Защо литиево-йонните батерии и техните разновидности са добър избор?

Батериите на литиева основа се разделят на литиеви батерии и литиево-йонни батерии. Първите се водят непрезареждаеми батерии и са за еднократна употреба, докато литиево-йонните са вид акумулаторни батерии, които могат да се зареждат и разреждат многократно. За тяхната направа обикновено се използват материали, съдържащи литий. Такива са електродите, които са представители на съвременните високоефективни батерии.

Като доставчик на литиево желязо-фосфатни LiFePO4 батерии от екипа на АйСи Интраком ООД ще се опитаме да дадем повече информация за предлаганите на пазара литиево-йонни батерии, като обърнем внимание на това каква е тяхната същност, употреба и поддръжка. Надяваме се чрез тази статия да бъдем максимално полезни и да отговорим на основните въпроси, които биха могли да възникнат в главата на всеки потребител на батерии от този тип.

1. Какво са литиево-йонни батерии?

Литиево-йонната батерия е вид вторична батерия, която основно разчита на движението на литиеви йони между положителния и отрицателния електрод, за да работи. По време на зареждане йоните се придвижват в посока от положителния към отрицателния електрод, а при разреждане - в обратната посока. Батериите от този тип се характеризират с висока енергийна плътност, висока мощност, възможност за бързо зареждане и отличен цикъл на живот.

Литиево-йонните клетки, от които е изградена батерията, се състоят от четири много важни елемента: положителен електрод, отрицателен електрод, неводен електролитен разтвор и мембрана. За тях трябва да знаем няколко основни неща:

• Положителен електрод - активното вещество на положителния електрод обикновено е литиев манганат или литиев кобалт. За направата на мощни литиево-йонни батерии се използват главно модифициран литиев манганат (LiMn2O4), литиево желязо-фосфат (LiFePO4) или троен материал от литиево-никел-кобалтов манганат (Li(Ni,Co,Mn)O2). Проводимият токоприемник обикновено използва алуминиево фолио с дебелина 10-20 микрона;
• Диафрагма или мембрана - като един от ключовите вътрешни елементи в структурата на литиевата батерия, диафрагмата е специално оформен полимерен филм с неограничена твърда мембрана, играеща ролята на покритие, като по този начин позволява свободното преминаване на литиеви йони, но не и на електрони. Така тя се превръща в електронен изолатор;
• Отрицателен електрод - активният материал на отрицателния електрод е графит или въглерод със структура, подобна на графита, а проводящият колектор обикновено използва електролитно медно фолио с дебелина 7-15 микрона;
• Неводен електролитен разтвор - състои се от органични течности и литиеви соли, които осигуряват йонна проводимост. Органичният електролит е с разтворител литиев хексафлуорофосфат карбонат, а някои полимерни батерии използват гел електролит.

2. Корпус на батериите

Корпусът на батерията, срещан още и като акумулаторна кутия, може да бъде направен от стоманена обвивка, алуминиева, никелирана, пластмасова и т.н. Някои батерии се предлагат и с пластина за свързване, с която, ако се свържат еднакви полюси, се качва нейният капацитет, но ако се направи същото, само че последователно /плюс с минус/, се повишава волтажът на батерията.

3. Какъв е принципът на работа на тези литиево-йонни батерии?

Приетият основен принцип на работа на литиево-йонната батерия е така наречената "теория на люлеещия се стол". По време на зареждането и разреждането литиевите йони се движат напред-назад между положителните и отрицателните електроди на батерията, подобно на люлеещ се стол. Поради този факт някои хора я наричат "батерия с люлеещ се стол". Както стана ясно, литиево-йонните батерии не се зареждат и разреждат по традиционния начин, който изисква прехвърлянето на електрони. Това зареждане се осъществява чрез движение на литиеви йони в и извън слоя от здрав материал, което води до промени в енергията. При нормални условия на зареждане и разреждане влизането и излизането на литиевите йони обикновено води само до промяна в разстоянието между слоевете и не уврежда структурата, което пък превръща литиево-йонната батерия в обратима и идеална по отношение на зареждане и разреждане.

4. Как се зареждат литиево-йонни батерии?

Процесът на зареждане на литиево-йонна батерия се разделя на две фази: фаза на зареждане с постоянен ток и фаза на зареждане с постоянно напрежение, намаляваща фазата на зареждане. Електроните обикновено се събират в разредено състояние, затова по време на процеса на зареждане катодният материал на литиево-йонната батерия се окислява и литиевите йони се освобождават от слоестия интеркалационен материал, преминават през електролита и след това се интеркалират в графитния слой.
Прекомерното зареждане и изхвърляне на литиево-йонните батерии може да доведе до трайно увреждане на положителните и отрицателните електроди, като по този начин някои от литиевите йони вече не могат да бъдат освободени.

5. Как се разреждат литиево-йонни батерии?

