Li-ion piller nasıl düzgün şekilde şarj edilir: ipuçları. Lityum iyon pillerin kullanılması

Lityum iyon ve lityum polimer piller

Mühendislik düşüncesi sürekli gelişmektedir: çözülmesi için yeni teknolojilerin geliştirilmesini gerektiren sürekli ortaya çıkan problemler tarafından teşvik edilmektedir. Bir zamanlar nikel-kadmiyum (NiCd) pillerin yerini nikel-metal hidrit (NiMH) alırken, şimdi lityum-iyon (Li-ion) piller, lityum-iyon (Li-ion) pillerin yerini almaya çalışıyor. NiMH piller bir dereceye kadar NiCd'nin yerini almıştır, ancak ikincisinin yüksek akım sağlama yeteneği, düşük maliyet ve uzun hizmet ömrü gibi yadsınamaz avantajları nedeniyle, tam olarak değiştirilmeleri sağlanamamıştır. Peki ya lityum piller? Özellikleri nelerdir ve Li-pol pillerin Li-ion pillerden farkı nedir? Bu konuyu anlamaya çalışalım.

Kural olarak, bir cep telefonu veya dizüstü bilgisayar satın alırken hepimiz içinde ne tür bir pil olduğunu ve bu cihazların genel olarak nasıl farklılık gösterdiğini düşünmüyoruz. Ve ancak o zaman, belirli pillerin tüketici nitelikleriyle pratikte karşılaştıktan sonra analiz etmeye ve seçmeye başlarız. Acelesi olan ve bir cep telefonu için hangi pilin en uygun olduğu sorusuna hemen cevap almak isteyenler için kısaca cevap vereceğim - Li-ion. Aşağıdaki bilgiler meraklılara yöneliktir.

Öncelikle tarihe kısa bir gezi.

Lityum pil üretmeye yönelik ilk deneyler 1912'de başladı, ancak yalnızca altmış yıl sonra, 70'lerin başında ilk kez ev cihazlarında kullanılmaya başlandı. Üstelik bunların sadece pil olduğunu da belirteyim. Lityum pilleri (şarj edilebilir piller) geliştirmeye yönelik daha sonraki girişimler, güvenlik kaygıları nedeniyle başarısız oldu. Tüm metallerin en hafifi olan lityum, en büyük elektrokimyasal potansiyele sahiptir ve en yüksek enerji yoğunluğunu sağlar. Lityum metal elektrotları kullanan piller hem yüksek voltaj hem de mükemmel kapasite sunar. Ancak 80'li yıllarda yapılan çok sayıda çalışma sonucunda, lityum pillerin döngüsel çalışmasının (şarj - deşarj) lityum elektrotta değişikliklere yol açtığı, bunun sonucunda termal stabilitenin azaldığı ve termal durum tehdidinin ortaya çıktığı tespit edildi. kontrolden çıkmak. Bu gerçekleştiğinde, elementin sıcaklığı hızla lityumun erime noktasına yaklaşır ve açığa çıkan gazları ateşleyen şiddetli bir reaksiyon başlar. Örneğin, 1991 yılında Japonya'ya gönderilen çok sayıda lityum cep telefonu pili, birçok yangın olayının ardından geri çağrıldı.

Lityumun doğal istikrarsızlığı nedeniyle araştırmacılar dikkatlerini lityum iyonlarına dayanan metalik olmayan lityum pillere çevirdiler. Enerji yoğunluğunda bir miktar kayıp olan ve şarj ve deşarj sırasında bazı önlemler alınarak daha güvenli Li-ion piller aldılar.

Li-ion pillerin enerji yoğunluğu genellikle standart NiCd'nin iki katıdır ve gelecekte yeni aktif malzemelerin kullanımı sayesinde bunun daha da artması ve NiCd'ye göre üç kat üstünlüğe ulaşması bekleniyor. Büyük kapasiteye ek olarak, Li-ion piller boşaldıklarında NiCd'lere benzer şekilde davranırlar (deşarj özellikleri şekil olarak benzerdir ve yalnızca voltaj bakımından farklılık gösterir).

Günümüzde Li-ion pillerin pek çok çeşidi vardır ve bir türün veya diğerinin avantajları ve dezavantajları hakkında uzun süre konuşabilirsiniz, ancak bunları görünümden ayırt etmek imkansızdır. Bu nedenle, yalnızca bu cihazların tüm türlerinin karakteristik özelliği olan avantaj ve dezavantajları not edeceğiz ve lityum-polimer pillerin doğuşuna yol açan nedenleri ele alacağız.

Ana avantajlar.

• Yüksek enerji yoğunluğu ve bunun sonucunda nikel bazlı pillerle karşılaştırıldığında aynı boyutlarda büyük kapasite.
• Düşük kendi kendine deşarj.
• Tek bir hücrenin yüksek voltajı (NiCd ve NiMH için 3,6 V'a karşı 1,2 V), bu da tasarımı basitleştirir - genellikle pil yalnızca bir hücreden oluşur. Bugün pek çok üretici cep telefonlarında böyle tek hücreli bir pil kullanıyor (Nokia'yı hatırlayın). Ancak aynı gücü sağlamak için daha yüksek bir akımın sağlanması gerekir. Bu da elemanın iç direncinin düşük olmasını gerektirir.
• Düşük bakım (işletme) maliyetleri, kapasiteyi geri yüklemek için periyodik deşarj döngüleri gerektiren hafıza etkisinin olmamasından kaynaklanır.

Kusurlar.

Li-ion pil üretim teknolojisi sürekli gelişiyor. Yaklaşık altı ayda bir güncellenir ve yeni pillerin uzun süreli depolamadan sonra nasıl "davrandığını" anlamak zordur.

Kısacası, Li-ion pil, çalışma güvenliğini sağlama ve yüksek maliyetle ilgili sorunlar olmasaydı herkes için iyi olurdu. Bu sorunları çözmeye yönelik girişimler lityum-polimer (Li-pol veya Li-polimer) pillerin ortaya çıkmasına yol açtı.

Li-iyondan temel farkı ismine yansır ve kullanılan elektrolit türünde yatmaktadır. Başlangıçta, 70'lerde, plastik filme benzer ve elektriği iletmeyen, ancak iyonların (elektrik yüklü atomlar veya atom grupları) değişimine izin veren kuru bir katı polimer elektrolit kullanıldı. Polimer elektrolit, elektrolitle emprenye edilmiş geleneksel gözenekli ayırıcının yerini etkili bir şekilde alır.

Bu tasarım, üretim sürecini basitleştirir, daha güvenlidir ve ince, serbest biçimli pillerin üretilmesine olanak tanır. Ayrıca sıvı veya jel elektrolitin bulunmaması tutuşma olasılığını ortadan kaldırır. Öğenin kalınlığı yaklaşık bir milimetredir, bu nedenle ekipman geliştiricileri, giysi parçalarına uygulanması da dahil olmak üzere şekli, şekli ve boyutu seçmekte özgürdür.

Ancak şu ana kadar ne yazık ki kuru Li-polimer piller oda sıcaklığında yetersiz elektrik iletkenliğine sahiptir. İç dirençleri çok yüksektir ve modern iletişim için gereken akım miktarını ve dizüstü bilgisayarların sabit sürücülerine güç beslemesini sağlayamaz. Aynı zamanda 60 °C veya daha yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığında Li-polimerin elektriksel iletkenliği kabul edilebilir bir seviyeye yükselir ancak bu, toplu kullanıma uygun değildir.

