Ličio polimerų ir ličio{0}}jonų baterijos: palyginimas ir DUK

Beveik kiekvieną dieną naudojame ličio baterijas. Bet ar tikrai suprantate šių „jėgos kubų“ paslaptis? Kodėl kai kurios baterijos yra kietu-apvalkalu ir cilindro formos, o kitos primena minkštas aliuminio folijos pagalves? Kodėl jūsų naujajam išmaniajam telefonui nereikalaujama 12 valandų „aktyvinimo“ kaip senais laikais?

Šis straipsnis leis jums giliai pasinerti įLičio{0}}jonų (Li-ion) ir ličio polimero (Li-Po) baterijų cheminė DNR, atskleidžiantys pagrindinius energijos tankio, saugos ir taikymo scenarijų skirtumus. Nesvarbu, ar esate technologijų entuziastas, „pasidaryk pats“ mėgėjas, ar tiesiog kasdienis vartotojas, norintis šiek tiek pailginti telefono baterijos veikimo laiką, šis išsamus palyginimo vadovas išvalys jūsų žinių akląsias vietas ir padės tiksliai pasirinkti tinkamiausią „galios partnerį“.

Kas yra ličio{0}}jonų baterija?

Pagalvokite apie aličio-jonų (ličio-jonų) baterijakaip įkraunama „energijos spintelė“. Tai galia beveik viskam jūsų šiuolaikiniame gyvenime – nuo ​​telefono kišenėje iki elektrinės transporto priemonės (EV) jūsų važiuojamojoje dalyje.

Skirtingai nuo vienkartinių šarminių baterijų, li-jonų baterijos sukurtos taip, kad jas būtų galima įkrauti- ir iškrauti-šimtus ar net tūkstančius kartų, judant ličio jonus pirmyn ir atgal tarp dviejų elektrodų.

Kas yra ličio polimero baterija?

A Ličio polimeras (LiPo)baterija yra didelio{0}}našumo, „minkšto-paketo“ ličio-jonų akumuliatoriaus versija. Jei kada nors žaidėte su bepiločiais orlaiviais ar RC automobiliais arba išardėte itin-ploną nešiojamąjį kompiuterį, ta „sidabrinė maža pagalvė“ atrodanti baterija yra būtent tokia.

Pagrindiniai ličio polimerų ir ličio{0}}jonų baterijų skirtumai

Dabar, kai suprantiličio-jonų baterijos (ličio-jonų), pažvelkime į jų „artimą brolį“ -ličio polimero baterija (Li-Po).

Nors jų pavadinimai labai panašūs, o pagrindiniai cheminiai principai iš esmės yra vienodi, jų yrareikšmingų skirtumųjų pakuotės forma, saugos charakteristikos ir taikymo scenarijai.

1. Pagrindinis techninis skirtumas (elektrolitas)

Tai yra esminis skirtumas tarp šių dviejų.

• Ličio-jonas (ličio-jonas):Naudoja askystisorganinis tirpiklis kaip elektrolitas. Kadangi skysčiai turi būti talpinami, kad būtų išvengta nuotėkio, šios baterijos paprastai yra įdėtos į standžias plienines arba aliuminio skardines.
• Ličio polimeras (Li-Po):Naudoja aželė{0}}kaip arba kietapolimerinis elektrolitas. Tai pašalina sunkaus metalo apvalkalo poreikį; dažniausiai jie supakuoti į lanksčias aliuminio plastikines laminuotas plėveles (pouch cell).

2. Formos ir dizaino lankstumas

• Li{0}}jonas:Paprastai apsiribojama fiksuotų formų, dažniausiai cilindrinių (pvz., visur esančių 18650 ląstelių) arba stačiakampių kietų korpusų. Jie yra tarsi „standartinės plytos“-įrenginys turi būti suprojektuotas taip, kad tilptų akumuliatorius.
• Li{0}}Po:Siūlo ekstremalųform{0}}veiksnio lankstumas. Jie gali būti padaryti neįtikėtinai ploni, išlenkti arba suformuoti į netaisyklingus pėdsakus. Štai kodėl išmanieji telefonai, ultrabooks ir išmanieji laikrodžiai beveik išimtinai naudoja Li-Po.

