מהי סוללת ליתיום יון - מכשיר וסוגים

מרכיב מרכזי בניידות של מכשירים אלקטרוניים הוא הסוללה הנטענת (ACB). הדרישות ההולכות וגוברות להבטיח את האוטונומיה הארוכה ביותר שלהם מעוררות מחקר מתמשך בתחום זה ומובילות להופעתם של פתרונות טכנולוגיים חדשים.

לסוללות ניקל-קדמיום (Ni-Cd) וניקל-מתכת הידריד (Ni-MH) בשימוש נרחב יש חלופה - תחילה סוללות ליתיום, ולאחר מכן סוללות ליתיום-יון (Li-ion) מתקדמות יותר.

היסטוריה של הופעה

הסוללות הראשונות כאלה הופיעו בשנות ה -70. המאה הקודמת. הם זכו מיד לביקוש עקב מאפיינים מתקדמים יותר. האנודה של היסודות הייתה עשויה ליתיום מתכתי, שתכונותיו אפשרו להגדיל את האנרגיה הספציפית. כך נולדו סוללות ליתיום.

לסוללות החדשות היה חסרון משמעותי - סיכון מוגבר לפיצוץ והצתה.הסיבה נעוצה ביצירת סרט ליתיום על פני האלקטרודה, מה שהוביל להפרה של יציבות הטמפרטורה. ברגע של עומס מרבי, הסוללה עלולה להתפוצץ.

השכלול של הטכנולוגיה הוביל לנטישת הליתיום הטהור ברכיבי הסוללה לטובת שימוש ביונים הטעונים באופן חיובי. סוללת הליתיום-יון הוכיחה את עצמה כפתרון טוב.

סוללת יונים מסוג זה מתאפיינת בבטיחות גבוהה יותר, המתקבלת על חשבון ירידה קלה בצפיפות האנרגיה, אך התקדמות טכנולוגית מתמדת אפשרה לצמצם את ההפסד במדד זה למינימום.

התקן

הכנסת סוללות ליתיום-יון לתעשיית האלקטרוניקה הצרכנית קיבלה פריצת דרך לאחר פיתוח סוללה עם קתודה מחומר פחמן (גרפיט) ​​ואנודת תחמוצת קובלט.

בתהליך פריקת הסוללה מוסרים יוני ליתיום מחומר הקתודה ונכללים בתחמוצת הקובלט של האלקטרודה הנגדית; בעת הטעינה התהליך ממשיך בכיוון ההפוך. לפיכך, יוני ליתיום יוצרים זרם חשמלי, העובר מאלקטרודה אחת לאחרת.

סוללות Li-Ion מיוצרות בגרסאות גליליות ומנסרות. במבנה גלילי מגוללים שני סרטים של אלקטרודות שטוחות, המופרדות על ידי חומר ספוג באלקטרוליט, ומניחים במארז מתכת אטום. חומר הקתודה מופקד על רדיד אלומיניום, וחומר האנודה מופקד על רדיד נחושת.

עיצוב סוללה מנסרתי מתקבל על ידי הערמת צלחות מלבניות זו על גבי זו. צורה זו של הסוללה מאפשרת להפוך את הפריסה של המכשיר האלקטרוני לצפופה יותר. מיוצרות גם סוללות פריזמטיות עם אלקטרודות מגולגלות מעוותות לספירלה.

תפעול וחיי שירות

פעולה ארוכה, מלאה ובטוחה של סוללות ליתיום-יון אפשרית אם יש להקפיד על כללי ההפעלה, הזנחתם לא רק תקצר את חיי המוצר, אלא עלולה להוביל לתוצאות שליליות.

ניצול

הדרישה העיקרית לפעולת סוללות Li-Ion נוגעת לטמפרטורה - אין לאפשר התחממות יתר. טמפרטורות גבוהות עלולות לגרום לנזק מירבי, והגורם להתחממות יתר יכול להיות גם מקור חיצוני וגם מצבים מלחיצים של טעינה ופריקה של הסוללה.

לדוגמה, חימום עד 45 מעלות צלזיוס מוביל לירידה ביכולת להחזיק טעינת סוללה פי 2. טמפרטורה זו מושגת בקלות כאשר המכשיר נחשף לשמש במשך זמן רב או בעת הפעלת יישומים עתירי אנרגיה.

במידה והמוצר מתחמם יתר על המידה, מומלץ למקם אותו במקום קריר, עדיף לכבות ולהוציא את הסוללה.

