Как работает литиевый аккумулятор. Как работает литий-ионный аккумулятор: принцип действия, особенности и преимущества

Как устроен литий-ионный аккумулятор. Какие компоненты входят в его состав. Как происходит процесс заряда и разряда. Каковы основные преимущества литий-ионных аккумуляторов перед другими типами. Какие меры безопасности нужно соблюдать при их использовании.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор — это перезаряжаемый источник тока, в котором носителями заряда являются ионы лития. Его работа основана на обратимом процессе перемещения ионов лития между положительным (катодом) и отрицательным (анодом) электродами.

Основные компоненты литий-ионного аккумулятора:

• Катод — положительный электрод, обычно из оксидов металлов (кобальта, никеля, марганца)
• Анод — отрицательный электрод, как правило из графита
• Электролит — проводящая среда, через которую перемещаются ионы лития
• Сепаратор — пористая мембрана, разделяющая катод и анод

Процесс заряда аккумулятора

При заряде аккумулятора происходят следующие процессы:

1. Ионы лития высвобождаются из кристаллической решетки катода
2. Ионы лития через электролит перемещаются к аноду
3. На аноде ионы лития внедряются между слоями графита
4. Электроны движутся от катода к аноду по внешней цепи

Процесс разряда аккумулятора

При разряде происходит обратный процесс:

1. Ионы лития покидают структуру анода
2. Через электролит ионы лития перемещаются обратно к катоду
3. Ионы лития встраиваются в кристаллическую решетку катода
4. Электроны движутся от анода к катоду по внешней цепи, совершая полезную работу

Таким образом, энергия накапливается и отдается за счет циклического перемещения ионов лития между электродами.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими типами аккумуляторов:

• Высокая удельная энергоемкость
• Низкий саморазряд (3-5% в месяц)
• Отсутствие эффекта памяти
• Широкий диапазон рабочих температур
• Большое количество циклов заряда-разряда (до 1000 и более)
• Возможность быстрого заряда

Особенности конструкции литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют ряд конструктивных особенностей, обеспечивающих их безопасную и эффективную работу:

• Герметичный корпус для защиты от влаги и кислорода
• Предохранительный клапан для сброса избыточного давления
• Термопредохранитель для защиты от перегрева
• Электронная схема защиты от перезаряда и глубокого разряда
• Специальный сепаратор, предотвращающий короткое замыкание

Типы литий-ионных аккумуляторов

Существует несколько основных типов литий-ионных аккумуляторов, различающихся материалами катода:

• LiCoO2 — кобальтатные (наиболее распространенные)
• LiMn2O4 — марганцевые (более безопасные)
• LiFePO4 — литий-железо-фосфатные (долговечные)
• LiNiMnCoO2 — никель-марганец-кобальтовые (высокая емкость)

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбирается в зависимости от конкретного применения.

Меры безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов

Несмотря на высокую надежность современных литий-ионных аккумуляторов, при их эксплуатации необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:

• Использовать только специальные зарядные устройства
• Не допускать глубокого разряда аккумулятора
• Избегать механических повреждений корпуса
• Не подвергать воздействию высоких температур
• Не замыкать контакты аккумулятора накоротко
• Не разбирать и не модифицировать конструкцию

Соблюдение этих простых правил позволит обеспечить длительную и безопасную эксплуатацию литий-ионных аккумуляторов.

Перспективы развития литий-ионных аккумуляторов

Несмотря на широкое распространение, технология литий-ионных аккумуляторов продолжает активно развиваться. Основные направления исследований:

• Увеличение удельной энергоемкости
• Повышение скорости заряда
• Улучшение безопасности
• Снижение стоимости производства
• Разработка твердотельных электролитов
• Создание литий-воздушных аккумуляторов

Ожидается, что в ближайшие годы характеристики литий-ионных аккумуляторов продолжат улучшаться, что позволит расширить сферы их применения.

Области применения литий-ионных аккумуляторов

Благодаря своим преимуществам, литий-ионные аккумуляторы нашли широкое применение в различных областях:

• Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки, планшеты)
• Электромобили и гибридные автомобили
• Электроинструменты
• Системы бесперебойного питания
• Накопители энергии для возобновляемых источников
• Космическая техника

С развитием технологии сфера применения литий-ионных аккумуляторов постоянно расширяется.

