Ли ион: Как Работает Литий-Ионный (Литиевый) Аккумулятор?

Содержание

Чем отличается Li-ion от Li-Pol аккумулятора? Какой вариант лучше выбрать?



В производстве накопителей энергии устаревшие технологии быстро сменяются новыми решениями. Вначале аккумуляторы NiCd были вытеснены элементами типа NiMH. Взамен им были созданы более совершенные генерации аккумуляторных батарей – Li-ion, LiFePO4, Li-Pol. В данной статье мы рассмотрим отличия Li-ion и литий-полимерного аккумулятора, их преимущества и предпочтения по выбору с учетом особенностей предстоящего применения АКБ.

Особенности Li-ion технологии

Литиевые аккумуляторы начали массово производить в начале 1990-х. Функции активного электролита на начальном этапе выполняли кобальт и марганец. Теперь в Li-ion накопителях в качестве вещества катода применяются кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-феррофосфат и другие составы. Но ключевую роль играет не разновидность вещества, а особенности его расположения в блоке.

В них электроды (катодная база на фольге из алюминия и анод из меди) разделяются пористым сепаратором, который пропитывается электролитом. Катод и анод в блоке соединены токоснимающими клеммами. Обслуживание заряда обеспечивают положительно заряженные ионы Li. Они с легкостью проходят в кристаллические решетки различных веществ, создают связи, инициируют протекание реакций и вызывают выход энергии. По принципу работы Li-ion накопители энергии схожи с гелевыми АКБ полного формата.

Основные плюсы и минусы Li-ion батарей перечислены в таблице:

Достоинства

Недостатки

Малый саморазряд – в 1-й месяц до 6%, в последующие – слабее. Защитный контур расходует порядка 3% накопленной энергии в месяц.

Необходимость применения интегрированной защитной платы. Она ограничивает максимальное напряжение при заряде и не допускает его критического снижения при разряде, ограничивает предельные токи и контролирует температуру.

Высокая плотность энергии и разрядных токов.

Подверженность старению, даже без эксплуатации.

Высокое напряжение ячеек по сравнению с NiCd и NiMH элементами – 3,6 В.

Существенное падение емкости на морозе.

Отсутствие эффекта памяти и простота обслуживания.

Относительно высокая стоимость (по сравнению с АКБ типа NiCd).

Большой эксплуатационный ресурс.

 

Небольшие размеры, легкий вес.

 

Отсутствие требований по обслуживанию (кроме подзарядки).

 

 

Технология создания Li-ion батарей с каждым годом улучшается, приводя к повышению безопасности их эксплуатации и снижению стоимости.

Чем отличается от Li-ion Li-Pol технология?

Усовершенствование Li-ion батарей было направлено на повышение безопасности их использования и удешевление технологии. Решить эту задачу удалось при помощи смены электролита – вместо пористого сепаратора с пропиткой из электролита начали применять полимерный электролит. Прежде он использовался в роли пластиковой пленки для проведения тока. В Li-pol накопителях энергии толщина элемента стартует от 1 мм, что позволяет получать изделия всевозможных форм и габаритов.

Но принципиальный ответ на вопрос, в чем разница Li-Pol аккумуляторов от Li-ion моделей, – это неиспользование электролита в жидком состоянии и сведение к минимуму риска воспламенения.

В литий-полимерных АКБ нет ни жидких, ни гелевых электролитов. Активное вещество представляет собой твердую пластину и в области соприкосновения с литием не допускает образования дендритов при циклировании. Благодаря этому устраняется риск взрывов и возгораний литий-полимерных АКБ.

Изначально Li-Pol источники тока имели слабую проводимость и не подходили для портативных аппаратов. Но этот недостаток удалось устранить благодаря использованию гелеобразного электролита. Усовершенствованные Li-polymer накопители энергии имеют мембрану с электролитом. Для ее изготовления используется разделитель из пропилена или пористый полиэтилен, внутри которого содержится полимер. Взаимодействуя с жидкостью-электролитом, он становится гелеобразным.

Преимущества и недостатки Li-Pol источников тока

Важным преимуществом литий-полимерных аккумуляторов является отличное соотношение емкости и массы. Благодаря этому качеству Li-Pol источники тока широко применяются при оснащении квадрокоптеров и других радиоуправляемых моделей, в мобильных телефонах и цифровой технике.

Ключевые плюсы и минусы Li-polymer аккумуляторов указаны в таблице:

Достоинства

Недостатки

Легкий вес в сочетании с высокой емкостью.

Относительно высокая стоимость.

Возможность создания аккумулятора произвольных габаритов и форм, в т. ч. очень тонких.

Необходимость в особом режиме подзарядки.

Быстрая подзарядка.

Необходимость балансировки ячеек.

Отсутствие эффекта памяти.

Чувствительность к глубокому разряду, перезаряду, низким температурам.

Незначительный износ.

 

Высокая степень надежности и безопасная эксплуатация.

 

Малый саморазряд – до 5% в месяц.

 

Неприхотливость в обслуживании.

 

Меньший износ и саморазряд.

 

Что лучше, Li-polymer или литий-ионный аккумулятор?

Ответ на этот вопрос зависит от того, где и в каких условиях будет применяться выбираемый источник тока.

По основным характеристикам Li-ion и Li-Pol элементы питания схожи. Из ячеек типа Li-ion собираются аккумуляторные батареи разных геометрических параметров и технических характеристик. Использовать их допустимо в промежутке от -20 до +60 °С, но при пограничных значениях температуры происходит более быстрое старение.

Li-Pol аккумуляторы производятся всевозможной геометрии, отличаются значительной плотностью энергии и предельно безопасны. Они наиболее востребованы в условиях, когда требуется компактный и надежный источник тока. Промежуток рабочих температур у выпускаемых сейчас Li-Pol батарей идентичен температурному диапазону Li-ion.

Сравнительная таблица Li-ion и Li-Pol батарей

Чтобы выяснить с учетом индивидуальных приоритетов, что лучше, Li-polymer или литий-ионная АКБ, нужно сопоставить их характеристики. Это легко сделать с помощью сравнительной таблицы:

Характеристика

У Li-ion батарей

У Li-Pol батарей

Количество циклов

Больше

Меньше

Выбор типоразмеров

Узкий, есть модели в форме цилиндра и призмы, самый популярный цилиндрический размер – 18650.

Широкий, без стандартных рамок формата элементов питания, возможно создание элементов толщиной от 1 мм.

Вес

Немного больше

Легкий – за счет применения гелеобразного электролита и сокращения элементов из металла.

Емкость при идентичных размерах

Ниже

Выше, почти вдвое.

Плотность энергии на единицу массы

От 100 до 190 Втч/кг, в зависимости от материала катода.

От 130 до 200 Втч/кг.

Эксплуатационный ресурс

Приблизительно одинаковый: у литий-ионных – от 500 до 2000 циклов заряд-разряд, в зависимости от материала катода, у литий-полимерных – 800 – 1000 циклов.

Риск взрыва или возгорания

Присутствует, но использование платы защиты исключает такой риск.

Минимизирована – благодаря невозможности утечки электролита и использованию интегрированной защиты от избыточного заряда.

Допустимые температуры

От -20 до +60 °С, оптимально – от 0 до +30 °С.

Длительность подзарядки

Больше

Меньше

Напряжение (номинал)

3,6 В

3,7 В

Граничное напряжение разряда

2,8 В

3 В

Оптимальный и пиковый ток нагрузки

<1С и ˃2С, где С – значение емкости.

Особенности заряда

Током величиной 0,1…1С до достижения 4,1…4,2 В, а затем при неменяющемся напряжении.

Степень износа (естественное старение)

Порядка 0,1% в месяц.

Ниже, 20% за 2 года.

Скачки напряжения при разряде

Малые

Ценовая категория

Ниже

Выше

По этой таблице легко сопоставить, чем лучше литий-ионные аккумуляторы, и по каким параметрам они уступают литий-полимерным аналогам.

Подводим итоги

Литий-ионные источники тока широко распространены в различных сферах. Они используются для оснащения цифровой электроники, персонального электрического транспорта, роботов, аккумуляторных инструментов, инвалидных колясок и множества других устройств. Они имеют стандартизированные типоразмеры, легко подбираются под необходимые параметры и хорошо знакомы потребителям. Мощные АКБ успешно применяются для устройств, нуждающихся в высоком краткосрочном потреблении тока.

Литий-полимерные накопители энергии позволяют получить нужную емкость при меньших размерах и массе источника тока, поэтому востребованы в портативных устройствах, квадрокоптерах, игрушках, ружьях для страйкбола. Основные отличия аккумуляторов типа Li-polymer заключаются в более высокой цене, большой вариативности форм и меньшем количестве внутренних нагрузок.

На практике аккумуляторы обоих типов имеют схожие характеристики, поэтому предпочтения по выбору зависят преимущественно от сферы использования. Кроме типа АКБ и вещества катода, на характеристики источника тока влияет качество применяемого сырья и технология производства.

Предлагаем вашему вниманию познавательный материал о том, как восстановить Li-ion аккумулятор 18650 после глубокого разряда.

Размеры литиевых аккумуляторов



Литий-ионные аккумуляторы широко используются в светодиодных фонариках, шуруповертах и остальных беспроводных устройствах. Как составные части аккумуляторных батарей они применяются для оснащения электровелосипедов, гироскутеров, электросамокатов, гольфкаров, ноутбуков, устройств Power Bank и другой автономно работающей техники.

Литиевые аккумуляторы изготавливаются в виде цилиндра, призмы и таблетки. Ячейки-цилиндры содержат электроды с сепаратором, свернутые рулонным способом и находящиеся в оболочке из металлической фольги. Их отрицательный электрод соединяется с корпусом, а «+» – выходит через изолятор на крышку. Призматические элементы питания обычно состоят из совокупности прямоугольных пластин, реже – из электродной основы, свернутой эллиптической спиралью.

Наибольшее распространение получили цилиндрические аккумуляторы типоразмера 18650. Визуально они напоминают обычные батарейки типа АА, но превосходят их по емкости и выходному напряжению. В то время как батарейка АА имеет напряжение на выходе 1,5 В, у аккумулятора типоразмера 18650 этот параметр составляет 3,6–3,7 В. Емкость таких ячеек в среднем колеблется от 1600 до 3600 мАч, в зависимости от используемой химии и технологии производства. Далее мы подробнее расскажем о классификации и существующих форматах литий-ионных аккумуляторов.