Araştırmacılar, oda sıcaklığında çalışan, kuru katı elektrolit içeren Li-polimer piller geliştirmeye devam ediyor. Bu tür pillerin 2005 yılına kadar ticari olarak satışa sunulması bekleniyor. Kararlı olacaklar, 1000 tam şarj-deşarj döngüsüne izin verecekler ve günümüzün Li-ion pillerinden daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olacaklar

Bu arada, bazı Li-polimer pil türleri artık sıcak iklimlerde yedek güç kaynağı olarak kullanılıyor. Örneğin, bazı üreticiler özellikle pil için uygun sıcaklığı koruyan ısıtma elemanları kurarlar.

Şunu sorabilirsiniz: Bu nasıl olabilir? Li-polimer piller piyasada yaygın olarak satılıyor, üreticiler telefonları ve bilgisayarları bunlarla donatıyor ancak burada henüz ticari kullanıma hazır olmadıklarını söylüyoruz. Her şey çok basit. Bu durumda kuru katı elektrolit içermeyen pillerden bahsediyoruz. Küçük Li-polimer pillerin elektriksel iletkenliğini arttırmak için içerisine belirli miktarda jel benzeri elektrolit eklenir. Ve günümüzde cep telefonları için kullanılan Li-polimer pillerin çoğu aslında hibrittir çünkü jel benzeri bir elektrolit içerirler. Bunları lityum iyon polimer olarak adlandırmak daha doğru olur. Ancak çoğu üretici bunları reklam amacıyla Li-polimer olarak etiketliyor. Şu anda en büyük ilgiyi çektikleri için bu tip lityum-polimer piller üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Peki, Li-ion pil ile jel elektrolit eklenmiş Li-polimer pil arasındaki fark nedir? Her iki sistemin özellikleri ve verimliliği büyük ölçüde benzer olmasına rağmen, Li-ion polimer (buna öyle diyebilirsiniz) pilin benzersizliği, gözenekli bir ayırıcının yerine hala katı bir elektrolit kullanmasıdır. Jel elektrolit yalnızca iyonik iletkenliği arttırmak için eklenir.

Üretimin artırılmasındaki teknik zorluklar ve gecikmeler, Li-ion polimer pillerin piyasaya sürülmesini geciktirdi. Bazı uzmanlara göre bu, Li-ion pillerin geliştirilmesine ve seri üretimine büyük miktarda yatırım yapan yatırımcıların yatırımlarını geri alma arzularından kaynaklanıyor. Bu nedenle, Li-ion polimer pillerin seri üretimi ile lityum-iyon pillerden daha ucuz olmasına rağmen, yeni teknolojilere geçmek için aceleleri yok.

Ve şimdi Li-ion ve Li-polimer pillerin çalıştırılmasının özellikleri hakkında.

Ana özellikleri çok benzer. Li-ion pillerin şarj edilmesi makalede yeterince ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Ayrıca sadece şarjın aşamalarını gösteren bir grafik (Şekil 1) ve bununla ilgili küçük açıklamalar vereceğim.

Başlangıç ​​şarj akımı 1C olan (sayısal olarak pil kapasitesinin nominal değerine eşit) tüm Li-ion pillerin şarj süresi ortalama 3 saattir. Akü voltajı üst eşiğe eşit olduğunda ve şarj akımı başlangıç ​​değerinin yaklaşık %3'üne düştüğünde tam şarj elde edilir. Pil şarj sırasında soğuk kalır. Grafikten de görülebileceği gibi şarj işlemi iki aşamadan oluşuyor. İlkinde (bir saatten biraz fazla), voltaj, üst voltaj eşiğine ilk ulaşılana kadar neredeyse sabit bir başlangıç ​​şarj akımı olan 1C'de artar. Bu noktada pil, kapasitesinin yaklaşık %70'ine kadar şarj edilir. İkinci aşamanın başlangıcında voltaj neredeyse sabit kalır ve akım %3'ün üzerine çıkana kadar azalır. Bundan sonra şarj tamamen durur.

Pili sürekli şarjlı tutmanız gerekiyorsa, 500 saat veya 20 gün sonra yeniden şarj etmeniz önerilir. Genellikle akü terminallerindeki voltaj 4,05 V'a düştüğünde gerçekleştirilir ve 4,2 V'a ulaştığında durur.

Şarj sırasındaki sıcaklık aralığı hakkında birkaç kelime. Çoğu Li-ion pil türü, 5 ila 45 °C arasındaki sıcaklıklarda 1C akımla şarj edilebilir. 0 ila 5 °C arasındaki sıcaklıklarda, 0,1 C akımla şarj edilmesi önerilir. Sıfırın altındaki sıcaklıklarda şarj etmek yasaktır. Şarj için en uygun sıcaklık 15 ila 25 °C'dir.

Li-polimer pillerdeki şarj işlemleri yukarıda açıklananlarla hemen hemen aynıdır, dolayısıyla tüketicinin elinde iki tip pilden hangisinin olduğunu bilmesine kesinlikle gerek yoktur. Ve Li-ion piller için kullandığı tüm şarj cihazları Li-polimer için uygundur.

Ve şimdi deşarj koşulları hakkında. Li-ion piller tipik olarak hücre başına 3,0 V değerine kadar boşalır, ancak bazı çeşitler için alt eşik 2,5 V'tur. Pille çalışan ekipman üreticileri tipik olarak (tüm durumlar için) kapatma eşiği 3,0 V olan cihazlar tasarlar. Bu ne anlama gelir? Bataryadaki voltaj telefon açıldığında giderek azalıyor ve 3,0 V'a ulaştığında cihaz sizi uyararak kapanıyor. Ancak bu, pilden enerji tüketmeyi bıraktığı anlamına gelmiyor. Telefonun açma/kapatma tuşuna basıldığını algılamak ve diğer bazı işlevler için küçük de olsa enerji gerekir. Ek olarak, enerji kendi dahili kontrol ve koruma devresi tarafından tüketilir ve küçük olmasına rağmen kendi kendine deşarj, lityum bazlı piller için bile hala tipiktir. Sonuç olarak lityum piller uzun süre şarj edilmeden bırakılırsa üzerlerindeki voltaj 2,5 V'un altına düşecektir ki bu çok kötü bir durumdur. Bu durumda dahili kontrol ve koruma devresi devre dışı bırakılabilir ve tüm şarj cihazları bu tür pilleri şarj edemeyebilir. Ayrıca derin deşarj akünün iç yapısını da olumsuz etkiler. Tamamen boşalmış bir pilin ilk aşamada yalnızca 0,1C akımla şarj edilmesi gerekir. Kısacası piller deşarj olmaktan ziyade şarjlı olmayı tercih ediyor.

Deşarj sırasındaki sıcaklık koşulları hakkında birkaç kelime (çalışma sırasında okuyun).

Genel olarak Li-ion piller oda sıcaklığında en iyi performansı gösterir. Daha sıcak koşullarda çalışmak ömürlerini ciddi şekilde kısaltacaktır. Örneğin kurşun-asit akü 30 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda en yüksek kapasiteye sahip olsa da, bu tür koşullarda uzun süreli çalışma akünün ömrünü kısaltır. Benzer şekilde, Li-iyon yüksek sıcaklıklarda daha iyi performans gösterir ve bu da başlangıçta pilin iç direncinde yaşlanmadan kaynaklanan artışı ortadan kaldırır. Ancak artan enerji çıkışı kısa ömürlüdür, çünkü sıcaklığın artması, iç direncin daha da artmasıyla birlikte yaşlanmanın hızlanmasını teşvik eder.