Утилизация литий-ионных аккумуляторов

Правильная утилизация отработавших литий-ионных аккумуляторов имеет важное значение для защиты окружающей среды. Основные этапы процесса утилизации:

1. Сбор использованных аккумуляторов
2. Разборка и сортировка компонентов
3. Извлечение ценных металлов (литий, кобальт, никель)
4. Переработка пластиковых элементов
5. Нейтрализация электролита

Современные технологии позволяют извлекать и повторно использовать до 95% материалов из отработавших литий-ионных аккумуляторов.

Как работает литий-ионный аккумулятор: видео, как устроена

В литий-ионных аккумуляторах не осталось тайн для учёных. Человечество хорошо знает, как работает аккумулятор смартфона и электромобиля.

Но правильно и наглядно продемонстрировать глубинные электрохимические процессы Li-ion для обычных людей непросто.

Узнайте, как работает Li-ion аккумулятор (литий-ионная аккумуляторная батарея) — в конце видео на 16 минут. На его создание авторам [The Limiting Factor с Patreon] потребовалось 16 месяцев.

Для чего нужна демонстрация, как работает литий-ионный аккумулятор?

Авторы постарались охватить все базовые особенности литий-ионной технологии.

Они дали ответы на распространённые вопросы. Кадр за кадром понятно и просто показывают, как работают аккумуляторы в электронике от смартфонов и наушников до электромобилей и накопителей энергии на электростанциях. Что у них внутри и как всё взаимодействует.

Видео отвечает на популярные вопросы по Li-ion

• • Почему штатное напряжение полного заряда составляет 4,2 В, а не более удобные 5 В?
• • Почему нужен именно двухэтапный профиль зарядки CC/CV (сначала с постоянным током и постепенным повышением напряжения, затем с постоянным напряжением и постепенным снижением тока)?
• • Почему литий-ионные аккумуляторы взрываются и вызывают пожары?

Красиво анимированное 16-минутное видео изготовлено с «неплохой» научной точностью. Такую оценку дают в комментариях под видео известные инженеры и личности электрохимической отрасли с некоторыми оговорками.

Вот, как оценили его на HackaDay:

Огромная иллюстративная сила видео исходит от впечатляющих инвестиций в анимацию, проработанного сценария и повествования — The Limiting Factor описывает усилия как «16 месяцев анимационного дизайна», и это не типичный пояснительный видеоролик эдакий «набросок на доске» © [источник].

Видео — не эскиз, а пособие

Перед нами не эскиз, быстро свёрстанный на коленке. Материал претендует на образовательное пособие. В доступной форме объясняет глубинные электрохимические процессы в литий-ионных аккумуляторах.

Ролик подробно демонстрирует все базовые особенности работы Li-ion-аккумуляторов:

• • начиная от ионного и электронно-ионного обмена между анодом и катодом во время цикла заряда и разряда;
• • заканчивая паразитными реакциями с образованием SEI-слоёв (дендритов), составами электролитов и особенностями эксплуатации.

Теперь мир литий-ионной отрасли заиграет новыми красками

С помощью видео мы с вами можем быстрее разобраться во внутреннем устройстве литий-ионных аккумуляторов.

После просмотра станут понятнее наши материалы:

• • о добавках в электролит;
• • рабочих номинальных напряжениях;
• • про защиту от дендритов;
• • о внутреннем устройстве батареи в смартфонах и так далее.

Смотрим видео: «Как на самом деле работает литий-ионный аккумулятор»

Есть субтитры. Можно включить перевод на русский язык.

Теперь само видео на 16 минут. Включите субтитры (нажмите на иконку газеты → затем шестерёнку → включите перевод → русский язык).

Если ссылка будет недоступна, сообщите пожалуйста в комментарии.

• 00:00 — Пояснение на атомном уровне;
• 04:42 — Обзор электродного и ионного механизма;
• 05:40 — Что такое катод и как работает;
• 07:00 — Электролит;
• 09:19 — Анод;
• 11:35 — Процесс разряда аккумулятора;
• 14:46 — Общие выводы;
• 15:21 — Благодарности и титры авторов.

Некоторые комментарии к видео

Тристан Бленк:

«Я изучал фармацевтику в Германии. В учебной программе задействовано намного больше электрохимии, чем ожидалось.

Все, что автор говорит, имеет смысл для экспертов. Упрощения выбраны в нужное время и в нужный момент.

Благодаря упрощениям видео получилось ещё более доступным для широкой аудитории».

Джойс Диббл

«Я преподавал химию в старшей школе 30 лет, и я определенно использовал бы это видео со своими учениками. Прекрасная работа!»

Уилл Проуз (автор канала DIY с солнечной энергией)

«Мне потребовались месяцы чтения, чтобы понять эти концепции. Теперь вы собрали это в одном видео. Какая невероятная анимация. Особенно слой SEI и примеры интеркаляции.».

