Liitiumioonakud: seade, kasutusreeglid, soovitused aku õigeks laadimiseks

Enamik kasutajate patareide haldamise harjumustest on välja kujunenud nikkelpatareide hooldamise stereotüüpidest, mis ei kehti järgmise põlvkonna liitiumakude puhul. Tehniliselt on need erinevalt paigutatud ja neis toimuvatel elektrokeemilistel protsessidel on palju erinevusi. Seetõttu on väga oluline osata liitiumioonakusid laadida ja meeles pidada nende töö iseärasusi.

Kaasaegsed akud

Varaseimat tööd liitiumakudega alustas Ameerika keemik Gilbert Newton Lewis 1912. aastal. Esimesed töötavad eksemplarid ilmusid 70ndatel, kuid probleemidest nende laadimise võimalusega saadi üle alles 10 aastat hiljem. Sony Corporation turustas selle tehnoloogia 1991. aastal. Sellest ajast peale pole liitiumrakkude areng peatunud ja need paranevad ka praegu.

Li-Ion aku, nagu iga teinegi, koosneb mitmest omavahel ühendatud elemendist. Igaüks neist koosneb kolmest funktsionaalsest komponendist: anood (negatiivne elektrood), katood (positiivne elektrood) ja neid eraldavad polüetüleenist või polüpropüleenist kihid. Need kihid sisaldavad poore, mis võivad sulguda temperatuuril üle 130 °C, peatades seega igasuguse keemilise reaktsiooni aku ülekuumenemisel.

Tootjad pakuvad ka erinevaid esemeidohutuse tagamine. Nagu näiteks membraanid, mis ülerõhu korral oma tihedust lõhuvad, või vastavad klapid.

Kuigi kaasaegsed akud on suhteliselt ohutud, nõuavad nende käsitsemisel siiski mõningast valvsust.

Liitium ja ioon pealkirjas

Liitium on kõige kergem metallmillel on suurepärased elektrokeemilised omadused. See võimaldas luua akusid, mille energiatihedus on massi suhtes kõrge. Ohutuse kaalutlustel ei ole liitium ise akuelementides metallilisel kujul selle ebastabiilsuse tõttu. See osaleb reaktsioonis ioonide kujul, millel on võime tungida teiste metallide metallvõre.

Katood koosneb reeglina koobaltdioksiidist, anood on grafiit ja elektrolüüt on juhtiv sool. Positiivse elektroodi voolukollektorina kasutatakse alumiiniumi ja negatiivse elektroodi jaoks vaske. Liitiumioonid liiguvad tühjenemise ajal katoodilt anoodile ja aku laadimise ajal vastupidi. Teatavat segadust tööpõhimõtte mõistmisel võib tekitada nimetus Li-Pol (liitiumpolümeer) patareid. Tegelikult on see ikka sama ioonaku, ainult veidi täiustatud.

Funktsioonid võrreldes niklipõhiste akudega:

• Suur potentsiaalide erinevus. Tavaliselt 3,6 V liitiumioonide ja 1,2 V NiCd ja NiMH jaoks.
• Mitu korda suurem mahutavus ja võimsus kaaluühiku kohta.
• Madal isetühjenemise määr. Ligikaudu 8% 20 °C juures, võrreldes 25% nikkelakude puhul.
• Võimalus täpselt määrata jääkvõimsuse olekut. Pinge kõikumine tühjenemisel on suurem võrreldes niklipõhiste akudega.
• Võimalus anda akudele mis tahes kuju.
• Vananemistundlikkus. Alates tootmise hetkest hakkavad nad kaotama oma võimet laengut salvestada ja pinget genereerida, olenemata nende kasutamisest.
• Plahvatus- ja tulekahjuoht. Keemiliste reaktsioonide käigus tekkiv soojus väljub mõnikord kontrolli alt.