Маркировка Li-ion аккумуляторов

Для классификации размеров литиевых аккумуляторов используется простая система маркировки. Она содержит 5 цифр: начальные 2 из них обозначают диаметр элемента питания (в мм), следующие 2 – его длину (в мм), а завершающая – особенности формы (0 отображает цилиндрическую конструкцию). Перед 5-значным цифровым обозначением указывается буквенная маркировка. По ней можно расшифровать, какие химические вещества входят в состав конкретного аккумулятора:

  • ICR – кобальтовые ячейки;
  • IMR – модели с содержанием марганца;
  • INR – ячейки с никелем и марганцем;
  • NCR – аккумы с никеле-кобальтовым составом и оксидом алюминия в качестве изолятора.

Например, обозначение INR18650 на аккумуляторе означает, что мы имеем дело с цилиндрическим аккумулятором с никеле-марганцевой химией, имеющим Ø 18 мм и высоту 65 мм. У аккумуляторов, оснащенных платой защиты, фактическая длина составляет 66,5 мм.

Таблеточные литиевые аккумуляторы маркируются обозначением CRAABB, где AA отражает диаметр (в мм), а BB – значение высоты (в десятых долях миллиметра). Например, маркировка CR123 свидетельствует о том, что данный элемент питания имеет диаметр 12 мм и высоту 3 мм. У «плоских» накопителей энергии обозначение 3R12 геометрически идентично 3-м форматам R12 (устаревшие, уже не изготавливаются). Литиевые аккумы призматической формы производятся всевозможных размеров, в соответствии со своим назначением и запросами заказчиков.

Таблица размеров Li-ion аккумуляторов

Ниже приведены распространенные форматы литий-ионных аккумуляторов:

Маркировка

Ориентировочное значение емкости, мАч

Особенности, похожие форматы (по геометрии, но не электротехническим параметрам)

10180

90

Геометрически равен 2/5 AAA.

10220

≈130

Половина AAA – диаметр идентичен, а длина вдвое короче.

10280

≈180

 

10430, 10440

≈250

Подобен ААА.

14250

≈250

1/2 AA– диаметр идентичен, а длина вдвое короче.

14270

≈250

Диаметр соответствует АА, а длина идентична CR2.

14430

≈500

По диаметру – как АА, но короче.

14500

≈700

По виду – аналог батареек АА.

14670

≈700

 

15266, 15270

750–850

Визуально – аналог CR2.

16340

750–1200

Соответствует CR123.

17500

≈1100

150S/300S

17670

≈1800

CR123x2 или 168S/600S.

18350, 18490

≈1400

 

18500

≈1400

CR123x2 или 150А/300Р.

18650

1600–3600

CR123x2 или 168А/600Р.

18700

1600–3700

 

21700, 22650

3000–4000

 

25500, 26500

2500–5000

Напоминают С.

26650, 26980

2300–6000

 

32600, 32650

3000–6500

По размерам близок к типоразмеру D.

33600

3500–6500

D

42120

≈5000

 


 

Размеры элементов питания могут немного отличаться из-за особенностей их производства. Например, толщина наружного покрытия на аккумуляторах зачастую толще, чем на батарейках, а высота платы защиты иногда достигает 3 мм.

Важно учесть, что совпадение геометрических параметров накопителей энергии еще не значит, что и электрические характеристики у них эквивалентны. Так, при замене 2-х элементов типа CR123 вместо аккумулятора типа 18650 нужно удостовериться, что возросшее напряжение не причинит вред устройству.

От чего зависит емкость аккумулятора?

​Емкость ячеек одинакового размера может колебаться в значительном диапазоне. На значение емкости и тока разряда влияют такие факторы как:

  • толщина слоя нанесенной на фольгу электродной массы (при рулонной конструкции) – чем толще этот слой, тем выше удельные параметры накопителя энергии;
  • толщина фольги;
  • величина частиц электродной массы;
  • вещества, включенные в электродную массу для наращивания разрядного тока;
  • материал «+» и «-» электродов;
  • их толщина.

Выводы

Несмотря на большой перечень типоразмеров, неоспоримыми рекордсменами по популярности среди цилиндрических Li-ion аккумуляторов остаются ячейки формата 18650. Призматические модели бывают всевозможных размеров. Кроме геометрических параметров, при выборе подходящих источников питания нужно учитывать их емкость, номинальное напряжение, ток разрядки, внутреннее сопротивление, диапазон рабочих температур, тип химии, наличие защитной платы, ориентировочный ресурс (минимальное число циклов заряд-разряд).

Читайте в нашей предыдущей статье том, чем отличается Li-ion от Li-Pol аккумулятора, и какой вариант лучше выбрать.

Литий-ионный или литий-полимерный — какой аккумулятор лучше?

Разница между литий-ионным и литий-полимерным типами аккумуляторов значительна, если полимерный материал выступает в качестве электролита. Здесь вы узнаете особенности каждого типа батареи и сможете сделать правильный выбор.


Забегая наперёд, поспешим вас успокоить — при покупке смартфона, планшета или ноутбука тип аккумулятора внутри вам встретится один и тот же. И чтобы там ни было указано — Li-Ion или Li-Po, это меньше всего повлияет на время работы и характеристики устройства в целом..

Например, модель процессора или версия прошивки для общей автономности мобильного гаджета (имейте ввиду, что речь не об инструментах) куда важнее типа аккумулятора. Выбирайте наиболее ёмкую батарею и читайте отзывы от реальных пользователей.



Отличия литий-ионного от литий-полимерного аккумулятора

Во всех известных смартфонах, планшетах, ноутбуках, смарт-часах и других портативных гаджетах наиболее подходящий аккумулятор рассчитывается на этапе проектирования на этапе инженерного конструирования. Производители последние годы с особым усердием стремятся внедрить новейшие технологии энергосбережения.


Порой разработчикам удаётся достичь максимально длительного цикла автономности. Но в угоду концептуальных особенностей будущего продукта (например, тонкий корпус или огромная камера без увеличения габаритов) даже самые крутые системы экономии расхода заряда могут быть «задушены».

Поэтому нам покупателям остаётся идти на компромисс и выбирать характеристики, которые подходят для конкретных целей. Ходите в походы или много путешествуете — выбирайте долгий срок службы батареи в ущерб габаритам и грациозному внешнему виду. Любите выкладывать телефон на стол в дорогом ресторане? Тогда отнеситесь к нему как к аксессуару — пусть он будет работать меньше, зато лишний раз подчеркнёт статус владельца.


Тип аккумулятора (литий-ионный и литий-полимерный) здесь никак не влияет на оценку гаджета — это часть инженерного расчёта под выбранную концепцию, где стоит выбор между, условно говоря, конструкцией «попроще и дешевле» или «посложнее, но дороже». Если вы хотите самостоятельно определить самый выносливый аппарат среди конкурентов, то лучше обратиться к профессиональным обзорам или хотя бы отзывам реальных пользователей. Эта информация расскажет вам гораздо больше о качестве батареи, чем её принадлежность к литий-ионной или литий-полимерной технологии.


Неважно, какой тип размещён в мобильном устройстве, просто не беспокойтесь об этом!

Вот вам факт от экспертов «Battery University» — в современных гаджетах практически не встречаются литиевые батареи на основе полимера, нам предлагают литий-ионные полимерные батареи, в которых применяется ламинированная оболочка вместо жёстких корпусов, как у обычных литий-ионных батарей.


Чаще всего литий-полимерной батареей называют литий-ионный аккумулятор в эластичной полимерной оболочке с компактными габаритами.

Вы задумывались, почему производители Li-Ion Polymer на некоторых батареях (например, на iPhone и других смартфонах)? Теперь вы знаете, что здесь на самом деле происходит — из-за сокращённых названий разница между литий-ионным и литий-полимерным аккумулятором, когда речь идёт о портативной электронике, по факту минимальная. Давайте остановимся на этом подробнее.


Плюсы литий-ионной (Li-Ion) батареи

+ высокая плотность
+ нет эффекта памяти
+ низкая стоимость

Минусы литий-ионной (Li-Ion) батареи

- Может вздуваться и разрушаться
- Риск самовоспламенения
- Изнашивается с возрастом


Плюсы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Po) батареи

+ Прочный и эластичный
+ Низкопрофильный и компактный
+ Снижен риск утечки электролита

Минусы литий-полимерной (Li-Poly/Li-Po) батареи

- Дороже в производстве
- Быстрее изнашивается
- Неразвиты поставки (логистика)


Такой тип литиевого аккумулятора (Li-Po/Li-Poly) используется, например, в смартфонах:
• Xiaomi Redmi 5;
• Redmi Note 4x.

А также в ряде «Айфонов»:
• iPhone 4,
• iPhone 5,
• iPhone 5C,
• iPhone 5S,
• iPhone 6,
• iPhone 6S,
• iPhone 7,
• iPhone 8,
• iPhone SE,
• iPhone X.


Узнайте больше об аккумуляторах

Какой бы аккумулятор вы выбрали — Li-Ion или Li-Po? Ответьте в комментарии ниже или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности 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.



21700, 26650, 18650 с Алиэкспресс / Зарядки, пауэрбанки, провода и переходники / iXBT Live

Купить литий-ионные аккумуляторы на алиэкспресс легко.  А вот купить хорошие аккумуляторы определённо не так-то просто.  Так что если вы хотите выбрать аккумуляторы на светодиодный фонарь, купить 18650 аккумуляторы для шуруповерта или вообще перевести шуруповерт на литий  — вам сюда.   Я уже рассказывал о том как выбрать светодиодный фонарь и как выбрать зарядку для литиевых аккумуляторов.  Не так давно я сделал отдельную статью "Оживляем шуруповерт. Все для переделки шуруповерта на 18650 литий-ионные аккумуляторы"

мой личный ТОП 10 светодиодных фонарей на 2020г ТУТ 

И, что логично, теперь расскажу про все детали и нюансы, которые позволят купить качественный 18650 аккумулятор с алиэкспресс и не стать жертвой обмана продавцов.

 

Чтобы не растягивать текст, я не буду рассказывать про технологию Li-Ion аккумов,  будем исходить из того что вам надо просто купить хороший акк с али, а какая там химия — дело десятое. 

 

 

Минутка экономии!

Если вас заинтересовал какой-то из товаров из этой подборки, то смотрите актуальный обновляемый список купонов и промокодов на алиэкспресс на 2020г ТУТ, с их помощью можно неплохо сэкономить на покупке.  

