- На даний момент в світі виробляються акумулятори з електролітами трьох типів:
- Для того, щоб продовжити термін життя Li-pol батарей слід:
- Увага!
Ідея використання в конструкції літій-іонного акумулятора полімерного електроліту досліджувалася з самого початку комерціалізації проекту цих автономних джерел струму. Учені займалися пошуком полімерних електролітів, придатних для виробництва, як літій-іонних акумуляторів, так і батарей з металевим літієм.
Літій-полімерні акумуляторні батареї (Li-pol або Li-polymer) - це одна з найбільш досконалих конструкцій акумуляторних джерел живлення. В основі принципу роботи літій-полімерних акумуляторів лежить здатність переходу певного ряду полімерів в напівпровідниковий стан при введенні в них іонів електроліту. Результатом даного процесу стає значне збільшення провідності полімерів.
На відміну від рідких електролітів, полімерні електроліти відрізняються меншою іонною провідністю, яка ще більше зменшується при падінні температури нижче 0 ° C. Мета довгих пошуків дослідників полягала в підборі иммобилизировать електроліту з високою провідністю, який би зміг надати більш широкий температурний діапазон, будучи сумісним з електродними матеріалами. Уже в першому поколінні літій-полімерних акумуляторів підбором сополімером вдалося добитися високої міцності електродів і значною електроліт-абсорбційної ємності, а іонну провідність електроліту батарей збільшити практично в три рази. Якщо на самому початку своєї історії ця група акумуляторів використовувалася лише для харчування портативних пристроїв, але в наш час вона перетворилася в одні з найбільш потужних джерел струму такого плану, що застосовується в роботі сучасних електричних транспортних засобів. Уже до кінця XX століття канадським вченим вдалося створити емкостную літій-полімерну батарею для електромобіля.
сучасні Li-pol акумуляторні батареї володіють хорошими питомими характеристиками. Кількість їх робочих циклів заряду / розряду - 500 і більше. Відсутність рідкого електроліту робить ці акумуляторні джерела струму більш безпечними в експлуатації, ніж літій-іонні акумулятори попередніх поколінь. Суттєвого обмеження в моделі конструктивного виконання ці акумулятори не мають, і можуть виготовлятися в будь-якої конфігурації. Як правило, зовнішня корпусні частина літій-полімерних батарей виконується з металізованого полімеру.
На даний момент в світі виробляються акумулятори з електролітами трьох типів:
- сухими полімерними (як правило, на основі полиетиленоксиду з різними солями літію);
- гель-полімерними (формуються при введенні в полімер з солями літію пластифікатора);
- неводні розчини солей літію, розміщені в пористої полімерної матриці.
Літій-полімерний акумулятор з твердим сухим електролітом з полімеру, схожим на пластикову плівку і добре пропускає через себе іони, був створений ще в 70-х роках: він дозволив значно спростити виробництво, підвищити безпеку акумульованих джерел енергії і добитися їх тонкопрофільной геометрії. Li-pol акумулятор з сухим електролітом був менше схильний до ризику займання, ніж традиційний Li-ion. Згодом багатьма світовими компаніями почали проводиться акумуляторні батареї з гель-полімерним електролітом.
Поява надтонких Li-pol акумуляторів відкрило нові можливості не тільки для сфери розробки легких і компактних портативних пристроїв, але цілого ряду електричного обладнання, які через особливості своєї конструкції просто фізично не могли доповняться масивними акумуляторними батареями. Літій-полімерні акумулятори невеликих габаритів стали справжнім проривом і в області вдосконалення електричних транспортних засобів, заповнивши нішу одних з найсучасніших і безпечних видів джерел живлення електровелосипедів , Електроскутерів і навіть електромобілів. Цей вид батарей дозволив вирішити відразу два важливих завдання області електротранспортного конструювання - збільшити час роботи електромоторів і полегшити основну конструкцію транспортних засобів.
Незважаючи на досить-таки суттєві відмінності в електродному матеріалі і технології виробництва електроліту, для всіх цих батарей характерна досить велика щільністю струму і широким діапазоном робочих температур. Такі акумулятори сьогодні широко використовуються для досить широкого кола портативних пристроїв. Термін їх служби - 500-800 циклів заряд / розряд.
Для літій-полімерів не існує будь-яких обмежень і стандартів, що стосуються їх габаритних розмірів. З огляду на те, що літій-полімери при невеликих розмірах і вазі в порівнянні зі стандартними літій-іонними акумуляторами більш стійкі до перезаряду, короткого замикання, вібрації, механічному зовнішньому впливу, перспективність їх подальшого розвитку просто не викликає сумніву. На стабільність роботи літій-полімерних акумуляторів в значній мірі впливає однорідність полімеру, яка в свою чергу залежить від компонентів електроліту і температури поляризації.
Процес заряду літій-полімерних акумуляторів аналогічний заряду літій-іонних батарей, тому для їх підживлення можуть використовуватися ідентичні зарядні пристрої з обмеженням напруги заряду. Літій-полімери вимагають особливого режиму заряду: на відміну від свинцево-кислотних батарей, при заряді яких допускається досить гнучкий діапазон напруги кінця підзарядки, до величини напруги при заряді зазначених акумуляторів пред'являються значно жорсткіші вимоги. підзарядка Li-pol від електромережі займає 2-5 годин, і проводитися до напруги не вище 4,2V при початковому обмеження струму до 0,5-1С. Використання більш високої напруги призводить до збільшення інтенсивності окислювальних процесів в елементах такого типу і, відповідно, скорочує їх терміну служби. Акумулятори будуть безпечно працювати тільки в разі нормального напруги заряду. Допустиме відхилення напруги на елемент не повинно перевищувати + 0,05 V. Літій-полімерні акумулятори дуже критичні в зарядному процесу.
В процесі заряду літій-полімери не нагріваються. На початку батареї заряджаються деяким фіксованим струмом, і при досягненні 4,2V на кожній банці (95% рівня зарядженості) зарядний пристрій переходить до другої фази алгоритму підзарядки. Струм знижується так, щоб напруга на банках не перевищувало 4,2V. Перевищення напруги в 4,25 V може призвести до виникнення ситуації самозаймання. Щоб не вивести акумулятори з ладу при заряді необхідно контролювати напругу на кожній з банок!
Деякі сучасні типи літій-полімерів допускають заряд струмами до 5C. Зарядний процес завершується, коли струм падає до 0,1-0,2С. У режимі стабілізації напруги при струмі в 1С Li-pol набирає 70-80% своєї ємності.
Так звана «перезарядка» дуже плачевно відображається на роботі і житті батарей, «розгойдування» (кілька циклів повної розрядки з наступною повною зарядкою) їм також ні до чого. Не можна заряджати батарей при температурі замерзання.
Для батарей характерно низький внутрішній опір, при якому розряд при струмі до 10С відбувається практично без втрати ємності. Максимальний струм розряду Li-pol батарей не перевищує 3С. Для бистроразрядних акумуляторів допустимо струм розряду до 8-10С.
Акумулятори працездатні при температурі від -20 до + 60 ° C. При температурі вище за 0 ° C ємність батарей при струмі розряду 0,5С практично не падає, але при мінусових температурах помічається значне її зниження.
Цьому типу батарей не властиво явища "ефекту пам'яті". Одними з головних переваг літій-полімерних джерел живлення є досить високі показники щільності енергії на одиницю їх обсягу і маси. За цим показником Li-pol акумулятори випереджають звичайні літій-іонні батареї практично в два рази, NiCd - в 4-5 разів, і NiMH в 3-4 рази.
Головними недоліками Li-pol батарей є їх досить погана провідність і низький рівень пожароустойчивости, достоїнствами - великі струми віддачі і малу вагу. Зберігання Li-pol акумуляторних батарей слід проводити при 40-50% -му рівні заряду від їх ємності в сухому приміщенні з температурою повітря не вище 20 ° С. Зберігання в розрядженому стані негативно відображається на тривалості їх життя. Так само, як більшість інших акумуляторів, літій-полімерні батареї схильні до старіння, і за два роки зберігання втрачають близько 20% своєї ємності.
З метою отримання енергетичного джерела більш високої ємності і з великим рівнем токоотдачи можливо з'єднання декількох акумуляторів в одну батарею, однак, хочемо звернути Вашу увагу, що використання в одному з'єднанні акумуляторних елементів різних ємностей недоречно, так само як і не рекомендовано застосування з цією метою акумуляторів різних виробників.
Для того, щоб продовжити термін життя Li-pol батарей слід:
- По можливості не допускати повного розряду батарей «в нуль» - краще поставити їх на зарядку з 10-20% залишкової ємності.
- В процесі експлуатації намагатися уникати негативного зовнішнього впливу на батарею високих температур. Оптимальним при експлуатації є температурний діапазон + 20-25 ° C.
- Встановлювати на зберігання акумулятори зарядженими на половину їх місткості і в приміщення з температурою повітря не вище 20 ° С. Не рекомендується зберігати акумулятори під впливом прямих сонячних променів і поблизу джерела тепла.
- Запобігати процес заряду переохолоджених батарей: різкі перепади температури погублять їх. Підзарядку акумуляторів потрібно проводити лише при плюсових температурах, бажано не менше + 10 ° C.
Увага!
- Категорично забороняється розбирати літій-іонні акумулятори (порушувати їх герметичність). Якщо рідина потрапила на відкриті ділянки шкіри їх негайно потрібно промити великою кількістю чистої води протягом 15 хв., Після чого відразу ж звернеться до лікаря!
- При механічному пошкодженні і надмірному перезаряді не виключено загоряння. З метою запобігання ризику займання для підзарядки акумуляторних батарей повинно використовуватися тільки спеціальний зарядний пристрій для Li-pol, а сам зарядний процес проводиться тільки під наглядом.