***

От себя отметим, что орбитальная модель упрощения электронов не совсем точная.

Однако хотя модель и полезна при практической химии/инженерии для некоторых базовых химических и физических явлений (спектральные линии, например), в видео рассказчик неправильно объясняет орбитальную теорию. На это указывают и в комментариях [пример].

Лучше использовать объяснение из квантовой механики.

Так или иначе, передаём свою благодарность всем сторонникам и экспертам Patreon, которые пожертвовали своим временем, талантом и финансовой поддержкой, чтобы эта информация была доступна для нас.

Что ещё нового в Li-ion?

Как вам такое видео по литий-ионным аккумуляторам? Напишите в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Литиевые батареи

Внимательно прочтите эти правила перед использованием батарей!

Литий — наиболее легкий металл, он вдвое легче воды и всплывает даже в керосине. Одновременно с этим, литий обладает огромным электрохимическим потенциалом, что делает его одним из самых активных металлов. Это свойство лития дает возможность создавать на его основе батареи и аккумуляторы с очень высокой плотностью энергии при минимальных размерах и массе.

Преимущества, которыми обладают литиевые аккумуляторы

Еще одно преимущество литиевых аккумуляторов — очень низкий ток саморазряда. Это означает, что батарея может пролежать «на полке» или в выключенном приборе на годы дольше щелочных батареек. Для литиевых аккумуляторов это означает, что в малопотребляющих приборах не придется периодически подзаряжать аккумулятор (что придется сделать с никель-металлгидридными (NiMh), никель-кадмиевыми (NiCd) или свинцовокислотными (Lead Acid) аккумуляторами), или придется это делать намного реже.

Литиевые аккумуляторы также обладают еще одним важным преимуществом — они практически не теряют емкость при отрицательных температурах: большинство выпускаемых батарей спокойно работают от -40° а некоторые типы — от -60°. В условиях русской зимы и особенно Крайнего севера — литиевые батареи незаменимы.

Все эти параметры становятся особенно важными при использовании в устройствах выживания — к примеру, в фонарях, аварийных маячках или рациях.
Можно один раз «заправить» фонарь комплектом литиевых батарей, и более десяти лет не беспокоиться о том, что батареи (или аккумуляторы) разрядились, и требуют замены.

При этом, они легче других батарей, работают дольше, и не теряют емкость при отрицательных температурах.

Литиевые батареи и аккумуляторы производятся с разнообразными химическими формулами, что дает разное рабочее напряжение и энергоемкость.

Наиболее распространены:

• Li-MnO2 (батареи с префиксом «CR»).
  Номинальное напряжение: 3В.

  Наиболее распространенный вид литиевых батарей. К батареям такого типа относятся, например, батареи CR123 или CR2. Батарея такой системы обладает большой емкостью, может отдавать большой ток, обладает широким температурным диапазоном (от -40 до +60).

  
  К батареям этого типа относится также совместимая батарея типа «Корунд» (тип ISO «1604») напряжением 9В, которая физически состоит из трех элементов (обычные щелочные — из 6)

• Li-FeS2 (литий-железодисульфидные батареи)
  Номинальное напряжение: 1.5В.

  Современные литиевые батареи, призванные заменить традиционные щелочные и солевые батарейки.
  Напряжение 1.5В позволяет напрямую вставлять их в приборы, предназначенные для работы с обычными батарейками.

  При этом за счет литиевой химии, они обладают преимуществами по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами:
  

  • Работают до 3-4 раз дольше. Литиевые батареи АА обладают эффективной емкостью 2900 мАч.
  • Имеют массу на 35% меньше.
  • Могут отдавать большой ток, что делает их применение возможным в «прожорливых» устройствах.
  • Рабочий температурный диапазон — от -40° до +60°
  • Низкий саморазряд: срок хранения — более десяти лет.
  
  К недостаткам можно отнести сравнительно высокую цену, но наращивание объемов производства таких батарей с каждым годом сокращает разрыв цены с щелочными батареями, и для работы в устройствах с большим энергопотреблением покупать такие батареи выгоднее, чем щелочные.
• Li-Ion (литий-ионные батареи (аккумуляторы))
  Номинальное напряжение: 3.6-3.7В.
  В этих элементах металлический литий заменен на ионы лития, что сделало батарею более безопасной. Эти батареи являются перезаряжаемыми (аккумуляторами).