3. Energijos tankis ir svoris

• Li{0}}jonas:Gali pasigirti labai dideliu energijos tankiu, dažnai sukaupdamas daugiau galios vienam tūrio vienetui. Nors korpusas padidina svorį, jie išlieka geriausiu pasirinkimu, kai reikia{1}}didelės talpos, pvz., elektra varomoms transporto priemonėms ir maitinimo blokams.
• Li{0}}Po:Energijos tankis yra šiek tiek mažesnis nei didelio -našumo ličio-jono, bet kadangi juose nėra sunkiojo metalo apvalkalo, jiedaug lengvesnis. Svoriui-jautriose srityse, tokiose kaip dronai ir RC orlaiviai, Li-Po yra neginčijamas karalius.

4. Saugos palyginimas

• Saugos pastaba:Bet koksličio baterijagali būti pavojingas netinkamai elgiantis (perkrovimas, didelis karštis ar fizinė žala).
• Li{0}}jonas:Veikia esant didesniam vidiniam slėgiui. Šilumos nutekėjimo atveju standus metalinis korpusas gali sukelti staigų slėgio padidėjimą ir stiprųsprogimas. Todėl jiems reikalingos sudėtingos apsaugos grandinės.
• Li{0}}Po:Gelio elektrolitas yra mažiau linkęs nutekėti. Kai jiems nepavyksta, dažniausiai„išpūsti“ arba išsipūstipirma. Nors jie vis dar gali užsidegti, dėl minkštos pakuotės smarkaus sprogimo tikimybė yra mažesnė, palyginti su sandariu metaliniu kanistru.

5. Gyvenimo trukmė ir kaina

Ličio polimerų baterijų privalumai ir trūkumai

Privalumai

1. Ypatingas dizaino lankstumas (bet kokia forma)

Tai Li{0}}Po „žudiko funkcija“. Kadangi jai nereikia metalinio korpuso, gamintojai gali suformuoti jį beveik bet kokios formos: itin-plono (kaip kreditinės kortelės), išlenktos (kad tilptų išmaniojo laikrodžio korpuse) arba netaisyklingos formos, kad užpildytų kiekvieną įrenginio kampelį.

Taikymas:Štai kodėl jūsų telefonas, planšetinis kompiuteris ir „MacBook“ gali būti tokie neįtikėtinai ploni.

2. Lengvas (svorio pranašumas)

Atsisakius sunkių plieno arba aliuminio skardinių, naudojamų tradiciniuose ličio{0}}jonų elementuose ir vietoj to naudojant paprastą laminato folijos maišelį, Li-Po baterijos yra apytiksliai20% lengvesnisnei jų Li{0}} jonų analogai, turintys tokią pat talpą.

Taikymas:Svoriui{0}}jautri įrenginiai, pvzlenktyniniai dronai ir RC lėktuvaibeveik išimtinai naudoja Li-Po.

3. Didelis iškrovimo rodiklis („Punch“)

Li-Po baterijos gali labai greitai išleisti energiją (aukštas C-reitingas).

Taikymas:Kai dronui reikia staigaus energijos pliūpsnio, kad jis įsibėgėtų, arba elektriniam įrankiui reikia didelio sukimo momento, Li{0}}Po suteikia momentinį srovės „spyrį“.

4. Santykinė sauga (nėra „vamzdžio bombos“ efekto)

Kai Li{0}}Po baterija sugenda dėl perkrovimo ar karščio, minkštas folijos maišelis leidžia akumuliatoriuiišsipūsti (dujų kaupimasis)ir galiausiai išsivėdinti arba užsidegti. Nors jis vis dar pavojingas, jis retai sukelia smarkų sprogimą, kokį gali sukelti suslėgtas metalinis -korpusas ličio{2}} jonų akumuliatorius.

Trūkumai

1. Mažesnis energijos tankis

Nors jie yra lengvesni, polimero elektrolitas reiškia, kad jie iš tikrųjų saugomi10-15% mažiau energijosvienam tūrio vienetui, palyginti su labai optimizuotomis pramoninėmis Li-jonų elementais (pvz., 18650).

2. Didesnės gamybos sąnaudos

Gamybos procesas yra sudėtingesnis ir kadangi daugelis Li{0}}Po baterijų yra pritaikytos-konkrečių įrenginių formoms, jiems trūksta „masto ekonomijos“, dėl kurios standartiniai ličio{2}}onų cilindrai yra tokie pigūs.

Faktas:Štai kodėl pigūs maitinimo blokai dažnai būna stori ir sunkūs (Li-ion), o aukščiausios kokybės – ploni ir plokšti (Li-Po).

3. Fizinis trapumas (jautrus pradūrimams)

Aliuminio folijos pakuotė užtikrina nulinę apsaugą. Li-Po baterija yra paprastapradurtas arba sutraiškytasaštriais daiktais ar smūgiu. Jei vidiniai sluoksniai bus pradurti ir veikiami deguonies, jis užsidegs beveik akimirksniu.

4. Trumpesnis ciklas

Palyginti su ypač brandžia pramoninių Li-jonų elementų chemija, Li-Po baterijų tarnavimo laikas paprastai yra šiek tiek trumpesnis (mažiau įkrovimo / iškrovimo ciklų) ir laikui bėgant jie labiau linkę cheminiu degradavimu.

5. Griežti saugojimo reikalavimai

Li-Po baterijos yra „divos“, kai jos nenaudojamos. Jei laikysite juos visiškai įkrautus arba visiškai tuščius ilgiau nei mėnesį, jie greičiausiai busišsipūsti ir mirti. Jie turi būti laikomi esant tam tikram „saugyklos įtampai“ (paprastai 3,85 V viename elemente).

Ličio{0}}jonų akumuliatorių pranašumai ir trūkumai

Privalumai

1. Didelis energijos tankis

Tai yra pagrindinė ličio{0}}jonų baterijų stiprybė. Tame pačiame tūryje jie gali sukaupti daug daugiau energijos, palyginti su kitų tipų įkraunamomis baterijomis, pvz., nikelio-metalo hidrido (NiMH) arba švino-rūgšties baterijomis.

Taikymas:Štai kodėl elektrinės transporto priemonės (EV) gali nuvažiuoti šimtus mylių / kilometrų.

2. Didelis sąnaudų-efektyvumas

Kadangi ličio{0}}jonų akumuliatoriai-ypač cilindriniai elementai, tokie kaip 18650-, buvo pagaminti didelio masto automatizuotai,energijos vieneto kainayra daug mažesnis nei ličio polimerų (Li-Po) baterijų.

3. Ilgesnis ciklo tarnavimo laikas

Pramoninės -laipsnio Li-jonų baterijos paprastai yra labai patvarios. Tinkamai prižiūrint, jie gali ištvertinuo 500 iki 1000ar net daugiau pilno įkrovimo/iškrovimo ciklų, kurių veikimas prastėja gana lėtai.

4. Žemas savaiminio-iškrovimo rodiklis

Jei visiškai įkrautą ličio{0}}jonų akumuliatorių paliksite stalčiuje, po mėnesio jis vis tiek gali išlaikyti daugiau nei 95 % įkrovos. Priešingai, senesnės NiMH baterijos gali prarasti beveik pusę savo įkrovos per tą patį laikotarpį.

5. Maža priežiūra

Jie nenukenčia nuo„atminties efektas“,tai reiškia, kad prieš įkraunant nereikia jų visiškai iškrauti, skirtingai nuo senesnių baterijų technologijų.

Trūkumai

1. Fiksuota forma ir svoris

Kadangi juose yra skysto elektrolito, jie turi būti uždengti standžiu metaliniu apvalkalu, kad būtų išvengta nuotėkio. Dėl to atsiranda afiksuota forma(dažniausiai cilindro arba stačiakampio formos) ir neleidžia jiems būti itin{0}}ploniems arba netaisyklingos formos, pavyzdžiui, Li-Po baterijų.

2. Saugos rizika: terminis pabėgimas

Tai yra didžiausias rūpestis. Jei akumuliatoriaus viduje-trumpėja jungimas, jis patiria stiprų smūgį arba prastai išsklaido šilumą, vidinis slėgis gali greitai pakilti. Kadangi išorinis apvalkalas yra standus metalas, gedimas gali sukelti asmarkus sprogimas ar gaisras, veikiantis kaip „miniatiūrinė bomba“.

3. Temperatūros jautrumas

• Aukštos temperatūros:Paspartinkite vidinį cheminį skaidymąsi ir netgi gali sukelti gaisrą.
• Žemos temperatūros:Padidinkite vidinį pasipriešinimą, todėl akumuliatoriaus talpa akimirksniu „susitraukia“ (todėl telefonai greičiau miršta žiemą šaltame klimate).

4. Reikalingos sudėtingos apsaugos grandinės

Kiekviename Li-jonų akumuliatoriaus pakete turi būti aAkumuliatoriaus valdymo sistema. Be jo akumuliatorius labai lengvai užsiliepsnoja dėl perkrovimo arba tampa visiškai neatkuriamas dėl per didelio-iškrovimo.

Tinkamo akumuliatoriaus pasirinkimas jūsų programai

Pasirinkimas tarpLičio-jonas (ličio-jonas)irLičio polimeras (Li-Po)ne tai, kuris apskritai yra „geresnis“, o kuris atitinka konkrečius jūsų projekto apribojimus.

1. Pasirinkite ličio-joną (ličio-joną), jei...

Jūsų prioritetai yra šie: veikimo laikas, biudžetas ir ilgaamžiškumas.

• Ilgo nuotolio-elektromobiliai ir elektriniai-dviračiai:Kadangi li{0}}jono energijos tankis yra didesnis ir jo ciklas ilgesnis, tai yra standartas transporto priemonėms, kurios turi tarnauti 5–10 metų.
• Elektriniai įrankiai:Grąžtams ir pjūklams reikalingas tvirtumas. Kietametalinis Li-jonų elementų korpusas (pvz., 18650 m.) apsaugo juos nuo vibracijos ir smūgių.
• Žibintuvėliai ir maitinimo blokai:Šiose programose paprastai yra pakankamai vietos cilindriniams elementams, todėl mažesnė Li{0}} jonų kaina yra lemiamas veiksnys.
• Stacionari energijos saugykla:Atsarginėse saulės energijos sistemose svoris yra mažiau svarbus nei kilovatvalandės{0}}kaina. Li-jonas čia laimi.

2. Pasirinkite ličio polimerą (Li-Po), jei...

Jūsų prioritetai yra šie: formos koeficientas, svoris ir didžiausia galia.

• Dronai ir RC transporto priemonės:Kiekvienas gramas svarbus skrydžio metu. Li-Po siūlo geriausią galios-svorio ir -svorio santykį ir gali perduoti didžiulę srovę, reikalingą kilimui ir manevrams.
• Nešiojami ir išmanieji telefonai:Jei kuriate elegantišką įrenginį, kuriame baterija turi tilpti į 3 mm tarpą arba lenktą korpusą, Li-Po yra vienintelis pasirinkimas.
• Nešiojami medicinos prietaisai:Gydytojų ar pacientų nešiojamiems prietaisams svorio mažinimas ir plonas Li{0}Po profilis vertas papildomų išlaidų.