Şu anda tek istisna, kuru katı polimer elektrolitli lityum polimer pillerdir. 60 °C ile 100 °C arasında hayati bir sıcaklığa ihtiyaç duyarlar. Ve bu tür piller, sıcak iklimlerde yedek kaynaklar için pazarda kendine yer buldu. Harici bir ağdan beslenen yerleşik ısıtma elemanlarına sahip, termal olarak yalıtılmış bir muhafazaya yerleştirilirler. Yedek olarak kullanılan Li-ion polimer pillerin, özellikle sıcaklık kontrolünün mümkün olmadığı saha koşullarında kapasite ve dayanıklılık açısından VRLA pillere göre daha üstün olduğu değerlendiriliyor. Ancak yüksek fiyatları sınırlayıcı bir faktör olmaya devam ediyor.

Düşük sıcaklıklarda tüm elektrokimyasal sistemlerin pillerinin verimliliği keskin bir şekilde düşer. NiMH, SLA ve Li-ion piller -20°C'de çalışmayı durdururken, NiCd piller -40°C'ye kadar çalışmaya devam eder. Sadece geniş kullanım alanına sahip pillerden bahsettiğimizi bir kez daha belirtmek isterim.

Unutmamak gerekir ki bir pil düşük sıcaklıklarda çalışabilse de bu, bu koşullarda da şarj edilebileceği anlamına gelmez. Çoğu pilin çok düşük sıcaklıklarda şarj duyarlılığı son derece sınırlıdır ve bu durumlarda şarj akımının 0,1 C'ye düşürülmesi gerekir.

Sonuç olarak, forumdaki aksesuarlar alt forumunda Li-ion, Li-polimer ve diğer pil türleriyle ilgili sorular sorabileceğinizi ve sorunları tartışabileceğinizi belirtmek isterim.

Bu makaleyi yazarken materyaller kullanıldı [—Mobil cihazlar ve dizüstü bilgisayarlar için piller. Pil analizörleri.

Günümüzde lityum iyon piller en çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Özellikle mobil elektroniklerde (PDA'lar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar ve çok daha fazlası), elektrikli araçlarda vb. yaygın olarak kullanılırlar. Bunun nedeni, daha önce yaygın olarak kullanılan nikel-kadmiyum (Ni-Cd) ve nikel-metal hidrit (Ni-MH) pillere göre avantajlarıdır. Ve eğer ikincisi teorik sınırlarına yaklaşmışsa, lityum iyon pil teknolojisi yolculuğunun başlangıcında demektir.

Cihaz

Lityum iyon pillerde alüminyum negatif elektrot (katot), bakır ise pozitif elektrot (anot) görevi görür. Elektrotlar farklı şekillerde yapılabilir, ancak kural olarak bunlar dikdörtgen bir paket veya silindir şeklinde folyodur.

• Bakır folyo üzerindeki anot malzemesi ve alüminyum folyo üzerindeki katot malzemesi, elektrolit emdirilmiş gözenekli bir ayırıcı ile ayrılır.
• Elektrot paketi kapalı bir mahfazaya monte edilir ve anotlar ve katotlar akım toplayıcı terminallerine bağlanır
• Pil kapağının altında özel cihazlar bulunabilir. Bir cihaz, pozitif sıcaklık katsayısına direnci artırarak yanıt verir. İkinci cihaz, bataryadaki gaz basıncı izin verilen sınırın üzerine çıktığında pozitif terminal ile katot arasındaki elektrik bağlantısını keser. Bazı durumlarda mahfaza, çalışma koşullarının ihlali veya acil durumlar durumunda iç basıncı tahliye eden bir emniyet valfi ile donatılmıştır.
• Çalışma güvenliğini artırmak için bazı piller ayrıca harici elektronik koruma kullanır. Akünün aşırı ısınması, kısa devre yapması ve aşırı şarj olması ihtimalini engeller.
• Yapısal olarak piller prizmatik ve silindirik versiyonlarda üretilmektedir. Silindirik pillerdeki sarılmış bir ayırıcı ve elektrot paketi, negatif elektrotun bağlı olduğu alüminyum veya çelik bir kasaya yerleştirilir. Pilin pozitif kutbu yalıtkan aracılığıyla kapağa çıkarılır. Prizmatik piller dikdörtgen plakaların üst üste istiflenmesiyle oluşturulur.

Bu tür lityum iyon piller daha sıkı paketlemeye izin verir, ancak elektrotlar üzerindeki basınç kuvvetlerini korumak silindirik pillere göre daha zordur. Bir dizi prizmatik pil, eliptik bir spiral şeklinde bükülmüş bir elektrot paketinden oluşan bir rulo düzeneğini kullanır.

Pillerin çoğu prizmatik versiyonlarda üretilir, çünkü asıl amaçları dizüstü bilgisayarların ve cep telefonlarının çalışmasını sağlamaktır. Li-ion pillerin tasarımı tamamen yalıtılmıştır. Bu gereklilik, sıvı elektrolit sızıntısının kabul edilemezliği ile belirlenir. İçeri su buharı veya oksijen girerse, elektrolit ve elektrot malzemeleriyle bir reaksiyon meydana gelir ve bu da akünün tamamen arızalanmasına yol açar.

Çalışma prensibi

• Lityum-iyon piller, aralarında bir elektrolit bulunan, anot ve katot şeklinde iki elektrottan oluşur. Anotta, pil kapalı bir devreye bağlandığında, serbest elektronların oluşumuna yol açan kimyasal bir reaksiyon oluşur.
• Bu elektronlar konsantrasyonlarının daha düşük olduğu katoda ulaşma eğilimindedir. Ancak onları anottan doğrudan katoda gitmekten alıkoyan şey, elektrotların arasında bulunan elektrolittir. Geriye kalan tek yol akünün kapalı olduğu devreden geçiyor. Bu durumda, belirtilen devre boyunca hareket eden elektronlar cihaza enerji sağlar.
• Kaçak elektronların geride bıraktığı pozitif yüklü lityum iyonları, katot tarafındaki elektron talebini karşılamak için aynı zamanda elektrolit yoluyla katoda yönlendirilir.
• Tüm elektronlar katoda hareket ettikten sonra pilin "ölümü" meydana gelir. Ancak lityum iyon pil şarj edilebilir, yani süreç tersine çevrilebilir.

Bir şarj cihazı kullanarak devreye enerji verebilir, böylece reaksiyonu ters yönde başlatabilirsiniz. Sonuç anotta elektron birikmesi olacaktır. Pil bir kez yeniden şarj edildiğinde, etkinleştirilene kadar çoğunlukla bu şekilde kalacaktır. Ancak zamanla pil, bekleme modunda bile şarjının bir kısmını kaybedecektir.

• Pil kapasitesi, anot veya katotun kraterlerine ve küçük gözeneklerine yerleşebilen lityum iyonlarının sayısını ifade eder. Zamanla, çok sayıda yeniden şarjın ardından katot ve anot bozulur. Sonuç olarak barındırabilecekleri iyon sayısı azalır. Bu durumda pil artık aynı miktarda şarjı tutamaz. Sonunda işlevlerini tamamen kaybeder.

Lityum-iyon piller, şarjlarının sürekli izlenmesini gerektirecek şekilde tasarlanmıştır. Bu amaçla kasaya şarj kontrol cihazı adı verilen özel bir kart takılıdır. Karttaki çip pilin şarj işlemini kontrol ediyor.

Standart pil şarjı şuna benzer:

• Şarj işleminin başlangıcında kontrol cihazı, nominal akımın %10'u kadar bir akım sağlar. Şu anda voltaj 2,8 V'a yükseliyor.
• Daha sonra şarj akımı nominal değere yükselir. Bu süre zarfında DC voltajı 4,2 V'a yükselir.
• Şarj işleminin sonunda akü %100 şarj olana kadar akım 4,2 V sabit voltajda düşer.