  В отличие от аккумуляторов других систем, они не подвержены «эффекту памяти», и обладают превосходными энергетическими характеристиками.
  Саморазряд этих батарей — около 5% в месяц, по сравнению с 30% Ni-Mh аккумуляторов (новейшие типы Ni-Mh аккумуляторов имеют более низкие, чем 30%, токи саморазряда), и 10% Ni-Cd.
  

  Однако, литий-ионные аккумуляторы теряют емкость по мере старения, вне зависимости от заряда и количества циклов заряда-разряда. В среднем, это старение составляет около 20-30% в год, и усиливается при высоких температурах.
  

Сильная электрохимическая активность лития, наряду с огромным энергетическим потенциалом, создает дополнительные инженерные проблемы производителям батарей. Например, литий вступает в сильную реакцию с водой, с образованием щелочи и водорода.

Как известно, водород в смеси с кислородом воздуха, при определенной пропорции смеси, становится взрывоопасным. А тепло, выделяющееся при реакции, может воспламенить эту смесь.
Впрочем, эта проблема присуща также и свинцовокислотным аккумуляторам.
По этой причине все литиевые элементы упаковываются в герметичную оболочку.

В высокоэнергетических литиевых батареях и литий-ионных аккумуляторах при коротком замыкании или неправильной эксплуатации повышается температура и давление. Поэтому в конструкцию элементов добавляют предохранительные клапаны и контакты («PTC» — Positive Temperature Coefficient), размыкающиеся при повышении температуры. Эти меры позволяют предотвратить взрыв батарей, при неправильном с ними обращении.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы очень чувствительны к процессу заряда и разряда, поэтому в 99% случаев вместе с собственно элементом питания в батарее присутствует также и плата электроники, которая следит за «здоровьем» батареи, контролирует процесс заряда, разряда, а также предотвращает взрыв при коротком замыкании или превышении тока заряда.
Именно поэтому большинство литий-ионных аккумуляторов имеет не два, а три или четыре контакта — через дополнительные контакты микроконтроллер платы защиты общается с основным устройством.

Использование незащищенных литий-ионных аккумуляторов не рекомендуется по следующим причинам:

• Короткое замыкание, неправильная полярность, превышение напряжения или тока заряда могут вызвать взрыв.
• Слишком сильный разряд аккумулятора «убьет» его, сделав невозможным его дальнейшее использование. Не все устройства содержат защиту от глубокого разряда вставленных в них аккумуляторов. Обычно критическое напряжение глубокого разряда составляет 2.4-2.7В, в зависимости от химической формулы.

Меры предосторожности при работе с литиевыми аккумуляторами.

Проведенные исследования режимов эксплуатации на пожаро- и взрывобезопасность, а также миллиарды использованных литиевых батарей (в том числе батареи Вашего мобильного телефона, плеера, компьютера и т.п.), установили, что современные конструкции литиевых элементов практически безопасны при их правильной эксплуатации, и более того — вполне рассчитаны на «дурака».

Но, следуя принципу «предупрежден — значит вооружен», мы публикуем основные моменты работы с литиевыми батареями. В общем-то все, написанное ниже, применимо и обязательно для выполнения при использовании и обычных щелочных батареек. (и всегда пишется на упаковке)

Используя в бытовой технике батареи и аккумуляторы литиевой системы, вы должны осознавать, что их повышенные по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами потребительские свойства — энергоемкость, масса — взяты не «с потолка», а являются следствием использования более активного материала.

Как показывает практика, потребители редко читают инструкцию по эксплуатации батарей и аккумуляторов, и еще реже её соблюдают, надеясь на русский «авось».

И хотя правила эксплуатации литиевых батарей ничем не отличаются от правил эксплуатации щелочных батарей и других аккумуляторов, их соблюдение особенно важно, т.к. несоблюдение может привести к более серьезным последствиям.

Итак:

• Не перезаряжать, не нагревать.

  В литиевой батарее есть т.н. пассивирующий слой на литиевом аноде. Эта защитная пленка соединений лития, в обычных условиях, препятствует прямым химическим реакциям металлического лития с электролитом и основными продуктами реакции. Зарядка литиевых батарей (не аккумуляторов, а именно неперезаряжаемых батарей, к примеру CR123) разрушает эту пленку и категорически запрещена. Это приводит к высвобождению и накоплению в батарее металлического лития, его реакции с электролитом, росту температуры и давления, и, как следствие, утечке токсичного газа (через предохранительный клапан), электролита, и может привести к воспламенению или взрыву батареи.
  К этому также может привести закорачивание батареи или её нагревание. К батарее нельзя припаивать провода бытовыми паяльниками и паяльными станциями — это нарушит или сплавит защиту от перегрева батареи, и она станет небезопасна. Нельзя оставлять батарею под прямыми солнечными лучами.
  То же самое относится к превышению тока заряда и напряжения заряда литиевых аккумуляторов. Используйте только качественные зарядные устройства, не стоит подключать «вот эту батарейку» к «вон тому заряднику» от «вон того прибора». Это опасно.