לקבלת ביצועי הסוללה הטובים ביותר בחום הקיץ, עליך להשתמש במצב חיסכון באנרגיה, הזמין ברוב המכשירים הניידים.

לטמפרטורות נמוכות יש גם השפעה שלילית על סוללות יונים; בטמפרטורות מתחת ל-4°C, הסוללה כבר לא יכולה לספק את מלוא הכוח.

אבל קור אינו מזיק לסוללות Li-Ion כמו טמפרטורות גבוהות, ולרוב אינו גורם לנזק קבוע. למרות העובדה שלאחר התחממות לטמפרטורת החדר, תכונות העבודה של הסוללה משוחזרות לחלוטין, אסור לשכוח את הירידה בקיבולת בקור.

המלצה נוספת לשימוש בסוללות Li-Ion היא למנוע פריקה עמוקה שלהן. לסוללות רבות מהדור הישן היה אפקט זיכרון שדרש לפרוק אותן לאפס ולאחר מכן לטעון אותן במלואן.לסוללות Li-Ion אין השפעה זו, ומקרים בודדים של פריקה מלאה אינם מובילים לתוצאות שליליות, אך פריקה עמוקה מתמדת מזיקה. מומלץ לחבר את המטען כאשר רמת הטעינה היא 30%.

לכל החיים

פעולה לא נכונה של סוללות Li-Ion יכולה להפחית את חיי השירות שלהן פי 10-12. תקופה זו תלויה ישירות במספר מחזורי הטעינה. מאמינים שסוללות מסוג Li-Ion יכולות לעמוד בין 500 ל-1000 מחזורים, תוך התחשבות בפריקה מלאה. אחוז גבוה יותר של הטעינה שנותרה לפני הטעינה הבאה מגדיל משמעותית את חיי הסוללה.

מכיוון שמשך חיי סוללת ה-Li-Ion נקבע במידה רבה על ידי תנאי ההפעלה, אי אפשר לתת חיי שירות מדויקים לסוללות אלו. בממוצע, ניתן לצפות שסוללה מסוג זה תחזיק מעמד 7-10 שנים אם מקפידים על התקנות הנדרשות.

תהליך טעינה

בעת הטעינה, הימנע מחיבור ארוך מדי של הסוללה למטען. פעולה רגילה של סוללת ליתיום-יון מתרחשת במתח שאינו עולה על 3.6 וולט. מטענים מספקים 4.2 וולט לכניסת הסוללה במהלך הטעינה. אם חריגה מזמן הטעינה, עלולות להתחיל תגובות אלקטרוכימיות לא רצויות בסוללה, שיובילו להתחממות יתר. עם כל ההשלכות הנובעות מכך.

המפתחים לקחו בחשבון תכונה כזו - בטיחות הטעינה של סוללות Li-Ion מודרניות נשלטת על ידי מכשיר מובנה מיוחד שעוצר את תהליך הטעינה כאשר המתח עולה מעל הרמה המותרת.

עבור סוללות ליתיום, שיטת הטעינה הדו-שלבית נכונה.בשלב הראשון יש לטעון את הסוללה במתן זרם טעינה קבוע, השלב השני חייב להתבצע במתח קבוע וירידה הדרגתית בזרם הטעינה. אלגוריתם כזה מיושם בחומרה ברוב המטענים הביתיים.

אחסון וסילוק

ניתן לאחסן סוללת ליתיום-יון לאורך זמן, פריקה עצמית היא 10-20% בשנה. אך במקביל, מתרחשת ירידה הדרגתית במאפייני המוצר (השפלה).

מומלץ לאחסן סוללות כאלה במקום מוגן מלחות, בטמפרטורה של +5 ... + 25 מעלות צלזיוס. רעידות חזקות, פגיעות וקרבה ללהבה פתוחה אינן מקובלות.

תהליך מיחזור תאי ליתיום-יון חייב להתבצע במפעלים מיוחדים בעלי הרישיון המתאים. כ-80% מהחומרים מסוללות ממוחזרות ניתנים לשימוש חוזר בייצור סוללות חדשות.

בְּטִיחוּת

סוללת ליתיום-יון, אפילו בגודל מיניאטורי, כרוכה בסיכון של בעירה ספונטנית נפיצה. תכונה זו של סוללה מסוג זה מחייבת עמידה באמצעי בטיחות בכל השלבים, מפיתוח ועד ייצור ואחסון.

