Litija polimēru un litija{0}}jonu akumulatori: salīdzinājums un bieži uzdotie jautājumi

Mēs izmantojam litija baterijas gandrīz katru dienu katru dienu. Bet vai jūs patiešām saprotat noslēpumus šajos "spēka kubos"? Kāpēc daži akumulatori ir ar cietu-apvalku un cilindriski, bet citi atgādina mīkstus alumīnija folijas spilvenus? Kāpēc jūsu jaunajam viedtālrunim nav nepieciešama 12 stundu "aktivizēšana" kā vecos laikos?

Šis raksts aizvedīs jūs uz dziļu ienirtLitija{0}}jonu (Li-jonu) un litija polimēru (Li-Po) akumulatoru ķīmiskā DNS, atklājot galvenās atšķirības to enerģijas blīvumā, drošības veiktspējā un lietojuma scenārijos. Neatkarīgi no tā, vai esat tehnoloģiju entuziasts, DIY hobijs vai vienkārši ikdienas lietotājs, kurš vēlas nedaudz pagarināt tālruņa akumulatora darbības laiku, šī visaptverošā salīdzināšanas rokasgrāmata noskaidros jūsu zināšanu aklās zonas un palīdzēs precīzi izvēlēties vispiemērotāko "spēka partneri".

Kas ir litija{0}}jonu akumulators?

Padomājiet par alitija{0}}jonu (litija-jonu) akumulatorskā uzlādējams "enerģijas skapītis". Tas ir spēks gandrīz visam jūsu mūsdienu dzīvē, sākot no tālruņa kabatā līdz elektriskajam transportlīdzeklim (EV) jūsu piebraucamajā ceļā.

Atšķirībā no vienreizējās lietošanas sārma baterijām, Li-jonu baterijas ir paredzētas cikliskai-uzlādei un izlādei-simtiem vai pat tūkstošiem reižu, pārvietojot litija jonus uz priekšu un atpakaļ starp diviem elektrodiem.

Kas ir litija polimēru akumulators?

A Litija polimērs (LiPo)akumulators ir litija-jonu akumulatora augstas veiktspējas-mīkstā-pakojuma versija. Ja kādreiz esat spēlējies ar droniem vai RC automašīnām vai ja kādreiz esat izjaucis īpaši-plānu klēpjdatoru, redzamais akumulators, kas izskatās pēc “sudraba spilvena”, ir tieši tāds, kāds tas ir.

Galvenās atšķirības starp litija polimēru un litija{0}}jonu akumulatoriem

Tagad, kad jūs saprotatlitija{0}}jonu akumulatori (litija-jonu), apskatīsim viņu "tuvo brāli" -litija polimēru akumulators (Li-Po).

Lai gan to nosaukumi ir ļoti līdzīgi un ķīmiskie pamatprincipi būtībā ir vienādi, tādi irbūtiskas atšķirībasiepakojuma veidā, drošības rādītājiem un lietošanas scenārijiem.

1. Galvenā tehniskā atšķirība (elektrolīts)

Šī ir vissvarīgākā atšķirība starp abiem.

• Litija-jons (Litija-jons):Izmanto ašķidrumsorganiskais šķīdinātājs kā elektrolīts. Tā kā šķidrumi ir jāietilpst, lai novērstu noplūdi, šīs baterijas parasti ir iesaiņotas cietās tērauda vai alumīnija kārbās.
• Litija polimērs (Li-Po):Izmanto aželejveida-vai cietapolimēru elektrolīts. Tas novērš nepieciešamību pēc smagā metāla apvalka; tie parasti ir iepakoti elastīgās alumīnija plastmasas laminētās plēvēs (pouch cell).