  
  Некоторые компании даже выпускают спец. оболочки-пакеты для зарядки литиевых элементов на предельных режимах:
  

• Не смешивать бывшие в употреблении и новые батареи; батареи разных типов или производителей.

  
  Установка элементов с разным напряжением (например, новый и бывший в употреблении) приведет к тому, что один элемент (новый) будет стремиться отдавать больший ток, и станет заряжать другой (старый). Батареи разных производителей, во-первых, могут иметь разное внутреннее сопротивление, а во-вторых, незначительно отличающийся химический состав. По описанной в п.1 схеме, и то, и другое может привести к взрыву.
  Согласно исследованиям, смешивание Б/У и новых батарей или батарей разных производителей, явилось причиной №1 случаев возгорания и взрыва литиевых батарей в фонарях и других приборах. Наихудшее с точки зрения безопасности соотношение — это использование новой батареи и на 20% использованной. И хотя таких случаев зарегистрировано менее десяти на сотни тысяч случаев беспроблемного использования, делать этого не стоит.

• Не разбирать, не сжигать, не использовать батареи со следами повреждений или протечек.

  Прокол элементов или смятие может привести к внутреннему короткому замыканию, с последующим возгоранием и взрывом; Расплавление лития от высокой температуры также приводит к взрыву.
  При разгерметизации внутрь элемента может попасть вода или сконденсироваться атмосферная влага, что может привести к реакции с выделением водорода и возгоранию.
  
  

• Не закорачивать.

  Соблюдать полярность.
  При разряде большими токами или коротком замыкании из-за некоторой неоднородности структуры батареи и наличия примесей могут возникать локальные «горячие точки», которые лавинообразно вызывают разогрев всей батареи.
  Результат — взрыв.

• Не утилизировать с бытовыми отходами.

  Хотя это общепринятая практика в нашей стране, но, вопреки ей, элементы питания нельзя выкидывать вместе с бытовым мусором.

  К примеру, остатки соленой воды в кухонных отходах могут закоротить элемент.

  И хотя у нас не создано никаких условий для правильной утилизации таких отходов — позаботьтесь хотя бы о том, чтобы литиевый элемент не контактировал с другими отходами.
  Например, поместив его в индивидуальный полиэтиленовый пакет, и завязав его.
  

• Хранить в сухом, прохладном месте.

  Влага, кроме прямого закорачивания контактов, может вызвать коррозию внешней оболочки батареи, заткнуть вентиляционные клапаны или нарушить герметичность. Батарею с признаками коррозии использовать нельзя. Высокая температура, близость к батареям отопления, духовым шкафам, печным трубам или прямые солнечные лучи могут вызвать повышение давления внутри батареи.

Современные литиевые батареи содержат множество элементов конструкции, которые призваны повысить степень защиты — сбросить нарастающее давление, разъединить электрическую цепь при превышении тока или температуры, а также разнообразную защитную электронику, но их лучше рассматривать как средства «последнего эшелона», и надеяться не на них, а на разумное соблюдение правил безопасности.

Соблюдение этих правил почти наверняка избавит вас от неприятных моментов использования литиевых батарей. И хотя случаи возгорания или взрыва батарей в фонарях очень редки (в Интернет-сообществе описано менее 10 случаев за все время на весь мир), мы считаем важным упомянуть основные сценарии развития событий.

• В большинстве редких случаев возгорания литиевых батарей в фонарях, фонарь «тухнет» или теряет яркость на сравнительно свежем комплекте батарей. В любом случае, это должно вас насторожить.
  Часто после этого, иногда через значительное время (20-30 мин.) слышится шипение клапана сброса давления батареи. Если вы слышите шипение этого клапана или фонарь неожиданно потускнел или нагрелся — ни в коем случае не направляйте фонарь стеклом или торцом к себе.
  Настороженность также должно вызвать ненормальное для данного режима работы фонаря нагревание батарейного отсека, особенно в выключенном состоянии (выше 60-70 градусов).
  При возникновении описанных симптомов — если фонарь у вас в руках — немедленно выключите его и положите подальше от людей, домашних животных и легковоспламеняемых предметов.
  Если фонарь не в руках — не подходите к нему как минимум 3-4 часа.