 

↓ ↓ ↓

✅Важно! 29 октября начинается подготовка к крупнейшей распродаже на Алиэкспресс "11.11" (она же День холостяка).  Смотри полное руководство по распродаже 11.11.2020: купоны, промокоды, хитрости. Не упусти шанс хорошо сэкономить! ✅

↑ ↑ ↑

  

Где купить 18650 аккумулятор? Я сам покупаю аккумуляторы тут на Nkon. На 100% проверенный и старый магазин, о котором в курсе все более-менее разбирающиеся люди. К сожалению, есть минимальная платная доставка в 9.99 евро, что не оправдает покупку чего-то типа 4 аккумуляторов в сборку на шуруповерт. А вот если вы берете пару десятков аккумуляторов или готовы заказать 18650 аккумуляторы на паях с кем-то, то дело того стоит.  В магазине продается прорва разных источников питания разных типоразмеров и химий за исключением ну откровенно специфических 

 

 

 ниже я приведу ссылки на те аккумуляторы, которые я покупаю на али.  кроме этих я не беру на алиэкспресс никаких аккумов.

16340 Soshine

честная емкость, вполне хватает для небольших и не особо ярких 16340 фонариков.  Думаю что 3А предел этого аккума. 

18650 NCR18650B 3400mah (низкоток, вполне приличные для нетребовательных фонарей). Покупаю часто и много. 

NCR18650BD (почти та же емкость, но среднеток. в оригинальности не уверен)

26550 Liitokala честная емкость, отличный ток.  21700 liitokala честная емкость, отличный ток. 

 

 до кучи имеет смысл поделиться парой ссылок на полезные подборки проверенных товаров:

 

Производители

Кто производит хорошие 18650 аккумуляторы?

Сейчас сами производят аккумуляторы следующие компании: LG chem, Sony (подразделение продано Murata, так что зачастую название выглядит как Sony Murata), Sanyo-Panasonic (та же ситуация), Samsung.  ВСЁ! Если кто-то еще и делает, то мне он не известен. Ну и, разумеется, есть прорва беспородных китайских производителей.  И если решение купить у них 18650 высокотоковый аккумулятор для шуруповерта будет неоправданным, то обычный низкотоковый аккумулятор для фонарика можно брать смело, именно их и продают от вывеской NCR18650B

Поэтому покупая какой-то модный аккумулятор от Fenix, Nitecore, Olight, Acebeam и любого известного бренда, вы платите 4\5 цены именно за бренд. А остальное — цена того же акка от приведенного выше списка производителей.  Не верите? Оторвите красивую термоусадку и увидите что внутри.  В итоге аккумулятор за 2,5$ превращается в красивый брендовый 10$ аккум.   А вы говорите «икра и таблетки»… вот где настоящая прибыль! 

 

Важно

Я понятия не имею какие ячейки стоят внутри 16340 Soshine и 21700 \ 26550  Liitokala, но это совершенно нормальные аккумуляторы. Более того, в обзоре одной из новинок Fenix эти 16340 Soshine в свое время показали значительно лучший график нежели комплектные фениксовские аккумуляторы.  

 

Емкость

Когда покупатель думает как выбрать 18650 аккумулятор, то, как правило, емкость — основной критерий выбора аккумулятора.  И, к сожалению, для многих  -  единственный. 

Что делает такой покупатель? Правильно, тщательно ищет и видит что тут на алиэкспресс можно купить самый емкий 18650 аккумулятор.  Цифры заявленной емкости сулят неделю бесперебойной работы, как-никак 20000mah! Да, да, вы не ошиблись. Тут три ноля после 15, просто потрясающая емкость.  Увы. В реальности стоит рассчитывать на 1000-1200… А то и того меньше. В плане такой дичи широко известны якобы высокоемкие аккумуляторы Rakieta и Ultrafire, полных зачарованных в легковесную фольгу духов молний.

 

Итак, все те кто хочет выбрать хороший емкий 18650 аккумулятор.  Современная (на начало 2020г) химия ограничивает емкость 3500-3600mah в паре сравнительно дорогих моделей. Лично я, имея огромный запас разных аккумуляторов, и то ни разу не видел на экране зарядки чего-то типа 3500+.     И если вы покупаете литий-ионный аккумулятор вживую в магазине, и продавец вам клянется что "5000мах, брат,  а весной как сок пойдет, так и 7000мах",  можете предложить ему спрятать этот аккумулятор сами знаете куда, покуда оттуда не пойдет электролитовый сок.  

 

Важно!

Есть отличный способ как отличить при хороший 18650 аккумулятор от плохого (речь идет о емкости). Способ грубый, но действенный в большинстве случаев, за исключением аккумуляторов с начинкой из песка.  Так вот, многие расчудесные аккумуляторы с нарисованными цифрами больше 4000-5000mah имеют одно общее свойство. Они очень легкие, весят едва ли не как ААА батарейка, в то время как нормальный вес должен быть порядка 45-50г.  Разумеется,  сделать такой тест можно лишь когда вы можете купить 18650 аккумулятор вживую.  Попросите продавца дать вам какой-то другой, пусть и самый дорогой аккумулятор для сравнения. 

Второй способ — если в названии аккумулятора есть *fire (ultrafire, transfire, masterfire, trustfire и т. д), то можете смело закрывать страницу с этим товаром.  Ничего хорошего в таких аккумуляторах нет.  (хотя я слышал о нормальных 16340\14500 trustfire).

 

Давайте будем исходить из того что вы ищите 18650 аккумулятор в фонарик.  Лично я готов рекомендовать вам вот эти аккумуляторы. Разумеется, кроме дизайна упаковки у них общего с оригинальными Panasonic NCR18650B, но вы можете смело рассчитывать на емкости типа указанной на фото ниже. Скажу так, это единственные 18650 аккумуляторы, которые я лично покупаю на али.  Разумеется речь идет о фонарике с яркостью не выше 1000-1200 люмен.  Брать такие в яркие современные модели смысла нет.

 

Важно!

1)  Обратной стороной их беспородности является существенная разница в емкости. Непонятно какие внутри ячейки и какого возраста.  Как правило,  емкость аккумуляторов по этой ссылке в пределах 3150-3300mah, что я считаю вполне достойной цифрой для всех бытовых нужд.

2)  На али полно аккумуляторов схожего дизайна.   Пару раз я чуть не встрял, польстившись низкой ценой, но прочитал комментарии — емкость оказалась чуть больше 1000mah.  так что, делайте что делаете всегда — читайте отзывы!

 

Токоотдача. Выбираем высокотоковый аккумулятор для шуруповерта с алиэкспресс

Аккумулятор выше вполне подойдет для какого-то простого фонаря типа Convoy S2+ или Convoy C8.  

А вот если речь заходит о том чтобы снимать с этого аккумулятора больше чем 5А, то можете забыть. Лично я знаю как эти аккумуляторы покупали для вейпа, для шуруповёртов,  у меня на канале даже спрашивали почему этот аккум не позволяет запустить максимальную яркость у Convoy M3. Да все просто.  Не тянет он, не тянет.   Химия греется, сипит, кипит и стремительно деградирует.

И тут мы подошли к такой важной теме как покупка высокотоковых 18650 аккумуляторов с алиэкспресс.  Как правило, речь идет о самых популярных высокотоковых аккумуляторах: Sony VTC5, Sony VTC5A, Sony VTC6, LG HG2, Samsung 25R, Samsung 30Q. Соответственно, эти аккумуляторы подделываются чаще всего.   Просто посмотрите на цену на али, и на цену на nkon.  Не думаете же вы на полном серьёзе что оригинальный аккум будет с доставкой из китая стоить меньше чем в проверенном магазине без доставки?  

 

Заходит на али и вбиваем high drain 18650 или IMR 18650 battery

 

Их тут навалом.  И откровенно беспородных, и всяких хитрых вариантов, которыми торгуют как правило разные магазины Liitokala и Varicore.   Аккумуляторы внешне очень напоминают оригинальные, отличает их бумажная наклейка  и,  маскировка названия. Например VTC5A for Liitokala.  Вот яркий пример.  Нигде в названии не указано Sony.  Есть и другие способы отличить, на этом останавливаться не буду,  найти по поиску не сложно.

Что внутри? Да какой-то среднеток с той же самой емкостью.  Отчего в этом лоте столько положительных комментариев? Все просто.  Емкость проверить легко  и он худо-бедно  совпадает с заявленной. А вот в силу того что для проверки реальной токоотдачи нужно специфическое оборудование и инструмент,  ток — самое главное в том аккуме, замерить нельзя. В итоге вместо постоянных 30А вы получите 10-12.  Технически, шуруповерт заведется и с таким током, ведь что-то подобное как раз базово может стоять в батареях шуруповерта.  Вот и идут заказы на тысячи.

 

Короче, купить оригинальный высокотокоый аккумулятор на алиэкспресс у вас почти нет шансов  Если вы и найдете такой — то стоить он будет как чугунный мост, с таким же успехом его можно купить оффлайн.  И все что вам остается, это довольствоваться перепаковками всяких литокал-варикоров. 

 

 

Как бы то ни было,  в любом случае вы получаете среднетоковый аккум со средней емкостью,  плохим его я не назову. Просто это не Sony и ждать тут 30А вообще не стоит.  А вот впихнуть в какой-то прожорливый фонарь — почему бы и нет.   По отзывам, с ними собирают и батареи шуруповерта, и успешно.   Вопрос в том что тянуть этот шурик будет, но явно слабее чем мог бы с оригинальными аккумуляторами.   В общем, брать можно.  Но надо понимать что получите вы пусть и не хлам, но и не высокопроизводительный оригинал. 

 

Важно!

Какие аккумуляторы ставить в шуруповерт.

Самый бюджетный вариант для шуруповерта — Samsung 25r.  Емкость 2500mah будет все равно существенно выше штатных аккумуляторов в батарейном блоке,  то же самое справедливо и для 20А токоотдачи.  (импульсной, короткой, в 5сек. постоянная ниже)

С тем же самым 20А током будут HG2, но емкость будет выше, уже 3000mah. Оригиналы разумеется. На али продают вот что и не известно что будет по току.   В силу соотношения цены-емкости-тока  HG2 являются очень популярным выбором для переделки шуруповерта на литий.

 

Идеальный вариант — Sony VTC6.   3120mah.  Вы получаете 30А постоянный ток и импульсный до 80А (!) см график.  Оригинальный Sony VTC6 заставит любое аккумуляторное устройство работать во все свои силы.  Но не стоит рассчитывать на то чтобы купить Sony VTC6 на алиэкспресс. С максимальной вероятностью вы получите что-то с существенно меньшим током. Сейчас именно этот аккумулятор является самым высокотоковым по химии среди 18650, за счет чего так полюбился мехводоводам. 

 

Sony VTC5A\5 одинаковы по емкость в 2600mah, но 5А отдает на ....5А больше в кратковременном максимуме ) 

 

Важно

Купить оригинальный высокотоковый 18650 аккумулятор из Китая можно,  вот только речь пойдет о другом магазине. Конкретно речь о Banggood. Тут как раз видно сколько на самом деле стоит хороший акк с доставкой из Китая. 