Aşamalandırma, farklı denetleyicilerin kullanılması nedeniyle farklılık gösterebilir, bu da farklı şarj hızlarına ve buna bağlı olarak pilin toplam maliyetine yol açar. Lityum-iyon piller korumasız olabilir, yani denetleyici şarj cihazında bulunur veya yerleşik korumalı olabilir, yani denetleyici pilin içinde bulunur. Koruma levhasının doğrudan aküye yerleştirildiği cihazlar olabilir.

Çeşitler ve uygulamalar

Lityum iyon pillerin iki form faktörü vardır:

1. Silindirik lityum iyon piller.
2. Tablet lityum iyon piller.

Elektrokimyasal lityum iyon sisteminin farklı alt tipleri, kullanılan aktif maddenin türüne göre isimlendirilmektedir. Tüm bu lityum iyon pillerin ortak noktası, hepsinin kapalı, bakım gerektirmeyen piller olmasıdır.

En yaygın 6 tip lityum iyon pil vardır:

1. Lityum kobalt pil . Yüksek spesifik enerji tüketimi nedeniyle dijital kameralar, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları için popüler bir çözümdür. Pil, bir kobalt oksit katot ve bir grafit anottan oluşur. Lityum-kobalt pillerin dezavantajları: sınırlı yük kapasitesi, zayıf termal stabilite ve nispeten kısa servis ömrü.

Kullanım alanları ; mobil elektronik.

1. Lityum manganez pil . Kristalin lityum manganez spinel katot, üç boyutlu bir çerçeve yapısına sahiptir. Spinel düşük direnç sağlar ancak kobalttan daha orta düzeyde bir enerji yoğunluğuna sahiptir.

Kullanım alanları; elektrik güç üniteleri, tıbbi ekipman, elektrikli aletler.

1. Lityum Nikel Manganez Kobalt Oksit Pil . Akü katodu kobalt, manganez ve nikeli birleştirir. Nikel, yüksek özgül enerji yoğunluğuyla ünlüdür ancak düşük kararlılığıyla ünlüdür. Manganez düşük iç direnç sağlar ancak düşük enerji yoğunluğuna neden olur. Metallerin kombinasyonu dezavantajlarını telafi etmenize ve güçlü yönlerini kullanmanıza olanak tanır.

Kullanım alanları; özel ve endüstriyel kullanıma yönelik (güvenlik sistemleri, güneş enerjisi santralleri, acil aydınlatma, telekomünikasyon, elektrikli araçlar, elektrikli bisikletler vb.)

1. Lityum demir fosfat pil . Başlıca avantajları şunlardır: uzun hizmet ömrü, yüksek akım değerleri, yanlış kullanıma karşı direnç, artırılmış güvenlik ve iyi termal stabilite. Ancak bu pilin kapasitesi küçüktür.

Uygulama alanları: Dayanıklılık ve yüksek yük akımlarının gerekli olduğu sabit ve taşınabilir özel cihazlar.

1. Lityum Nikel Kobalt Alüminyum Oksit Pil . Başlıca avantajları: yüksek enerji yoğunluğu ve enerji yoğunluğu, dayanıklılık. Ancak güvenlik geçmişi ve yüksek maliyeti kullanımını sınırlamaktadır.

Kullanım alanları; elektrikli güç aktarma organları, endüstriyel ve tıbbi ekipmanlar.

1. Lityum titanat pil . Başlıca avantajları: hızlı şarj, uzun servis ömrü, geniş sıcaklık aralığı, mükemmel performans ve güvenlik. Bu, mevcut en güvenli lityum iyon pildir.

Ancak maliyeti yüksek ve spesifik enerji yoğunluğu düşüktür. Şu anda üretim maliyetini düşürmeye ve spesifik enerji yoğunluğunu artırmaya yönelik geliştirmeler yapılıyor.

Kullanım alanları; cadde, arabaların elektrik güç üniteleri (Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV), UPS.

Tipik özellikler

Genel olarak lityum iyon piller aşağıdaki tipik özelliklere sahiptir:

• Minimum voltaj 2,2-2,5V'den düşük değildir.
• Maksimum voltaj 4,25-4,35V'den yüksek değildir.
• Şarj süresi: 2-4 saat.
• Oda sıcaklığında kendi kendine deşarj yılda yaklaşık% 7'dir.
• Çalışma sıcaklığı aralığı −20 °C ile +60 °C arasındadır.
• %20 kapasite kaybı elde edilene kadar şarj/deşarj döngü sayısı 500-1000'dir.

Avantajlar ve dezavantajlar

Avantajları şunları içerir:

• Nikel kullanan alkalin pillere kıyasla yüksek enerji yoğunluğu.
• Bir pil hücresinin voltajı oldukça yüksektir.
• Basit çalışmayı sağlayan “hafıza etkisi” yoktur.
• Önemli sayıda şarj-deşarj döngüsü.
• Uzun servis ömrü.
• Tutarlı performans için geniş sıcaklık aralığı.
• Göreceli çevre güvenliği.

Dezavantajları arasında şunlar yer almaktadır:

• Orta deşarj akımı.
• Nispeten hızlı yaşlanma.
• Nispeten yüksek maliyet.
• Yerleşik denetleyici olmadan çalışmanın imkansızlığı.
• Yüksek yükler ve çok derin deşarj altında kendiliğinden yanma olasılığı.
• Tasarım mükemmelleştirilmediğinden önemli iyileştirmeler gerektirir.

Selamlar sevgili dostlarım ve hayranlarım, bu blogun okuyucuları. Başka bir ders yerine makaleler demek daha doğru olur. fotoğraf okulu kumbara Herkes için acı veren ve önemli olan bir konu hakkında bir makale yazmaya karar verdim.

Siz sevgili okuyucularım da dahil olmak üzere pek çok kişinin bu tür temel şeylerin ne olduğunu bilmeyi hem ilginç hem de yararlı bulacağını düşünüyorum. lityum iyon piller, sınırlayıcı özellikleri neler, nasıl kullanılmalı, doğru kullanımla neler elde edilebilir ve tabi ki nelere dikkat edilmeli? uzun pil ömrü. O zaman devam et.

Neden? - Bana sorarsanız aslında bu konu üzerine yazmaya başladım. Peki, bir pil ve bir pil ve buna ne dersiniz? Bu yüzden? Ama hayır. Li-iyon pil Bu aslında en sevdiğimiz cihazların çoğu veya ortak tabirle cihazlar için bir yakıt deposudur. Ne olmuş? - sen söyle bana, - bizim için ne fark eder? Ve fark sizin için büyük ve önemlidir. Bu makaleyi yazma fikri, benim ve birlikte gittiğimiz fotoğrafçılık okulu öğrencileri sonrasında ortaya çıktı. Hava koşulları oldukça sıradan, -7 -10 santigrat civarında, güneşli, hafif esintili, açık. Amatör bir fotoğrafçının meraklı gözü için genel olarak hoş bir hava. Ancak birçok öğrenci endişelendi: Bu kamera için tehlikeli değil mi? Donmayacak mı? Donarsa ne olur? (Kameranın sıcaklık koşullarıyla ilgili ayrı bir not yazacağım) Kameranın pili ne olacak? Kamera pilinin soğuğa karşı çok hassas olduğunu ve arızalanabileceğini duyduk, bu doğru mu? Doğru, ama hepsi değil ve tamamen değil. Hadi çözelim.

Kameralarımız lityum iyon piller içerir. Bu ne anlama geliyor? İşte şu. Li-ion piller diğer pil türlerine göre çok daha iyi kullanım parametrelerine sahiptir. Ayrıntılara girmeyeceğim ama günümüzde çoğu tüketici elektroniği üreticisi, üretimi daha basit, daha ucuz ve çevreye daha az zararlı olduğu için ürünlerini Li-ion pillerle donatmaya çalışıyor.