  Шипение клапана сброса давления часто сопровождается выделением едкого белого дыма с характерным «электрическим» запахом. Этот дым токсичен — старайтесь не вдыхать его и проветрить помещение.
  Если из батареи вылился электролит — не допускайте его контактов с кожей.
  Пролитый электролит следует засыпать пищевой содой или опилками, и вытереть насухо.
  Взрыв батареи иногда происходит через 1-2 секунды, а иногда через 20-30 минут после шипения клапана.
  При возгорании и взрыве литиевых батарей запрещается тушить их углекислотными огнетушителями: литий бурно реагирует с углекислотой.
  Эффективно применение порошковых огнетушителей (напр. ОП-10).

  Тушение горящих элементов и их обломков можно производить, накрывая очаги горения плотной термостойкой тканью (асбестовым полотном).
  Можно тушить сухим песком, покрывалом, сухой поваренной солью.
  Вода неэффективна при тушении горящего лития, и предотвращает главным образом распространение пожара. Наоборот, реакция лития с водой может вызвать выделение водорода, который усилит горение.

  Не берите в руки фонарь, обломки или батареи ранее, чем через несколько часов после прекращения любых проявлений реакции. Не приближайтесь к взорвавшимся или вытекшим батареям, пока они не остынут.

  Защищайте кожу от контактов с электролитом резиновыми перчатками.

  Засыпьте батареи, а также обломки, пищевой содой, для нейтрализации электролита. Поместите в полиэтиленовый пакет и утилизируйте.

  Помните телефон пожарной охраны: В России это 101, или 112, или 911 (с мобильного телефона).

• Чаще взрываются фонари на двух CR123-элементах (в большинстве случаев ксеноновые, а не светодиодные), чем на одном. Поэтому при использовании фонаря, работающего на двух элементах, старайтесь или использовать защищенный аккумулятор 18650 или 17670, если он допустим конструкцией фонаря, или особенно тщательно подходите к вопросу выбора пары батарей. Старайтесь ставить вместе батареи из одной партии.
  Если у вас есть возможность измерить внутреннее сопротивление батарей — старайтесь совмещать батареи по внутреннему сопротивлению.

  Естественно, ни в коем случае не ставьте разные батареи или использованные совместно с новыми.
  

• Чаще взрываются фонари на галогеновых (ксеноновых галогенных) лампах без электроники, чем светодиодные с электроникой. Причина — описанные выше в п.4 «горячие точки», которые возникают при неконтролируемом разряде большим током.
  
• Старайтесь использовать качественный фонарь, нежели безымянный.
  Плохая конструкция и используемые материалы могут служить причиной закорачивания батарей. Особенно это относится к дешевым галогеновым фонарям на элементах CR123.
  Старайтесь использовать водонепроницаемый фонарь — это также предотвратит нештатные ситуации при использовании литиевых батарей.
  
• Старайтесь использовать алюминиевый фонарь, нежели пластиковый.
  Пластиковый фонарь может разлететься в непредсказуемых направлениях.
  У алюминиевых фонарей «вышибает» стекло и торцевую кнопку (если такая есть). Так что, при взрыве в руке в большинстве описанных случаев (3 случая) обошлось без травм.
  Одновременно, пластиковый корпус менее стоек к разогреву батарей и может обеспечить меньше защиты батареям от внешнего тепла.
  

А остальные миллиарды случаев успешного использования литиевых батарей без каких-либо эксцессов подтверждают: за этими элементами ближайшее будущее. И если век топливных или био-элементов еще не наступил, то для лития — самое время.
В реальности же с безопасностью дело обычно обстоит так:

Ссылки по теме:

Статья про элементы питания на HPC.RU
Лабораторные опыты по Химии, видео: реакция лития с водой (опыт 12)
Реакция лития с водой, видео (другой опыт)
Статья на сайте FlashLightReviews про батарейки вообще(англ.)
Статья на сайте FlashLightReviews про батарейки подробнее(англ.)
Статья на сайте FlashLightReviews про взрывы батарей (англ. )
Сравнение разных типов и марок батарей (с графиками)
Взаимодействие щелочных металлов с водой (передача «Мозголомы»), видео

Как работают литий-ионные аккумуляторы? | Аккумулятор SCiB™

Эта страница частично использует JavaScript. Эта страница может работать неправильно, если эти функции не поддерживаются вашим браузером или параметр отключен.​

Top Page

Что составляет
SCIB ™

Приложения

Продукты

Тематическое исследование

Следующее поколение

Знание

Устойчивости
из SCIB ™

Свяжитесь с US

0003 1-й период

Как работают литий-ионные батареи?