 

Видите тут еще неизвестные бренды типа Golisi, Shockly, Vbatty, Efest?  Как ни странно, брать их вполне можно — внутри них стоят добротные ячейки от упомянутого вначале списка брендов. Мой первоначальный скептицизм был рассеян графиками известного в соответствущих кругах голландца. То есть ток и емкость будут соответствовать. 

 

 

21700\26650

Что значит 18650? Расшифровывается просто: 18мм диаметр, 65мм длина.   Аналогично и 21-70 \ 26-65.

Попытка популяризовать 20700 аккумуляторы провалилась, а вот 21700 аккумуляторы становятся все более и более востребованными. Будучи почти одинаковыми в размерах (см крайние правые два выше) эти две разновидности аккумуляторов крайне разнятся в емкости.  Фиолетовый самсунг имеет 4800mah, в то время как найтор 3500mah. 

 

 26650 аккумуляторы аналогичны по емкости с 21700, в силу чего, может быть и уйдут с рынка при такой разнице в размерах. 

 

Что касается токоотдачи -  самые доступные варианты от Liitokala \ Sofirn показали себя с самой лучшей стороны, вытягивая  турбо в самых прожорливых фонарях.    В общем,  брать можно, сам покупаю. Ссылки в начале обзора.

 

 

Общая полезная информация

 

PCB

это плата защиты, которая «выключает» аккумулятор, защищая его от переразряда или перезаряда.  Как правило, это и есть единственное преимущество брендовых аккумов относительно стоящих внутри них ячеек.   Штатно, ни один из производителей не ставит платы защиты. 

 

Button top vs Flat Top они же с «пипкой» и «плоскоголовые».

Собственно. с выпирающим контактом и без него.  Производители брендовых фонариков любят подтолкнуть пользователей к покупке своих дико дорогих аккумов и ограничивают использование плоскоголовых.  Лепим магнитик — вуаля, все готово.   Доходит до абсурда. Недавно найткор подарил мне возможность увидеть 21700 аккумулятор, с +- на обоих полюсах. Фонарь работал только с таким супер-фирменным и чудовищно дорогим аккумом. 

Ну и если речь идет о последовательном соединении аккумуляторов, то плоскоголовые аккумы просто не дадут контакта.  Опять-таки берем магнитик. 

 

Зачем нужен высокотовый аккумулятор в фонарик?

Одно дело когда вы снимаете 5А с акка, который может максимально отдавать 7А, другое дело с 30амперного. Кто из них быстрее «устанет» и начнет терять емкость и токоотдачу? Химия тоже имеет свои пределы.   И нагрузка  влияет на деградацию и старение аккумулятора больше чем количество циклов-зарядки разрядки.  Нагрев тоже, и понятное дело, что под нагрузкой он растет.  Хотя, судя по комментам, есть и другая точка зрения.

 

Для примера. У меня есть ушатанный на вид среднетоковый 18650GA, 4летней давности с кучей пройденных циклов.  Емкость в районе 3200, почти столько же сколько и было.  А есть полугодовалые  VTC6, которые тянули серьёзные токи, в исключительно ярких фонарях.  В силу последнего — еще и в горячем корпусе.   За пол-года 10% как корова слизнула. Один вообще подох от нагрева.  

 

Литиевые аккумуляторы и температура

Никакого нагрева! если хотите перевести шуруповерт на литий,  внимательно изучите обучающие видео чтобы разобраться как правильно паять 18650 аккумулятор.  

Что касается холода.  Глубоко промерзший аккумулятор будет отдавать меньше, что и так понятно.  Но с ним можно работать.  А вот заряжать глубоко промерзший аккум очень не рекомендуется.   Дайте ему немного поработать, прогреться и тогда ставьте на зарядку.  

 

Что значит буква C?

С=capacity.  То есть если у вас написано что ток зарядки 0.5С (обычно его принимают за рекомендуемый для лития), то это значит что для 3000mah 18650 аккумулятора это будет  1.5А, а для  4800mah 21700 аккумулятора уже 2.4A. 

Соответственно считается и ток разряда. 

 

 

Общий итог
  • Все что выше 3500mah -  вранье. Сейчас (начало 2020) не существует 18650 аккумуляторов с большей емкостью. Предел для 21700 и 26650 сейчас в районе 5000mah
  • Купить хороший емкий 18650 аккумулятора с алиэкспресс реально.  Но! это будет низкотоковый, который сгодится лишь для фонаря яркостью где-то в 1000-1200 люмен. 
  • Купить мощные высокотоковые 18650 аккумуляторы для шуруповерта я рекомендую на nkon или у проверенных продавцов по объявлениям.   С максимальной вероятностью VTC5\6\5A или LG HG2 с алиэкспресс будут содержать в себе какую-то непонятную ячейку с худшими по токоотдаче характеристиами.   Тем не менее!  Какие аккумуляторы ставят в шуруповерты на заводе? Да те же малоёмкие и среднетоковые.  Так что хуже точно не станет. Просто не стоит ожидать того прироста мощности, который был бы от установки оригинальных 
  • 21700 \ 26650 можно покупать с алиэкспресс смело.  Sofirn или Liitokala имеют приличную емкость и ток, которого вам хватит за глаза. 
  • Покупка аккумуляторов от известных фонарных брендов лишена смысла. 3\4 цены вы отдадите за красивую обертку. 

 

 

Собственно, думаю что все основные вещие о том как выбрать литий-ионный аккумулятор на алиэкспресс я раскрыл. если что-то забыл — пишите.  Для развлечения советую посмотреть на еще одну подборку "Удивительные титановые товары с алиэкспресс"

Напоминаю, что в блоке «об авторе» ниже, можно найти другие полезные товары.

Надеюсь текст был интересен. Приглашаю вас подписаться на мои: 

Канал с обзорами на UTUBE

Группа Lumeniac в VK. Новости фонарестроения, анонсы обзоров, эксклюзивные материалы.

Группа в VK с полным руководством по распродаже 11.11.2020!

Канал в TELEGRAM с самыми свежими скидками и промокодами!

История появления литий-ионного аккумулятора, который завоевал мир

Нынешним нобелевским лауреатам по химии удалось решить главную проблему литий-ионных батарей – создать эффективные, долговечные электроды. Иллюстрация с сайта www.nobelprize.org

Нобелевская премия по химии за 2019 год стала единственной из научных премий, которую предугадали эксперты, ставившие на создателей литиевых батарей как наиболее достойных в этом году награды. Ее удостоен интернациональный коллектива. Он состоит из натурализовавшегося в США немца Джона Гуденоу, родившегося в Йене, англичанина Стэнли Уиттингема из Линкольншира и японца Акиры Ёсино, который родился в небольшом городе Суйта неподалеку от Осаки.

Премию им присудили за создание всем хорошо известных литиевых батарей, без которых сегодня не обходятся разного рода гаджеты и девайсы, электромобили и «хранители» энергии, получаемой от возобновляемых источников, например солнечных батарей и ветряков.

Отцом идеи и первого ее воплощения считается Уиттингем, о чем Гуденоу рассказал в своей статье «Как мы сделали литий‑ионную батарею» в журнале Nature Electronics (2108, № 1, 204 p.). Идея создания родилась в 1970‑е на фоне нефтяного кризиса.

Известно, что электроны перемещаются от отрицательно заряженного катода с его избытком электронов к положительно заряженному аноду. Поначалу отец первой литиевой батарейки Стэнли Уиттингем использовал для катода сульфид титана (TiS2) и получил приличный для того времени вольтаж – 2 В. Анод батарейки был сделан из металлического лития. Этот щелочной металл обладает высокой реакционной способностью и активно взаимодействует с водяными парами и кислородом воздуха, что создавало проблемы с безопасностью. (В школьных кабинетах физики куски этого металла хранят в сосудах под слоем керосина.)

Идею подхватил Гуденоу, который еще в 1980 году показал, что использование в качестве катода оксидов металлов, в частности оксида кобальта (СоО), позволяет повысить напряжение до 4 В, то есть в два раза больше. Это было существенным прорывом, позволявшим надеяться на то, что возможны и более мощные батареи литиевого типа. Дело дошло до того, что немца стали называть «убийцей» батареи Уиттингема.

И тут в гонку включился Ёсино. Он заменил оксид кобальта на более сложный по составу оксид лития с тем же кобальтом (LiCoO2) и ввел в электролит полупроницаемую мембрану, препятствующую обратному переносу литиевых ионов от анода к катоду. Батарею японца называют «вторичной» (secondary), потому что ее создатель отталкивался от идей первых двух лауреатов.

Поначалу Акира Ёсино решил использовать для анода токопроводящий полиацетилен, один из электропроводных полимеров. Кстати, за создание этого материала его соотечественник, Хидеки Сиракава, был удостоен Нобелевской премии в 2000 году. Однако полимер оказался слишком рыхлым, что не позволяло уменьшить размеры устройства. Ёсино предложил делать анод из нефтяного кокса, побочного продукта перегонки нефти. Стоит ли говорить, что нефтяники были очень довольны, что электронщики решили тяжелую проблему утилизации отходов.

Сохранение литиевых ионов на аноде требует их удержания в каких‑то сравнимых с ними по размерам структурах. Кокс позволил идеально решить эту проблему, поскольку его слои напоминают графен с шестиуглеродными ячейками‑сотами, в углублении центра которых литий удерживается, как в ложке. Так вторичная литий‑ионная батарея стала вполне подходящей для коммерциализации.

Продажа литий‑ионных батарей началась в 1991 году. Японским и американским производителям батарей удалось убедить производителей ноутбуков и телефонов, что за литий‑ионными аккумуляторами – будущее. Этот факт лишний раз и доказало признание Нобелевского комитета.

Джон Гуденоу, родившийся в 1922 году, оказался самым пожилым из всех лауреатов премии по химии за всю ее историю. Оказавшись с родителями в Америке, он во время войны служил в армии США, но был отозван в тыл, где в 1944 году получил первую степень в Йеле, а затем сменил университеты Чикаго и Пенсильванский, пока не оказался в Техасском в г. Остин. Он был признанным исследователем магнитных материалов и поэтому участвовал в создании магнитных накопителей памяти.

Стэнли Уиттингем родился в военном 1941 году и учился сначала в своем родном Линкольншире, а затем отправился в Оксфорд изучать химию. В 23 года он стал бакалавром, а в 1968 году получил степень доктора. После этого отправился за океан и осел в Университете Нью‑Йорка, что на южной оконечности Манхеттена, где работает и поныне.

Акира Ёсино – самый молодой из троих: он родился в 1948 году. Получив степень в Оакском университете, он пошел в исследовательский центр пивной компании Асахи в Токио, занимая одновременно профессорскую кафедру в Университете г. Нагоя.