Lityum anotlu birincil hücreler (“piller”) 20. yüzyılın 70'li yıllarının başında ortaya çıktı ve yüksek özgül enerjileri ve diğer avantajları nedeniyle hızla uygulama buldu. Böylece, hem pilin çalışma voltajını hem de özgül enerjisini keskin bir şekilde artırmayı mümkün kılan, en aktif indirgeyici madde olan bir alkali metal ile kimyasal bir akım kaynağı yaratmaya yönelik uzun süredir devam eden bir istek gerçekleştirildi. Lityum anotlu birincil hücrelerin geliştirilmesi nispeten hızlı bir başarı ile taçlandırılırken ve bu tür öğeler taşınabilir ekipman için güç kaynakları olarak yerlerini sağlam bir şekilde alırken, lityum pillerin yaratılması, üstesinden gelinmesi 20 yıldan fazla süren temel zorluklarla karşılaştı.

1980'lerde yapılan birçok testin ardından lityum pillerdeki sorunun lityum elektrotlardan kaynaklandığı ortaya çıktı. Daha doğrusu, lityumun aktivitesi etrafında: Çalışma sırasında meydana gelen süreçler sonuçta "alev emisyonlu havalandırma" adı verilen şiddetli bir reaksiyona yol açtı. 1991 yılında ilk kez cep telefonlarında güç kaynağı olarak kullanılan çok sayıda lityum pil, üreticiler tarafından geri çağrıldı. Bunun nedeni, görüşme sırasında akım tüketiminin maksimuma ulaştığı sırada bataryadan çıkan alevin cep telefonu kullanıcısının yüzünü yakmasıydı.

Lityum metalinin özellikle şarj sırasındaki doğal dengesizliği nedeniyle araştırmalar, Li kullanmadan, iyonlarını kullanarak bir pil oluşturmaya doğru ilerledi. Lityum-iyon piller, lityum pillere göre biraz daha düşük enerji yoğunluğu sağlasa da, Li-iyon piller uygun şekilde şarj edilip boşaltıldığında güvenlidir.

Dahası, birisi lityum iyon pillerde hangi kimyasal süreçlerin olduğu ve olduğu ve aynı süreçlerin nasıl evcilleştirildiğiyle ilgileniyorsa Google'a gidin. Kimya ve fizikte beni okurken uykuya daldıracak bir makale yazacak kadar güçlü değilim.

Modern Li-ion piller yüksek spesifik özelliklere sahiptir: 100-180 Wh/kg ve 250-400 Wh/l. Çalışma voltajı: 3,5-3,7 V.

Sadece birkaç yıl önce imalat geliştiricileri, Li-ion pillerin elde edilebilecek maksimum kapasitesinin birkaç amper saatten fazla olmayacağını düşünüyorlardı (okuldaki fizik dersini hatırlayın), şimdi kapasite artışını sınırlayan nedenlerin çoğu aşılmış durumda ve Birçok üretici yüzlerce, hatta binlerce amper saat kapasiteli piller üretmeye başladı.

Modern küçük boyutlu piller, 2 C'ye kadar deşarj akımlarında, güçlü olanlar ise 10-20 C'ye kadar çalışır. Çalışma sıcaklığı aralığı: -20 ila +60 °C. Ancak birçok üretici halihazırda -40 °C'de çalışan piller geliştirmiştir. Sıcaklık aralığını daha yüksek sıcaklıklara genişletmek mümkündür.

Li-ion pillerin kendi kendine deşarjı ilk ayda %4-6'dır, daha sonra bu oran önemli ölçüde azalır: 12 ayda piller depolanan kapasitelerinin %10-20'sini kaybeder. Li-ion pillerin kapasite kaybı hem 20°C'de hem de 40°C'de nikel-kadmiyum (Ni-Cd) pillere göre birkaç kat daha azdır. Lityum iyon pillerin kaynağı: 500-1000 şarj-deşarj döngüsü.

Ve burada birçok kişi şöyle diyecek: -Ahhh. Bu nedenle orta dereceli soğuk havalarda kameranızla çekim yapabilirsiniz. Evet, sana cevap vereceğim. Ayrıca pil çalıştığında enerji açığa çıkar, içinde kimyasal reaksiyonlar meydana gelir, bunun yan etkisi termal enerjinin salınmasıdır, bu da pilin çalışma sıcaklığı aralığını daha uzun süre korumasını sağlar. Ayrıca sokakta kamerayı kılıfından çıkardığımızda o da (kamera, kamera) pozitif bir sıcaklığa sahip oluyor, yani sokakta -7'de çekim yapabileceğimiz zaman kaynağını daha da artırıyoruz. ..-15 °C. Buna çekim sırasında kamera işlemcisinin termal ısınması, matrisin ısınması, hatta kamerayı tuttuğumuz ve ona aktardığımız ellerin sıcaklığı bile orta derecede düşük sıcaklıklarda kameranın termal ve zaman ömrünü uzatır. .

Bu, iş yerinde pillerin kullanımıyla ilgilidir. Şimdi biraz şarj ve depolama tarafına bakalım. Lityum-iyon piller herhangi bir özel bakım gerektirmez. Bunların çalıştırılmasıyla ilgili temel kurallar telefon/dizüstü bilgisayar/kamera talimatlarında bulunabilir ve geri kalan her şey BMS devresi ve elektrikli cihazdaki şarj kontrol cihazı tarafından halledilir. Ancak, satın alırken, bir satış görevlisinden veya bir "guru" arkadaşınızdan sıklıkla aşağıdaki ifadeleri duyabilirsiniz:

“...ilk şarj - 12–15 saat...” veya alternatif olarak “...cihazı bütün gece bağlı bırakın...”;

“...pilin kapasite kazanması için 3-5 tam döngü yapmanız gerekir...”;

“...bataryanın tamamen şarj edilip boşaltılması tavsiye edilir...”;

“... peki ya pil zaten bir yıllıksa, kullanılmamışsa; hizmet ömrü yalnızca şarj-deşarj döngülerinin sayısına bağlıdır...”

Yukarıdakilerin ne kadar doğru olduğunu görelim.

İlk ifade kesinlikle anlamsızdır - kontrol elektroniği, pilin olması gerekenden daha fazla şarj edilmesine izin vermeyecektir.

2. ipucu da savunulamaz. İlk şarjdan sonra, lityum iyon piller tam verimlilikle çalışır ve ilk başta, cihazın sahibinin onu kurup incelemesi, arkadaşlarına ve tanıdıklarına göstermesi vb. nedeniyle daha hızlı boşalırlar. Bir veya iki hafta sonra gadget, Normal moda girmek doğaldır, özerklik üzerinde olumlu bir etkisi vardır. Ancak kullanımdan önce tam şarj yapılması yine de tavsiye edilir. Bu, pil için gerekli değildir ancak cihazın gerçek kapasitesini belirleyebilmesi ve ardından kalan şarjı doğru şekilde görüntüleyebilmesi için gereklidir.

3 No'lu Tavsiye, nikel-kadmiyum pillerin çalıştırılmasına ilişkin kurallardan bile "büyüyen bacaklara" sahiptir; bu pillerin ilk önce tamamen boşaltılması gerekiyordu, aksi takdirde kapasitenin bir kısmı geri dönülemez şekilde kaybolacaktı. Lityum iyon muadilleri benzer bir "hafıza etkisine" sahip değildir, ayrıca derin deşarj onlar için kontrendikedir. Sık kullanımda bu önemli değildir, çünkü BMS sistemi pilin tamamen boşalmasına izin vermez, ancak bir ay veya daha uzun süre boşalmış durumda kalırsa, kalan şarj "sızacak", koruma devresi bloke olacaktır. şarj işlemini tamamlayın ve kapatın; bundan sonra şarj işlemi artık mümkün olmayacaktır. Aşırı şarj da zararlıdır ancak çoğu cihaz bunu zaten dikkate alır ve pili %100'e kadar şarj etmez.

Ayrıca “dilediğiniz gibi şarj edin ama en az haftada (ayda) bir kez tam döngü yapın” gibi tavsiyeler de var. Bu çalışma şeması nikel-metal hidrit piller için idealdir - aynı zamanda bir hafıza etkisine sahiptirler, ancak Ni-Cd'den çok daha azdırlar ve 1-2 tam döngüden sonra kapasiteyi geri yüklerler. Lityum iyon piller için bu yalnızca kısmen doğrudur; örneğin, bunun uzun süreli depolamadan sonra yapılması önerilir.

4 numaralı ifadeden görünüşte mantıklı bir sonuç çıkıyor: Pil ömrü döngü sayısıyla ölçüldüğü için, onu maksimumda kullanmanın daha iyi olduğu anlamına geliyor. Bu bir hatadır. Tam şarj ve deşarj, cihazı daha hızlı yıpratır, eksik döngüler ise tam tersine ömrünü uzatır. Ayrıca lityum iyon piller kullanılmasa bile kapasite kaybına uğrar. Zaten bir yıl sonra "rafta" kaynakları %5-10, 2 yıl sonra ise %20-30 azalır. Bu nedenle yeni bir taşınabilir cihaz satın alırken güç kaynağının çıkış tarihine dikkat edin. Satışta bulmak zor olsa bile ileride kullanmak üzere pil satın almanın faydasız olduğu da açıktır.

Lityum iyon pillerin çalışma sıcaklığı koşullarına dikkat etmek çok önemlidir. -20 °C'nin altındaki don koşullarında akım vermeyi durdururlar ve +45 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda çalışır durumda olmalarına rağmen bu tür iklim koşulları yaşlanma sürecini etkinleştirir ve pilin ömrünü önemli ölçüde azaltır. Ancak yalnızca pozitif (Santigrat) sıcaklıklarda şarj edebilirsiniz, aksi takdirde cihazın arızalanma riski yüksektir. Genel olarak lityum iyon pillerin optimum çalışma sıcaklığı +20 °C'dir.

Lityum-iyon piller sürekli olarak geliştirilmekte ve üreticiler elektrot ve elektrolit malzemeleri üzerinde aktif olarak deneyler yapmaktadır. 1994 yılında lityum-manganez katotlu piller ortaya çıktı ve 1996'da lityum-demir-fosfat katotlu piller ortaya çıktı. Çok daha kararlıdırlar ve yüksek deşarj akımlarına kolaylıkla dayanabilirler, bu nedenle elektrikli el aletlerinde ve elektrikli araçlarda kullanılırlar. 2003 yılından bu yana, karmaşık bir katot bileşimi (LiNiMnCoO2) kullanan ve listelenenler arasında en iyi özellik kombinasyonuna sahip piller üretilmektedir. Ancak henüz hiç kimse belirli kapasite ve fiyat açısından lityum-kobalt örneklerini geçemedi ve yeni türlerin avantajları nispeten az akım tüketen cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlarda talep görmüyor.

Cihazınızı geçici olarak bir kenara bıraktıysanız ancak pilini çalışır durumda tutmak istiyorsanız, lityum iyon pillerin en iyi şekilde yaklaşık +5 ° C sıcaklıkta saklandığını bilin. Ne kadar yüksekse ve şarj seviyesi %100'e ne kadar yakınsa pil o kadar hızlı eskir ve kapasitesi düşer. En iyisi %40-50'ye kadar şarj etmek, cihazdan çıkarmak, kapalı bir plastik torbaya koymak, buzdolabına koymak (ancak dondurucuya değil!) ve periyodik olarak yeniden şarj etmektir.

Piller, dostlarımız, elektronik evcil hayvanlar hakkında söylemek istediklerim bu kadar. İster telefon, ister oyuncu, ister kamera.

Bu makale internette bulunan materyallere dayanarak hazırlandı ve kolaylık sağlamak ve sürecin özünü anlamak için burada bir yığın halinde toplandı.

Sorularım var? Yorumlara yazın, kesinlikle cevaplayacağım.

Not: Arkadaşlar makaleyi beğendiyseniz veya faydalı bulduysanız. Bana da bir iyilik yap. Makalenin bağlantısını VKontakte, Odnoklassniki, Facebook, Twitter ve diğer sayfalarınızda paylaşın. Bunu yapmak için sayfanın altındaki düğmelere tıklamanız ve talimatların basit adımlarını uygulamanız yeterlidir. Ayrıca sizi bültenime abone olmaya davet ediyorum, o zaman bir sonraki ilginç ve faydalı makaleyi kesinlikle kaçırmayacaksınız. Abonelik formu sayfanın sağ üst köşesinde bulunur.

• Tercüme

Pilin Ölümü: Hepimiz bunun olduğunu gördük. Telefonlarda, dizüstü bilgisayarlarda, kameralarda ve şimdi de elektrikli arabalarda süreç sancılı ve eğer şanslıysanız yavaş. Yıllar geçtikçe, bir zamanlar cihazlarınıza saatlerce (hatta günlerce!) güç sağlayan lityum iyon pil, yavaş yavaş şarj tutma özelliğini kaybeder. Sonunda bununla yüzleşecek, belki Steve Jobs'a küfredecek ve sonra yeni bir pil, hatta tamamen yeni bir alet satın alacaksınız.

Peki bu neden oluyor? Pilin ölmesine neden olan şey nedir? Kısa cevap, uzun süre yüksek sıcaklıklara maruz kalma ve çok sayıda şarj ve deşarj döngüsünden kaynaklanan hasar nedeniyle, lityum iyonlarının elektrotlar arasındaki hareketinin sonunda bozulmaya başlamasıdır.

İstenmeyen kimyasal reaksiyonlar, korozyon, yüksek sıcaklık tehdidi ve performansı etkileyen diğer faktörler konusunda bizi yönlendiren daha ayrıntılı bir cevap, her şey yolunda gittiğinde lityum iyon pillerde ne olduğunun açıklanmasıyla başlar.

Lityum İyon Pillere Giriş

Şarj sırasında, bir elektrik akımı lityum iyonlarını katottan anoda doğru hareket ettirir. Deşarj sırasında (yani pil kullanıldığında) iyonlar katoda doğru geri hareket eder.

Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda lityum iyon hücrelerinin bozunması üzerine araştırma yapan bilim adamı Daniel Abraham, süreci bir hidroelektrik sistemindeki suya benzetti. Yukarıya doğru hareket eden su enerji gerektirir ancak aşağıya doğru çok kolay akar. Aslında Abraham, katottaki lityum kobalt oksidin "lityumdan vazgeçmek istememesine" benzer şekilde kinetik enerji sağladığını söylüyor. Suyun yukarı doğru hareket etmesi gibi, lityum atomlarını oksitten anoda taşımak için de enerji gerekir.

Şarj sırasında iyonlar, anotu oluşturan grafit tabakaları arasına yerleştirilir. Ancak Abraham'ın ifadesiyle, "orada olmak istemiyorlar; ilk fırsatta geri dönecekler", tıpkı tepeden aşağı akan su gibi. Bu yumuşamadır. Uzun ömürlü bir pil, bu tür binlerce şarj-deşarj döngüsüne dayanabilir.

Bitmiş bir pil ne zaman gerçekten ölür?

Cep telefonlarında ise yüksek güç, kapasiteden veya pilin tutabileceği enerji miktarından daha az önemlidir. Yüksek kapasiteli piller tek şarjla daha uzun süre dayanır.