Что такое литий-ионный аккумулятор? Какие особенности у него есть?

Литий-ионная батарея — это тип перезаряжаемой батареи, которая заряжается и разряжается ионами лития, перемещающимися между отрицательным (анодным) и положительным (катодным) электродами. (Как правило, батареи, которые можно многократно заряжать и разряжать, называются вторичными батареями, тогда как одноразовые батареи называются первичными батареями.)
Поскольку литий-ионные аккумуляторы подходят для хранения энергии большой емкости, они используются в широком спектре приложений, включая бытовую электронику, такую ​​как смартфоны и ПК, промышленных роботов, производственное оборудование и автомобили.

О, правда? Аккумуляторы для смартфона! Литий-ионные аккумуляторы
используются в знакомых продуктах, не так ли? Кстати, что такое литий?

Литий — это металл, встречающийся в естественной среде
. Вы помните периодическую таблицу элементов
как мантру?

Все ли литий-ионные аккумуляторы имеют одинаковую производительность?

Литий-ионные аккумуляторы делятся на различные виды в зависимости от размера, формы, материала, используемого для положительных и отрицательных электродов, и так далее.
Промышленная литий-ионная батарея Toshiba SCiB™ использует оксид лития-титана на отрицательном электроде и обеспечивает длительный срок службы, быструю зарядку, высокую входную/выходную мощность, отличную работу при низких температурах и широкий эффективный диапазон SOC.

Все литий-ионные аккумуляторы разные!
Убедитесь, что вы выбрали именно то, что вам нужно.

Как литий-ионные аккумуляторы накапливают энергию?

литий-ионный аккумулятор состоит из 1) анода и катода; 2) разделитель между двумя электродами; и 3) электролит, который заполняет оставшееся пространство батареи. Анод и катод способны накапливать ионы лития. Энергия накапливается и высвобождается, когда ионы лития перемещаются между этими электродами через электролит.

При накоплении энергии (т. е. во время зарядки)

1.  Зарядное устройство подает ток на аккумулятор.
2.  Ионы лития перемещаются от катода к аноду через электролит.
3. Аккумулятор заряжается за счет разности потенциалов между двумя электродами.

При использовании энергии (т.е. при разрядке)

1. Между анодом и катодом образуется разрядный контур.
2. Ионы лития, хранящиеся в аноде, перемещаются к катоду.
3. Энергия используется.

Аккумулятор можно многократно заряжать и разряжать
благодаря движению ионов лития.

Мистер Литиум — большой труженик, постоянно курсирующий туда-сюда!
Ему нужны инновации в рабочем стиле!

Чем отличаются литий-ионные аккумуляторы от свинцово-кислотных?

Как правило, литий-ионные аккумуляторы легче и заряжаются быстрее, чем свинцово-кислотные аккумуляторы.
А литий-ионные аккумуляторы более экологичны, так как не содержат веществ с высокой экологической нагрузкой.

Мой свинцово-кислотный аккумулятор тоже удобен…
Кроме того, свинцово-кислотные аккумуляторы дешевле. Я использую их на протяжении десятилетий.

Правильно. Трудно сказать, какой из них лучше. Все зависит от вашего приложения
, окружающей среды, материала и так далее.
Вот почему вам нужно изучить и выбрать правильный аккумулятор для вас.

Подходящая батарея для меня… Как романтично!
Теперь я хочу узнать больше о литий-ионных батареях.

Хорошо! Во 2-м периоде я научу вас
выберите правильный для вас. Следите за обновлениями!

О литий-ионных аккумуляторах

Особенность 　AGV с промышленным литий-ионным аккумулятором Toshiba SCiB™

Особые навыки 　 Работать быстро с быстрой зарядкой

Сообщить всем о преимуществах литий-иона Цель 　батарейки!

AGV: Автоматизированное управляемое транспортное средство, предназначенное для работы в заводских условиях

Особенность 　AGV со свинцово-кислотным аккумулятором

Особый навык 　 Глубокий сон

Цель 　Жить мирно, ценя баланс между работой и личной жизнью!

Учебный план

По вопросам о серии SCiB™ Industrial Pack нажмите здесь.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно популярны и универсальны. Эти перезаряжаемые батареи используются в сотовых телефонах, автомобилях, электроинструментах и ​​некоторых других типах электронных устройств.