Литий-ионные аккумуляторы | Статья в журнале «Молодой ученый»



В этой статье представлена история появления и развития литий-ионных аккумуляторов. Детально рассмотрен данный тип аккумуляторов и технические аспекты их функционирования, а также конструкция и принцип работы, разработанных к настоящему времени литий-ионных аккумуляторов. В заключении рассмотрены тенденции развития указанного класса изделий, следуя которым, по мнению авторов статьи, можно улучшить и расширить применение литий-ионных аккумуляторов в различных областях техники.

Введение

В последние годы ученые и инженеры-разработчики электронной аппаратуры все большее внимание уделяют аккумуляторам, которые могут обеспечивать длительное автономное питание электронных устройств. Итак, литий-ионные аккумуляторы — тип химического источника тока, получивший широкое распространение в современной мобильной технике. В настоящий момент производители практически полностью отказались от использования прочих типов аккумуляторных батарей в мобильных телефонах, поэтому чрезвычайно важно знать, как правильно пользоваться литиевыми источниками питания. В данной статье будут озвучены основные особенности устройства и использования Li-ion батарей, а также некоторые практические советы по их эксплуатации.

Литий-ионные аккумуляторы

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году. Но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые появились в бытовых устройствах. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (рис. 1) оказались неудачными из-за возникших проблем в обеспечении безопасности их эксплуатации, так как литий является очень активным щелочным металлом [1].

Таким образом, исследователи повернули свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом в плотности энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые Li-ion аккумуляторы.

Рис. 1. Литий-ионные аккумуляторы

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов — обычно вдвое превышает плотность стандартных NiCd-аккумуляторов, а в перспективе, с применением новых активных материалов, предполагается ее увеличить и достигнуть трехкратного превосходства над NiCd-аккумуляторами.

На сегодняшний момент существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов. Рассмотрим достоинства и недостатки, свойственные всем их типам.

Достоинства инедостатки

Основными преимуществами Li-ion-аккумуляторов являются:

‒ большая емкость при тех же самых габаритах по сравнению с аккумуляторами на основе никеля.

‒ низкий саморазряд.

‒ высокое напряжение единичного элемента (3.6 В против 1.2 В у NiCd и NiMH) упрощает конструкцию. Многие изготовители сегодня ориентируются на применение для сотовых телефонов именно такого одноэлементного аккумулятора. Однако, чтобы обеспечить ту же самую мощность, необходимо чтобы он мог отдавать более высокий ток. А это возможно только при низком внутреннем сопротивлении аккумулятора.

‒ низкая стоимость обслуживания (эксплуатационных расходов), поскольку отсутствует эффект памяти и не требуются периодические циклы разряда для восстановления емкости.

Основными недостатками Li-ion-аккумуляторов являются:

‒ необходимость встроенной схемы защиты (что ведет к дополнительному повышению его стоимости), которая ограничивает максимальное напряжение на каждом элементе аккумулятора во время заряда и предохраняет его от слишком низкого напряжения на элементе при разряде. Кроме того, она должна ограничивать максимальные токи заряда и разряда и контролировать температуру элемента.

‒ аккумулятор подвержен старению, даже если не используется и просто лежит на полке. Процесс старения характерен для большинства Li-ion-аккумуляторов. Небольшое уменьшение емкости заметно после одного года, вне зависимости от того, используется аккумулятор или нет. Через два или три года он часто становится непригодным к эксплуатации. Для уменьшения процесса старения необходимо хранить заряженный примерно до 40 % от номинальной емкости аккумулятор в прохладном месте отдельно от телефона.

‒ более высокая стоимость по сравнению с NiCd-аккумуляторами.

По удельным характеристикам Li-ion аккумуляторы лидируют среди массово выпускаемых и занимают одно из первых мест среди применяемых электрохимических систем. Li-ion аккумуляторы обладают высокой удельной энергией (до 190 Вт•ч/кг), высоким разрядным напряжением (3,4–4 В и более, в зависимости от используемых электродных материалов), очень низким саморазрядом (менее 3 % в месяц) и длительным сроком службы (более 1000 циклов заряда/разряда, до снижения емкости на 20 % от номинальной к тысячному циклу). В зависимости от материалов и конструкции эти аккумуляторы могут работать в интервале температур от –40 до +80°C. При этом их стоимость постоянно снижается, а область применения расширяется. На рис. 2 показаны возможные сочетания удельной энергии и удельной мощности у аккумуляторов различных типов.

Рис. 2. Удельные характеристики различных типов аккумуляторов

Строение иклассификация литий-ионных аккумуляторов

Деление Li+ аккумуляторов на высокомощные, высокоемкие и промежуточные, занимающие место между двумя приведенными классами, носит условный характер (синие области на рис.2). Суть этого разделения в следующем. Даже с учетом одного и того же электрохимического процесса сам аккумулятор, как конечное изделие, можно изготовить по-разному (рис. 3). Например, токопроводящую основу электрода (алюминиевая фольга на положительном электроде, медная — на отрицательном) в одном случае можно сделать тоньше и электродной массы нанести больше, а в другом — наоборот. Чем больше соотношение активных электродных масс, участвующих в электрохимических реакциях, к пассивным, не участвующим в них, тем выше удельные характеристики конечного изделия. Однако, чем меньше толщина медной фольги, тем меньший ток она может пропустить без перегрева. И наоборот, чем больше толщина слоя электродной массы, тем больше его сопротивление. То есть аккумулятор с более тонкой токопроводящей основой и более толстым слоем электродной массы будет иметь высокие показатели по запасаемой энергии, но низкую мощность, и наоборот. Поэтому для еще большего снижения сопротивления применяют активные материалы с меньшим размером частиц.

Варьируя толщину электродов, фольги, сепаратора и материалы положительного и отрицательного электрода, размеры частиц, производители могут изготовить аккумулятор с различными максимальными токами разряда и/или различной емкости в одном и том же типоразмере конечного изделия. Высокомощные аккумуляторы (с высокими токами разряда) должны иметь и более массивные токовыводы, что предохраняет аккумулятор от перегрева при больших значениях тока. К тому же для увеличения тока разряда в состав электролита и активных масс можно вносить всевозможные добавки, увеличивающие проводимость [2].

Рис. 3. Строение Li-ion аккумулятора

Высокоемкие аккумуляторы обычно имеют небольшие размеры борнов (токосъемников) в сравнении с объемом корпуса аккумулятора. Такие борны рассчитаны на относительно малые токи разряда. Например, если аккумулятор имеет емкость 10 А/ч, то максимальный ток разряда составит 20 А (получасовой режим).

Высокоемкие и высокомощные аккумуляторы предназначены для разных задач и имеют различное назначение, хотя иногда их совместно эксплуатируют в одном изделии: одни для стартерных режимов, другие — для питания слаботочной аппаратуры.

Принцип заряда

Метод заряда Li-ion аккумуляторов можно условно разделить на четыре этапа, это показано на рис. 4.

Рис. 4. Этапы зарядки Li-ion аккумуляторов

1) Подготовительный этап

Подготовительный этап необходим, когда напряжение на аккумуляторе ниже некоторого установленного значения. При долгом хранении аккумулятора вследствие саморазряда и/или потребления системы обеспечения функционирования(СОФ) его напряжение может упасть. Малый ток заряда обеспечивает постепенный выход активных электродных материалов на заданные уровни напряжения, при которых они штатно функционируют, после чего включается основной ток заряда. Данный режим призван обеспечить более долгую жизнь аккумулятора при выходе его из заданного диапазона напряжений. Подготовительный этап применяется и в случае заряда аккумулятора при низких температурах, например ниже +5°C — для «разогрева» электродных масс.

Первоначальный заряд малым током используется и для обеспечения безопасности аккумулятора при заряде. Если внутри аккумулятора произошло микрокороткое замыкание (или просто КЗ), то по истечении некоторого времени заряда напряжение на нем не будет возрастать. Этот факт может свидетельствовать о неисправности. Если начать заряд достаточно большим током сразу, то при КЗ может произойти сильный разогрев аккумулятора и его разгерметизация. Хотя СОФ имеет температурный датчик, при быстром заряде и относительно большой теплоемкости аккумулятора и высоком конечном значении теплопроводности разгерметизация может произойти немного раньше, чем СОФ отключит аккумуляторы от заряда. Функция заряда малым током часто возлагается не на зарядное устройство, а на СОФ батареи. В схеме СОФ это может быть дополнительный MOSFET транзистор, управляющий зарядом, включенный через последовательный резистор, ограничивающий ток, подключенный к аккумуляторной батарее.

2) 1этап

На этом этапе заряд осуществляется номинальным током, который измеряется в долях от номинальной емкости аккумулятора (Сн). Например, емкость аккумулятора 10 А·ч, номинальный ток заряда 0,2Сн, то есть 2 А — пятичасовой режим заряда. Понятно, что потребитель хочет, чтобы заряд осуществлялся как можно быстрее — в течение 1–2 ч, что соответствует 0,5–1Сн. Такой режим заряда обычно называют ускоренным. Для нормальной работы аккумулятора номинальный ток заряда лежит в пределах 0,2–0,5Сн, а ускоренный, как уже говорилось, — в диапазоне 0,5–1Сн. Каким максимальным током можно заряжать тот или иной аккумулятор, можно узнать в документации на конкретный тип устройства.

Чем выше ток заряда, тем меньше аккумулятор «наберет» емкости и тем пристальней необходимо следить за разогревом, чтобы его температура не вышла за установленный предел. При большом токе заряда существенно продлевается время 2-го этапа (рис. 4), когда ток постепенно падает до определенного предела. Так, например, при токе заряда 1Сн и отводимом на заряд времени в 1 ч аккумулятор достигнет своего конечного напряжения за 45–50 мин. Любой аккумулятор имеет внутреннее сопротивление. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении при большом токе заряда приведет к более быстрому достижению конечного зарядного напряжения. При достижении конечного напряжения заряд перейдет ко второму этапу — падающему току при постоянном напряжении. За оставшееся время 10–15 мин. аккумулятор «наберет» еще 0,1–0,15Сн, что в сумме составит не более 0,85–0,95Сн. При более коротком режиме заряда и лимите времени зарядная емкость будет еще меньше.

Ускоренный и номинальный режим заряда необходимо чередовать, особенно при заряде батарей, состоящих из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. При номинальном токе заряда возрастает его продолжительность. Увеличение времени заряда способствует лучшей балансировке аккумуляторов в батарее [3]. Чем больше время такой балансировки, тем лучше будут сбалансированы аккумуляторы по емкости и, в конечном итоге, батарея отдаст емкость, близкую к номинальной при разряде.