Aku töö

Vaatamata asjaolule, et liitiumpatareide tootmiskulud on viimase 10 aasta jooksul oluliselt langenud, on need siiski piisavalt kallid, et olla kulumaterjalid nagu AA-patareid. Seetõttu aitavad lihtsad teadmised liitium-ioonakude hoidmise, kasutamise ja laadimise kohta säästa palju raha ja vältida probleeme.

Tähelepanu tühjenemisele

Arvatakse, et enne liitiumaku laadimist tuleb see täielikult tühjendada. See tööalgoritm oli Ni-rakkude jaoks asjakohane. Tegelikult ei pea te liitiumioonakut kunagi täielikult tühjendama, vastasel juhul võib selle võimsus kaotada. Elektroonikatehnoloogia reeglina jälgib seda ja teavitab eelnevalt täieliku tühjenemise ohust. See on oluline ka seetõttu, et akud tagavad sageli seadmete töö, mida kahjustab kontrollimatu järsk toitekatkestus.

Lisaks põhjustab täielik tühjenemine aku sees olevate komponentide keemilise lagunemise. Seetõttu võib hilisem kohene laadimine olla potentsiaalselt ohtlik. Sel põhjusel on nutikale elektroonikale antud võimalus akuga töötamist keelata, et välistada võimalikud vahejuhtumid. Viimane võib muuta aku kasutuskõlbmatuks. Võimaluse korral ei ole soovitatav kasutada rohkem kui 95% aku mahust. Väikesed täidised liitiumakude puhul on kõige sobivam töörežiim.

Eksperdid usuvad, et pärast aku täitumist peaksite vältima laadimise jätkamist.. Teoreetiliselt peaksid kaasaegsed laadijad protsessi õigel ajal peatama..

Kuid esiteks võivad akude erinevad koopiad üksteisest erineda ja teiseks keemilised elementide sees toimuvad protsessid on üsna inertsed, nii et elektroonika suudab täpselt määrata väljalülitushetke ei ole lihtne.

Laadimistsüklid

Vastupidiselt levinud arvamusele ei ole laadimistsüklite arv sama, mis aku laadimiskatsete arv. Näiteks aku kulus 50% mahust kaks korda ära. Liitiumioonaku kaks 50% laadimist vastavad ühele laadimistsüklile, mitte kahele, nagu esmapilgul võib tunduda. Seega pole vaja oodata, kuni aku tühjaks saab.

Kõigist reeglitest on erandeid. Režiimi, milles aku tühjeneb täielikult koos järgneva pideva laadimisega, nimetatakse kalibreerimiseks ja see on mõeldud aku olekut analüüsivate süsteemide toimimise selgitamiseks. Seda protseduuri on soovitatav teha iga kuu, eriti kui akut täidetakse väga sageli ja vähe.

PerTühjenemise sügavus versus aku kasutusiga:

• 100% = 300-500 laadimistsüklit;
• 50% = 1200-1500 tsüklit.

Temperatuur ja ladustamine

On väga oluline, et aku oleks laetud temperatuurivahemikus 0 kuni 45 °C. Alla nulli aeglustub keemiliste reaktsioonide kiirus ja üle 45 ° C muutub rõhk akumulaatoris liiga kõrgeks. Arvatakse, et optimaalne töötemperatuur on 20 ° C ja see näitaja on aku eluea jaoks väga oluline element.

Kui me räägime pikaajalisest ladustamisest, siis sel juhul pole temperatuurirežiim vähem oluline. Ideaalne on jahe ja kuiv koht ilma otsese päikesevalguseta. Jääklaadimise tase on liitiumakude töövõime säilitamiseks äärmiselt oluline.

Arvatakse, et poole võimsusega või veidi vähem laetud elemendid on pärast puhkust oma parimas vormis. Nii hoitakse akusid jaemüügipunktides.

Seega võime järeldada, et liitiumioonakude elutsüklit saab pikendada lihtsate reeglitega: ainult kasutades kvaliteetsed laadijad, laadimis- ja tühjendusrežiimide juhtimine, õigeaegne kalibreerimine, aku ülekuumenemise kaitse ja hüpotermia.