Будущее за Li-воздушными аккумуляторами

Современная наука не стоит на месте, так в недалеком будущем Li-ионные (Li-ion) аккумуляторы могут быть вытеснены Li-воздушными. Сейчас в этом направлении работают пока в основном российские учёные, в частности компания FM Lab, хотя стоит ожидать стремительного роста «популярности»  во всех регионах нашей планеты.

И так в чем же отличие  и почему данный вопрос привлекает всё большую аудиторию? Уже давно привлекают внимание именно химические источники тока, скажем «Li-воздух»,  и это легко объяснимо, ведь литий очень легкий и является  сильнейшим восстановителем, а в свою очередь кислород воздуха — «бесплатный» окислитель. Как заявил Александр Скундин,  заведующий лабораторией «Процессы в химических источниках тока» Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН: «В лабораторных условиях созданы эффективные источники тока, и теперь надо лабораторную технологию превратить в полупромышленное производство» ...

Литиевый аккумулятор

Литиевый аккумулятор – один из электрических аккумуляторов, используемый в бытовой электронной технике. Использование ионов лития делает аккумулятор более безопасным. Литий очень легкий металл, но обладает большим электрохимическим потенциалом. Имеет преимущество по своим параметрам перед никель-металлогидридным  и никель-кадмиевым аккумулятором.

Производятся литиевые аккумуляторы в двух формах – цилиндрической и в большинство случаев  призматической форме. Бывают литий-ионные (Li-lon) и литий-полимерные (Li-Pol, более совершенная конструкция литий-ионного аккумулятора). Отличие - в используемом электролите: в Li-Lon - гелиевый электролит, в (Li-Pol)- полимер с литийсодержащим раствором. Компактный, может быть выполнен в любой конфигурации. Особенности использования, заряд, разряд, техника безопасности практически не имеют различий в данных типах аккумуляторов. Аккумулятор, с совершенной защитой,  для которой используется открывающийся ключ в полевом транзисторе, что способствует прерыванию  процесса заряда, если напряжение на батарее превышает 4,3В ...

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО...

ЛИТИЕВЫЕ аккумуляторы как это устроено.
После нескольких случаев взрывов литиевых батареек в персональных компьютерах встал вопрос о том, почему они могут так перегреваться, что возникал пожар? Параллельный вопрос: почему такой перегрев случался достаточно редко – лишь в несколько раз на сотни миллионов случаев? Литиевые батарейки различаются по составу, но во всех подзаряжаемых модификациях, включая те, что ставятся в фотоаппараты и сотовые телефоны, используется оксид лития-кобальта в качестве катода и графит в качестве анода.

Во избежание опасных последствий процесс изготовления тщательно контролируется. Хотя стопроцентную гарантию безопасности никто дать не решается, рисковать имеет смысл – мы получаем четырёхкратное увеличение ёмкости батареи при снижении стоимости. Такие батарейки производятся с 2005 г., и с тех пор предпринято достаточно мер по обеспечению безопасности их эксплуатации. Новые оксиды для катодов и широкий диапазон материалов для анода (от графита до кремния) вместе со схемными решениями позволяют получать большой ток безо всякого риска возгорания и широко использовать литиевые батарейки в устройствах бытовой электроники ...

О процессе заряда литиевых аккумуляторов

Поговорим о процессе заряда литиевых аккумуляторов. Зарядное устройство любого литиевого аккумулятора представляет собой источник постоянного напряжения в 5 вольт, способный отдавать для заряда ток, равный примерно 0.5-1.0 емкости аккумулятора. Так, если емкость аккумулятора равна 1000 mAh, зарядное устройство должно обеспечить ток заряда не менее 500 mA, а номинально - 1 ампер.

Существует несколько режимов заряда литиевых аккумуляторов.
Начнём с режима, являющегося стандартным в компании Sony. Этот режим требует длительного времени заряда, сложного контроллера, но обеспечивает наиболее полный заряд аккумулятора.