2. Formas un dizaina elastība

• Li{0}}jons:Parasti tas attiecas tikai uz fiksētām formām, visbiežāk cilindriskiem (piemēram, visuresošajiem 18650 elementiem) vai taisnstūrveida cietajiem korpusiem. Tie ir kā "standarta ķieģeļi"-ierīcei jābūt veidotai tā, lai tā atbilstu akumulatoram.
• Li-Po:Piedāvā ekstrēmusformas{0}}faktora elastība. Tos var padarīt neticami plānus, izliektus vai veidot neregulārus pēdas nospiedumus. Tāpēc viedtālruņos, ultrabook datoros un viedpulksteņos gandrīz tikai tiek izmantots Li-Po.

3. Enerģijas blīvums un svars

• Li{0}}jons:Lepojas ar ļoti augstu enerģijas blīvumu, bieži uzglabājot vairāk enerģijas uz tilpuma vienību. Lai gan korpuss palielina svaru, tie joprojām ir labākā izvēle lielas-jaudas vajadzībām, piemēram, elektriskajiem transportlīdzekļiem un jaudas bankām.
• Li-Po:Enerģijas blīvums ir nedaudz zemāks par augstas{0}}veiktspējas Li-jonu, taču, tā kā tiem nav smagā metāla apvalka, tie irdaudz vieglāks. Svara-jutīgās jomās, piemēram, dronos un RC lidaparātos, Li-Po ir neapstrīdams karalis.

4. Drošības salīdzinājums

• Drošības piezīme:Jebkuršlitija akumulatorsvar būt bīstams, ja to rīkojas nepareizi (pārlādēšana, liels karstums vai fiziski bojājumi).
• Li{0}}jons:Darbojas zem lielāka iekšējā spiediena. Termiskās bēgšanas gadījumā cietais metāla korpuss var izraisīt pēkšņu spiediena palielināšanos un vardarbīgusprādziens. Līdz ar to tiem ir nepieciešamas sarežģītas aizsardzības shēmas.
• Li-Po:Gēla elektrolītam ir mazāka noplūde. Kad viņiem neizdodas, viņi parasti"uzbriest" vai uzpūstiesvispirms. Lai gan tie joprojām var aizdegties, mīkstais iepakojums samazina vardarbīga sprādziena iespējamību salīdzinājumā ar noslēgtu metāla tvertni.

5. Kalpošanas laiks un izmaksas

Litija polimēru akumulatoru priekšrocības un trūkumi

Priekšrocības

1. Ekstremāla dizaina elastība (jebkura forma)

Šī ir Li{0}}Po "slepkavas funkcija". Tā kā tai nav nepieciešams metāla korpuss, ražotāji to var veidot gandrīz jebkurā formā: īpaši-plānu (piemēram, kredītkarti), izliektu (lai ietilptu viedpulksteņa šasijā) vai neregulāras formas, lai aizpildītu katru ierīces kaktiņu.

Pielietojums:Tāpēc jūsu tālrunis, planšetdators un MacBook var būt tik neticami plāni.

2. Viegls (svara priekšrocība)

Atmetot smagās tērauda vai alumīnija kannas, ko izmanto tradicionālajos Li-jonu elementos un tā vietā izmantojot vienkāršu lamināta folijas maisiņu, Li-Po baterijas ir aptuveni20% vieglāksnekā viņu Li{0}} jonu kolēģiem ar tādu pašu jaudu.

Pielietojums:Svars{0}}jutīgas ierīces, piemēramsacīkšu droni un RC lidmašīnasgandrīz tikai izmanto Li-Po.

3. Augsts izlādes līmenis ("Punch")

Li-Po baterijas var ļoti ātri atbrīvot enerģiju (augsts C-reitings).

Pielietojums:Ja dronam ir nepieciešams pēkšņs jaudas uzliesmojums, lai tas paātrinātu, vai elektroinstrumentam ir nepieciešams liels griezes moments, Li{0}}Po nodrošina tūlītēju strāvas padevi.

4. Relatīvā drošība (bez "caurules bumbas" efekta)

Ja Li{0}}Po akumulators sabojājas pārmērīgas uzlādes vai karstuma dēļ, mīkstais folijas maisiņš ļauj akumulatoramuzbriest (gāzes uzkrāšanās)un galu galā izplūst vai aizdegas. Lai gan tas joprojām ir bīstams, tas reti izraisa spēcīgu sprādzienu, piemēram, zem spiediena metāla-korpusa Li-jonu akumulators.

