Batterie agli ioni di litio: dispositivo, regole di funzionamento, consigli su come caricare correttamente la batteria

La maggior parte delle abitudini di gestione della batteria tra gli utenti si sono sviluppate da stereotipi sulla manutenzione delle batterie al nichel che non sono applicabili alla prossima generazione di batterie al litio. Tecnicamente, sono disposti in modo diverso e i processi elettrochimici in essi presentano molte differenze. Pertanto, è molto importante sapere come caricare le batterie agli ioni di litio e ricordare le peculiarità del loro funzionamento.

Batterie moderne

Il primo lavoro sulle batterie al litio è stato avviato dal chimico americano Gilbert Newton Lewis nel 1912. Le prime copie funzionanti sono apparse negli anni '70, ma i problemi con la possibilità di caricarle sono stati superati solo 10 anni dopo. La tecnologia è stata commercializzata da Sony Corporation nel 1991. Da allora, l'evoluzione delle celle al litio non si è fermata e continuano a migliorare anche adesso.

La batteria agli ioni di litio, come qualsiasi altra, è composta da diverse celle collegate tra loro. Ciascuno di essi è costituito da tre componenti funzionali: anodo (elettrodo negativo), catodo (elettrodo positivo) e strati che li separano in polietilene o polipropilene. Questi strati contengono pori che possono chiudersi a temperature superiori a 130°C, bloccando così qualsiasi reazione chimica se la batteria si surriscalda.

I produttori forniscono anche vari articoligarantire la sicurezza. Come, ad esempio, le membrane che rompono la loro tenuta in caso di sovrapressione, o le corrispondenti valvole.

Sebbene le batterie moderne siano ragionevolmente sicure, richiedono comunque un po' di attenzione durante la manipolazione.

Litio e ioni nel titolo

Il litio è il metallo più leggeroche ha eccellenti proprietà elettrochimiche. Ciò ha permesso di creare batterie con un'elevata densità di energia in relazione alla massa. Per motivi di sicurezza, il litio stesso non è presente in forma metallica all'interno delle celle della batteria a causa della sua intrinseca instabilità. Partecipa alla reazione sotto forma di ioni, che hanno la capacità di penetrare nel reticolo metallico di altri metalli.

Il catodo, di regola, è costituito da biossido di cobalto, l'anodo è grafite e l'elettrolita è un sale conduttivo. L'alluminio viene utilizzato come collettori di corrente per l'elettrodo positivo e il rame per quello negativo. Gli ioni di litio si spostano dal catodo all'anodo durante la scarica e viceversa durante la carica della batteria. Una certa confusione nella comprensione del principio di funzionamento può essere causata dal nome delle batterie Li-Pol (polimero di litio). In effetti, è sempre la stessa batteria agli ioni, solo leggermente migliorata.

Caratteristiche rispetto alle batterie a base di nichel:

• Grande differenza di potenziale. Tipicamente 3.6V per Li-ion e 1.2V per NiCd e NiMH.
• Capacità e potenza per unità di peso diverse volte maggiori.
• Basso tasso di autoscarica. Circa l'8% a 20°C rispetto al 25% per le batterie al nichel.
• La capacità di determinare con precisione lo stato della capacità residua. La variazione di tensione con la scarica è maggiore rispetto alle batterie a base di nichel.
• La capacità di dare qualsiasi forma alle batterie.
• Suscettibilità all'invecchiamento. Dal momento della produzione, iniziano a perdere la capacità di immagazzinare una carica e generare tensione indipendentemente da come vengono utilizzati.
• Rischio di esplosione e incendio. Il calore generato durante le reazioni chimiche a volte va fuori controllo.

Funzionamento a batteria

Nonostante il fatto che il costo di produzione delle batterie al litio sia diminuito significativamente negli ultimi 10 anni, sono ancora abbastanza costose da essere un materiale di consumo come le batterie AA. Pertanto, una semplice conoscenza di come conservare le batterie agli ioni di litio, come utilizzarle e caricarle ti aiuterà a risparmiare un sacco di soldi ed evitare problemi.

Attenzione allo scarico

Si ritiene che prima di caricare una batteria al litio, sia necessario scaricarla completamente. Questo algoritmo operativo era rilevante per le cellule Ni. In effetti, non è mai necessario scaricare completamente una batteria agli ioni di litio o potrebbe perdere capacità. La tecnologia elettronica, di regola, lo monitora e informa in anticipo sulla minaccia di una scarica completa. Questo è importante anche perché le batterie spesso garantiscono il funzionamento dell'apparecchiatura, che viene danneggiata da una brusca interruzione incontrollata dell'alimentazione.

Inoltre, la scarica completa provoca il degrado chimico dei componenti all'interno della batteria. Per questo motivo, la successiva ricarica immediata può essere potenzialmente pericolosa. Per questo motivo, all'elettronica intelligente viene data la possibilità di vietare il lavoro con la batteria per escludere eventuali incidenti. Quest'ultimo può rendere inutilizzabile la batteria. Non è consigliabile utilizzare più del 95% della capacità della batteria quando possibile. Piccole ricariche nel caso di batterie al litio sono la modalità di funzionamento più adatta.

Gli esperti ritengono che dovresti evitare di continuare a caricare dopo che la batteria è piena.. In teoria, i caricabatterie moderni dovrebbero interrompere il processo in tempo..

Ma in primo luogo, diverse copie di batterie possono differire l'una dall'altra e, in secondo luogo, le sostanze chimiche i processi all'interno degli elementi sono piuttosto inerti, quindi l'elettronica può determinare con precisione il momento dell'arresto non facile.

Cicli di carica

Contrariamente alla credenza popolare, il numero di cicli di carica non è uguale al numero di tentativi di caricare la batteria. Ad esempio, la batteria ha sprecato due volte il 50% della sua capacità. Due ricariche di una batteria agli ioni di litio al 50% ciascuna corrispondono a un ciclo di carica, e non due, come potrebbe sembrare a prima vista. Pertanto, non è necessario attendere che la batteria sia scarica.

Ci sono eccezioni a tutte le regole. La modalità in cui la batteria è completamente scarica con successiva carica continua è chiamata calibrazione, ed ha lo scopo di chiarire il funzionamento dei sistemi che analizzano lo stato della batteria. Si consiglia di eseguire questa procedura ogni mese, soprattutto se la batteria è soggetta a ricariche molto frequenti e di piccole dimensioni.

PerProfondità di scarica rispetto alla durata della batteria:

• 100% = 300-500 cicli di carica;
• 50% = 1200-1500 cicli.

Temperatura e conservazione

È molto importante che la batteria venga caricata entro un intervallo di temperatura compreso tra 0 e 45 ° C. Sotto lo zero, la velocità delle reazioni chimiche rallenta e sopra i 45 ° C la pressione nell'accumulatore diventa troppo alta. Si ritiene che la temperatura di esercizio ottimale sia di 20°C e questa cifra è un elemento molto importante nella vita di una batteria.

Se stiamo parlando di conservazione a lungo termine, in questo caso il regime di temperatura non è meno rilevante. Un luogo fresco e asciutto senza luce solare diretta è l'ideale. Il livello di carica residua è estremamente importante per mantenere le prestazioni delle batterie al litio.

Si ritiene che le cellule cariche a metà della loro capacità o leggermente meno saranno nella loro forma migliore dopo il riposo. Ecco come vengono conservate le batterie nei punti vendita.

Quindi, possiamo concludere che il ciclo di vita delle batterie agli ioni di litio può essere esteso con semplici regole: utilizzando solo caricabatterie di alta qualità, controllo sulle modalità di carica e scarica, calibrazione tempestiva, protezione dal surriscaldamento della batteria e ipotermia.