Літій-полімерний акумулятор: відмінність від іонного, термін служби, пристрій. Li-pol або Li-ion: який краще

Технології 03 липня 2022 Перегляди: 59

Зростання споживчого інтересу до мобільних гаджетів і технологічної портативної техніки в цілому змушує виробників удосконалювати свою продукцію в різних напрямках. При цьому існує цілий ряд загальних параметрів, робота над якими ведеться в одному руслі. До таких можна віднести спосіб енергозабезпечення. Всього кілька років тому активні учасники ринку могли спостерігати процес витіснення нікель-кадмієвих акумуляторів NiCd більш досконалими елементами нікель-металгідридного походження NiMH. Сьогодні ж суперництво ведуть між собою вже нові генерації батарей. Широко поширену літій-іонну технологію в деяких сегментах успішно витісняє літій-полімерний акумулятор. Відмінність від іонного в новому блоці не так помітна для пересічного користувача, але в деяких аспектах вона істотна. При цьому, як і в разі конкуренції елементів NiCd і NiMH, заміщувальна технологія далеко не бездоганна і за деякими показниками поступається аналогом.

Пристрій акумулятора Li-ion

Перші моделі серійних акумуляторів на основі літію стали з’являтися ще на початку 1990 років. Однак в якості активного електроліту тоді використовувався кобальт і марганець. У сучасних же літій-іонних батареях важливо не стільки речовина, скільки конфігурація її розміщення в блоці. Такі акумулятори складаються з електродів, які розділяються сепаратором з порами. Маса сепаратора, в свою чергу, якраз і просочується електролітом. Що стосується електродів, то їх представляє катодна основа на алюмінієвій фользі і мідний анод. Всередині блоку катод і анод з’єднуються між собою клеммами-токосйомникам. Обслуговування заряду виконує позитивний заряд іон літію. Цей матеріал вигідний тим, що має здатність легко проникати в кристалічні решітки інших речовин, формуючи хімічні зв’язки. Втім, позитивних якостей таких батарей все частіше виявляється недостатньо для сучасних завдань, що і зумовило появу елементів Li-pol, які мають чимало особливостей. В цілому ж варто відзначити і схожість літій-іонних джерел живлення з гелієвими повноформатними АКБ для автомобілів. В обох випадках батареї розробляються з розрахунком на фізичну практичність у використанні. Частково цей напрямок розвитку продовжили і полімерні елементи.

Пристрій літій-полімерного акумулятора

Поштовхом для вдосконалення літієвих акумуляторів стала необхідність боротьби з двома вадами існуючих батарей Li-ion. По-перше, вони небезпечні в експлуатації, а по-друге, досить дорого обходяться за ціною. Позбуватися цих мінусів технологи вирішили шляхом зміни електроліту. У підсумку на зміну просоченому пористому сепаратору прийшов полімерний електроліт. Треба зазначити, що полімер і раніше використовувався в електротехнічних потребах в якості пластикової плівки, що проводить струм. У сучасній же батареї товщина елемента Li-pol досягає 1 мм, що також знімає з розробників обмеження щодо використання різних форм і розмірів. Але головне полягає у відсутності рідкого електроліту, завдяки чому виключається ризик займання. Тепер варто докладніше розглянути відмінності від літій-іонних елементів.

У чому головна відмінність від іонної батареї?

Принципова відмінність полягає у відмові від гелієвих і рідинних електролітів. Для більш повного розуміння цієї різниці варто звернутися до сучасних моделей автомобільних акумуляторів. Потреба в заміні рідкого електроліту була обумовлена, знову ж таки, інтересами безпеки. Але якщо у випадку з автомобільними АКБ прогрес зупинився на тих же пористих електролітах з просоченням, то літієві моделі отримали повноцінну тверду основу. Чим же так гарний твердотельний літій-полімерний акумулятор? Відмінність від іонного полягає в тому, що активна речовина у вигляді пластини в зоні контакту з літієм перешкоджає формуванню дендритів при циклюванні. Якраз цей фактор виключає ймовірність вибухів і загорянь таких батарей. Це лише те, що стосується достоїнств, але також є і слабкі місця у нових елементів живлення.

Термін служби літій-полімерного акумулятора

У середньому такі акумулятори витримують близько 800-900 циклів зарядки. Даний показник є скромним на тлі сучасних аналогів, але навіть не цей фактор можна розглядати як визначальний ресурс елемента. Справа в тому, що такі акумулятори схильні до інтенсивного старіння незалежно від характеру експлуатації. Тобто навіть якщо батарея зовсім не використовується, її ресурс буде скорочуватися. Причому не має значення, це літій-іонний акумулятор або літій-полімерний елемент. Всі джерела живлення, що базуються на літієвій основі, характеризуються даним процесом. Істотну втрату в обсязі можна помітити вже через рік після придбання. Через 2-3 роки деякі батареї і зовсім виходять з ладу. Але багато залежить від виробника, оскільки всередині сегмента теж є відмінності як виконання акумулятора. Аналогічні проблеми властиві і елементам NiMH, які піддаються старінню при різких температурних коливаннях.

Недоліки

Крім проблем зі швидким застаріванням, такі акумулятори потребують додаткової системи захисту. Пов’язано це з тим, що внутрішня напруга на різних ділянках може призвести до перегорання. Тому використовується особлива схема стабілізації, що запобігає перегрівам і перезарядам. Ця ж система тягне й інші недоліки. Головним з них є обмеження струму. Але, з іншого боку, додаткові захисні схеми роблять безпечнішими літій-полімерний акумулятор. Відмінність від іонного в плані вартості теж має місце. Полімерні батареї коштують дешевше, але ненабагато. Їх цінник також підвищується через впровадження електронних захисних схем.

Експлуатаційні особливості гелрідних модифікацій

З метою підвищення електропровідності в полімерні елементи технологи все ж додають гелрідний електроліт. Про повний перехід на такі речовини мова не йде, оскільки це суперечить концепції даної технології. Але в портативній техніці часто використовують саме гібридні елементи живлення. Їхня особливість полягає в чутливості до температури. Виробники рекомендують використовувати такі моделі батарей в умовах від 60 ° C до 100 ° C. Ця вимога визначила й особливу нішу застосування. Використовувати гелрідні моделі можна тільки в місцях зі спекотним кліматом, не кажучи про необхідність занурення в теплоізольований корпус. Проте питання про те, який акумулятор вибрати — Li-pol або Li-ion, — не так гостро стоїть на підприємствах. Там, де особливий вплив має температура, часто застосовуються комбіновані рішення. Полімерні елементи в таких випадках зазвичай використовують як резервні.

Оптимальний метод зарядки

Звичайний час заповнення заряду у літієвих акумуляторів становить в середньому 3 год. Причому в процесі зарядки блок залишається холодним. Наповнення відбувається в два етапи. На першому напруження досягає пікових величин, і такий режим підтримується до набору 70%. Решта 30% набираються вже в умовах нормальної напруги. Цікаве й інше питання — як заряджати літій-полімерний акумулятор, якщо потрібно в постійному режимі підтримувати його повний обсяг? У такому випадку слід дотримуватися графіка підзарядок. Цю процедуру рекомендується проводити приблизно кожні 500 год експлуатації з повною розрядкою.

Запобіжні заходи

У процесі експлуатації слід застосовувати тільки відповідний за характеристиками зарядний прилад, підключаючи його до мережі зі стабільною напругою. Також необхідно перевіряти стан роз’ємів, щоб не відбулося розмикання акумулятора. Важливо враховувати, що, незважаючи на високу ступінь безпеки, це все ж чутливий до перевантажень тип акумулятора. Літій-полімерний елемент не терпить перевищення показників струму, надмірного охолодження зовнішнього середовища і механічних ударів. Втім, за всіма цими показниками полімерні блоки все ж більш надійні, ніж літій-іонні. І все-таки головний аспект безпеки полягає в нешкідливості твердотільних джерел живлення — зрозуміло, за умови підтримки їх герметичності.

Який акумулятор краще — Li-pol або Li-ion

Дане питання більшою мірою визначається умовами експлуатації та цільовим об’єктом енергопостачання. Основні переваги полімерних пристроїв швидше відчутні для самих виробників, які можуть вільніше використовувати нові технології. Для користувача різниця буде малопомітна. Наприклад, у питанні про те, як заряджати літій-полімерний акумулятор, власнику доведеться більше уваги приділяти якості джерела енергопостачання. За часом же заряду це ідентичні елементи. Що стосується довговічності, то в цьому параметрі теж ситуація неоднозначна. Ефект старіння більшою мірою характеризує полімерні елементи, але практика показує різні приклади. Наприклад, є відгуки про літій-іонні елементи, які стають непридатними вже через рік користування. А полімерні в деяких апаратах експлуатуються по 6-7 років.

Ув’язнення

Навколо акумуляторів як і раніше зберігається безліч міфів і помилкових суджень, які стосуються різних нюансів експлуатації. І навпаки, деякі особливості батарей замовчуються виробниками. Що стосується міфів, то один з них спростовує літій-полімерний акумулятор. Відмінність від іонного аналога полягає в тому, що полімерні моделі відчувають менше внутрішніх навантажень. З цієї причини сеанси зарядки аккумуляторів, які ще не сіли, не мають шкідливого впливу на характеристики електродів. Якщо ж говорити про переховувані виробниками факти, то один з них стосується довговічності. Як вже говорилося, ресурс акумуляторів характеризується не тільки скромним показником циклів зарядки, але і неминучою втратою корисного обсягу елемента живлення.