По време на процеса на разреждане отрицателният електрод на всички литиево-йонни батерии се окислява и литиевите йони се извеждат от анода и отново се вкарват през електролита в катода. Съответно даден брой електрони преминават през външната верига, за да балансират заряда. В същото време материалът на катода на тези литиево-йонни батерии получава електрони от външната верига и Li+ йони от разтвора, което води до редукционна реакция. Обменът на електронни и йонни токове се извършва на границата между електрода и електролита.

Добре е да знаем, че напрежението на зареждане не трябва да е по-високо от максималното напрежение на зареждане, а напрежението на разреждане не трябва да е по-ниско от минималното работно напрежение. Литиево-йонните батерии трябва да се поддържат над минималното работно напрежение по всяко време. Реакциите на свръхразряд или саморазряд при ниско напрежение ще доведат до разлагане или разрушаване на литиево-йонните активни материали, а те не могат да бъдат възстановени. Всяка форма на презареждане на литиево-йонни батерии може сериозно да увреди работата на батерията, затова трябва да се избягва нейното презареждане по време на процеса на зареждане. Не правете често дълбоко разреждане и дълбоко зареждане, защото литиево-йонните батерии поддържат най-доброто изпълнение на методите за зареждане и разреждане за плитко зареждане и плитко разреждане. Ако не се използва дълго време, е добре да съхранявате батерията с 40% до 60% от капацитета на зареждане. Когато зарядът на батерията е твърде нисък, това може да доведе до прекомерно разреждане поради саморазреждане. За съвременните LiFePO4 батерии се използва BMS /Battery Management System/, чиято задача е контролиране на зареждането и недопускане на свръхзаряд и свръхразряд.

6. Капацитет на литиево-йонни батерии

Капацитетът на батериите е разделен на номинален и действителен, като първият се отнася до количеството електроенергия, което трябва да бъде доставено, а вторият - до действителното количество електричество, което се влияе предимно от степента на изпускане и температурата. Капацитетната мерна единица се изобразява с mAh или Ah, като 1Ah = 1000mAh.

7. Предимства на литиево-йонните батерии

• Високо работно напрежение: стандартното работно напрежение на литиево-йонната батерия е 3.2V, което е три пъти по-високо от работното напрежение на NiMH и NiCd батериите.
• Добри характеристики на разряд: литиево-йонната батерия има висок коефициент на разреждане от 94% или повече, независимо от капацитета на разреждане.
• Дълъг жизнен цикъл: цикълът на живот на батерията вече достига 2000 цикъла, а при ниска дълбочина на разреждане може да достигне десетки хиляди цикъла, което надхвърля този на няколко други вторични батерии.
• Ниска степен на саморазряд: месечната скорост на саморазряд на всички литиево-йонни батерии е само 6-8 %, много по-ниска от тази на NiCd (25-30 %) и NiMH (15-20 %) батериите.
• Не страдат от ефект на паметта: батерията може да се зарежда по всяко време, без да се намалява производителността й.
• Без замърсяване на околната среда: не съдържа вредни вещества, което я прави наистина "зелена батерия".
• Безопасен продукт: литиево-йонната батерия е оборудвана със защитна верига, която предотвратява презареждане. Това означава, че тя е напълно безопасна.
• Добри характеристики на съхранение: батериите от този тип имат висок остатъчен капацитет и капацитет на възстановяване от над 97% след 28 дни съхранение, което осигурява високо качество на съхранение.

8. Приложение на литиево-йонните батерии

Литиево-йонни батерии се използват главно в базови станции, при захранване на машинно отделение, съхранение на енергия и др. Те могат да се слагат в лодки, самолети, малки медицински инструменти, комуникационни базови станции, UPS и т.н. Различни цифрови продукти като мобилни телефони, таблети, лаптопи и електрически играчки работят благодарение на литиево-йонните батерии. Този тип батерии могат да се използват и в уреди за ежедневна употреба, сред които ключове за кола, фенерчета, лампи, вградени хладилници и др. Литиево-йонни батерии се използват и в електрическия транспорт. Широко разпространение напоследък получиха и при изграждането на домашни или промишлени фотоволтаични системи, когато през светлата част на деня акумулират излишната енергия, а вечерта я отдават обратно в мрежата. Това значително намалява сметките за електроенергия.

Литиево-йонните батерии осигуряват интегрирани енергийни решения с дълъг цикъл на живот, отлична производителност, висока безопасност и надеждност. Като официален доставчик на батерии от този тип и представител за България на продукти с марка Headway, ние от АйСи Интраком ООД се ангажираме да доставяме само и единствено батерии с А+ качество. Вижте предлаганите от нас LiFePO4 батерии тук.

Имате нужда от още информация по темата? Или искате да направите поръчка. Свържете се с нас на [email protected] или се обадете на +359 2 9231781. Нашият екип ви очаква.