3) 2 этап

Второй этап — это заряд при постоянном напряжении и падающем до определенного значения токе. Например, процесс считается завершенным при установлении тока заряда менее 0,1–0,05Сн (в нашем примере 100 мА). Время заряда падающим током также зависит от срока службы и количества циклов заряд/разряд

После окончания заряда напряжение на аккумуляторе падает на 0,05–0,1 В (рис. 4), приходя к своему равновесному состоянию. Держать аккумулятор продолжительное время (десятки часов) при конечном напряжении (например, 4,2–4,3 В) не рекомендуется, поэтому после фазы падающего тока желательно прекратить заряд [4].

Производители электроники предоставляют уже готовые схемотехнические решения, реализующие описанный выше алгоритм заряда, выполненные в одном корпусе микросхемы — например МАХ1551, МАХ745 и т. д. Одна из популярных микросхем, применяемых для заряда Li-ion аккумуляторов мобильных телефонов, фототехники и т. д. от сети постоянного тока 12–24 В — MC34063.

4) Stand by этап

Если Li-ion аккумуляторная батарея должна быть в зарядном устройстве для эксплуатационной готовности, то некоторые зарядные устройства применяют кратковременный подзаряд аккумулятора, чтобы компенсировать его небольшой саморазряд. Зарядное устройство срабатывает, когда напряжение в цепи падает до 4.05 В/батарею и выключить при достижении 4.20 В/батарею. Зарядные устройства, сделанные для работы в режиме эксплуатационной готовности, или режиме ожидания, часто дают упасть напряжению до 4.00 В/батарею и зарядиться только до 4.05 В/батарею вместо 4.20 В/батарею. Это приводит к продлению срока службы батареи [5].

Применение итенденции развития

Литий-ионные технологии находятся лишь на старте реализации потенциала и повсеместного промышленного внедрения. В частности Li-ion аккумуляторы применяются в авиалайнерах, автомобилях, суднах. Например, компания Boeing улучшила саму технологию производства аккумуляторов так, чтобы предотвращать прорыв элементов при повышении температуры, и изменила их конструкцию с уменьшением тепловыделения. Кроме того, была усовершенствована система зарядки. И наконец, специалисты Boeing разработали новую конструкцию батарейного отсека, которая могла бы защитить самолет в случае, если отказ аккумуляторов все-таки произойдет. Еще одна сфера, где применение литий-ионных технологий дало качественный скачок в развитии целой индустрии — это электромобили. Одним из лидеров по разработке, производству и продвижению электромобилей на литий-ионных аккумуляторах является американская компания “Tesla Motors”. Для обеспечения своих автомобилей источниками питания компания даже планирует построить завод по производству литий-ионных аккумуляторов полного цикла. Помимо этого, в 2016 году в Норвегии планируют спустить на воду электропаром. Судно, разработанное специалистами немецкой компании “Siemens” и норвежской судоверфи “Fjellstrand”, будет оборудовано двумя электродвигателями, работающими от литий-ионных аккумуляторов, и сможет перевозить на борту 120 автомобилей и 360 пассажиров. Еще одним примером является японская компания “Hirobo” из Хиросимы, инженеры которой сконструировали одноместный электрический вертолет “Hirobo Bit”, развивающий скорость до 100 км/ч. Электрический двигатель, в отличие от обычных, работает практически бесшумно, а одного заряда аккумуляторов хватает на 30 минут непрерывного полета.

Таким образом дальнейшее развитие Li-ion аккумуляторов направлено на увеличение мощности и емкости при минимизации размеров. В частности, применение кремниевых нанопроводов вместо графитовых анодов позволит втрое увеличить емкость аккумуляторных батарей и до 10 минут сократить время их зарядки. Использование Li-ion аккумуляторов большой емкости приведет к повышению экологичности за счет снижения выбросов углекислого газа у транспортных средств более, чем на 25 %.

Выводы

Сегодня Li-ion аккумуляторы по праву считаются лучшими электрохимическим источниками электропитания различных устройств. Благодаря относительно малому весу и большой удельной емкости они наиболее часто применяются в мобильных устройствах. За счет развития науки и техники Li-ion аккумуляторы преодолели свои главные недостатки: стабильность работы и большие токи разряда, чем потеснили никель-металлгидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы. В дальнейшем планируется увеличить эффективность Li-ion аккумуляторов еще в два раза, что позволит полностью заменить аккумуляторы указанных выше типов. Кроме того, были специально разработаны Li-polymer аккумуляторы, которые обладают еще большей емкостью и надежностью по сравнению с Li-ion аккумуляторами.

В 2014 году французскими учеными были разработаны Na-ion аккумуляторы, которые в настоящее время являются наиболее эффективными из всех известных типов аккумуляторов, которые сейчас проходят завершающую стадию доработки и тестирования, что позволит в перспективе заменить ими Li-ion и Li-polymer аккумуляторы.

Литература:

  1. Таганова А. А., Бубнов Ю. И., Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации: Справочник СПб.: Химиздат, 2005., 52 стр.
  2. Современные Li-ion аккумуляторы. Типы и конструкция. Журнал «Компоненты и технологии» № 11 за 2013 год., стр. 67–74
  3. Рыкованов А. С. Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей// Силовая электроника. № 1 за 2009., стр. 52–55
  4. Способы заряда Li-ion аккумуляторов и батарей на их основе. Журнал «Компоненты и технологии» № 11 за 2012 год., стр. 48–53
  5. Электронный ресурс BU-409: ChargingLithium-ion., http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lithium_ion_batteries

Основные термины (генерируются автоматически): аккумулятор, батарея, заряд, ток заряда, зарядное устройство, конечное изделие, конечное напряжение, номинальный ток заряда, подготовительный этап, электродная масса.

Является ли pH измерением концентрации или активности ионов водорода?

YSI заработал репутацию эксперта в области измерения растворенного кислорода, но наш обширный опыт в этой области и в лабораторных условиях демонстрирует наше мастерство в измерении множества параметров, включая измерение pH.

Что измеряет pH? Измеряет ли ph концентрацию ионов гидроксония? pH - один из самых фундаментальных параметров, который измеряется практически в каждом приложении, и мы ответим на эти вопросы.Из-за его важности нам необходимо рассмотреть такие фундаментальные темы, как диссоциация воды и иона водорода, шкала pH и анатомия электрода со стеклянной мембраной.

Мы сосредоточены на предоставлении ресурсов, которые помогут вам получить точные измерения pH, и разработали практическое руководство по pH, «Справочник pH».

Чтобы начать обсуждение pH, давайте рассмотрим и определим, что именно мы измеряем.

Реагирует ли водный раствор как кислота или основание, зависит от содержания в нем ионов водорода (H + ). Даже химически чистая нейтральная вода содержит ионы водорода из-за самодиссоциации воды. В этом процессе молекулы воды распадаются на более простые составляющие (то есть ионы). Диссоциация воды представлена ​​в уравнении [1]:


В этой реакции H 2 O депротонируется (т.е. теряет протон). Это приводит к образованию положительно заряженного иона водорода (H + ) и отрицательно заряженного гидроксид-иона (OH -).Ион водорода обычно используется для обозначения протона.

Ион водорода недолго остается свободным протоном, так как он быстро гидратируется окружающей неионизированной молекулой воды. Образование образующегося иона, иона гидроксония, представлено в уравнении [2]:


Рисунок 1 объединяет уравнения [1] и [2], чтобы показать последовательность образования иона гидроксония.


Рисунок 1: Диссоциация воды и образование иона гидроксония

В условиях равновесия (750 мм рт. Ст. И 25 ° C) 1 л чистой нейтральной воды содержит 10-7 моль ионов H + и 10-7 моль ионов OH -.

Кислоты - это вещества, выделяющие ионы водорода (т.е. протоны), поэтому раствор считается кислым, если он содержит больше ионов водорода, чем нейтральная вода.

Основания - это вещества, которые принимают ионы водорода. Когда основания растворяются в воде, они связываются с некоторыми ионами водорода, образующимися при диссоциации воды. Основные растворы содержат меньше ионов водорода, чем нейтральная вода.

Следовательно, водные растворы считаются кислыми, если они содержат более 10-7 моль / л ионов водорода, и основными, если они содержат менее 10-7 моль / л ионов водорода при 25 ° C.

Кислоты и основания нейтрализуют друг друга, в результате чего образуется вода и соль. Примером может служить реакция гидроксида натрия (NaOH) и соляной кислоты (HCl) в уравнении [3]:

Реакция между кислотой и основанием включает перенос протонов. В указанной выше кислотно-основной реакции протон передается от HCl (кислота) в NaOH (основание) с образованием хлорида натрия (NaCl) и воды.

Ионы несут положительный (например, H + ) или отрицательный (например, H + ) ионы.г. OH - ). В качестве носителей заряда все растворенные ионы оказывают электрические силы на свое окружение. В то время как раствор может быть электрически нейтральным в макроскопическом масштабе, влияние ионов может быть значительным в микроскопическом масштабе.

Растворы с относительно высокой концентрацией ионов могут давать необычно низкую концентрацию ионов. Таким образом, растворы начинают вести себя так, как будто некоторых ионов больше нет. Эта кажущаяся потеря ионов вызвана взаимодействием ионов в растворе, что в конечном итоге приводит к значительным отклонениям от идеального поведения.Чтобы учесть это взаимодействие, необходимо учитывать активность ионов, также известную как эффективная концентрация ионов, а не концентрация ионов. В результате значение pH является мерой активности ионов водорода.

Активность ионов водорода можно определить по уравнению [4]: ​​


aH + = активность ионов водорода

f = коэффициент активности ионов водорода

[H + ] = концентрация ионов водорода

Пример:

Если коэффициент активности определен равным 0.91 и концентрация ионов водорода 100 моль / кг *, активность ионов будет равна 91

* Хотя активность ионов и коэффициент активности не имеют единиц, их величина зависит от используемых единиц концентрации

Коэффициент активности является функцией концентрации ионов и приближается к 1 по мере того, как раствор становится все более разбавленным. Следовательно, концентрация ионов водорода и активность ионов водорода в очень разбавленных образцах почти равны. В образцах с высокой концентрацией ионов активность ионов становится намного ниже концентрации (т. е.е. кажущаяся потеря ионов).

YSI предлагает множество платформ для измерения pH. Будь то лаборатория (MultiLab, TruLab), отбор проб окружающей среды (Pro Plus, ProDSS, Pro10) или долгосрочный мониторинг (EXO1, EXO2), у YSI есть то, что вам нужно!


Что измеряет pH? pH - это измерение активности ионов водорода.



Почему шкала pH логарифмическая?

Увеличьте срок службы pH-электрода за 3 практических шага

Проблемы с калибровкой pH-метра

? Ознакомьтесь с этими 12 советами!

