Lithium-Ionen-Akkus: Gerät, Betriebsvorschriften, Empfehlungen zum richtigen Laden des Akkus

Die meisten Gewohnheiten bei der Batterieverwaltung unter den Benutzern haben sich aus Stereotypen zur Wartung von Nickelbatterien entwickelt, die auf die nächste Generation von Lithiumbatterien nicht anwendbar sind. Technisch sind sie unterschiedlich angeordnet und die elektrochemischen Prozesse in ihnen weisen viele Unterschiede auf. Daher ist es sehr wichtig zu wissen, wie man Lithium-Ionen-Akkus auflädt und sich an die Besonderheiten ihres Betriebs erinnert.

Moderne Batterien

Die frühesten Arbeiten zu Lithiumbatterien wurden 1912 von dem amerikanischen Chemiker Gilbert Newton Lewis begonnen. Die ersten Arbeitskopien erschienen in den 70er Jahren, aber die Probleme mit der Auflademöglichkeit wurden erst 10 Jahre später überwunden. Die Technologie wurde 1991 von der Sony Corporation kommerzialisiert. Seitdem hat die Entwicklung der Lithiumzellen nicht aufgehört und sie werden auch jetzt noch besser.

Li-Ion-Akkus bestehen wie jeder andere aus mehreren miteinander verbundenen Zellen. Jeder von ihnen besteht aus drei Funktionskomponenten: Anode (negative Elektrode), Kathode (positive Elektrode) und sie trennende Schichten aus Polyethylen oder Polypropylen. Diese Schichten enthalten Poren, die sich bei Temperaturen über 130 °C schließen können und so jede chemische Reaktion bei Überhitzung des Akkus stoppen.

Hersteller bieten auch verschiedene Artikel anSicherheit bieten. Wie zum Beispiel Membranen, die bei Überdruck ihre Dichtigkeit brechen, oder entsprechende Ventile.

Obwohl moderne Batterien einigermaßen sicher sind, erfordern sie dennoch einige Wachsamkeit bei der Handhabung.

Lithium und Ionen im Titel

Lithium ist das leichteste Metallwelches ausgezeichnete elektrochemische Eigenschaften besitzt. Dadurch konnten Batterien mit einer hohen Energiedichte bezogen auf die Masse hergestellt werden. Lithium selbst liegt aus Sicherheitsgründen aufgrund seiner inhärenten Instabilität nicht in metallischer Form in Batteriezellen vor. Es nimmt an der Reaktion in Form von Ionen teil, die die Fähigkeit haben, in das Metallgitter anderer Metalle einzudringen.

Die Kathode besteht in der Regel aus Kobaltdioxid, die Anode aus Graphit und der Elektrolyt aus Leitsalz. Als Stromkollektoren wird für die positive Elektrode Aluminium und für die negative Kupfer verwendet. Lithium-Ionen wandern beim Entladen von der Kathode zur Anode und umgekehrt beim Laden der Batterie. Einige Verwirrung beim Verständnis des Funktionsprinzips kann durch den Namen Li-Pol-Batterien (Lithium-Polymer) verursacht werden. Tatsächlich ist es immer noch der gleiche Ionen-Akku, nur geringfügig verbessert.

Funktionen im Vergleich zu Batterien auf Nickelbasis:

• Große Potenzialdifferenz. Typischerweise 3,6 V für Li-Ion und 1,2 V für NiCd und NiMH.
• Mehrfach größere Kapazität und Leistung pro Gewichtseinheit.
• Niedrige Selbstentladungsrate. Ungefähr 8 % bei 20 ° C im Vergleich zu 25 % bei Nickelbatterien.
• Die Fähigkeit, den Zustand der Restkapazität genau zu bestimmen. Die Spannungsschwankung bei Entladung ist im Vergleich zu Batterien auf Nickelbasis größer.
• Die Fähigkeit, den Batterien eine beliebige Form zu geben.
• Alterungsanfälligkeit. Ab dem Zeitpunkt der Produktion verlieren sie ihre Fähigkeit, Ladungen zu speichern und Spannung zu erzeugen, unabhängig davon, wie sie verwendet werden.
• Explosions- und Brandgefahr. Die bei chemischen Reaktionen entstehende Wärme gerät manchmal außer Kontrolle.