Технология, используемая в литий-ионных батареях, делает их отличным выбором из-за их очевидных преимуществ и экологических преимуществ.

Но как именно работают литий-ионные батареи? И что делает их такими популярными во многих приложениях?

Вот что вам нужно знать о компонентах, из которых состоит литий-ионный аккумулятор, и о том, как они работают вместе для создания высокофункциональных и долговечных источников энергии.

 

Компоненты

 

Доступны литий-ионные аккумуляторы различных форм и размеров. Однако внутри они обычно выглядят одинаково. Чтобы понять, как работает литий-ионный аккумулятор, важно знать, какую роль играют отдельные детали.

 

Ячейка

Литий-ионный аккумулятор состоит из нескольких частей. Ячейка, служащая рабочей лошадкой батареи, является наиболее важным компонентом батареи.

Элемент состоит из следующих аккумуляторных материалов:

• Электроды — это два конца батареи. Один является анодом, а другой катодом.
• Анод хранит литий и обычно изготавливается из углерода.
• Катод также содержит литий и изготовлен из химического соединения, представляющего собой оксид металла.
• Сепаратор блокирует поток отрицательных и положительных электронов внутри батареи, но пропускает ионы.
• 9Электролит 0165 жидкий находится между двумя электродами. Он переносит положительно заряженные ионы лития от анода к катоду и наоборот в зависимости от того, заряжается батарея или разряжается.

Аккумулятор

Аккумулятор, в котором находятся литий-ионные элементы, работает почти так же, как компьютер. Он содержит следующее:

• Не менее одного датчика температуры для контроля температуры аккумулятора.
• А 9Преобразователь напряжения 0165 и схема регулятора , предназначенная для поддержания напряжения и тока на безопасных уровнях.
• Евроразъем, который позволяет подавать питание и информацию в аккумуляторную батарею и из нее.
• Отвод ячейки , который контролирует напряжение ячеек в аккумуляторной батарее.
• Система мониторинга батареи , небольшой компьютер, который контролирует всю батарею и обеспечивает безопасность пользователя.

 

Движение в ячейке

 

Итак, как ячейка обеспечивает питание оборудования?

Когда вы подключаете литий-ионный аккумулятор к устройству или оборудованию, положительно заряженные ионы перемещаются от анода к катоду. В результате катод становится более положительно заряженным, чем анод. Это, в свою очередь, притягивает к катоду отрицательно заряженные электроны.

Сепаратор в ячейке включает электролиты, образующие катализатор. Это способствует движению ионов между . Движение ионов через раствор электролита заставляет электроны двигаться через устройство, к которому подключен аккумулятор.

Литий-ионные аккумуляторы перезаряжаемые. При перезарядке ионы лития проходят тот же процесс, но в обратном направлении. Это восстанавливает батарею для дополнительного использования.

Общая конструкция литий-ионного аккумулятора обеспечивает множество преимуществ для пользователей оборудования:

• Время работы значительно увеличивается при их использовании по сравнению с другими типами аккумуляторов.
• Возможности быстрой зарядки сокращают время простоя сменных рабочих и повышают производительность.
• Они имеют плоские кривые разряда и обеспечивают более высокую постоянную мощность. Это означает, что больше не будет досадной медлительности оборудования по мере снижения уровня заряда аккумулятора.

Система управления батареями (BMS)

 

Система управления играет неотъемлемую роль в обеспечении работы элемента батареи на максимальном уровне. Это также влияет на то, как работает батарея, предлагая несколько защит и функций.

Например:

• BMS поддерживает температуру ячейки в идеальном рабочем диапазоне для предотвращения перегрева или замерзания.
• BMS контролирует токи и напряжения, чтобы поддерживать их на безопасном уровне. Дендриты начинают формироваться в ячейке, если напряжение падает слишком низко, что может привести к короткому замыканию ячейки, поэтому важно, чтобы в литий-ионном аккумуляторе была система для отслеживания этого.
• В аккумуляторе нет встроенной «памяти», поэтому частичные разряды не навредят аккумулятору. Литий-ионные аккумуляторы могут заряжаться и разряжаться в то время, которое наиболее удобно для операторов оборудования.
• Встроенные контроллеры предотвращают перезарядку, чтобы предотвратить образование, которое может привести к значительному повреждению литий-ионных аккумуляторов.
• Балансировка ячеек контролируется таким образом, что выравнивающие заряды никогда не требуются. Поскольку литий-ионные аккумуляторы не нуждаются в выравнивающих зарядах, они не выделяют опасные газы.