На первом этапе зарядки, длящемся приблизительно 1 час, аккумулятор заряжается током постоянной величины до достижения напряжения в 4.2 вольта на аккумуляторе. После этого начинается второй этап, длящийся также около часа, во время которого контроллер, поддерживая напряжение на аккумуляторе ровно в 4.2 вольта, постепенно уменьшает зарядный ток.

При уменьшении зарядного тока до определённой величины (порядка 0.2 от ёмкости аккумулятора) начинается третий этап зарядки, в течение которого зарядный ток продолжает уменьшаться, а напряжение на клеммах аккумулятора сохраняется на прежнем уровне - 4.2 вольта. Третий этап, в отличие от первых двух, имеет строго определенную длительность, определяемую встроенным в контроллер таймером, - 1 час. По истечении третьего этапа контроллер полностью ...

Технология изготовления Li-ion аккумуляторов

Технология изготовления Li-ion аккумуляторов постоянно улучшается. Примерно каждые шесть месяцев она обновляется и становится трудно оценить, как хорошо ведут себя новые аккумуляторы после длительного хранения.

Словом, всем хорош Li-ion аккумулятор, но есть некоторые проблемы в обеспечение безопасности эксплуатации и высокая стоимость. Попытки решения этих проблем и привели к появлению литий-полимерных (Li-pol или Li-polymer) аккумуляторов.

Основное их отличие от Li-ion заложено в самом названии и заключается в типе используемого электролита. Использовали сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом, который используется в литий-ионных аккумуляторных батареях.

Такая конструкция упрощает процесс изготовления, более безопасна и позволяет производить тонкие аккумуляторы произвольной формы. К тому же отсутствует опасность воспламенения, поскольку нет жидкого или гелевого электролита. При толщине элемента около ...

Немного истории и теории

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. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за возникших проблем в обеспечении их безопасной эксплуатации.
Литий - самый легкий из всех металлов, имеет самый большой электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды способны обеспечить и высокое напряжение, и превосходную емкость.

Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах, было выяснено, что ...

Правила эксплуатации и хранения аккумулятора

Берегите батарею от огня и воды, чрезмерного нагревания (охлаждения), а так же резких перепадов температур. Не используйте батарею при температурах выше +40°С или ниже -25°С. Рабочие характеристики Ni-Mh и Li-Ion аккумуляторов ухудшаются при температуре ниже -10 °С и 0 °С соответственно, поэтому при продолжительном воздействии низких температур аккумулятор следует защитить от холода.

Не оставляйте аккумулятор в зоне повышенных температур. Это может привести к сокращению срока службы электронных компонентов, повреждению аккумулятора и деформации или плавлению некоторых синтетических материалов. При температуре выше 40°С аккумулятор не заряжается.

Не допускайте при хранении соприкосновения контактов аккумулятора с ...

Явление саморазряда

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены. Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу.

Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до ...

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (ЛПА) по механизму генерации электрического тока сходны с ЛИА. В основе идеи ЛПА лежит обнаруженное явление перехода некоторых полимеров в полупроводниковое состояние в результате внедрения в них ионов электролита. Проводимость полимеров при этом возрастает более чем на порядок. Электролит в них может быть гель-полимерным, сухим полимерным или неводным раствором, сорбированным в микропористой полимерной матрице. В качестве анода может использоваться и металлический литий.

Современные ЛПА обеспечивают удельные характеристики, сравнимые с характеристиками ...

Изменение характеристик аккумуляторов при эксплуатации

При эксплуатации ЛИА потери энергии могут быть результатом как преобразования активных материалов в неактивные фазы, ведущего к уменьшению емкости, так и увеличения импеданса, которое приводит к снижению рабочего напряжения, т. е. мощности аккумулятора.

При циклировании уменьшение емкости происходит в результате расслоения графита и уменьшения активной поверхности обоих электродов из-за роста пассивирующей пленки. Происходят и механические изменения структуры электродов в результате объемных изменений активного материала при циклировании.

Внутреннее сопротивление ЛИА при эксплуатации увеличивается за счет поляризационного сопротивления электродов вследствие взаимодействия агрессивного электролита с ...