Batteriebetrieb

Trotz der Tatsache, dass die Herstellungskosten von Lithiumbatterien in den letzten 10 Jahren deutlich gesunken sind, sind sie immer noch teuer genug, um ein Verbrauchsmaterial wie AA-Batterien zu sein. Daher hilft Ihnen ein einfaches Wissen, wie Sie Lithium-Ionen-Akkus lagern, verwenden und laden, viel Geld und vermeiden Ärger.

Achtung bei Entlassung

Es wird angenommen, dass vor dem Laden einer Lithiumbatterie diese vollständig entladen werden muss. Dieser Betriebsalgorithmus war für Ni-Zellen relevant. Tatsächlich müssen Sie einen Li-Ionen-Akku nie vollständig entladen, da er sonst an Kapazität verlieren kann. Die Elektroniktechnik überwacht dies in der Regel und informiert vorab über drohende Tiefentladungen. Dies ist auch deshalb wichtig, weil die Batterien oft den Betrieb der Geräte sicherstellen, die durch eine unkontrollierte abrupte Unterbrechung der Stromversorgung beschädigt werden.

Außerdem führt eine vollständige Entladung zu einem chemischen Abbau der Komponenten im Inneren der Batterie. Aus diesem Grund kann ein anschließendes sofortiges Laden potenziell gefährlich sein. Aus diesem Grund erhält die smarte Elektronik die Möglichkeit, das Arbeiten mit der Batterie zu untersagen, um Zwischenfälle auszuschließen. Letzteres kann den Akku unbrauchbar machen. Es wird nicht empfohlen, nach Möglichkeit mehr als 95 % der Batteriekapazität zu verwenden. Kleine Nachfüllungen bei Lithiumbatterien sind die am besten geeignete Betriebsweise.

Experten sind der Meinung, dass Sie das Weiterladen vermeiden sollten, wenn der Akku voll ist.. Theoretisch sollten moderne Ladegeräte den Vorgang rechtzeitig stoppen..

Aber erstens können sich verschiedene Kopien von Batterien voneinander unterscheiden und zweitens chemisch Prozesse innerhalb der Elemente sind eher träge, sodass die Elektronik den Zeitpunkt des Abschaltens genau bestimmen kann nicht einfach.

Ladezyklen

Entgegen der landläufigen Meinung entspricht die Anzahl der Ladezyklen nicht der Anzahl der Ladeversuche. Zum Beispiel ging die Batterie zweimal von 50% ihrer Kapazität verloren. Zwei Ladungen eines Lithium-Ionen-Akkus zu jeweils 50 % entsprechen einem Ladezyklus und nicht zwei, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Somit muss nicht gewartet werden, bis der Akku leer ist.

Es gibt Ausnahmen von allen Regeln. Der Modus, in dem die Batterie vollständig entladen und anschließend kontinuierlich geladen wird, wird Kalibrierung genannt und soll die Funktionsweise von Systemen verdeutlichen, die den Zustand der Batterie analysieren. Es wird empfohlen, dieses Verfahren jeden Monat durchzuführen, insbesondere wenn die Batterie sehr häufig und in kleinen Mengen nachgefüllt wird.

ProEntladetiefe versus Akkulaufzeit:

• 100 % = 300-500 Ladezyklen;
• 50% = 1200-1500 Zyklen.

Temperatur und Lagerung

Es ist sehr wichtig, dass der Akku in einem Temperaturbereich von 0 bis 45 °C geladen wird. Unter Null verlangsamt sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen und über 45 ° C wird der Druck im Akkumulator zu hoch. Es wird angenommen, dass die optimale Betriebstemperatur 20 ° C beträgt und diese Zahl ein sehr wichtiges Element für die Lebensdauer einer Batterie ist.

Wenn es sich um eine Langzeitlagerung handelt, ist in diesem Fall das Temperaturregime nicht weniger relevant. Ein kühler, trockener Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung ist ideal. Die Restladung ist äußerst wichtig, um die Leistung von Lithiumbatterien zu erhalten.

Es wird angenommen, dass Zellen, die mit der Hälfte ihrer Kapazität oder etwas weniger geladen sind, nach Ruhe in ihrer besten Form sind. So werden Batterien im Handel gelagert.

Daraus können wir schließen, dass der Lebenszyklus von Li-Ionen-Akkus durch einfache Regeln verlängert werden kann: Nur verwenden hochwertige Ladegeräte, Kontrolle über Lade- und Entlademodi, rechtzeitige Kalibrierung, Überhitzungsschutz der Batterie und Unterkühlung.