Trūkumi

1. Zemāks enerģijas blīvums

Pat ja tie ir vieglāki, polimēru elektrolīts nozīmē, ka tie faktiski uzglabājasPar 10-15% mazāk enerģijasuz tilpuma vienību, salīdzinot ar ļoti optimizētajām rūpnieciskajām Li-jonu šūnām (piemēram, 18650).

2. Augstākas ražošanas izmaksas

Ražošanas process ir sarežģītāks, un, tā kā daudzi Li-Po akumulatori ir pielāgoti-noteiktām ierīcēm, tiem trūkst "apjomradītu ietaupījumu", kas padara standarta Li-jonu balonus tik lētus.

Fakts:Tāpēc lētas jaudas bankas bieži ir biezas un smagas (Li-jons), savukārt augstākās kvalitātes bankas ir plānas un plakanas (Li-Po).

3. Fiziskā trauslums (jutība pret caurduršanu)

Alumīnija folijas iepakojums nodrošina nulles aizsardzību. Li-Po akumulators ir viegli lietojamscaurdurts vai saspiestsar asiem priekšmetiem vai triecienu. Ja iekšējie slāņi ir caurdurti un pakļauti skābekļa iedarbībai, tas gandrīz acumirklī aizdegsies.

4. Īsāks cikla mūžs

Salīdzinot ar īpaši nobriedušo rūpniecisko Li-jonu elementu ķīmiju, Li-Po akumulatoriem parasti ir nedaudz īsāks kalpošanas laiks (mazāk uzlādes/izlādes ciklu), un laika gaitā tie ir vairāk pakļauti ķīmiskai noārdīšanai.

5. Stingras uzglabāšanas prasības

Li-Po baterijas ir "dīvas", kad tās netiek lietotas. Ja uzglabāsiet tos pilnībā uzlādētus vai pilnīgi tukšus ilgāk par mēnesi, tie, visticamāk, tiks saglabātiuzbriest un mirst. Tie ir jāuztur ar noteiktu "glabāšanas spriegumu" (parasti 3,85 V uz vienu šūnu).

Litija{0}}jonu akumulatoru priekšrocības un trūkumi

Priekšrocības

1. Augsts enerģijas blīvums

Tas ir Li-jonu akumulatoru galvenais spēks. Tajā pašā tilpumā tie var uzglabāt ievērojami vairāk enerģijas, salīdzinot ar cita veida uzlādējamām baterijām, piemēram, niķeļa-metāla hidrīda (NiMH) vai svina-skābes akumulatoriem.

Pielietojums:Tāpēc elektriskie transportlīdzekļi (EV) var sasniegt simtiem jūdžu/kilometru diapazonu.

2. Augsta izmaksu-efektivitāte

Tā kā litija{0}}jonu akumulatori-īpaši cilindriski elementi, piemēram, 18650-ir sasnieguši liela mēroga automatizētu ražošanu,izmaksas par enerģijas vienībuir daudz zemāks nekā litija polimēru (Li-Po) akumulatoriem.

3. Ilgāks cikla mūžs

Rūpnieciskās -pakāpes Li-jonu akumulatori parasti ir ļoti izturīgi. Pareizi apkopjot, tie var izturēt500 līdz 1000vai pat pilnīgāki uzlādes/izlādes cikli ar salīdzinoši lēnu veiktspējas pasliktināšanos.

4. Zems paš-izlādes līmenis

Ja pilnībā uzlādētu Li{0}}jonu akumulatoru atstājat atvilktnē, tas joprojām var saglabāt vairāk nekā 95% uzlādes pēc mēneša. Turpretim vecāki NiMH akumulatori tajā pašā laika posmā var zaudēt gandrīz pusi no uzlādes.

5. Zema apkope

Viņi necieš no"atmiņas efekts",Tas nozīmē, ka atšķirībā no vecākām akumulatoru tehnoloģijām tie nav pilnībā jāizlādē pirms uzlādēšanas.

