуса и разделенных специальным сепаратором, пропитанным жидким электролитом.
Герметичный корпус АКБ оснащался клапаном сброса внутреннего давления. К клеммам анод и катод подключались токосъемниками.
В литиевых ионных автомобильных аккумуляторах заряд переносится положительно заряженными ионами лития, которые внедряются в кристаллические решетки других материалов — солей и кислот металлов, графита, образуя с ними химическую связь.
Изначально роль отрицательных пластин выполнял металлический литий, который впоследствии сменился на каменноугольный кокс и графит. Использование осксида кобальта позволило увеличить температурный диапазон работы АКБ и повысить количество циклов заряда/разряда.
В комплекте с литиевыми ионными аккумуляторами для авто имеются защитные платы типа BMS.
Виды литиевых батарей
Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу катодного материала:
- LiCoO2. В качестве электролита используются твердые растворы на основе никелата лития.
- LiMnO4 с литий-марганцевой шпинелью.
- LiPol, литий-полимерный. Отличается от Li-Ion только полимерным, а не жидким электролитом. По характеристикам он значительно лучше своих аналогов: широкий температурный диапазон работы, различные форы корпуса, низкий саморазряд, большая плотность энергии на единицу массы.
LiFePO4
Литий-железо-фосфатный, или литий-феррофосфатный аккумулятор считается одним из наиболее перспективных и подходящих для установки на автомобиль. Катод включает железо и фосфаты и обладает следующими преимуществами:
- большой эксплуатационный ресурс и медленная потеря емкости — даже спустя несколько лет работы его емкость больше, чем у Li-Ion аналогов;
- стабильное напряжение на ячейки 3,2-3,3 В. При подключении всех четырех создает стандартное напряжение 12,8 В;
- кобальт в подобных батареях не используется, соответственно, АКБ не наносит вреда окружающей среде;
- пиковые точки более высокие, в отличие от аналогов;
- небольшая скорость разряда;
- термическая стабильность — не перегревается, не взрывается;
- может работать в широком температурном диапазоне.
Конечно, у него есть и свои минусы — к примеру, его удельная плотность энергии меньше, чем у обычного литий-аккумулятора для автомобиля, на 14-15%. К тому же его эксплуатация требует обязательной установки плат защиты.
Преимущества литиевых АКБ
Для литий-ионных аккумуляторов для автомобиля характерны следующие достоинства:
- небольшой вес, что снижает массу автомобиля;
- сохранение заряда на протяжении длительного времени;
- выдерживают большое количество циклов заряда и разряда.
Соотношение выхода безопасного тока к номинальной емкости у литий-ионных аккумуляторов значительно выше. Соответственно, на выполнение конкретного объема работы им требуется значительно меньше времени, чем кислотным батареям. Такие АКБ могут поглощать и сбрасывать большое количество тока. Впрочем, литий-ионные аккумуляторы для автомобиля не являются панацеей и обладают своими недостатками.
Минусы Li-Ion батарей
Литиевые АКБ сильно зависят от температуры окружающей среды: при понижении температуры падает их мощность. Внутри локальных ячеек нередко происходят сбои, из-за которых такие источники питания требовательны к качеству зарядки. Стоимость литий-ионных аккумуляторов для автомобиля значительно выше, чем цена стандартных батарей, ввиду чего литий-ионные АКБ являются неконкурентоспособными.
Генераторы, устанавливаемые на автомобили, не способны выработать достаточный переменный ток для заряда литиевого аккумулятора, поскольку не приспособлены для этого. Литиевые АКБ, эксплуатируемые в основном в теплом климате, оснащаются конвектором заряда, создающего переменный ток и преобразующего его для использования в литий-ионных аккумуляторах для автомобиля. Заряд уравновешивается благодаря специальной цепи, равномерно распределяясь между четырьмя основными ячейками. Масса такого источника значительно меньше свинцового, что является дополнительным преимуществом.
Особенности эксплуатации
Литиевые батареи заряжаются при минимальном напряжении 2,7 В и максимальном 4,2 В. Диапазон был значительно снижен производителями (до 3,3-4,1 В) с целью продления сроков эксплуатации. Заряд литиевых аккумуляторов, устанавливаемых на современных автомобилях, должен постоянно находиться в пределах 45% для сохранения максимального рабочего ресурса АКБ.
Учитывая, что литий обладает высокой активностью, разбор аккумуляторной батареи необходимо проводить только при наличии определенных навыков. Лицо и руки обязательно должны быть закрыты специальными защитными средствами. Конструкция подобных элементов питания подразумевает наличие элементов, способных нанести вред окружающей среде, ввиду чего подобные батареи необходимо утилизировать, а не выбрасывать.
Требуемые изменения
Установка литий-ионного аккумулятора для автомобиля обладает определенными преимуществами и недостатками. Основным достоинством такого типа АКБ является их небольшой вес, что позволяет снизить общую массу автомобиля, пусть и ненамного.
Вес аккумуляторной батареи играет немалую роль в том случае, если автомобиль будет использоваться для скоростной езды. Спорным моментом, отмечаемым в отзывах о литий-ионном аккумуляторе для автомобиля, является его высокая стоимость: цена на такие батареи в несколько раз выше, чем на стандартные АКБ. Замена свинцово-кислотного АКБ на литий-ионный потребует от автовладельца крупных вложений.
Резюме
Литий-ионные аккумуляторы для автомобилей не пользуются особой популярностью по разным причинам:
- Стоимость. Классические свинцово-кислотные батареи аналогичной емкости стоят в два-четыре раза дешевле, чем литий-ионные.
- Плохая переносимость отрицательных температур — заряжать их при 0 градусов и ниже не рекомендуется.
- Плата защиты и балансировки. В зависимости от технологии изготовления литиевые батареи состоят из нескольких банок. При разнице напряжений на элементах одна из банок может выйти из строя либо воспламениться. Для равномерного прохождения заряда по каждой банке требуется установка специального балансира, чего не нужно при эксплуатации свинцового аккумулятора.
- Противопоказана постоянная зарядка от генератора. Требуется установка специальных защитных плат.
- При повреждении литий-ионных аккумуляторов для автомобиля или отказе системы защиты провоцируется постоянная зарядка, что может привести к воспламенению, которое практически невозможно потушить из-за того, что огонь поддерживается без доступа кислорода и с температурой более 3000 градусов. В плане безопасности самым лучшим считается LiFePo4 аккумулятор, который не взрывается и почти не поддерживает горение.
С учетом высокой стоимости и прочих особенностей литиевые аккумуляторы являются не самым лучшим вариантом батарей для автомобиля. Приобретать подобные АКБ стоит только в том случае, если для автовладельца важен вес транспортного средства.
fb.ru