כדי לשפר את בטיחותן של סוללות Li-Ion במהלך הייצור, מוקם במארז שלהן לוח אלקטרוני קטן - מערכת ניטור ובקרה שנועדה למנוע עומס יתר והתחממות יתר. מנגנון אלקטרוני מגביר את ההתנגדות של המעגל כאשר הטמפרטורה עולה מעל גבול קבוע מראש. בחלק מדגמי הסוללות יש מתג מכני מובנה השובר את המעגל כאשר הלחץ בתוך הסוללה עולה.

כמו כן, לעיתים קרובות מותקן שסתום בטיחות במקרים של סוללה כדי להוריד לחץ במקרה חירום.

יתרונות וחסרונות של סוללות ליתיום

היתרונות של סוללה מסוג זה הם:

• צפיפות אנרגיה גבוהה;
• אין אפקט זיכרון;
• חיי שירות ארוכים;
• קצב פריקה עצמית נמוך;
• אין צורך בתחזוקה;
• הבטחת פרמטרי פעולה קבועים על פני טווח טמפרטורות רחב יחסית.

יש לו סוללת ליתיום וחסרונות, אלה הם:

• סיכון לבעירה ספונטנית;
• עלות גבוהה יותר מקודמותיה;
• הצורך בבקר מובנה;
• אי-רצוי של פריקה עמוקה.

טכנולוגיות לייצור סוללות Li-Ion משתפרות כל הזמן, חסרונות רבים הופכים בהדרגה נחלת העבר.

אזור יישום

צפיפות האנרגיה הגבוהה של סוללות ליתיום-יון קובעת את תחום היישום העיקרי שלהן - מכשירים אלקטרוניים ניידים: מחשבים ניידים, טאבלטים, סמארטפונים, מצלמות וידאו, מצלמות, מערכות ניווט, חיישנים מובנים שונים ועוד מספר מוצרים.

קיומו של גורם צורה גלילי של סוללות אלו מאפשר להשתמש בהן בפנסים, טלפונים קוויים ומכשירים אחרים שבעבר צרכו חשמל מסוללות חד פעמיות.

לעקרון הליתיום-יון של בניית סוללה יש כמה סוגים, הסוגים שונים בסוג החומרים בהם משתמשים (ליתיום-קובלט, ליתיום-מנגן, ליתיום-ניקל-מנגן-קובלט-אוקסיד ועוד). לכל אחד מהם היקף משלו.

בנוסף לאלקטרוניקה ניידת, נעשה שימוש בקבוצה של סוללות ליתיום-יון בתחומים הבאים:

• כלים חשמליים ידניים;
• ציוד רפואי נייד;
• אל-פסק;
• מערכות אבטחה;
• מודולי תאורת חירום;
• תחנות אנרגיה סולארית;
• רכבים חשמליים ואופניים חשמליים.

בהתחשב בשיפור המתמיד של טכנולוגיית הליתיום-יון וההצלחה ביצירת סוללות בעלות קיבולת גבוהה בגדלים קטנים, ניתן לחזות את הרחבת האפליקציות לסוללות כאלה.

צִיוּן

הפרמטרים של סוללות ליתיום-יון מודפסים על גוף המוצר, בעוד שהקידוד המשמש עשוי להיות שונה באופן משמעותי עבור גדלים שונים. עדיין לא פותח תקן תיוג סוללה אחד לכל היצרנים, אך עדיין ניתן להבין לבד את הפרמטרים החשובים ביותר.

האותיות בקו הסימון מציינות את סוג התא והחומרים שבהם נעשה שימוש: האות הראשונה I פירושה טכנולוגיית ליתיום-יון, האות הבאה (C, M, F או N) מציינת את ההרכב הכימי, האות השלישית R פירושה שה- התא ניתן לטעינה (נטענת).

המספרים בשם הגודל מציינים את גודל הסוללה במילימטרים: שני המספרים הראשונים הם הקוטר, והשניים האחרים הם האורך. לדוגמה, 18650 מציין קוטר של 18 מ"מ ואורך של 65 מ"מ, 0 מציין גורם צורה גלילי.

האותיות והמספרים האחרונים בסדרה הם סימוני המיכל הספציפיים לכל יצרן. כמו כן, אין תקנים אחידים לציון תאריך הייצור.

מאמרים דומים: