Lithium-iontové baterie: zařízení, provozní řád, doporučení, jak správně nabíjet baterii

Většina návyků správy baterií mezi uživateli se vyvinula ze stereotypů údržby niklových baterií, které nelze použít pro další generaci lithiových baterií. Technicky jsou jinak uspořádány a elektrochemické procesy v nich mají mnoho rozdílů. Proto je velmi důležité vědět, jak nabíjet lithium-iontové baterie a pamatovat si zvláštnosti jejich provozu.

Moderní baterie

Nejstarší práce na lithiových bateriích začal americký chemik Gilbert Newton Lewis v roce 1912. První funkční kopie se objevily v 70. letech, ale problémy s možností jejich nabíjení byly překonány až o 10 let později. Tato technologie byla uvedena na trh společností Sony Corporation v roce 1991. Od té doby se vývoj lithiových článků nezastavil a stále se zlepšují i ​​nyní.

Li-Ion baterie se jako každá jiná skládá z několika vzájemně propojených článků. Každá z nich se skládá ze tří funkčních součástí: anoda (záporná elektroda), katoda (kladná elektroda) a vrstvy z polyethylenu nebo polypropylenu, které je oddělují. Tyto vrstvy obsahují póry, které se mohou uzavřít při teplotách přesahujících 130 °C, čímž se zastaví jakákoli chemická reakce v případě přehřátí baterie.

Výrobci také nabízejí různé položkyzajištění bezpečnosti. Jako jsou například membrány, které v případě přetlaku poruší svou těsnost, nebo odpovídající ventily.

Přestože jsou moderní baterie přiměřeně bezpečné, stále vyžadují určitou ostražitost při manipulaci.

Lithium a ionty v názvu

Lithium je nejlehčí kovkterý má vynikající elektrochemické vlastnosti. To umožnilo vytvořit baterie s vysokou hustotou energie v poměru k hmotnosti. Z bezpečnostních důvodů není lithium samotné v bateriových článcích přítomno v kovové formě kvůli své inherentní nestabilitě. Na reakci se podílí ve formě iontů, které mají schopnost pronikat do kovové mřížky jiných kovů.

Katoda je zpravidla tvořena oxidem kobaltnatým, anodou je grafit a elektrolytem je vodivá sůl. Hliník se používá jako sběrač proudu pro kladnou elektrodu a měď pro zápornou. Lithiové ionty se během vybíjení pohybují z katody na anodu a naopak během nabíjení baterie. Určitý zmatek v chápání principu fungování může způsobit název Li-Pol (lithium-polymerové) baterie. Ve skutečnosti je to stále stejná iontová baterie, jen mírně vylepšená.

Vlastnosti versus baterie na bázi niklu:

• Velký potenciální rozdíl. Typicky 3,6 V pro Li-ion a 1,2 V pro NiCd a NiMH.
• Několikanásobně větší kapacita a výkon na jednotku hmotnosti.
• Nízká rychlost samovybíjení. Přibližně 8 % při 20 °C ve srovnání s 25 % u niklových baterií.
• Schopnost přesně určit stav zbytkové kapacity. Kolísání napětí s vybíjením je větší ve srovnání s niklovými bateriemi.
• Schopnost dát bateriím jakýkoli tvar.
• Náchylnost ke stárnutí. Od okamžiku výroby začnou ztrácet schopnost ukládat náboj a generovat napětí bez ohledu na to, jak jsou používány.
• Nebezpečí výbuchu a požáru. Teplo vznikající při chemických reakcích se někdy vymkne kontrole.

Provoz na baterie

Navzdory skutečnosti, že náklady na výrobu lithiových baterií za posledních 10 let výrazně klesly, jsou stále dostatečně drahé na to, aby byly spotřebním materiálem jako baterie AA. Proto jednoduchá znalost, jak lithium-iontové baterie skladovat, jak je ovládat a nabíjet, vám pomůže ušetřit spoustu peněz a vyhnout se problémům.

Pozor na vypouštění

Předpokládá se, že před nabitím lithiové baterie je nutné ji zcela vybít. Tento operační algoritmus byl relevantní pro Ni články. Li-ion baterii ve skutečnosti nemusíte nikdy úplně vybít, jinak může ztratit kapacitu. Elektronická technika to zpravidla sleduje a předem informuje o hrozbě úplného vybití. To je důležité i proto, že baterie často zajišťují chod zařízení, které je poškozeno nekontrolovaným náhlým přerušením dodávky proudu.

Úplné vybití navíc způsobuje chemickou degradaci součástí uvnitř baterie. Z tohoto důvodu může být následné okamžité nabíjení potenciálně nebezpečné. Z tohoto důvodu má chytrá elektronika možnost zakázat práci s baterií, aby se vyloučily jakékoli incidenty. To může způsobit nepoužitelnost baterie. Pokud je to možné, nedoporučujeme využívat více než 95 % kapacity baterie. Malé náplně v případě lithiových baterií jsou nejvhodnějším režimem provozu.

Odborníci se domnívají, že byste se měli vyvarovat pokračování v nabíjení poté, co je baterie plná.. Teoreticky by moderní nabíječky měly tento proces zastavit včas..

Ale za prvé se různé kopie baterií mohou od sebe lišit a za druhé chemické procesy uvnitř prvků jsou spíše inertní, takže elektronika dokáže přesně určit okamžik vypnutí není snadné.

Nabíjecí cykly

Na rozdíl od všeobecného mínění není počet nabíjecích cyklů stejný jako počet pokusů o nabití baterie. Například baterie z 50 % své kapacity vyplýtvala dvakrát. Dvě nabití lithium-iontové baterie na 50 % odpovídají jednomu nabíjecímu cyklu a ne dvěma, jak by se na první pohled mohlo zdát. Není tedy nutné čekat, až se baterie vybije.

Ze všech pravidel existují výjimky. Režim, ve kterém se baterie zcela vybije s následným nepřetržitým nabíjením, se nazývá kalibrace a má objasnit činnost systémů, které analyzují stav baterie. Tento postup se doporučuje provádět každý měsíc, zejména pokud je baterie vystavena velmi častému a malému doplňování.

ZaHloubka vybití versus životnost baterie:

• 100 % = 300-500 nabíjecích cyklů;
• 50 % = 1200-1500 cyklů.

Teplota a skladování

Je velmi důležité, aby byla baterie zatížena v rozsahu teplot 0 až 45 °C. Pod nulou se rychlost chemických reakcí zpomaluje a nad 45 °C je tlak v akumulátoru příliš vysoký. Předpokládá se, že optimální provozní teplota je 20 °C a toto číslo je velmi důležitým prvkem pro životnost baterie.

Pokud mluvíme o dlouhodobém skladování, pak v tomto případě není teplotní režim méně relevantní. Ideální je chladné suché místo bez přímého slunečního záření. Úroveň zbytkového nabití je extrémně důležitá pro udržení výkonu lithiových baterií.

Předpokládá se, že články nabité na polovinu své kapacity nebo o něco méně budou po odpočinku v nejlepším stavu. Takto jsou baterie skladovány v maloobchodních prodejnách.

Můžeme tedy dojít k závěru, že životnost Li-ion baterií lze prodloužit jednoduchými pravidly: pouze používáním vysoce kvalitní nabíječky, kontrola nad režimy nabíjení a vybíjení, včasná kalibrace, ochrana proti přehřátí baterie a podchlazení.