Zamanla pil, hem kapasiteyi hem de gücü etkileyebilecek çeşitli şekillerde bozulur ve sonunda temel işlevleri yerine getiremez hale gelir.

Bunu başka bir su benzetmesi ile düşünün: Bataryayı şarj etmek, bir kovayı musluk suyuyla doldurmaya benzer. Kovanın hacmi pilin kapasitesini veya kapasitesini temsil eder. Musluğu sonuna kadar açarak veya damlatarak doldurabileceğiniz hız, güçtür. Ancak zaman, yüksek sıcaklıklar, çoklu döngüler ve diğer faktörler sonunda kovada bir delik yaratır.

Kova benzetmesinde su dışarı sızar. Abraham, bir pilde lityum iyonlarının uzaklaştırıldığını veya "bağlandığını" söylüyor. Sonuç olarak elektrotlar arasında hareket etme yeteneğinden yoksun kalırlar. Yani, başlangıçta birkaç günde bir şarj edilmesi gereken bir cep telefonunun, birkaç ay sonra artık 24 saatte bir şarj edilmesi gerekiyor. Daha sonra günde iki kez. Sonunda çok fazla lityum iyonu "bağlanacak" ve pil herhangi bir yararlı şarj tutamayacaktır. Kova su tutmayı bırakacaktır.

Ne kırılıyor ve neden

Sorun, kristal yapının her şarj ve deşarjda değişebilmesidir. A dairesinden gelen iyonların mutlaka eve dönmeleri gerekmez, ancak yan taraftaki B dairesine taşınabilirler. Daha sonra B dairesindeki Ion, yerini bu serseri tarafından işgal edilmiş bulur ve çatışmaya girmeden koridorun aşağısına doğru ilerlemeye karar verir. Ve benzeri.

Maddedeki bu “faz geçişleri” yavaş yavaş katodu farklı elektrokimyasal özelliklere sahip yeni bir kristalin kristal yapıya dönüştürür. Başlangıçta gerekli performans değişikliklerini üreten atomların tam düzeni.

Abraham, yalnızca araç hızlandığında veya frenlendiğinde güç sağlamak için ihtiyaç duyulan hibrit araç akülerinde, bu yapısal değişikliklerin elektrikli araçlara göre çok daha yavaş gerçekleştiğini belirtiyor. Bunun nedeni, her döngüde lityum iyonlarının yalnızca küçük bir kısmının sistem içerisinde hareket etmesidir. Sonuç olarak orijinal konumlarına dönmeleri daha kolaydır.

Korozyon sorunu

Bağlayıcı malzeme bozulursa, akım toplayıcının yüzeyinin "soyulmasına" neden olur. Bir metal korozyona uğrarsa elektronları verimli bir şekilde hareket ettiremez.

Aküdeki korozyon, elektrolit ve elektrotların etkileşiminden kaynaklanabilir. Grafit anot "kolayca serbest bırakılır", yani. Elektrolite kolayca elektron “bağışlar”. Bu, grafit yüzeyinde istenmeyen bir kaplamaya neden olabilir. Bu arada katot yüksek derecede "oksitlenebilir", yani elektrolitten elektronları kolayca kabul ediyor, bu da bazı durumlarda mevcut toplayıcının alüminyumunu aşındırabildiğini veya katodun bazı kısımlarında bir kaplama oluşturabildiğini söylüyor.

Çok fazla iyi bir şey

Ancak gerçekte TEI çok istikrarsız bir savunmacıdır. Abraham, grafiti oda sıcaklığında iyi koruduğunu söylüyor ancak yüksek sıcaklıklarda veya pil şarjı sıfıra düştüğünde (“derin deşarj”) TEI, elektrolit içinde kısmen çözünebiliyor. Yüksek sıcaklıklarda elektrolitler de ayrışma eğilimi gösterir ve yan reaksiyonlar hızlanır.

Uygun koşullar geri geldiğinde, başka bir koruyucu katman oluşacak, ancak bu lityumun bir kısmını tüketecek ve sızdıran bir kovayla aynı sorunlara neden olacak. Cep telefonumuzu daha sık şarj etmek zorunda kalacağız.

Dolayısıyla grafit anotu korumak için TEI'ye ihtiyacımız var ve bu durumda gerçekten çok fazla iyi şey olabilir. Koruyucu tabaka çok kalınlaşırsa serbestçe ileri geri hareket etmesi gereken lityum iyonlarına karşı bir bariyer haline gelir. Bu, Abraham'ın elektrikli araçlar için "son derece önemli" olduğunu vurguladığı gücü etkiliyor.

Daha İyi Piller Yaratmak

Bu arada pil ve elektrikli araç şirketlerindeki mühendisler, lityum iyon pilleri sabit, sağlıklı bir sıcaklık aralığında tutmak amacıyla muhafazalar ve termal yönetim sistemleri üzerinde çalışıyor. Biz tüketiciler olarak aşırı sıcaklıklardan ve derin deşarjlardan kaçınmak zorunda kalıyoruz ve her zaman çok çabuk bitecek gibi görünen piller hakkında şikayet etmeye devam ediyoruz.

Forumlarda pillerin "çalıştırılmasıyla ilgili ipuçları" okuduğunuzda, düşünmeden edemezsiniz - ya insanlar okulda fizik ve kimyayı atladılar ya da kurşun-asit ve iyon pilleri çalıştırma kurallarının aynı olduğunu düşünüyorlar.
Li-Ion pilin çalışma prensipleriyle başlayalım. Parmaklarda her şey son derece basittir - negatif bir elektrot vardır (genellikle bakırdan yapılmıştır), pozitif bir elektrot vardır (alüminyumdan yapılmıştır), aralarında elektrolitle emprenye edilmiş gözenekli bir madde (ayırıcı) vardır (bu, " lityum iyonlarının elektrotlar arasında izinsiz aktarımı):

Çalışma prensibi, lityum iyonlarının çeşitli malzemelerin (genellikle grafit veya silikon oksit) kristal kafesine kimyasal bağların oluşumuyla entegre olma kabiliyetine dayanır: buna göre, şarj sırasında iyonlar kristal kafesin içine yerleştirilir, böylece bir elektrot üzerinde yük birikir ve boşalırken sırasıyla başka bir elektroda geri dönerler ve ihtiyacımız olan elektronu verirler (gerçekleşen süreçlerin daha doğru bir açıklamasıyla ilgilenenler - google interkalasyonu). Serbest proton içermeyen ve geniş bir voltaj aralığında stabil olan su içeren çözeltiler elektrolit olarak kullanılır. Gördüğünüz gibi, modern pillerde her şey oldukça güvenli bir şekilde yapılıyor - lityum metal yok, patlayacak hiçbir şey yok, ayırıcıdan yalnızca iyonlar geçiyor.
Artık çalışma prensibi hakkında her şey az çok netleştiğine göre, Li-Ion pillerle ilgili en yaygın efsanelere geçelim:

1. Efsane bir. Cihazdaki Li-Ion batarya yüzde sıfıra kadar deşarj edilemiyor.
   Aslında, her şey kulağa doğru geliyor ve fizikle tutarlı - ~2,5 V'ye boşaltıldığında Li-Ion pil çok hızlı bir şekilde bozulmaya başlıyor ve böyle bir deşarj bile kapasitesini önemli ölçüde (%10'a kadar!) azaltabilir. Ayrıca standart bir şarj cihazı ile voltaj böyle bir voltaja boşaltılırsa artık şarj edilmesi mümkün olmayacaktır - akü hücresi voltajı ~3 V'un altına düşerse “akıllı” kontrolör onu hasarlı olarak kapatacaktır, ve eğer bu tür hücrelerin tümü varsa, pil çöp kutusuna atılabilir.
   Ancak herkesin unuttuğu çok önemli bir şey var: Telefonlarda, tabletlerde ve diğer mobil cihazlarda pilin çalışma voltajı aralığı 3,5-4,2 V'tur. Voltaj 3,5 V'un altına düştüğünde gösterge yüzde sıfır şarjı gösterir ve cihaz kapanır, ancak "kritik" olmadan önce 2,5 V hala çok uzaktadır. Bu, böyle bir "boşalmış" bataryaya bir LED bağlarsanız, uzun süre açık kalabileceği gerçeğiyle doğrulanır (belki birisi, ne olursa olsun, bir düğmeyle açılan el fenerleri olan telefonları sattıklarını hatırlar). Yani oradaki ışık şarjı boşaltıp telefonu kapattıktan sonra bile yanmaya devam etti). Yani gördüğünüz gibi normal kullanım sırasında 2,5 V'a deşarj oluşmuyor, bu da pilin yüzde sıfıra kadar deşarj edilmesinin oldukça mümkün olduğu anlamına geliyor.
2. Efsane iki. Li-Ion piller hasar görürse patlarlar.
   Hepimiz “patlayıcı” Samsung Galaxy Note 7'yi hatırlıyoruz. Ancak bu, kuralın bir istisnasıdır - evet, lityum çok aktif bir metaldir ve onu havada patlatmak zor değildir (ve çok parlak bir şekilde yanar) su). Ancak modern piller lityumu değil onun çok daha az aktif olan iyonlarını kullanır. Bu nedenle, bir patlamanın meydana gelmesi için çok denemeniz gerekir - ya şarj piline fiziksel olarak zarar verin (kısa devreye neden olun) ya da çok yüksek bir voltajla şarj edin (o zaman hasar görür, ancak büyük olasılıkla kontrol cihazı yanacaktır) kendiliğinden dışarı çıkar ve pilin şarj olmasına izin vermez). Bu nedenle, aniden elinize zarar görmüş veya dumanı tüten bir pil çıkarsa, onu masanın üzerine atmayın ve “hepimiz öleceğiz” diye bağırarak odadan kaçmayın; pili metal bir kaba koyun ve alın. balkona çıkın (kimyasalları solumamak için) - pil bir süre yanacak ve sonra sönecektir. Önemli olan onu suyla doldurmamaktır, iyonlar elbette lityumdan daha az aktiftir, ancak yine de suyla reaksiyona girdiğinde belirli miktarda hidrojen de açığa çıkacaktır (ve patlamayı sever).
3. Üçüncü efsane. Li-Ion pil 300 (500/700/1000/100500) döngüye ulaştığında güvensiz hale gelir ve acilen değiştirilmesi gerekir.
   Neyse ki forumlarda giderek daha az dolaşan ve hiçbir fiziksel ya da kimyasal açıklaması olmayan bir efsane. Evet, çalışma sırasında elektrotlar oksitlenir ve paslanır, bu da pil kapasitesini azaltır ancak bu, pil ömrünün kısalması ve% 10-20 şarjda dengesiz davranış dışında sizi tehdit etmez.
4. Dördüncü efsane. Li-Ion piller soğukta kullanılamaz.
   Bu bir yasaktan ziyade tavsiye niteliğindedir. Pek çok üretici, telefonların sıfırın altındaki sıcaklıklarda kullanılmasını yasaklıyor ve birçoğu, soğukta telefonların hızlı deşarjı ve hatta kapanmasıyla karşı karşıya kaldı. Bunun açıklaması çok basit: Elektrolit, su içeren bir jeldir ve sıfırın altındaki sıcaklıklarda suya ne olduğunu herkes bilir (evet, varsa donar), böylece pilin bir kısmı kullanılamaz hale gelir. Bu, voltaj düşüşüne yol açar ve kontrolör bunu bir deşarj olarak değerlendirmeye başlar. Bu pil için iyi değildir, ancak ölümcül de değildir (ısıtıldıktan sonra kapasite geri gelecektir), bu nedenle telefonu soğukta kullanmanız gerekiyorsa (kullanmak için - sıcak cebinizden çıkarın, kontrol edin) zaman ve geri koyma sayılmaz), bu durumda onu% 100 şarj etmek ve işlemciyi yükleyen herhangi bir işlemi açmak daha iyidir - bu, işlemcinin daha yavaş soğumasını sağlayacaktır.
5. Efsane beşinci. Şişmiş bir Li-Ion pil tehlikelidir ve derhal atılmalıdır.
   Bu tam olarak bir efsane değil, daha ziyade bir önlemdir; şişmiş bir pil kolayca patlayabilir. Kimyasal açıdan bakıldığında her şey basittir: interkalasyon işlemi sırasında elektrotlar ve elektrolit ayrışır, bu da gazın salınmasına neden olur (şarj sırasında da serbest bırakılabilir, ancak daha fazlası aşağıdadır). Ancak çok az bir kısmı serbest kalıyor ve pilin şişmiş görünmesi için birkaç yüz (binlerce olmasa da) yeniden şarj döngüsünden geçmesi gerekiyor (tabii ki arızalı olmadığı sürece). Gazdan kurtulmada herhangi bir sorun yok - sadece valfi delin (bazı pillerde aşırı basınç olduğunda kendiliğinden açılır) ve havasını alın (bununla nefes almanızı önermiyorum), ardından deliği gazla kapatabilirsiniz. epoksi reçinesi. Elbette bu, pili eski kapasitesine döndürmeyecek ama en azından artık kesinlikle patlamayacak.
6. Efsane altı. Aşırı şarj Li-Ion pillere zararlıdır.
   Ancak bu artık bir efsane değil, sert bir gerçek - yeniden şarj ederken pilin şişmesi, patlaması ve alev alması ihtimali yüksek - inanın bana, kaynayan elektrolitin sıçramasından pek zevk alınmıyor. Bu nedenle tüm pillerde, pilin belirli bir voltajın üzerinde şarj edilmesini önleyen kontrolörler bulunur. Ancak burada pil seçiminde son derece dikkatli olmanız gerekiyor - Çin el sanatı kontrolörleri sıklıkla arızalanabiliyor ve sabah 3'te telefonunuzdan atılacak havai fişeklerin sizi mutlu edeceğini düşünmüyorum. Elbette markalı pillerde de aynı sorun var ama öncelikle bu orada çok daha az oluyor ve ikincisi garanti kapsamında telefonunuzun tamamını değiştirecekler. Bu efsane genellikle aşağıdakilere yol açar:
7. Efsane yedinci. %100’e ulaştığınızda telefonu şarjdan çıkarmanız gerekiyor.
   Altıncı efsaneye göre bu mantıklı görünüyor, ancak gerçekte gece yarısı kalkıp cihazın fişini çekmenin bir anlamı yok: birincisi, denetleyici arızaları son derece nadirdir ve ikincisi, gösterge %100'e ulaştığında bile, pil bir süre daha çok çok maksimum düşük akımlara kadar şarj olur, bu da %1-3 kapasite daha ekler. Yani gerçekte güvenli oynamamalısınız.
8. Efsane sekiz. Cihazı yalnızca orijinal şarj cihazıyla şarj edebilirsiniz.
   Efsane, Çin şarj cihazlarının kalitesizliği nedeniyle var - normal voltajda 5 + -% 5 voltta hem 6 hem de 7 üretebilirler - elbette kontrolör bu voltajı bir süreliğine düzeltecek, ancak gelecekte en iyi ihtimalle denetleyicinin yanmasına, en kötü ihtimalle ise bir patlamaya ve (veya) anakartın arızalanmasına yol açacaktır. Bunun tersi de olur - Çin şarj cihazı yük altında 3-4 volt üretir: bu, pilin tam olarak şarj edilememesine yol açar.