4 шага к GLP-совместимому измерению pH и производительности

Как выбрать лучший генератор отрицательных ионов (также известный как.Ионизатор)

На рынке существует множество генераторов отрицательных ионов (ионизаторов), поэтому выбрать лучший продукт может быть сложно. Вы можете задаться вопросом, в чем разница между разными моделями. Здесь вы узнаете, как выбрать лучший генератор отрицательных ионов, отвечающий вашим требованиям.
Рекомендуемые ионные генераторы
Содержание

Прохладный ветерок, создаваемый вашим кондиционером, не достигает вас!

Вы хотите наслаждаться прохладным воздухом, поскольку он очень горячий, но холодный воздух, создаваемый вашим кондиционером, не достигает вас.Это просто трата электроэнергии.

То же самое и с генераторами отрицательных ионов. Если отрицательные ионы не достигают вас, генератор тратит электроэнергию. Некоторые генераторы отрицательных ионов генерируют отрицательные ионы, но очень немногие достигают вас.

Обратите внимание на расстояние до генератора отрицательных ионов!

Количество отрицательных ионов обычно измеряется в (шт. / Куб. См). Вы не можете оценить производительность генераторов отрицательных ионов только этим значением.

Например, генератор отрицательных ионов, который генерирует 1000000 (шт. / Куб. См), может быть хорошим или не очень хорошим.Это связано с тем, что расстояние от генератора, на котором можно обнаружить это количество отрицательных ионов, не показано.

Количество отрицательных ионов резко уменьшается по мере удаления от генератора. Есть продукты, которые подчеркивают количество ионов, обнаруживаемых в точке выброса, в то время как очень немногие из них могут быть обнаружены на расстоянии 50 см. Вот почему нужно обращать внимание на расстояние.

Количество ионов на расстоянии от генератора определяет производительность генератора.

Счетчик ионов в направлении продувки

Счетчик ионов, зарегистрированный на определенном расстоянии от генератора ионов, показывает, как далеко перемещаются отрицательные ионы.

Необходимо обращать внимание на количество ионов, по крайней мере, в направлении продувки, потому что большинство производителей не предоставляют информацию о количестве ионов в угловых направлениях. Было бы идеально, если бы всегда был доступен счетчик отрицательных ионов в обоих направлениях.

Если количество ионов на расстоянии 1 м от генератора ионов ниже 10 000 (шт. / Куб. См), производительность не так хороша.


Подсчет ионов: производительность (для справки)
  • 300 (шт. / Куб. См) при 50 см: Плохо
  • 3000 (шт. / Куб. См) при 50 см: не очень хорошо
  • 20000 (шт. / Куб. См) на расстоянии 1 м: хорошо
  • 100,000 (шт / куб) на расстоянии 1 м: очень хорошо

Не всегда в направлении продувки

Как мы уже упоминали в разделе «Обратите внимание на расстояние от генератора отрицательных ионов!», количество отрицательных ионов резко уменьшается по мере удаления. То же самое и с угловыми направлениями.

Возможно, что почти никакая молекула отрицательного иона не может быть обнаружена в направлении 30 градусов. Если у вас есть такой ионный генератор, вы всегда должны оставаться в направлении выброса, чтобы получать отрицательные ионы.

Хотя холодный воздух, создаваемый вашим кондиционером, распространяется по комнате с течением времени и понижением температуры, количество ионов не увеличивается резко с течением времени, потому что отрицательные ионы быстро исчезают. Вот почему отрицательные ионы должны распространяться во всех направлениях.

Убедитесь, что отрицательные ионы распространяются во всех направлениях

Как упоминалось выше, генератор отрицательных ионов, который рассеивает отрицательные ионы только в направлении выброса, не годится для практического использования. Однако многие модели не справляются с этой задачей из-за технических трудностей. Вот почему вы должны убедиться, что отрицательные ионы распространяются во всех направлениях, потому что вы не всегда находитесь перед генератором.

Как убедиться

Вот как сделать так, чтобы отрицательные ионы распространялись во всех направлениях. Зона покрытия

Зона покрытия часто определяется самим производителем без отраслевого стандарта, поэтому используется только для справки.

Распределение отрицательных ионов
Данные о распределении отрицательных ионов показывают, как ионы распространяются. Эти данные не всегда доступны, потому что очень немногие компании их раскрывают. Вот данные о распределении ионов Medical Ion Mini.
Цифры меняются в зависимости от степени очистки воздуха и других условий окружающей среды.

Идеально, чтобы увидеть, как распространяются отрицательные ионы с , фактическое количество ионов составляет .

Внешний вид и производительность

Генератор отрицательных ионов, который выглядит красивым, мощным или рекомендованный профессором xxxxx, не всегда работает хорошо. Производительность важнее.

Обратите внимание на производительность!

Внешний вид важен, так как генератор отрицательных ионов остается в вашей комнате, но вам нужно уделять больше внимания производительности.

Как мы упоминали в разделах «Как далеко перемещаются отрицательные ионы» и «Насколько широко распространяются отрицательные ионы», данные о распределении отрицательных ионов очень важны.

Если вы можете найти только количество отрицательных ионов, обнаруженное в точке выброса или на неизвестном расстоянии, вам следует связаться с производителем для получения дополнительной информации. В противном случае у вас может получиться квазиионный генератор.

Отрицательное количество ионов (направление продувки)

Пункт спецификации пример Важность
Отрицательное количество ионов (направление продувки) 20000000 (шт / куб при 0 см)
1,000,000 (шт / куб.см при 50 см)
700000 (шт / куб при 100 см)
Высоко

Подсчет ионов в направлении отвода показывает вам, «как далеко перемещаются отрицательные ионы».Вы не можете оценить производительность генераторов отрицательных ионов без информации о количестве отрицательных ионов.

Возможно, что несколько миллионов молекул отрицательных ионов будут обнаружены в точке выброса, но очень немногие из них могут быть обнаружены на расстоянии 50/100/200 см.

Если можно обнаружить только менее 2000-3000 (шт. / Куб. См на 1 м) отрицательных ионов, производительность генератора ионов невысока, и он подходит только для мобильного или другого специального использования.

Важным фактором является не только количество ионов в направлении продувки, но также и количество ионов в наклонных направлениях (см. На следующей странице).

Число отрицательных ионов (направление под углом)

Пункт спецификации пример Важность
Количество отрицательных ионов (наклонные направления) 500000 (шт / куб.см под углом 30 градусов на расстоянии 2 м)
150 000 (шт. / Куб. См под углом 90 градусов на 2,5 м)
10000 (шт. / Куб.см под углом 180 градусов на расстоянии 1 м)
Высоко

Подсчет ионов в наклонных направлениях показывает, «насколько широко распространяются отрицательные ионы».Выбор лучшего генератора отрицательных ионов является очень важным фактором, но очень немногие производители раскрывают его.

Если в угловых направлениях можно обнаружить очень мало отрицательных ионов, генератор ионов просто тратит электроэнергию.

Рекомендуем обратить внимание на то, насколько широко распространяются отрицательные ионы.

Максимальная зона покрытия

Пункт спецификации пример Важность
Максимальная зона покрытия 40 м 2 (430 футов 2 ) Высоко

Максимальная зона покрытия приведена только для справки, потому что она определяется производителем без отраслевого стандарта. Мы предлагаем вам выбрать генератор отрицательных ионов, который покрывает как можно большую площадь.

Идеально, если доступна информация о количестве отрицательных ионов в наклонных направлениях, поскольку она показывает, как ионы могут быть распределены.

Срок службы

Пункт спецификации пример Важность
Продолжительность жизни 5 лет + Высоко

Мы считаем, что вы хотите приобрести продукт, который будет хорошо работать в течение длительного времени.

Обычно ионизирующие иглы определяют срок службы генераторов отрицательных ионов, в которых используется метод разрядки.

Изношенные ионизирующие иглы могут вызвать снижение числа ионов или образование высококонцентрированного озона.

Перед покупкой генератора отрицательных ионов вам необходимо знать его срок службы и то, как он определяется.

Меры безопасности

Пункт спецификации пример Важность
Меры предосторожности Цепь безопасности, подавление озона / электромагнитных помех Высоко

Генераторы отрицательных ионов, в которых используется метод разряда, имеют внутренние цепи, в которых используются высокие напряжения.Для вашей безопасности мы рекомендуем вам выбрать генератор, который не допускает прикосновения к этим цепям.

Некоторые генераторы выделяют вредный газ озон из-за износа ионизирующих игл.

Выбирайте безопасный товар.

Способность очистки

Пункт спецификации пример Важность
Возможность очистки 98% от 0. Частицы размером 1-0,3 мкм удаляются за 5 минут Высоко

Отрицательные ионы соединяются с пылью и частицами, плавающими в воздухе, и падают на пол. В результате пыль и частицы больше не существуют в воздухе. Так воздух очищается от отрицательных ионов.

Возможности очистки воздуха являются важным фактором при выборе лучшего генератора отрицательных ионов.

Генераторы отрицательных ионов, которые могут рассеивать большое количество отрицательных ионов по комнате, обладает высокой способностью удалять пыль и частицы, плавающие в воздухе.

Возможности очистки воздуха являются важным фактором при выборе правильного продукта, но производители не всегда предоставляют эту информацию.

Стабильная работа

Пункт спецификации пример Важность
Стабильная производительность Разработан для поддержания производительности в экстремальных условиях От среднего до высокого

Изменения температуры и влажности могут значительно снизить производительность генераторов отрицательных ионов, которые используют метод разряда.

Вам следует выбрать генератор отрицательных ионов, который разработан для поддержания оптимальной производительности при низких / высоких температурах. В противном случае он не будет хорошо работать в таких условиях, потому что количество отрицательных ионов может резко упасть.

На этом изображении показано, что Medical Ion Mini поддерживает оптимальную производительность при изменении температуры и влажности.

Очень немногие продукты на рынке предназначены для поддержания производительности в экстремальных условиях.

Срок службы ионизирующих игл

Пункт спецификации пример Важность
Срок службы ионизирующих игл 5 лет + Средний

Срок службы генераторов отрицательных ионов, использующих метод разряда, обычно определяется ионизирующими иглами.

Ионизирующие иглы постепенно изнашиваются в результате повторяющейся зарядки / разрядки или химических реакций.

Изношенные иглы могут снизить количество отрицательных ионов или образовать много вредного озона.

Срок службы ионизирующих игл является важным фактором, поскольку он определяет срок службы генератора отрицательных ионов.

Количество положительных ионов

Пункт спецификации пример Важность
Подсчет положительных ионов 0 (шт / см) Средний

Генераторы отрицательных ионов могут генерировать как положительные, так и отрицательные ионы одновременно, особенно если они используют метод коронного разряда.

