בטלפונים ניידים מודרניים, מצלמות ומכשירים אחרים, נעשה שימוש לרוב בסוללות ליתיום-יון, המחליפות את סוללות אלקליין וניקל-קדמיום, שהן עולות עליהן במובנים רבים. לראשונה, סוללות עם אנודת ליתיום הופיעו בשנות ה-70 של המאה הקודמת והפכו מיד לפופולריות מאוד בשל המתח הגבוה ועוצמת האנרגיה שלהן.
תוֹכֶן
- היסטוריה של הופעה
- עקרון הפעולה וזנים
- יתרונות וחסרונות
- תנאי הפעלה
היסטוריה של הופעה
ההתפתחויות היו קצרות מועד, אך ברמה המעשית התעוררו קשיים שנפתרו רק בשנות ה-90 של המאה הקודמת. בשל הפעילות הגבוהה של הליתיום התרחשו תהליכים כימיים בתוך היסוד שהובילו לבעירה.
בתחילת שנות ה-90 אירעו מספר תאונות - משתמשי טלפון, תוך כדי שיחה, קיבלו כוויות קשות כתוצאה מהצתה ספונטנית של האלמנטים, ולאחר מכן מכשירי התקשורת עצמם. בהקשר זה, הסוללות הופסקו לחלוטין והסוללות שפורסמו בעבר הוחזרו ממכירה.
בסוללות ליתיום-יון מודרניות לא משתמשים במתכת טהורה, אלא רק בתרכובות המיוננים שלה, מכיוון שהן יציבות יותר. למרבה הצער, מדענים נאלצו ללכת על הפחתה משמעותית ביכולות הסוללה, אבל הם הצליחו להשיג את העיקר - אנשים כבר לא סבלו מכוויות.
סריג הגביש של תרכובות פחמן שונות נמצא מתאים לשילוב של יוני ליתיום באלקטרודה השלילית. במהלך הטעינה הם עוברים מהאנודה לקתודה, ובמהלך הפריקה, להיפך.
עקרון הפעולה וזנים
בכל סוללת ליתיום-יון, האלקטרודה השלילית מבוססת על חומרים המכילים פחמן, שאת מבנהם ניתן להזמין או חלקית. תהליך האינטרקלציה של Li ב-C משתנה בהתאם לחומר. האלקטרודה החיובית עשויה בעיקר מניקל או תחמוצת קובלט.
אם נסכם את כל התגובות, ניתן לייצג אותן במשוואות הבאות:
- LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi + + xe - עבור הקתודה.
- С + xLi + + xe → CLix - עבור האנודה.
המשוואות מוצגות למקרה של פריקה; כאשר הם טעונים, הם זורמים בכיוון ההפוך. מדענים חוקרים חומרים חדשים המורכבים מפוספטים ותחמוצות מעורבים. חומרים אלה מתוכננים לשמש עבור הקתודה.
ישנם שני סוגים של סוללות Li-Ion:
- גְלִילִי;
- מִנסַרתִי.
ההבדל העיקרי הוא סידור הצלחות (בפרסמטיות - זו על גבי זו). גודל סוללת הליתיום תלוי בכך. ככלל, פריזמטיים צפופים וקומפקטיים יותר.
בנוסף, יש בפנים מערכת אבטחה - מנגנון שמגביר את ההתנגדות בעת עליית הטמפרטורה, וכאשר הלחץ עולה, הוא שובר את מעגל האנודה-קתודה. הודות ללוח האלקטרוני, זה הופך לבלתי אפשרי לקצר חשמלי, מכיוון שהוא שולט בתהליכים בתוך הסוללה.
אלקטרודות בקוטביות הפוכה מופרדות על ידי מפריד. הבית חייב להיות אטום, דליפת אלקטרוליט או חדירת מים וחמצן יהרוס גם את הסוללה וגם את המכשיר האלקטרוני עצמו.
ליצרנים שונים יש סוללת ליתיום-יון יכולה להיראות אחרת לגמרי, אין צורה אחידה של המוצר. היחס בין המסות הפעילות של האנודה לקתודה צריך להיות בערך 1: 1, אחרת היווצרות מתכת ליתיום אפשרית, שתוביל לאש.
יתרונות וחסרונות
לסוללות ביצועים מצוינים המשתנים מיצרן ליצרן. המתח הנומינלי הוא 3.7-3.8 וולט עם מקסימום 4.4 וולט. צפיפות האנרגיה (אחד האינדיקטורים העיקריים) היא 110-230 W * h / kg.
ההתנגדות הפנימית היא 5 עד 15 mΩ / 1Ah. חיי השירות מבחינת מספר המחזורים (פריקה/טעינה) הם 1000-5000 יחידות. זמן הטעינה המהירה הוא 15-60 דקות. אחד היתרונות המשמעותיים ביותר הוא תהליך הפריקה העצמית האיטי (רק 10-20% בשנה, מתוכם 3-6% לחודש הראשון). טווח טמפרטורת ההפעלה הוא 0 C - +65 C, בטמפרטורות מתחת לאפס, הטעינה בלתי אפשרית.
הטעינה מתבצעת במספר שלבים:
- עד לנקודה מסוימת, זרם הטעינה המרבי זורם;
- בהגיעו לפרמטרי הפעולה, הזרם יורד בהדרגה ל-3% מהערך המרבי.
במהלך האחסון בערך כל 500 שעות, נדרשת טעינה תקופתית כדי לפצות על פריקה עצמית. בעת טעינת יתר, ליתיום מתכתי יכול להיות מופקד, אשר, תוך אינטראקציה עם האלקטרוליט, יוצר חמצן. זה מגביר את הסיכון לדליפה עקב לחץ פנימי מוגבר.
טעינה תכופה תפחית מאוד את חיי הסוללה. בנוסף, הסביבה, הטמפרטורה, הזרם וכו' מושפעים.
לאלמנט יש חסרונות, ביניהם מובחנים הבאים:
-
רגישות גבוהה למצב פריקה-טעינה, לכן נדרשים רכיבי בטיחות מובנים. - אל תאפשר למכשיר להתרוקן לחלוטין. זה מביא לירידה גדולה מאוד בחיי השירות.
- חיי השירות מצטמצמים מאוד עם פריקה לא מבוקרת.
- בתנאי טמפרטורה שונים, הפריקה מתרחשת בקצבים שונים. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך אובדן הקיבולת גדול יותר.
- אם אינך טוען במלואו, לאחר מכן מפרק את הסוללה, נוצרים "מיקרו-אפקטים" בזיכרון. זה נובע מהדינמיקה של יונים, אשר, בתנאים הנחשבים, מחמירה באופן ניכר.
- עם טעינה לא מלאה, לא לכל היונים על הקתודה יהיה זמן להתגבר על מחסום השחרור, "תקועים" במצב הגבול. ואז, במהלך הפריקה, הם, מנסים לחזור למקומם, נתקלים שם באותם חלקיקים. כל זה מוביל לשינויים במבנה האלקטרודה.
תנאי הפעלה
עדיף לאחסן את הסוללה בתנאים הבאים: הטעינה צריכה להיות לפחות 40%, והטמפרטורה לא צריכה להיות מאוד נמוכה או גבוהה. האפשרות הטובה ביותר היא הטווח שבין 0C ל +10C. בדרך כלל, כ-4% מהקיבולת אובדת תוך שנתיים, וזו הסיבה שלא מומלץ לקנות סוללות עם תאריכי ייצור מוקדמים יותר.
מדענים המציאו דרך להאריך את חיי המדף. לאלקטרוליט מוסיפים חומר משמר מתאים. עם זאת, יש "לאמן" סוללות כאלה בצורה של 2-3 מחזורי פריקה/טעינה מלאים כדי שיוכלו לפעול לאחר מכן כרגיל. אחרת, עלולה להתרחש "אפקט זיכרון" ולאחר מכן נפיחות של המבנה כולו. עם שימוש נכון ושמירה על כל תקני האחסון, הסוללה יכולה לשרת לאורך זמן, בעוד הקיבולת שלה נשארת ברמה גבוהה.