Trūkumi

1. Fiksēta forma un svars

Tā kā tie satur šķidru elektrolītu, tiem jābūt iesaiņotiem stingrā metāla apvalkā, lai novērstu noplūdi. Tā rezultātā rodas afiksēta forma(parasti cilindriski vai taisnstūrveida) un neļauj tiem izveidot īpaši-plānus vai neregulāras formas, piemēram, Li-Po baterijas.

2. Drošības risks: termiska bēgšana

Šīs ir visnozīmīgākās bažas. Ja akumulatorā rodas iekšējais īssavienojums-, tas tiek pakļauts spēcīgam triecienam vai tam ir slikta siltuma izkliede, iekšējais spiediens var strauji pieaugt. Tā kā ārējais apvalks ir stingrs metāls, kļūme var izraisīt avardarbīgs sprādziens vai ugunsgrēks, kas darbojas kā "miniatūra bumba".

3. Temperatūras jutība

• Augsta temperatūra:Paātriniet iekšējo ķīmisko degradāciju un pat var izraisīt ugunsgrēkus.
• Zema temperatūra:Palieliniet iekšējo pretestību, izraisot akumulatora ietilpības tūlītēju "sarukšanu" (tādēļ tālruņi ziemā aukstā klimatā mirst ātrāk).

4. Nepieciešamas sarežģītas aizsardzības shēmas

Katram Li{0}}jonu akumulatora blokam jābūt aprīkotam ar aAkumulatora vadības sistēma. Bez tā akumulators ir ļoti jutīgs pret aizdegšanos pārmērīgas uzlādes dēļ vai kļūst pilnīgi neatjaunojams pārmērīgas -izlādes dēļ.

Piemērota akumulatora izvēle jūsu lietojumprogrammai

Izvēloties starpLitija-jons (Litija-jons)unLitija polimērs (Li-Po)nav par to, kurš kopumā ir “labāks”, bet gan par to, kurš atbilst konkrētajiem jūsu projekta ierobežojumiem.

1. Izvēlieties Litija-jonu (Li-jonu), ja...

Jūsu prioritātes ir: darbības laiks, budžets un izturība.

• Tāla-elektro-e-velosipēdi:Tā kā litija{0}}jonam ir lielāks enerģijas blīvums un ilgāks cikla kalpošanas laiks, tas ir standarts transportlīdzekļiem, kuriem ir jākalpo 5–10 gadus.
• Elektroinstrumenti:Urbjiem un zāģiem ir nepieciešama izturība. Li-jonu elementu cietā metāla korpuss (piemēram, 18650. gadi) aizsargā tos no vibrācijas un triecieniem.
• Lukturi un strāvas bankas:Šajās lietojumprogrammās parasti ir pietiekami daudz vietas cilindriskām šūnām, tāpēc zemākas Li{0} jonu izmaksas ir izšķirošais faktors.
• Stacionārā enerģijas uzglabāšana:Saules enerģijas rezerves sistēmām svaram ir mazāka nozīme nekā “maksa par kilovatstundu{0}}”. Šeit uzvar Li-jons.

2. Izvēlieties Litija polimēru (Li-Po), ja...

Jūsu prioritātes ir: formas faktors, svars un maksimālā jauda.

• Droni un RC transportlīdzekļi:Katrs grams lidojumā ir svarīgs. Li-Po piedāvā vislabāko jaudas-un-svara attiecību un var nodrošināt milzīgu strāvas "pārrāvumu", kas nepieciešama pacelšanās un manevru veikšanai.
• Valkājamie piederumi un viedtālruņi:Ja veidojat gludu ierīci, kurā akumulatoram ir jāietilpst 3 mm spraugā vai izliektā korpusā, Li-Po ir vienīgā izvēle.
• Pārnēsājamas medicīnas ierīces:Aprīkojumam, ko nēsā ārsti vai pacienti, Li{0}}Po svara samazināšana un plānais profils ir papildu izmaksu vērts.

Izplatīti mīti un maldīgi priekšstati

Runājot par litija baterijām, joprojām pastāv daudzi novecojuši "īkšķa noteikumi". Šeit ir visizplatītākie mīti un faktiskā zinātne, kas to pamatā ir:

1. Mīts: Jauns tālrunis ir jāuzlādē 12 stundas, lai to "aktivizētu".

• Patiesība: Nepavisam nav vajadzīgs."Aktivizācija" bija prasība veciem niķeļa{0}}kadmija (NiCd) akumulatoriem. Litija baterijas jau ir aktivizētas ražošanas procesā. Jūs varat tos izmantot un uzlādēt uzreiz, izņemot no kastes; faktiski ilgstoša pārlādēšana var nevajadzīgi noslogot shēmas.

2. Mīts: lai izvairītos no "atmiņas efekta", pirms uzlādes ir jāpalaiž akumulators līdz 0%.

• Patiesība: Tas patiesībā ir kaitīgi. Litija baterijas nav atmiņas efekta. Gluži pretēji, viņi ienīst "dziļus izlādes". Ja jūs bieži ļaujat akumulatoram sasniegt 0% un izslēdzat, tas ievērojami saīsina tā kalpošanas laiku. Vislabāk ir sākt uzlādi, kad ir aptuveniAtlikuši 20% akumulatora.

3. Mīts: uzlādējot tālruni nakti, tas uzsprāgs.

• Patiesība: Parasti nē, bet ir labāks veids.Mūsdienu elektronikai ir akumulatora pārvaldības sistēma, kas automātiski pārtrauc strāvu, kad tā ir piepildīta. Tomēr ilgstoša akumulatora uzturēšana 100% režīmā rada "ķīmisko stresu", kas paātrina novecošanos. Ja jūsu ierīce to atbalsta, labākā prakse ir tādu funkciju izmantošana kā “Optimizēta akumulatora uzlāde” (kas ierobežo uzlādi līdz 80%, līdz tas ir nepieciešams).

4. Mīts: tālruņa lietošana uzlādes laikā sabojā akumulatoru.

• Patiesība: Ienaidnieks ir "siltums", nevis pati izmantošana.Ja uzlādes laikā tikai pārlūkojat tīmekli, tam ir maza ietekme. Tomēr, ja jūs spēlējataugstas veiktspējas{0}}spēlesātras-uzlādes laikā tālrunis radīs intensīvu siltumu. Augsta temperatūra ir viens no galvenajiem akumulatora darbības traucējumiem.

5. Mīts: ievietojot baterijas ledusskapī, tās kalpo ilgāk.

• Patiesība: Nekad nedariet to!Lai gan aukstā temperatūra var palēnināt pašizlādi,{0}}mitrums un kondensātsledusskapja iekšpusē var viegli izraisīt īssavienojumus vai koroziju. Pareizā pieeja ir tos uzglabāt vēsā, sausā vietā (apmēram 20 grādi / 68 °F).

Secinājums

Litija{0}}jonu un litija polimēru akumulatorikatrs izceļas savā jomā, un to atšķirīgo īpašību izpratne ir atslēga uz apzinātu varas izvēli. Li-jonu akumulatori dominē lietojumos, kur izmaksas, ilgmūžība un neapstrādātas enerģijas jauda ir vissvarīgākā-, domājams, elektriskie transportlīdzekļi, elektroinstrumenti un stacionāra uzglabāšana.

Tikmēr Li-Po akumulatori dominē tādos gadījumos, kad ir nepieciešams īpaši-viegls svars, pielāgotas formas un augsts izlādes līmenis-, piemēram, dronos, viedtālruņos un valkājamās ierīcēs. Neviena no tehnoloģijām nav vispārēji "labāka"; optimālā izvēle vienmēr ir atkarīga no jūsu konkrētajām prioritātēm: budžeta, telpas ierobežojumiem, svara ierobežojumiem un veiktspējas prasībām.