Dažni mitai ir klaidingos nuomonės

Kalbant apie ličio baterijas, vis dar galioja daug pasenusių „nykščio taisyklių“. Štai dažniausiai pasitaikantys mitai ir tikrasis jų mokslas:

1. Mitas: norint „suaktyvinti“ naują telefoną reikia krauti 12 valandų.

• Tiesa: Visai nebūtina.„Aktyvinimas“ buvo senų nikelio{0}}kadmio (NiCd) baterijų reikalavimas. Ličio baterijos jau aktyvuojamos gamybos proceso metu. Galite juos naudoti ir įkrauti iš karto išėmus iš dėžutės; Tiesą sakant, per didelis įkrovimas ilgą laiką gali be reikalo apkrauti grandinę.

2. Mitas: prieš įkraudami turite paleisti akumuliatorių iki 0%, kad išvengtumėte „atminties efekto“.

• Tiesa: Tai iš tikrųjų yra žalinga. Ličio baterijos neturi atminties efekto. Priešingai, jie nekenčia „gilių iškrovų“. Jei dažnai leisite akumuliatoriui išsikrauti 0% ir išsijungti, tai žymiai sutrumpina jo tarnavimo laiką. Geriausia pradėti krauti, kai turite apieLiko 20% akumuliatoriaus.

3. Mitas: per naktį kraunant telefoną jis sprogs.

• Tiesa: Paprastai ne, bet yra geresnis būdas.Šiuolaikinė elektronika turi baterijų valdymo sistemą, kuri automatiškai išjungia didelę srovę, kai ji pilna. Tačiau ilgą laiką išlaikant 100 % akumuliatoriaus įkrovą, atsiranda „cheminis stresas“, kuris pagreitina senėjimą. Jei jūsų įrenginys tai palaiko, geriausia praktika yra naudoti tokias funkcijas kaip „Optimizuotas akumuliatoriaus įkrovimas“ (kuris iki 80 proc. įkrauna, kol prireiks).

4. Mitas: naudojant telefoną kraunant sugadinama baterija.

• Tiesa: Priešas yra „šiluma“, o ne pats naudojimas.Jei įkrovimo metu tik naršote žiniatinklį, tai neturi jokios įtakos. Tačiau jei žaidididelio našumo{0}}žaidimaigreitai{0}}kraunant, telefonas intensyviai šils. Aukšta temperatūra yra pirmasis akumuliatoriaus sveikatos žudikas.

5. Mitas: įdėjus baterijas į šaldytuvą jos tarnauja ilgiau.

• Tiesa: Niekada to nedarykite!Nors žema temperatūra gali sulėtinti savaiminį{0}}išsikrovimą,drėgmė ir kondensatasšaldytuvo viduje gali lengvai sukelti trumpąjį jungimą arba koroziją. Laikyti juos vėsioje, sausoje vietoje (maždaug 20 laipsnių / 68 laipsnių F) yra teisingas būdas.

Išvada

Ličio{0}}jonų ir ličio polimerų akumuliatoriaikiekvienas išsiskiria savo srityje, o jų išskirtinių savybių supratimas yra raktas į pagrįstą galios pasirinkimą. Li-jonų akumuliatoriai dominuoja tais atvejais, kai kaina, ilgaamžiškumas ir neapdorotos energijos talpa yra svarbiausia-elektrinėmis transporto priemonėmis, elektriniais įrankiais ir stacionaria saugykla.

Tuo tarpu Li-Po baterijos karaliauja tais atvejais, kai reikalaujama itin-lengvo svorio, tinkintų formų ir didelio išsikrovimo greičio,-pavyzdžiui, dronai, išmanieji telefonai ir nešiojami įrenginiai. Nė viena technologija nėra visuotinai „geresnė“; optimalus pasirinkimas visada priklauso nuo konkrečių jūsų prioritetų: biudžeto, erdvės apribojimų, svorio apribojimų ir našumo reikalavimų.