Генерация положительных ионов снижает количество отрицательных ионов, поскольку они нейтрализуются положительными аналогами.

Идеально, чтобы не производить положительные ионы.

Производство озона

Пункт спецификации пример Важность
Производство озона 0,001 ppm или меньше Средний

Большинство генераторов отрицательных ионов, использующих метод разряда, генерируют отрицательные ионы и озон одновременно.

Озон используется для стерилизации / дезодорирования, но он опасен для человеческого организма, если он высококонцентрирован. Предел безопасности, установленный Министерством здравоохранения, труда и социального обеспечения, составляет менее 0,1 промилле (в рабочих зонах).

В основном генератор отрицательных ионов, не отвечающий стандартам безопасности, не продается на рынке. Однако изношенные иглы для ионизации могут образовывать высококонцентрированный озон.

Сам по себе озон не имеет запаха, но при взаимодействии с другими веществами в воздухе может издавать неприятный стимулирующий запах.Вы должны выбрать продукт, который соответствует стандартам безопасности, и убедиться, что он не выделяет запаха, вызванного реакцией, если вам не нравится запах.

Пробная эксплуатация

Пункт спецификации пример Важность
Тестовая эксплуатация Поставляется с ионным детектором для тестовой эксплуатации Средний

Кинетическое ионное моделирование для определения возможности захвата ионов... Моделирование, решающее вопрос о том, захватывает ли ионный захват

1

Кинетическое ионное моделирование, исследует, увеличивает ли ионный захват стимулированное

Отражательная способность обратного рассеяния Бриллюэна

B. I. Коэн и Э. А. Уильямс

Ливерморская национальная лаборатория Калифорнийского университета

P.O. Box 808, Livermore, CA 94551

и HX Vu

University of California, San Diego, La Jolla, CA 92093

Abstract

Исследование возможной инфляции вынужденного обратного рассеяния Бриллюэна

(SBS) за счет ионной кинетики эффекты представлены с использованием моделирования электромагнитных частиц

и интегрирования трехволновых уравнений связанных мод с линейными и нелинейными моделями

нелинейной физики ионов.Электростатическое моделирование линейного затухания Ландау ионов в

ионно-звуковой волне, нелинейного уменьшения затухания из-за захвата ионов и нелинейных сдвигов частоты

из-за захвата ионов устанавливают основу для моделирования электромагнитных симуляций SBS

. Систематическое сканирование интенсивности лазерного излучения проводилось как с помощью моделирования одномерных частиц

и интегрирования уравнений связанных мод, так и с двумя значениями отношения температур электронов к ионам (для изменения линейного затухания Ландау)

считаются. Три из четырех сканирований интенсивности имеют свидетельство инфляции SBS как

, определенное путем наблюдения большей отражательной способности при моделировании частиц, чем в

соответствующих трехволновых интеграциях модовой связи с линейной ионно-волновой моделью, и

при моделировании частиц показать доказательства захвата ионов.

2

I. ВВЕДЕНИЕ

Нелинейное взаимодействие интенсивных когерентных электромагнитных волн в высокотемпературной плазме

играет важную роль в лазерном термоядерном синтезе.1,2 Вынужденное обратное рассеяние

падающей электромагнитной волны электронными плазменными волнами, вынужденное рамановское

обратное рассеяние (ВКР) и ионно-звуковыми волнами, вынужденное обратное рассеяние Бриллюэна

(ВРМБ) представляют особый интерес, поскольку обратное рассеяние может повредить Окончательная оптика

лазера и ухудшает симметричное освещение (прямое или непрямое) лазерной термоядерной мишени

.3,4 Вынужденные нестабильности обратного рассеяния в лазерной плазме были объектом

более тридцати лет интенсивных исследований в экспериментах, аналитической теории и

моделирования.В новой работе, представленной здесь, рассматриваются конкретные аспекты насыщения

вынужденного обратного рассеяния Бриллюэна, в которых важную роль играет нелинейная кинетическая физика ионов.

Наше предыдущее исследование SBS рассматривало роль нелинейной ионной физики в

насыщении SBS в одном и двух пространственных измерениях, а также с учетом ион-ионных

столкновений и пространственной неоднородности. 8,9 Vu и его сотрудники выяснили

эффектов обрушения волн и захвата ионов в SBS с помощью моделирования частиц.10 Недавняя работа

Ву, Дюбуа и Беззеридеса продемонстрировала с помощью моделирования частиц и детального моделирования

, что SRS может демонстрировать коэффициенты отражения, значительно превышающие значения

, полученные из моделей, в которых предполагается, что электронная плазменная волна имеет небольшую амплитуду

, а нелинейности отсутствуют.11 Исследования Ву и его сотрудников по SRS были

, мотивированными экспериментальными наблюдениями коэффициентов отражения SRS, намного превышающими линейную теорию

, сообщенную Монтгомери и сотрудниками.12 Моделирование и моделирование в работе.

11 доказывают, что захват электронов, который нелинейно уменьшает затухание Ландау

13 электронов и вызывает нелинейный сдвиг частоты14,15,16 в электронной плазменной волне,

3

может вызвать кинетическое раздувание ВКР, поскольку обратно пропорционально зависит от

затухание электронной плазменной волны, когда электронная плазменная волна сильно затухает

. Эффекты захвата ионов на ионно-звуковые волны весьма аналогичны эффектам захвата электронов

на электронных плазменных волнах, 17,5 Свидетельства захвата ионов

часто наблюдаются при моделировании4-10 SBS и в экспериментах.18 Таким образом,

мотивированы исследовать, может ли захват ионов в ионно-акустических волнах ВРМБ

нелинейно уменьшить затухание ионных волн и увеличить отражательную способность ВРМБ.

Здесь мы представляем исследование SBS с использованием моделирования электромагнитных частиц

, включая нелинейные кинетические эффекты ионов и интеграцию трехволновых уравнений

связанных мод с сокращенной моделью нелинейной физики ионов, обращаясь к

, может ли кинетическая инфляция SBS происходят.Чтобы установить основу для моделирования электромагнитного SBS-моделирования

, мы провели электростатическое моделирование для прямого измерения линейного ионного затухания Ландау ионно-звуковых волн малой амплитуды

и нелинейного уменьшения затухания и появления нелинейного сдвига частоты. из-за

захвата ионов ионными волнами большой амплитуды. Было проведено

систематических сканирований интенсивности лазерного излучения как с одномерным моделированием электромагнитных частиц, так и с использованием модели уравнений связанных мод

для изучения SBS; и два значения отношения температур между электронами и ионами

(для изменения линейного ионного затухания Ландау).Три из

четырех сканирований интенсивности дают существенное свидетельство инфляции ВРМБ, как определено по

, наблюдая большую отражательную способность при моделировании частиц (которые демонстрируют свидетельство захвата ионов

), чем в соответствующих трехволновых интеграциях связи мод с линейным

(малоамплитудная) ионно-волновая модель. Интеграция уравнений трехволновой связи мод

с упрощенной нелинейной моделью, включающей эффекты захвата ионов, полезны

4

для выяснения влияния нелинейностей на SBS.Наши исследования также демонстрируют важность кинетического моделирования SBS в качестве руководства для сокращенных моделей.

Работа организована следующим образом. Раздел I знакомит с предметом и его мотивацией

. В разделе II комментируется, как столкновения могут влиять на эффекты захвата ионов, а

описывает моделирование частиц и модели трехволнового взаимодействия. Раздел III представляет

одномерных электростатических симуляций ионных волн малой и большой амплитуды до

, устанавливающих линейное затухание волн малой амплитуды и нелинейное затухание и

частотных сдвигов волн большой амплитуды.В разд. IV мы представляем результаты четырех сканирований

интенсивности лазерного излучения при моделировании электромагнитных частиц SBS и соответствующего моделирования

трехволновой связи мод. Выводы представлены в разд. V.

II. Моделирование частиц и трехволновая модель взаимодействия

A. Моделирование частиц в ячейках с ион-ионными столкновениями

Моделирование частиц в ячейках с кинетическими ионами и электронами Больцмана, описанными

в другом месте5,11, используются здесь для изучения стимулированных Обратное рассеяние Бриллюэна (ВРМБ) с нелинейными кинетическими ионными эффектами

.Электроны моделируются как жидкость с реакцией Больцмана

на продольные электрические поля. Электроны жидкости реагируют на перпендикулярно поляризованную накачку

и рассеянные электромагнитные волны, обеспечивают поперечный ток

в уравнениях Максвелла и создают пондеромоторный потенциал, который

возмущает электронную плотность и приводит в действие ионные волны ВРМБ. В этой модели отсутствует столкновительное поглощение

электромагнитных волн.Мы налагаем явный оператор столкновения ионов Fokker-

Planck9 в некоторых моделях. Важным следствием

столкновений ионов с ионами является то, что они обеспечивают механизм отвода резонансных ионов, которые

5

захватываются впадинами электрического потенциала ионно-звуковых волн. Когда bcoll> 1,

, где b - частота отскока захваченного иона, а coll - время освобождения от столкновений,

нелинейные эффекты из-за захвата должны быть эффективными; и когда выполняется противоположное неравенство

, характерное время столкновения coll слишком короткое, чтобы позволить ионам быть захваченными.

Две оценки столкновения могут быть получены путем рассмотрения отдельных эффектов

параллельной столкновительной диффузии и перпендикулярного рассеяния.19,20 Дивол и др. 19 оценили характерное время столкновения

, исходя из времени, необходимого для ионной диффузии. параллель

диффундирует из области захвата в распределении скорости ионов. Из условия

bcoll> 1 мы оцениваем относительную амплитуду возмущения электронной плотности n / n для захвата иона

, чтобы преобладать над параллельной диффузией:

!

"|| =" 0 (vthi2 / cs2), "0 = 4 # Z

4e4ni $ ii / mi

2cs3,% b =% s (& n / n)

1/2

d ln & 2 / dt = '"|| (cs2 / & 2) ='" eff (') coll

' 1, & ~ vtrap ~ cs (& n / n)

1/2

* & nn

> "0NRL

% s

+

, -

.

/0

2/31

(ZTe / Ti) 5/3

(1)

где || - скорость параллельной диффузии, cs - скорость звука иона, vthi - термическая скорость иона

, Z - зарядовое состояние иона, mi - масса иона, - ширина (плато) захвата ионов,

e - электрон заряда, ii - кулоновский логарифм, 0NRL = 4Z4e4niii / mi2vthi2, s - ионно-акустическая частота

(позже в обсуждение мы включим дисперсионные поправки к

ионно-акустической частоте), ni - плотность заряда иона, Te, i - температуры электрона и иона

, ZTe / Ti = cs2 / vthi2, b - частота захвата ионов, vtrap - скорость захвата иона

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *