Li ion или nicd: «Чем отличаются Li-Ion и Ni-Cd аккумуляторы?» – Яндекс.Кью

Содержание

Литий-ионный или никель кадмиевый (Li-Ion или NiCd)

Вне зависимости от того, пользуетесь ли вы смартфонами, ноутбуками, электроинструментами или даже просто покупаете пальчиковые батарейки в пульт своего телевизора, наверняка вам на глаза попадали буквенные обозначения аккумуляторов.

Таких, как Li-Ion (литий-ионные), NiCd (никель-кадмиевые), NiMH (никель-металлогидридные). Давайте попробуем разобраться, чем одни отличаются от других, какие лучше и что же это вообще за обозначения.

Литий-ионный или никель кадмиевый (Li-Ion или NiCd)

Стоит ли говорить, как остро стояла проблема автономного питания для людей с тех пор, как было изобретено электричество. И только в начале XIX века появился первый химический источник электрической энергии в виде гальванических элементов.

С тех пор изобретатели ломали головы над увеличением ёмкости, уменьшением размера источников, снижением вредности для человека и окружающей среды, возможностью перезарядки т.д. и т.п.

И вот, преодолев путь в несколько десятков лет, современные радиоэлектронные устройства (видеокамеры, ноутбуки, телевизоры, мобильные телефоны и многое другое), работают теперь с одним из вышеуказанных аккумуляторов, самыми молодыми и активно набирающими обороты производства и продажи, конечно же, являются литий-ионные источники.

Итак, в чем же их различия?

Начну с глобального. В пересчете на единицу электроёмкости источника тока, самой низкой «удельной» стоимостью обладают никель-кадмиевые аккумуляторы, которые дешевле никель-металлогидридных в 2 раза, которые в свою очередь дешевле литий-ионных также в 2 раза.

Однако, невзирая на низкую стоимость, обладают двумя существенными недостатками: габаритами и массой (сравнительно, они, как правило, имеют больший объем и массу) и высокой токсичностью кадмия при утилизации.

nicad_001

Также имеются существенные отличия по внутреннему сопротивлению. Когда, как у NiCd и NiMH это значение довольно низкое (менее 0.1 ОМ для элементов типоразмера АА), позволяя получить значительный разрядный ток, внутреннее сопротивление Li-Ion элементов на порядок выше, накладывая ограничения на использование их с устройствами большого потребления тока.

Имеется важное отличие в режиме быстрой зарядки (около 15 минут для никель-кадмиевых, примерно час для металлогидридных и около 2 часов для литий-ионных). Также дополнительным преимуществом металлогидридных элементов перед литий-ионными является пониженный порог значения энергоёмкости.

Например, при проведении 300 циклов перезарядки (с соблюдением правил эксплуатации), у металлогидридных элементов не происходило потерь (снижения энергоёмкости), в то время, как у литий-ионных элементов значение снижается на 20%.

Ну и последнее, тоже довольно важное отличие. Это, помимо глобальных, существенный недостаток, называемый эффектом памяти у NiCd-элементов, который проявляется в частичной потере энергоёмкости аккумулятора, если его заряжать до полного разряда.

Он запоминает точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке отдаст только полученную за время последней подзарядки энергоёмкость ( устраняется несколькими циклами полной зарядки-разрядки). Данный недостаток в меньшей степени проявляется и у NiMH-элементов.

zaryad_001

Пожалуй, это основные отличия представленных обозначений аккумуляторов. Согласно собранной и изложенной информации, отбросив из финального сравнения NiCd элементы, ввиду их токсичности при утилизации и габаритов, остаётся выбирать между:

  • экологически чистыми металлогидридными элементами, более дешевыми, с низкими внутренним сопротивлением и стоимостью, а также отсутствием потерь при значительном количестве перезарядок, но с недостатком в виде эффекта памяти и жестким требованиям к зарядному току,
  • и литий-ионными со всеми его достоинствами в виде отсутствия эффекта памяти, высокой ёмкости, при незначительных размера и низкий уровень саморазрядка и недостатками в виде высокой стоимостью, сокращением времени работы при снижении температуры окружающей среды и ограниченный срок службы (чем больше циклов перезарядки, тем меньше вам прослужит данный тип аккумулятора).

В чем разница между Ni-Cad, Ni-MH и Li-Ion аккумуляторами

Ответы на вопросы, изложенные в данной статье, справедливы для аккумуляторов любых устройств, основанных на Ni-Cad, Ni-MH, Li-Ion, Li-poly технологиях.   


Аккумуляторы для портативных устройств, таких как ноутбук, видеокамера, фотоаппарат, мобильный телефон и т.д., как правило, изготавливаются на основе Никель-кадмиевых (Ni-Cad), Никель-металлогидридных (Ni-MH) или Литиево-ионных (Li-Ion) аккумуляторных элементов. Каждый тип имеет свои отличительные особенности:


Ni-Cad и Ni-MH


Главное отличие между ними в том, что Ni-MH (из этих двух это наиболее новая технология) имеет большую емкость, чем Ni-Cad. Иными словами, емкость Ni-MH аккумуляторных элементов примерно в два раза больше, чем у Ni-Cad собратьев, что дает нам увеличение времени работы без увеличения размеров и веса батареи. Ni-MH элементы имеют еще одно важное преимущество — они значительно менее подвержены так называемому «эффекту памяти», чем Ni-Cad элементы. Также Ni-MH элементы экологически более безопасны, благодаря отсутствию в них тяжелых металлов.


Li-Ion


Сегодня литиево-ионные аккумуляторы стали стандартом в потребительской электронике. Li-Ion элементы имеют вдвое большую емкость, чем Ni-MH элементы, и весят при этом на треть меньше. Они абсолютно не подвержены «эффекту памяти». Недостатками данного типа являются более высокая стоимость и узкий диапазон рабочей температуры.


Дальнейшим развитием Li-Ion технологии является Li-Poly (Литий-полимер). В Li-Poly аккумуляторных элементах отсутствует жидкий электролит, что исключает возможность его утечки. Литиево-полимерные аккумуляторные элементы легче, надежнее и более безопасны, чем их предшественники, более эффективно работают при отрицательных температурах.


Что такое «Аккумуляторный элемент»?

Большинство современных аккумуляторов для ноутбуков и любых других электронных устройств состоят из аккумуляторных элементов, накапливающих электроэнергию, и управляющей электроники.





Розовые цилиндры на фото это аккумуляторные элементы, тип 18650. Есть и другие типы аккумуляторных элементов, но суть одна: в мире существует великое множество аккумуляторов самых разнообразных размеров и форм, но внутри большинства из них находятся стандартные аккумуляторные элементы. От качества этих элементов напрямую зависит качество работы и срок службы аккумулятора.




Что такое «усиленный аккумулятор»?

«Усиленный аккумулятор» или «аккумулятор повышенной емкости» отличается от стандартного аккумулятора увеличенной емкостью и, как правило, увеличенными габаритами и весом, т.к. внутри такого аккумулятора больше аккумуляторных элементов. Если аккумулятор размещается под крышкой устройства, то часто в комплекте с аккумулятором идет новая крышка, т.к. под «родную» крышку усиленный аккумулятор не влезает.


Что такое «эффект памяти»?

Когда мы заряжаем аккумулятор, это называется «цикл заряда». Когда мы используем аккумулятор, это называется «цикл разряда».


Эффект памяти заключается в том, что аккумулятор «помнит» сколько энергии он отдал в цикле разряда и считает, что его емкость равна количеству отданной энергии. Поэтому, если начать заряжать не до конца разряженную батарею, то может возникнуть «эффект памяти» и батарея будет накапливать меньше энергии, чем могла бы. Чтобы этого не происходило, рекомендуется полностью разряжать (подождать, пока ваше устройство полностью израсходует заряд батареи) и полностью заряжать ваш аккумулятор.




Эффект памяти вызван химическими процессами, происходящими внутри аккумуляторных элементов. Этому эффекту подвержены Ni-Cad и, в меньшей степени, Ni-MH элементы. Li-Ion / Li-Poly элементы не имеют «эффекта памяти» вообще.


Можно заменить Ni-Cad / Ni-MH аккумулятор на более современный Li-Ion аналог?

Только в том случае, если производитель вашего устройства предусмотрел такую возможность. Иначе такой аккумулятор ваше устройство «переварить» не сможет. Ni-Cad, Ni-MH и Li-Ion элементы сильно отличаются друг от друга по способу заряда и другим параметрам.


Получил новый аккумулятор, он не работает / не заряжается, почему?


Новый аккумулятор, как правило, не заряжен, либо заряжен частично. Необходимо полностью зарядить аккумулятор. Рекомендуется первый раз оставить его на зарядке на ночь.


Довольно часто при первой зарядке аккумулятор показывает полный заряд уже через 10-20 минут, но фактически не заряжается. Это нормально, просто выньте аккумулятор и вставьте его на место, после чего продолжите зарядку. Возможно, это придется проделать несколько раз. В процессе заряда аккумулятор может нагреваться, это нормально.




Как продлить жизнь батареи и использовать ее максимально эффективно?


  • Разработайте новую батарею – несколько раз полностью зарядите и полностью разрядите её, после этого батарея достигнет своей максимальной емкости. Этот процесс называется тренировкой батареи.

  • Держите контакты батареи чистыми, ни в коем случае не замыкайте их.

  • Разряжайте и заряжайте батарею до конца

  • Батарея должна работать – не оставляйте батарею без работы на длительное время (несколько месяцев и более). Рекомендуется использовать батарею хотя бы один раз в месяц.

  • Используйте функции энергосбережения вашего ноутбука, чтобы увеличить время работы батареи.

  • Не вскрывайте, не бросайте, не нагревайте и не мочите батарею.

Как правильно хранить аккумулятор?

Это не очень хорошая идея, аккумулятор должен работать. Если вы все-таки не используете аккумулятор, то храните его в темном, сухом, прохладном месте, вдалеке от источников тепла и металлических объектов. Раз в несколько месяцев полностью зарядите аккумулятор. Li-Ion аккумуляторы нельзя хранить полностью разряженными! В процессе хранения аккумулятор постепенно теряет заряд, не забудьте полностью зарядить его перед использованием.


Каков срок службы аккумулятора?

В нормальных условиях, как правило, 500-800 циклов заряда / разряда (до 3 лет). Необходимо помнить о том, что аккумулятор начинает «стареть» с момента своего изготовления, не зависимо от того, используется он или нет.


Безопасно ли использовать «неоригинальные» аккумуляторы? Это не повредит мой ноутбук /камеру / телефон?


С вашим устройством все будет в порядке. Более того, сторонние производители часто делают более емкие аккумуляторы, чем оригинальный производитель. Особенно это характерно для старых моделей, к которым интерес «родителя» давно потерян.


Современные аккумуляторные батареи сложный и довольно «капризный» продукт, даже самые именитые бренды регулярно оказываются в центре скандалов с некачественными батареями.


Что такое «калибровка» аккумулятора ноутбука?

В BIOS’e многих ноутбуков есть пункт «калибровка батареи». Фактически это полный цикл заряда / разряда аккумулятора для ноутбука. Это нужно для того, чтобы сбросить накапливающиеся в процессе эксплуатации ошибки контроллера аккумулятора. Рекомендуется производить калибровку после длительного хранения аккумулятора, потери его емкости, ошибках предсказания времени автономной работы аккумулятора.


Если в вашем устройстве нет функции «калибровка аккумулятора», просто разрядите и зарядите аккумулятор несколько раз до конца.


Мой ноутбук Sony отказывается работать с неоригинальной батареей. Что делать?

Симптомы: Через минуту после старта Windows выскакивает сообщение об ошибке «Аккумулятор неправильно вставлен …», аккумулятор не заряжается, ноутбук с неоригинальной батареей не загружается.


Необходимо отключить программу Sony ISB Utility (ISBMgr.exe). Либо найдите и удалите этот файл, либо удалите его из автозагрузки (Пуск > выполнить > msconfig > автозагрузка). Главное назначение этой программы заставить вас покупать дорогостоящие аккумуляторы Sony.


Ищу аккумулятор «GB/T 18287 — 2000» …

«GB/T 18287 — 2000» это маркировка стандарта Li-ion батарей, которым обозначаются практически все Li-ion батареи для телефонов, КПК, смартфонов и других подобных устройств. Данная маркировка не является номером (part number) или названием конкретной батареи.

Какой аккумулятор лучше для шуруповерта — литиевый или кадмиевый?

Дрель, шуруповерт — необходимые в быту инструменты. Приобрести их будет полезно каждому, кто занимается обустройством дома своими руками. Также и для мастеров-профессионалов шуруповерты сейчас незаменимы. А поскольку в магазинах строительного инструментария выбор их огромный, у многих могут возникнуть резонные вопросы: какой инструмент лучше выбрать и какой аккумулятор лучше для шуруповерта? От выбора АКБ зависит очень многое: прежде всего, мобильность инструмента и продолжительность его работы в автономных от сети условиях. Прежде чем окончательно решить, какие батареи наиболее предпочтительны в том или ином случае, следует более подробно ознакомиться с тем, какие аккумуляторы используются в шуруповертах.

Содержание статьи

Типы батарей

Итак, какие бывают аккумуляторы? Обычно для электродрелей применяются никель-кадмиевые и литиевые элементы питания. Есть еще никель-металлгидридные АКБ, и они по-своему хороши. Но для шуруповертов они стали использоваться очень редко: эти батарейки, к сожалению, очень быстро нагреваются и при зарядке, и при интенсивной работе инструмента. К тому же, никель-кадмиевые аккумуляторы, несмотря на то, что их по праву можно назвать «ветеранами» в ряду химических источников тока, по многим характеристикам до сих пор превосходят никель-металлогидриды.

Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные АКБ

Ni-Cd являются первыми щелочными аккумуляторными батареями, техника производства которых была разработана еще в конце XIX века. Однако по причине того, что для тех времен массовое производство АКБ было очень дорогим и требовало определенных условий, интенсивно оно началось только в 50-х годах ХХ века.

Несмотря на критику многочисленных поклонников более современных батарей, показатели емкости никель-кадмиевые аккумуляторы имеют неплохие. И нагреваются при эксплуатации гораздо меньше, чем те же никель-металлогидриды, вследствие эндотермических реакций, происходящих внутри. Если вспомнить школьный курс химии, эндотермическая реакция означает не что иное, как поглощение выделяемого тепла внутри элемента, а не выделение его во внешнюю среду. А именно так происходит с Ni-MH батареями.

Если сравнивать характеристики аккумуляторов для шуруповертов, исходя из практичности и безопасности, кадмиевые АКБ окажутся значительно лучше. Именно по этой причине они до сих пор являются самыми ходовыми для электрических инструментов бытового применения.

Более коротко все преимущества никель-кадмиевых АКБ можно озвучить таким образом:

  • Значительно сниженный риск перегрева. Им не грозит быстро «перегореть» или выйти из строя, в отличие от металлогидридов.
  • Прочный металлический корпус. Кадмиевые аккумуляторы имеют хороший показатель устойчивости к внутренним химическим реакциям и отличную герметичность металлического покрытия. Могут неплохо работать и при очень низких температурах, до -40°С.
  • Долгий срок службы при условиях правильной эксплуатации — от 8 до 10 лет без необходимости смены аккумуляторного блока.
  • Умеренная, доступная стоимость, в отличие от более мощных, но дорогих литиевых элементов.

Для того чтобы Ni Cd аккумуляторы для шуруповерта выработали весь свой положенный срок службы, существует несколько действенных рекомендаций по их эксплуатации.

Поскольку глубокого разряда они не боятся, работать с шуруповертом следует вплоть до полного разряда аккумуляторного блока. Потом можно поставить батарейки заряжаться, не боясь того, что они потеряют емкость: при зарядке эти аккумуляторы быстро ее восполняют. Хранить их тоже лучше разряженными — в данном случае, так называемый «эффект памяти» будет гораздо меньше, а в процессе хранения никакая подзарядка им не требуется.

«Эффект памяти», который имеется у никель-кадмиевых аккумуляторов для шуруповертов, на самом деле не представляет собой слишком большой недостаток. Для того чтобы они не «запоминали» ненужный уровень зарядки, нужно провести им два-три полных цикла заряда-разряда. Тогда все их лучшие показатели быстро восстановятся.

Для того чтобы «эффект памяти» проявлялся меньше и реже, не стоит часто подзаряжать их. Лучше проводить им полные циклы зарядки, тем самым «очищая память». Именно это надолго обеспечит никель-кадмиевым аккумуляторам большую продуктивность работы.

Что можно сказать о Ni-MH АКБ, кроме того, что они склонны к нагреву? Эти батареи менее вредны для окружающей среды. «Эффект памяти» у них выражен меньше, чем у Ni-Cd предшественников. Но заряжать их придется чаще, потому что процент саморазряда эти батареи имеют высокий. По популярности уступают кадмиевым.

Литий-ионные батареи и их преимущества

Именно аккумуляторы на основе лития сейчас постоянно на слуху у многих потребителей. Отчасти благодаря тому, что литиевый состав используется везде, практически в любом гаджете, начиная от смартфона и заканчивая персональным ноутбуком. Появились они не так давно, если сравнивать время их возникновения с никель-кадмиевыми — только в 90-х годах прошлого века.

Известно, что вначале литий-ионные аккумуляторы обладали большой степенью взрывоопасности по причине технологических недоработок. В данный момент подавляющее их большинство оснащено контроллерами уровня заряда и нагрева, что обеспечивает им безопасность и повышенные сроки продуктивного применения.

Чем же столь примечательны литиевые аккумуляторы?

Рассмотрим их достоинства в сравнении с предшественниками:

  • Более высокий уровень емкости, что увеличивает срок их беспрерывного использования.
  • Отсутствие «эффекта памяти» (по крайней мере, так утверждают продавцы и производители).

Высокий уровень емкости обеспечивает успешное применение именно этого вида аккумуляторов в техническом инструментарии профессионального плана.

При всех своих преимуществах литиевые батареи очень чувствительны к малейшим перепадам напряжения во время зарядки, а также к резким переменам температур. Безусловно, в той или иной мере такой чувствительности подвержены все химические источники тока. Но специалисты в области электроники не случайно называют «капризными» именно этот вид аккумуляторов.

В отличие от никель-кадмиевых, литиевые АКБ не имеет смысла приобретать с запасом. Со временем они теряют свою емкость, если их долго не использовать, а срок их хранения составляет не больше двух лет.

Литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы — какие лучше?

На самом деле, вопрос о том, какой аккумулятор лучше для шуруповерта, поставлен не совсем корректно. Все зависит от ситуации и от продолжительности времени, в течение которого будет использоваться инструмент.

Литиевый аккумуляторный блок меньше весит при тех же показателях емкости, что у кадмия. Но это не является основным показателем, исходя из которого следует выбирать аккумулятор для шуруповерта. Безусловно, количество циклов заряда-разряда у кадмиевых элементов в разы меньше, чем у литиевых. Стандарт для Ni-Cd составляет 500, а для Li 1500, что, безусловно, вначале наводит на мысль о том, что литиевые батареи намного лучше.

При выборе аккумуляторов важно учитывать тот факт, что старение никель-кадмиевых батарей зависит исключительно от выработанных ими циклов, а не от их реального возраста. Срок службы литий-ионных АКБ, в отличие от кадмия, напрямую зависит именно от возраста по годам. Через 5 лет они уже выйдут из строя, даже если ими не пользовались. Никель-кадмиевые батареи, напротив, будут жить долго даже в том случае, если их не использовали год и более.

Например, при покупке шуруповерта, бывшего в употреблении, не стоит брать его с литиевыми аккумуляторами. Есть большая доля вероятности того, что в случае, если инструмент не использовался долгое время, его аккумуляторный блок уже непригоден к использованию. Если же бывший в употреблении «шурик» продается с кадмиевыми аккумуляторами, они могут сохранить до 60% заряда, независимо от того, рабочий был инструмент или нет.

Если шуруповерт используется не очень часто, литиевые аккумуляторы скорее «постареют», чем отслужат свои положенные 1500 циклов. Поэтому для периодического бытового использования нет смысла покупать инструмент с литиевыми аккумуляторами.

Кадмий может служить от 8 до 10 лет, независимо от того, используются батареи, или нет. Он также спокойно может лежать на складе, сохраняя свои свойства, в отличие от лития. Если вы не планируете использовать шуруповерт часто, ответ на вопрос о том, как выбрать аккумулятор, будет кратким и правдивым: выбирайте кадмий.

Кстати, при морозе до -20°С кадмий «ведет» себя лучше, чем литиевые батарейки, которые не любят больших морозов. Литий нужно хранить в заряженном состоянии, как минимум, на 60%. Они нуждаются в постоянной подзарядке, если не используются. В противном случае, они начинают разрушаться.

Итак, если шуруповерт не используется интенсивно, для периодического бытового использования выбирайте инструмент, укомплектованный никель-кадмиевым аккумуляторным блоком. Если же вы работаете с шуруповертом ежедневно и профессионально — безусловно, лучше будет остановить свой выбор на литии, потому что аккумуляторы отслужат свои положенные 1500 циклов, вернут и окупят вложенные в них деньги. Не переплачивайте за ненужные циклы, если вы не используете инструмент часто и постоянно.

Таким образом становится ясно, что никель-кадмиевые батареи, по сути дела, ничуть не хуже литиевых. Главный вопрос состоит только в сфере применения обоих видов химических элементов питания. При использовании каждого из них в нужное время и в нужном месте и тот, и другой могут быть одинаково полезны и хороши. О том, как провести замену аккумуляторов в шуруповерте, в том числе с Ni-Cd на Li-Ion, читайте здесь →

NiCd, NiMH и Li-Ion аккумуляторы, сравнение


У никель-металлгидридных аккумуляторов — преемников широко распространенных никель-кадмиевых, обнаружились конкуренты — литий-ионные аккумуляторы. Чтобы читатель мог судить, насколько это масштабная конкуренция, мы предлагаем познакомиться с основными характеристиками новых аккумуляторов, с их преимуществами и недостатками.


Непрерывный поиск автономных источников питания постоянного тока продолжается с тех пор, как А. Вольта продемонстрировал в начале прошлого века химический источник электрической энергии в виде батареи гальванических элементов. С тех пор много воды (а точнее электролита) утекло, много различных видов гальванических элементов и аккумуляторов появлялись и предавались забвению из-за своих ограниченных возможностей, а иногда и из-за вредного воздействия на окружающую среду (например, ртутные элементы).


Идеальный автономный источник тока должен иметь небольшие габариты и массу, но в то же время обладать достаточной энергоемкостью для продолжительной работы в заданных условиях, допускать многократное использование (подзарядку и быть безопасным при утилизации), В той или иной мере этим требованиям отвечают аккумуляторы.


При использовании в различной радиоэлектронной аппаратуре(носимых радиоприемниках, звуковоспроизводящих устройствах, телевизорах, видеокамерах, мобильных телефонах и радиостанциях, ноутбуках и т. п.) сегодня популярны никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы. Последние появились совсем недавно, но уверенно заявляют о своих правах. Их использование с каждым годом растет- Так, например, в 1994 г. таких аккумуляторов различного назначения изготовили и реализовали порядка 12,3 млн. штук, а уже в следующем — производство достигло 32 млн. Справедливости ради следует отметить, что в то же время NiMH аккумуляторов во всем мире было изготовлено более 300 млн.


Так чем же хороши новые виды аккумуляторов и почему никель-кадмиевые уступают свои позиции? Попытаемся ответить на этот вопрос.


NiMH аккумуляторы были разработаны фирмой Sanyo Electric в 1990 г С тех пор они заметно потеснили широко известные NiCd аккумуляторы. Главное их преимущество оказалось в более высокой плотности энергии на единицу объема, выражаемую в размерности ватт час на литр (Вт.ч/л).


Типовое значение плотности энергии лучших образцов NiCd аккумуляторов составляет 120 Вт ч/л, в то время как для металлгидридных оно имеет значение 175 Вт.ч/л, а для литий-ионных-230 Вт ч/л. Обеспечивая повышение конкурентоспособности и завоевывая лидерство на рынке автономных источников питания, конструкторы NiMH аккумуляторов добились заметных успехов. В результате уже в 1996 г. была достигнута плотность энергии этих аккумуляторов порядка 300 Вт.ч/л {это даже больше, чем у литий-ионного) и имеются определенные наработки к концу 1997г. довести ее до 340 Вт. ч/л.


Другое преимущество металлгидридного аккумулятора заключается в его «удельной» стоимости. В пересчете на единицу электрической емкости источника тока эти аккумуляторы вдвое дешевле по сравнению с литий-ионными, но, правда, во столько же дороже NiCd. Впрочем, последнее не является принципиальным недостаткам металлгидридных аккумуляторов — их никель-кадмиевые конкуренты окончательно проиграли борьбу по другим позициям — массо-габаритным параметрам и высокой токсичности кадмия при утилизации.


Интересно сравнить и электрические характеристики различных аккумуляторов. Номинальное напряжение никель-кадмиевых и металлгидридных аккумуляторов одинаково и составляет примерно 1,25 В. Оно практически постоянно в течение всего цикла разрядки, снижаясь резко только в конце этого цикла. У литий-ионного аккумулятора номинальное напряжение составляет 3,6 В. В процессе цикла разрядки оно линейно уменьшается. Ниже определенного напряжения литий-ионный аккумулятор разряжать нежелательно.  У приборов с анодами на основе графитовых композитов (фирмы Sanyo, Matsushita и др.) в конце цикла разрядки отмечаются кратковременные колебания напряжения. По этой причине последние следует подключать непременно через стабилизирующие устройства.

Внутреннее сопротивление NiCd и NiMH элементов очень низкое (менее 0,1 Ом для элементов типоразмера АА), поэтому они позволяют получить значительный разрядный ток. У Li-Ion элементов внутреннее сопротивление на порядок больше. Это ограничивает применение Li-Ion аккумуляторов в устройствах с большим потребляемым током, например, в радиостанциях.


Саморазряд запасенной энергии у никель-кадмиевого и металлгидридного аккумуляторов относительно высокий — в течение месяца хранения он достигает около 25%. Здесь литий-ионный аккумулятор, можно сказать, вне конкуренции. Этот параметр у него не превышает 1 % за тот же период.


В режимах быстрой зарядки (об этом речь пойдет ниже) NiCd аккумулятор позволяет, при необходимости, выполнить эту процедуру за 15 мин, NiMH элемент — по крайней мере, за час, a Li-Ion — за два часа.


По надежности металлгидридные аккумуляторы близки к никель-кадмиевым, но склонны к отказам при высоких разрядных токах.


Металлгидридные аккумуляторы имеют еще одно преимущество перед литий-ионными. При прохождении 300 циклов зарядки-разрядки (с соблюдением правил эксплуатации) у металлгидридных совсем не происходило потери паспортного значения энергоемкости, в то время как у литий-ионных она снижается на 20 %. Более того, это наблюдается и при длительном хранении аккумуляторов без работы на реальную нагрузку. Отмечались также случаи разрушения Li-Ion аккумуляторов, если напряжение на них снижалось ниже определенного значения. Вот почему некоторые изготовители даже устанавливают на свои аккумуляторы индикаторы разрядки чтобы была возможность визуально оценить его текущее состояние.


Наиболее вероятными причинами отказов NiCd элементов являются внутренние короткие замыкания, вызываемые ростом кристаллов, называемых дендритами. Хотя они и могут быть разрушены «форсированным» высоким зарядным током или зарядкой током специальной формы (часть периода имеющего отрицательное значение), дендриты повторно вырастают, если элемент используется не регулярно.


По заявлениям разработчиков, дендриты у металлгидридных аккумуляторов не наблюдались.


Общеизвестная проблема для NiCd аккумуляторов — это «эффект памяти», который проявляется в частичной (временной) потере энергоемкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Он как бы «помнит» точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдаст только полученную за время последней подзарядки энергоемкость.


«Эффект памяти» присущ также и NiMH аккумуляторам. Из этого следует сделать вывод, что необходимо устройство, которое бы контролировало глубину разрядки. За нижнюю границу принимают уровень 1,05..,1,1 В на элемент, при этом «эффектом памяти» можно пренебречь. Такие устройства повсеместно применяются в мобильных и переносных телефонах, поэтому даже если в них и проявляется этот эффект, то он минимизирован — энергоемкость никогда на снижается более чем на 10 %. Если «эффект памяти» в какой-то период эксплуатации все же проявился. то его устраняют несколькими циклами тренировки (зарядка-разрядка). После чего аккумуляторы вполне пригодны для дальнейшей работы в составе любых потребителей.


Для минимизации отказов NiMH аккумуляторов необходимо предусмотреть устройства их защиты и при зарядке, например. от коротких замыканий в цепях зарядного устройства. Когда фирма Sanyo начала массовый выпуск NiMH аккумуляторов в 1990 г,, она рекомендовала использовать три типа устройства защиты:


прерыватели цепей, тепловые плавкие вставки (предохранители) и термисторы с обязательным их встраиванием в корпус аккумуляторной батареи.


Сегодня в основном используют только последний из названных методов — встроенный в корпус аккумулятора и имеющий с ним тепловой контакт термистор с положительным значением, температурного коэффициента сопротивления (ТКС), который ограничивает зарядный и разрядный токи при повышении температуры внутри.


Массовый выпуск NiMH аккумуляторов осуществляется не более шести лет, уже имеется довольно широкая гамма их типономиналов, учитывающая уже сложившийся рынок бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Она включает в себя наиболее массовый типоразмеры, такие как ААА (прототип российского элемента 286), АА(316), С и D, а также батареи аккумуляторов с напряжениями 10 и 12 В. Типовой ряд продукции фирмы Sanyo включает элемент размера ААА с электрической емкостью 500 мА-ч, АА-750мА-ч и другие (до 3.5 А-ч.). О достижениях фирмы можно судить по аккумуляторному элементу HR-4/3A, имеющему номинальную емкость 3,5 Ач при диаметре 17 и высоте 67 мм. Весит он при этом всего 56 г.


По сравнению с NiCd аккумуляторами металлгидридные обладают еще одним несравненным преимуществом — они экологически чисты. Если в NiCd аккумуляторе одна пятая часть массы изделия составляет небезопасный для природы и человека кадмии, та NiMH аккумулятор не содержит ни кадмия, ни ртути, ни их соединений, и для окружающей среды «отслуживший» экземпляр не представляет никакой опасности.


И никель-кадмиевые, и метаплгидридные аккумуляторы заряжают от источника постоянного тока. Значение зарядного тока определяется типом используемых аккумуляторов, для которых установлены вполне конкретные значения величины тока и продолжительности зарядки. Допуски на стабильность напряжения не оговариваются. В отличие от них, литиевым аккумуляторам требуется источник с напряжением порядка 4,2 В (на элемент) с довольно жестким допуском — не более ±0,05 В.


Существует два способа подзарядки аккумуляторов: быстрый и продолжительный. Продолжительный способ, принимаемый всеми изготовителями аккумуляторов как основной, выполняется небольшим по величине током, безопасным для элементов в случае нарушения временного режима (хотя последнее и не рекомендуется). Большое преимущество этого способа в том, что не требуется никаких устройств индикации окончания подзарядки поскольку, как было сказано выше, небольшой ток не может вывести из строя элемент или батарею независимо от того, как долго происходит подзарядка. Недостаток — длительность процесса зарядки.


Для большинства никель-кадмиевых аккумуляторов установлен номинальный зарядный ток, равный 0,1 энергоемкости (Е) данного типа при продолжительности подзарядки 12 ч (для отечественных аккумуляторных элементов принята продолжительность цикла зарядки 15 ч. — (Прим ред.). Это не всегда удобно, вот почему подобные аккумуляторы сейчас используются только в дешевых изделиях — игрушках фонарях и др, А вот для аккумуляторов типоразмера С (используемых преимуществвенно в мобильных системах) номинальным зарядным током принято значение, численно равное его энергоемкости.


Металлгидридные элементы, по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами, предъявляют более жесткие требования к зарядному току. Максимальная безопасная его величина определяется изготовителем (записывается в паспорте на изделие) и обычно составляет 0,025—0,1 Е. Превышение этого тока может повредить элемент, если в зарядном устройстве не предусмотрены меры по его защите и контролю окончания зарядки.


Быстрые режимы зарядки для никель-кадмиевых и металлгидридных аккумуляторов определены длительностью в один час с увеличением зарядного тока до значения 1,2 Е. Существуют специальные разработки никель-кадмиевых аккумуляторов. для которых предусматривают «сверхбыстрый» режим зарядки — 15 мин. зарядный ток при этом увеличивают до значения 5 Е. Быстрый режим зарядки для литиевых аккумуляторов определен длительностью в два часа. При быстрых режимах зарядки существует опасность «перезарядить» аккумулятор (например, не уследили за током подзарядки или временем), а это для него тоже нежелательно, так как приводит к выходам из строя или потере энергоемкости. Вот почему такой способ подзарядки должен жестко контролироваться.


Обычный способ определения момента окончания подзарядки — использование индикаторов напряжения или температуры. Менее наглядный способ, а следовательно, и менее продуктивный, — применение таймера, отключающего заряжаемый аккумулятор по истечении заданного периода времени.


Для создания зарядным устройств с контролем окончания процесса уже созданы специализированные интегральные микросхемы с возможностью управления тока подзарядки и автоматического отключения в случае возникновения нештатных ситуаций. В качестве примера можно указать на разработки фирмы Philips — это ТЕА1102 и ТЕАП04. Микросхема ТЕА1102 может быть использована в зарядных устройствам для всех подзаряжаемых аккумуляторов {включая литий-ионные), обладает возможностью определения динамики изменения напряжения на участках внешних цепей и определения его экстремума, имеет ввод для подключения датчиков температуры и встроенный таймер. TEAI 104 — это упрощенный тип устройства управления зарядным током, анализа температуры и характера изменения напряжения, рекомендуется: использовать в зарядных устройствах только никель-кадмиевых и металлгидридных аккумуляторов. Фирма Nailonal разработала микросхему LM2576 с функцией прерывания процесса зарядки. но для нее требуется дополнительный датчик, фиксирующий момент окончания подзарядки аккумулятора.


Как читатель мог убедиться, металлгидридмые аккумуляторы все же имеют некоторое преимущество перед литий-ионными (не говоря уж о никель-кадмиевых), но хватит ли этого для того, чтобы неоспоримо отдать им преимущество? Ведь когда речь заходит об использовании источников питания и малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре, стоимостные категории часто отходят на второй план. Однако, если разработчики достигнут заявленных значений параметров металлгидридных аккумуляторов, возможно это и будет решающим фактором их превосходства. Ведь пока недостатки литийионных преодолеть не удалось.

Оживляем шуруповерт. Все для переделки шуруповерта на 18650 литий-ионные аккумуляторы

Аккумулятор шуруповерта рано или поздно «устанет» и его необходимо будет менять. Купить новый аккумулятор оправданно в ситуации когда инструмент стоит копейки. Но если у вас что-то более-менее приличное, или аккумулятор старый на Ni-CD, то однозначно имеет смысл поменять севшие 18650 аккумуляторы на новые или полностью перевести шуруповертс никеля  на литиевые. 

Безусловно, как и в любом деле, тут есть свои нюансы, но если ваши руки хотя бы минимально прямые, то самостоятельно переделать шуруповерт на литий совсем несложно. Нужно лишь знать что купить для переделки и понимать базовые нюансы процесса.  А уж купить на алиэкспресс все для перевода шуруповерт на литий — элементарно. 

Почему 18650 Li-ion? Преимущества литиевых аккумуляторов очевидны:

  • большая плотность энергии на единицу массы
  • низкий саморазряд
  • фактически отсутствует эффект памяти 
  • доступность и цена

 

Кстати, если вы любите читать, то  есть вариант отлично сэкономить! Книжный сервис ЛИТРЕС, крупнейший в России и странах СНГ дает  четвертую книгу в подарок при покупке трех. Лично я именно там и покупаю книги уже порядка 5 лет.  Ценник и без того доступный, а с таким бонусом выходит совсем небольшим. Есть удобное приложение для чтения и прослушивания книг. По ссылке выше — одна из моих подборок, в которой есть жирный обновляемый промокод. 

 

 

Переделка аккумулятора шуруповерта. Что нужно знать:

1) Для шуруповерта нужны высокотоковые 18650 аккумуляторы (идеально — Sony/Murata VTC5, VTC5A, VTC6. Допустимо — Samsung 25R), либо менее высокотоковые аккумуляторы, соединенные в параллель (если позволяет место). 

2) Категорически нельзя использовать старые ноутбучные аккумуляторы и просто разные аккумуляторы. Все 18650 аккумуляторы в сборке должны иметь минимальный разбег емкости и прочих характеристик. Безусловно, купить высокотоковый 18650 аккумулятор на алиэкспресс — самое простое решение. Только заранее учитывайте что название модели не будет иметь никакого отношения к ячейке внутри. 4 аккумулятора, купленные одним лотом у одного продавца могут существенно отличаться по емкости и внутреннему сопротивлению. Хотя ниже по ссылке будет неплохой вариант для тех, кто не хочет паять. 

Идеальный вариант — купить 18650 у проверенного продавца на том же avito, или заказать 18650 на nkon  В последнем случае придется заплатить 10 евро за доставку, но аккумуляторы будут 100% оригинальные и намного дешевле покупки на месте (что сведет оплату доставки в ноль).   Лично я много лет беру аккумуляторы именно в этом магазине.

Я делал статью о том как выбрать 18650 литий-ионный аккумулятор, если интересно — читаем ее тут

3) Подключение аккумуляторов к BMS плате производится строго последовательно: вначале 0 В затем 4,2 В, 8,4 В, 12,6 В, 16,8 В. При нарушении BMS работать не будет!

4) 18650 аккумуляторы в сборке должны быть заряжены одинаково. Лучше всего зарядить каждый аккумулятор отдельно и затем собрать в сборку. 

5) Как посчитать сколько нужно 18650 литиевых аккумуляторов вместо никелевых? В целом, расчет такой:
2-3 NiCd = 1 литиевый, 5-6-7 NiCd = 2 литиевых, 8-9-10 NiCd = 3 литиевых, 11-12-13 NiCd = 4 литиевых

6) Литиевые аккумуляторы очень боятся перегрева. Идеальный вариант — точечная сварка. Пайка тоже вполне работает. Как паять 18650? Самое главное — вам нужно максимально большое жало. Свести время контакта жала и 18650 аккумулятора к минимуму и не перегреть последний. В остальном процесс не отличается от любой другой пайке. Лучше всего набить руку на тех старых аккумуляторах, которые вы будете заменять. 

 

 

BMS-плата

BMS (Battery Management System) – система управления батареей. BMS-плата исключительно важна при переделке шуруповерта на литий. Зачем она нужна и как она работает? Она контролирует заряд и разряд, предотвращая переразряд и перезаряд аккумулятора шуруповерта, в нее встроен «балансир», который заряжает отдельно каждый Li-Ion аккумулятор в сборке. Последнее крайне важно! Бывают BMS без балансира! 3S — 12v, 4s — 14v, 5s — 18v Чтобы выбрать BMS плату, надо учитывать что минимальный ток должен быть 30А, иначе она будет уходить в защиту. 

Вариант BMS-платы по ссылке на 2-3 доллара дороже каких-то базовых версий, но вы получаете 100А вместо 30А или 40А. На мой взгляд, по функционалу это лучшая БМС-плата с алиэкспресс и заслуживает этой символической переплаты. 

 

Готовые сборки 18650 аккумуляторов

Для тех, кто не хочет паять, на алиэкспресс можно купить готовые сваренные 18650 сборки для шуруповёртов!

S
– число аккумуляторов последовательно (рост напряжения), P – число аккумуляторов в параллель (рост ёмкости).
Таким образом, для базового 12V шуруповёрта надо купить 3S1P или 3S2P (увеличиваем емкость), для18-20V шуруповёрт – 5S1P / 5S2P (много ёмкости). Описание моделей аккумов читайте чуть ниже

Я на 100% уверен что по ссылке никаких VTC6 не будет, но даже то что есть позволяет рассчитывать на нормальную работу, отзывы хорошие. 

Индикатор питания

Простая и полезная штука, которая показывает заряд аккумулятора. 

Мини-аппарат для точечной сварки

Если у вас нет желания паять или самостоятельно делать аппарат для точечной сварки из потрохов микроволновк, то вас может выручить вот этот вот инструмента.  Несмотря на исключительно компактные размеры, он совершенно рабочий и может здорово выручить. Особенно в ситуации где варить надо где-то на месте куда неудобно тащить полноценный аппарат.  

Лента для сварки 18650 аккумуляторов

Если покупка готовых аккумуляторных сборок вам неинтересна, то вам однозначно потребуется лента для соединения аккумуляторов.  Ее, разумеется, можно купить и на месте. Но если вы все равно ждете ту же BMS плату с алиэкспресс, то имеет смысл заказать там и все остальное и сэкономить время на походы по магазинам. 

 

CC/CV модуль зарядки

А вот этот CC\CV модуль нужен для тех, кто решил перевести шуруповерт на литий.  Старая-то зарядка заряжать не будет и вам потребуется это небольшой блок.  Если есть мультиметр — можно настраивать по нему. Если потратить лишние пару баксов не проблема, то можно обеспечить себе максимальную наглядность всех параметров, от напряжения до тока и купить версию с дисплеем.

Блок питания для зарядки

Внимание! Li-ion сборку необходимо заряжать строго зарядником для литиевых аккумуляторов! Зарядка для никеля не будет работать! Чтобы купить нужный блок зарядки, нужно умножить количество аккумуляторов в вашей сборке на 4.2.  Т.е. 1х188650 – 4.2v, 2 – 8.4v, 3– 12.6v и так далее.   На алиэкспресс очень много разных блоков питания, просто вбейте в поиск Power supply 4.2v (или какое-то другое необходимое напряжение)

Держатель 18650 аккумуляторов

Далеко не самая важная деталь в вашей сборке. Чтобы аккумуляторы не тряслись можно сколхозить и какие-то варианты из поролона и термоусадк. Но, если хотите чтобы все было красиво и аккуратно — лучше этих держателей ничего нет. 

 

Силиконовый провод

Разумеется, потребуется и провод. И, скажу прямо, хороший кусок добротного, мягкого силиконового провода пригодится даже без переделки или ремонта шуруповерта.

Ну вот, собственно и все.  На алиэкспресс есть абсолютно все что вам может потребоваться для того чтобы заменить в шуруповерте старые 18650 аккумуляторы на новые или перевести шуруповерт с никеля на литий-ионные аккумуляторы.

сэкономить на покупке можно с помощью купонов и промокодов из моего обновляемого списка

К слову, там же на алиэкспресс можно купить множество неплохих аккумуляторных инструментов (подборка один и два) и насадок для шуруповертов

 

Если вы работаете с шуруповертом или любым другим инструментом, наверняка вам пригодится хороший налобный фонарь. Сейчас на алиэкспресс есть возможность купить на самом деле недорогую и хорошую модель: со встроенной зарядкой, хорошим по яркости и цветовой температуре светом, магнитом в торце (идеально для работы под капотом). Если интересно — вот мой полный обзор и сравнение Sofirn SP40

 

Кстати, если вы любите читать, то  есть вариант отлично сэкономить! Книжный сервис ЛИТРЕС, крупнейший в России и странах СНГ дает  четвертую книгу в подарок при покупке трех. Лично я именно там и покупаю книги уже порядка 5 лет.  Ценник и без того доступный, а с таким бонусом выходит совсем небольшим. Есть удобное приложение для чтения и прослушивания книг. По ссылке выше — одна из моих подборок, в есть жирный обновляемый промокод. 

 

Ну и ниже, в разделе «об авторе» есть множество других полезных подборок.

 

Баттерика > отличия между Ni-Cd и Ni-Mh аккмуляторами

Взаимозаменяемы ли никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металл-гидридные (Ni-Mh) аккумуляторы? Какой из них лучше?

Основное отличие Ni-Cd аккумуляторов и Ni-Mh аккумуляторов — это состав. Основа аккумулятора одинаковая — это никель, он является катодом, а аноды разные. У Ni-Cd аккумулятора анодом является металлический кадмий, у Ni-Mh аккумулятора анодом является водородный металлогидридный электрод.

У каждого типа аккумулятора есть свои плюсы и минусы, зная их вы, сможете более точно подобрать необходимый вам аккумулятор.




  Плюсы Минусы
Ni-Cd

  • Низкая цена.
  • Возможность отдавать большой ток нагрузки.
  • Широкий диапазон рабочих температур от -50°C до +40°C. Ni-Cd аккумуляторы даже могут заряжаться при отрицательной температуре.
  • До 1000 циклов заряда-разряда, при правильной эксплуатации.

  • Относительно высокий уровень саморазряда (примерно 8-10%% в первый месяц хранения)
  • После длительного хранения требуется 3-4 цикла полного заряда-разряда для полного восстановления аккумулятора.
  • Обязательно полный разряд аккумулятора перед зарядкой, для предотвращения «эффекта памяти»
  • Больший вес относительно Ni-Mh аккумулятора одинаковых габаритах и ёмкости.
Ni-Mh

  • Большая удельная емкость относительно Ni-Cd аккумулятора (т.е. меньший вес при той же емкости).
  • Практически отсутствует «эффект памяти».
  • Хорошая работоспособность при низких температурах, хотя и уступает Ni-Cd аккумулятору.

  • Более дорогие аккумуляторы в сравнении с Ni-Cd.
  • Большее время зарядки.
  • Меньший рабочий ток.
  • Меньшее количество циклов заряда-разряда (до 500).
  • Уровень саморазряда в 1,5-2 раза выше, чем у Ni-Cd.

Подойдёт ли старое зарядное устройство к новому аккумулятору если я поменяю Ni-Cd на Ni-Mh аккумулятор или наоборот?

Принцип заряда у обоих аккумуляторов абсолютно одинаковый, поэтому зарядное устройство можно использовать от предыдущего аккумулятора. Основное правило зарядки данных аккумуляторов заключается в том, что заряжать их можно только после полной разрядки. Это требование является следствием того, что оба типа аккумулятора подвержены «эффекту памяти», хотя у Ni-Mh аккумуляторов эта проблема сведена к минимуму.

Как правильно хранить Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторы?

Лучшее место для хранения аккумулятора — сухое прохладное помещение, так как чем выше температура хранения, тем быстрее происходит саморазряд аккумулятора. Хранить батарею можно в любом состоянии кроме полного разряда или полного заряда. Оптимальный заряд — 40-60%%. Раз в 2-3 месяца следует проводить дозаряд (по причине присутствующего саморазряда), разряд и снова заряд до 40-60%% ёмкости. Допустимо хранение сроком до пяти лет. После хранения батарею следует разрядить, зарядить и после этого использовать в обычном режиме.

Можно ли использовать аккумуляторы большей или меньшей ёмкости чем аккумулятор из первоначального комплекта?

Ёмкость аккумулятора — это время работы вашего электроинструмента от аккумулятора. Соответственно для электроинструмента нет абсолютно никакой разницы по ёмкости аккумулятора. Фактическая разница будет только во времени зарядки аккумулятора, и времени работы электроинструмента от аккумулятора. При выборе ёмкости аккумулятора следует отталкиваться от ваших требований, если требуется дольше работать, используя один аккумулятор — выбор в пользу более ёмких аккумуляторов, если комплектные аккумуляторы полностью устраивали, то следует остановиться на аккумуляторах равных или близких по ёмкости.

Отличия аккумуляторов NiCd и NiMH, NiZn, NiFe и NiH

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
Опубликовано 23.03.2016 01:31
Автор:
Abramova Olesya


В течение целых пятидесяти лет портативные устройства для автономной работы могли полагаться исключительно на никель-кадмиевые источники питания. Но кадмий очень токсичный материал, и в 1990-х на смену никель-кадмиевой технологии пришла более экологичная никель-металл-гидридная. По сути эти технологии очень схожи, и большинство характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов передались по наследству никель-металл-гидридным. Но тем не менее, для некоторых применений никель-кадмиевые аккумуляторы остаются незаменимыми и используются по сей день.

Изобретенный Вальдмаром Юнгнером в 1899 году, никель-кадмиевый аккумулятор имел несколько преимуществ по сравнению со свинцово-кислотным, единственным существовавшим тогда аккумулятором, однако был более дорогим из-за стоимости материалов. Развитие этой технологии было довольно медленным, но в 1932 году был сделан значительный прорыв — в качестве электрода стал использоваться пористый материал с активным веществом внутри. Дальнейшее усовершенствование было сделано в 1947 году и решило проблему газопоглощения, что позволило создать современную герметичную необслуживаемую никель-кадмиевую батарею.

На протяжении многих лет именно NiCd батареи служили в качестве источников питания для двухсторонних радиостанций, экстренной медицинской техники, профессиональных видеокамер и электроинструмента. В конце 1980-х были разработаны ультраемкие NiCd аккумуляторы, которые потрясли мир своей емкостью, на 60% превышающей показатель стандартной батареи. Это было достигнуто благодаря размещению большего количества активного вещества в батарее, но добавились и недостатки — повысилось внутреннее сопротивление и уменьшилось количество циклов заряда/разряда.

NiCd стандарт остается одним из самых надежных и непритязательных среди аккумуляторных батарей, и авиационная отрасль остается верной этой системе. Тем не менее, долговечность этих аккумуляторов зависит от надлежащего обслуживания. NiCd, и отчасти NiMH аккумуляторы, подвержены эффекту “памяти”, который приводит к потере емкости, если периодически не делать полный цикл разряда. При нарушении рекомендованного режима зарядки аккумулятор будто помнит, что в предыдущие циклы работы его емкость не была использована полностью, и при разряде отдает электроэнергию только до определенного уровня. (Смотрите: Как восстановить никелевый аккумулятор). В таблице 1 перечислены преимущества и недостатки стандартного никель-кадмиевого аккумулятора.



Преимущества Надежный; большое количество циклов при правильном обслуживании
Единственный аккумулятор, способный к ультрабыстрой зарядке с минимальным стрессом
Хорошие нагрузочные характеристики, прощает их преувеличение
Длительный срок хранения; возможность хранения в разряженном состоянии
Отсутствие специальных требований к хранению и транспортировке
Хорошая производительность при низких температурах
Самая низкая стоимость одного цикла работы среди всех аккумуляторов
Доступен в широком диапазоне размеров и вариантов исполнения
Недостатки Относительно низкая удельная энергоемкость в сравнении с более новыми системами
Эффект “памяти”; необходимость периодического обслуживания для его избежания
Кадмий является токсичным материалом, необходима специальная утилизация
Высокий саморазряд; нуждается в подзарядке после хранения
Низкое напряжение ячейки в 1,2 вольта, требует построения многоячеечных систем для обеспечения высокого напряжения

Таблица 1: Преимущества и недостатки никель-кадмиевых батарей.

2. Никель-металл-гидридные аккумуляторы (NiMH)

Исследования никель-металл-гидридной технологии начались еще в 1967 году. Однако нестабильность металл-гидрида тормозила разработку, что в свою очередь привело к развитию никель-водородной (NiH) системы. Новые гидридные сплавы, обнаруженные в 1980-х, решили проблемы с безопасностью, и позволили создать аккумулятор с удельной энергоемкостью на 40% большей, чем у стандартного никель-кадмиевого.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы не лишены недостатков. Например, их процесс зарядки более сложен, чем у NiCd. С саморазрядом в 20% за первые сутки и последующей ежемесячной в 10%, NiMH занимают одну из лидирующих позиций в своем классе. Модифицируя гидридный сплав, можно добиться снижения саморазряда и коррозии, но это добавит недостаток в виде уменьшения удельной энергоемкости. Но в случае использования в электротранспорте, эти модификации весьма полезны, так как повышают надежность и увеличивают срок службы батарей.

3. Использование в потребительском сегменте

NiMH батареи в данный момент являются одними из самых легкодоступных. Такие гиганты отрасли как Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac признали необходимость присутствия на рынке недорогого и долговечного аккумулятора, и предлагают никель-металл-гидридные источники питания разных типоразмеров, в частности АА и ААА. Производителями тратятся большие усилия, чтобы отвоевать часть рынка у щелочных батарей.

В этом сегменте рынка никель-металл-гидридные батареи являются альтернативой перезаряжаемым щелочным батареям, которые появились еще в 1990 году, но из-за ограниченного жизненного цикла и слабых нагрузочных характеристик не снискали успеха.

В таблице 2 сравниваются удельная энергоемкость, напряжение, саморазряд и время работы батареек и аккумуляторов потребительского сегмента. Представленные в АА, ААА и других типоразмерах, эти источники питания могут использоваться в портативных устройствах. Даже если у них может немного различается номинальный вольтаж, состояние разряда, как правило, наступает при одинаковом для всех фактическом значении напряжения в 1 В. Эта широта значений напряжения допустима, так как портативные устройства имеют некоторую гибкость в плане диапазона напряжений. Главное – необходимо вместе использовать только однотипные электрические элементы. Проблемы безопасности и несовместимость напряжения препятствуют развитию литий-ионных батарей в АА и ААА типоразмере.







Тип батареи Емкость АА версии Напряжение Количество остаточной энергии вследствие саморазряда после 1 года Примерное количество возможных снимков цифровой камерой
NiMH 2700 мАч, перезаряжаемая 1,2В 50% 600 снимков
Eneloop* 2400 мАч, перезаряжаемая 1,2В 85% 500 снимков
Обычная щелочная 2800 мАч, неперезаряжаемая 1,5В 95% 10-летний срок хранения 100 снимков
Перезаряжаемая щелочная 2000 мАч, уменьшается при последующих зарядках 1,4В 95% 100 снимков
Литиевая (Li-FeS2) 2500-3400 мАч, неперезаряжаемая 1,5В Крайне низкий саморазряд, 10-летний срок хранения 690 снимков

Таблица 2: Сравнение различных батарей типоразмера АА.

* Eneloop является торговой маркой корпорации Sanyo, основанной на NiMH системе.

Высокий показатель саморазряда NiMH является причиной продолжающейся озабоченности потребителей. Фонарь или портативное устройство с батареей NiMH разрядится, если не пользоваться им несколько недель. Предложение заряжать устройство перед каждым использованием навряд ли найдет понимание, особенно в случае с фонарями, которые позиционируются как источники резервного освещения. Преимущество щелочной батареи со сроком хранения в 10 лет тут видится бесспорным.

В никель-металл-гидридной батарее от Panasonic и Sanyo под торговой маркой Eneloop удалось значительно уменьшить саморазряд. Eneloop может храниться без подзарядки в шесть раз дольше чем обычная NiMH. Но недостатком такой улучшенной батареи является немного меньшая удельная энергоемкость.

В таблице 3 приведены преимущества и недостатки никель-металл-гидридной электрохимической системы. В таблице не учтены характеристики Eneloop и других потребительских торговых марок.



Преимущества На 30-40 процентов большая емкость по сравнению с NiCd
Менее склонны к эффекту “памяти”, могут быть восстановлены
Простые требования к хранению и транспортировке; отсутствие регулирования этих процессов
Экологически чистые; содержат только умеренно токсичные материалы
Содержание никеля делает утилизацию самоокупающейся
Широкий диапазон рабочих температур
Недостатки Ограниченный срок службы; глубокие разряды способствуют ее уменьшению
Сложный алгоритм зарядки; чувствительны к перезаряду
Особые требования к режиму подзарядки
Выделяют тепло во время быстрой зарядки и разряда мощной нагрузкой
Высокий саморазряд
Кулоновская эффективность на уровне 65% (для сравнения у литий-ионных — 99%)

Таблица 3: Преимущества и недостатки NiMH батарей.

4. Железо-никелевые аккумуляторы (NiFe)

После изобретения в 1899 году никель-кадмиевого аккумулятора шведский инженер Вальдмар Юнгнер продолжил исследования и пытался заменить дорогой кадмий более дешевым железом. Но низкая эффективность заряда и чрезмерное газообразование водорода заставили его отказаться от дальнейшего развития NiFe батареи. Он даже не стал патентовать эту технологию.

В 1901 году Томас Эдисон продолжил развитие этой электрохимической системы в качестве замены свинцово-кислотному аккумулятору для электрических транспортных средств. Эдисон был уверен, что NiFe намного превосходит свинцово-кислотную систему и рассчитывал на большой успех на зарождавшемся рынке электротранспорта. Но в итоге автомобили с двигателем внутреннего сгорания полностью заняли рынок, а железо-никелевая батарея не заинтересовала производителей даже в роли стартерного аккумулятора или как источник электричества для осветительных приборов. (Смотрите: История электрических силовых агрегатов).

Железо-никелевый аккумулятор (NiFe) использует в качестве катода гидрат окиси никеля, анода — железо, а электролита — водный раствор гидроксида калия. Ячейка такого аккумулятора генерирует напряжение в 1,2 В. NiFe устойчив к излишнему перезаряду и глубокому разряду; может эксплуатироваться в качестве резервного источника питания в течение более чем 20 лет. Устойчивость к вибрациям и высоким температурам сделали этот аккумулятор самым используемым в горной промышленности в Европе; также он нашел свое применение для обеспечения питания железнодорожной сигнализации, также используется как тяговой аккумулятор для погрузчиков. Можно отметить, что во время Второй мировой войны именно железо-никелевые батареи использовались в немецкой ракете “Фау-2”.

NiFe имеет низкую удельную мощность — примерно 50 Вт/кг. Также к недостаткам стоит отнести плохую производительность при низких температурах и высокий показатель саморазряда (20-40 процентов в месяц). Именно это, вкупе с высокой стоимостью производства, побуждает производителей оставаться верными свинцово-кислотным батареям.

Но железо-никелевая электрохимическая система активно развивается и в недалеком будущем способна стать альтернативой свинцово-кислотной в некоторых отраслях. Перспективно выглядят экспериментальная модель ламельной конструкции, в ней удалось снизить саморазряд аккумулятора, он стал практически невосприимчив к пагубному воздействию пере- и недозарядки, а его срок службы ожидается на уровне 50 лет, что сопоставимо с 12-летним сроком службы свинцово-кислотной батареи в режиме работы при глубоких циклических разрядах. Ожидаемая цена такой NiFe батареи будет сравнима с ценой литий-ионной, и всего в четыре раза превышать цену свинцово-кислотной.

NiFe аккумуляторы, равно как и NiCd и NiMH, требуют особых правил зарядки — кривая напряжения имеет синусоидальную форму. Соответственно, использовать зарядное устройство для свинцово-кислотного или литий-ионного аккумулятора не выйдет, это даже может навредить. Как и все батареи на основе никеля, NiFe боятся перезаряда — он вызывает разложение воды в электролите и приводит к ее потере.

Сниженную в результате неправильной эксплуатации емкость такого аккумулятора можно восстановить путем приложения высоких токов разрядки (соразмерных значению емкости аккумулятора). Данную процедуру необходимо проводить до трех раз с длительностью периода разряда в 30 минут. Также следует следить за температурой электролита — она не должна превышать 46°С.

5. Никель-цинковые аккумуляторы (NiZn)

Никель-цинковый аккумулятор похож на никель-кадмиевый тем, что использует щелочной электролит и никелевый электрод, но отличается по напряжению — NiZn обеспечивает 1,65 В на ячейку, в то время как NiCd и NiMH имеют показатель в 1,20 В на ячейку. Заряжать NiZn аккумулятор необходимо постоянным током с значением напряжения 1,9 В на ячейку, также стоит помнить, что этот вид аккумуляторов не рассчитан для работы в режиме подзарядки. Удельная энергоемкость составляет 100Вт/кг, а количество возможных циклов — 200-300 раз. NiZn не имеет в своем составе токсичных материалов и может быть легко утилизирован. Выпускается в различных типоразмерах, в том числе в АА.

В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на перезаряжаемую никель-цинковую батарею. Позже его разработки были усовершенствованны ирландским химиком Джеймсом Драммом, который установил эти аккумуляторы на автомотрисы, которые курсировали по маршруту Дублин-Брей с 1932 по 1948 год. NiZn не получил должного развития из-за сильного саморазряда и короткого жизненного цикла, вызванного образованиями дендритов, что также часто приводило к короткому замыканию. Но совершенствование состава электролита уменьшило эту проблему, что дало повод снова рассматривать NiZn для коммерческого использования. Низкая стоимость, высокая выходная мощность и широкий диапазон рабочих температур делают эту электрохимическую систему крайне привлекательной.

6. Никель-водородные аккумуляторы (NiH)

Когда в 1967 началась разработка никель-металл-гидридных батарей, исследователи столкнулись с нестабильностью гидритов металла, что вызвало сдвиг в сторону развития никель-водородного (NiH) аккумулятора. Ячейка такого аккумулятора включает в себя инкапсулированный в сосуд электролит, никелевый и водородный (водород заключен в стальной баллон под давлением в 8207 бар) электроды.

NiH имеет номинальное напряжение ячейки в 1,25 В, а удельная энергоемкость составляет 40-75 Вт/кг. Преимуществами являются длительный срок службы, даже при глубоких циклах разряда, устойчивость к окружающим воздействиям вследствие низкого показателя коррозии, минимальный саморазряд и выдающейся диапазон рабочих температур — от -28°С до 54°С. Эти свойства делают NiH батареи идеальным решением для использования в спутниках. Ученые пытались разработать версии и для наземного использования, но низкая удельная энергоемкость и высокая стоимость приводят к нецелесообразности этого направления. Стоимость одной ячейки такого аккумулятора может достигать тысячи долларов. В свое время NiMH батареи заменили в спутниках никель-кадмиевые, сейчас же существует тенденция к замене NiH на литий-ионные. (Смотрите: Альтернативные электрохимические системы).

Последнее обновление 2016-02-16

Li-Ion Vs NiCd Аккумуляторные батареи

Тодд Фратцель об электроинструментах

Эксперты отрасли оценивают

Дебаты литий-ионных и никель-кадмиевых аккумуляторов

Читатели продолжают присылать электронные письма с вопросами о литий-ионных (Li- Ионный) и никель-кадмиевый (никель-кадмиевый или никель-кадмиевый) аккумулятор для аккумуляторных инструментов. Поэтому я обратился к Джейсону Макнилу, менеджеру по продукции компании DEWALT, и Дереку Вико, старшему менеджеру по продукции компании PORTER-CABLE, и попросил их помочь ответить на некоторые из ваших вопросов.

Интервью с Джейсоном МакНилом — DEWALT

«Каковы самые большие преимущества платформы литий-ионных аккумуляторов?»

  • Ограниченный саморазряд — Литий-ионные аккумуляторы способны сохранять текущий уровень заряда в течение продолжительных периодов времени. Если вы перестанете работать в пятницу днем ​​с оставшимся 50% заряда батареи, те же 50% заряда батареи будут в понедельник утром, когда вы вернетесь на работу. Это огромное преимущество перед никель-кадмиевыми батареями, которые могут быть почти полностью разряжены, когда вы вернетесь на работу в тот понедельник из-за саморазряда.
  • Более легкий вес — Литий-ионные батареи легче и меньше по сравнению с никель-кадмиевыми батареями. Это снижает утомляемость и нагрузку на пользователя и позволяет использовать более мелкие инструменты, которые можно использовать в ограниченном пространстве.
  • Больше перезарядок — Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать в два раза больше, чем сопоставимые никель-кадмиевые аккумуляторы. Батареи XRP от DEWALT можно заряжать до 2000 циклов, а у NiCd — от 800 до 1000 циклов.

«Каковы самые большие преимущества / преимущества платформы NiCad Battery?»

  • Проверенная технология — Никель-кадмиевые батареи используются уже 10–15 лет.Это очень надежная, стабильная зрелая технология, которую поставщики хорошо знают.
  • Нет электроники — Никель-кадмиевые батареи не имеют встроенной электроники, как литий-ионные батареи. В конечном итоге это означает, что никель-кадмиевые батареи могут работать до предела по потреблению тока, температуре и разряду, в то время как литий-ионные батареи постоянно контролируются встроенной электроникой. Эта электроника может отключить литий-ионный аккумулятор, если на него сильно нажать два, что может немного раздражать, и с этим трудно справиться.
  • Tough — Никель-кадмиевые батареи просто прочные! Когда дело доходит до экстремальных температур и сильной тяги к усилителю, никель-кадмиевые батареи продолжают работать. Никель-кадмиевые батареи могут иметь большое значение в более крупных инструментах, таких как пилы, и при сверлении с высоким крутящим моментом, где потребность в токе высока.

«Какой тип батареи лучше всего подходит для пользователей, живущих в холодных регионах, таких как здесь, в Новой Англии?»

  • Потребители, живущие в очень холодных или жарких регионах, получат преимущество от никель-кадмиевых батарей.Никель-кадмиевые аккумуляторы не подвержены воздействию экстремальных температур в отличие от литий-ионных аккумуляторов. Это не означает, что литий-ионные аккумуляторы не могут работать в таких климатических условиях, однако это означает, что потребитель должен изменить свой распорядок дня, чтобы аккумуляторы не разогревались до таких экстремальных температур.

«Следует ли потребителям уклоняться от покупки никель-кадмиевых систем из опасения, что в ближайшем будущем они будут прекращены?»

  • Никель-кадмиевые аккумуляторные системы появятся в продаже еще некоторое время.NiCd — более дешевая и стабильная платформа, которая продолжает хорошо работать в индустрии аккумуляторных инструментов. Потребители должны выбирать платформу батарей в соответствии со своими потребностями, поскольку обе технологии будут доступны в течение некоторого времени.

«Существуют ли определенные типы инструментов (например, сверла или пилы), которые лучше подходят для определенного типа батарей?»

  • Литий-ионные аккумуляторы оказывают большое влияние на эргономику аккумуляторных инструментов. Литий-ионные аккумуляторы из-за их меньшего веса и меньшего размера идеально подходят для аккумуляторных дрелей.В то время как другие инструментальные платформы могут извлечь выгоду из литий-ионных швов, лучше всего будут сверла и ударные шайбы.

Интервью с Дереком Вико — PORTER-CABLE

«Каковы преимущества / недостатки Li-Ion и NiCd при различных напряжениях батарей (например, 12 В против 18 В)?»

  • Литиевые преимущества
    Преимущества литий-ионных аккумуляторов, независимо от напряжения, заключаются в компактности и легкости инструментов, которые дольше удерживают заряд по сравнению с никель-кадмиевыми батареями.Литий-ионный продукт может предложить расширенный доступ к приложениям, больший контроль, меньшую утомляемость и превосходный баланс по сравнению с никель-кадмиевым эквивалентом. В категории 12 В преимущества лития действительно проявляются, поскольку весь инструмент может быть чрезвычайно компактным и легким. Новая линейка продуктов 12V Max от PORTER-CABLE — отличный пример того, как литий-ионная технология может привести в действие компактные и мощные инструменты, которые предлагают больший доступ, контроль и эргономику, чем ранее предлагались с помощью никель-кадмиевых решений.
  • NiCd Преимущества
    Из-за наличия электроники, необходимой для безопасного и надежного управления литий-ионными системами, выгоды имеют надбавку в цене. Для литий-ионных аккумуляторов 12 В надбавка меньше, поскольку для управления тремя литий-ионными батареями требуется меньше электроники по сравнению с пятью элементами для 18 В. Помимо более низкой стоимости, технология NiCd может быть хорошим вариантом для пользователей, которые часто работают при экстремально высоких или низких температурах. Никель-кадмиевые батареи будут испытывать меньшие потери эффективности в верхней и нижней полосах температурного спектра.
  • Итак … Что лучше?
    В конце концов, все сводится к потребностям конечного пользователя с точки зрения доступного бюджета, потребностей приложений и климата. Система 18 В PORTER-CABLE была разработана, чтобы позволить пользователям гибко использовать любой аккумуляторный инструмент с литий-ионными или никель-кадмиевыми батареями PORTER-CABLE. С помощью этого типа системы пользователи могут точно настроить свои инструменты для приложения и продолжать развивать свою систему по мере того, как их потребности меняются с течением времени.

.

Преимущества и ограничения различных типов батарей

Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, обладают очень высокой плотностью энергии, обеспечивают 1000 циклов заряда / разряда и тонкие как бумага. Они настоящие? Возможно — но не в одном аккумуляторе. Хотя один тип батарей может быть рассчитан на малый размер и длительное время работы, этот аккумулятор не прослужит долго и изнашивается преждевременно. Другой аккумулятор может быть рассчитан на долгий срок службы, но его размер большой и громоздкий.Третья батарея может обеспечить все желаемые характеристики, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и в ответ предлагают пакеты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений. Индустрия мобильных телефонов является примером умной адаптации. Особое внимание уделяется небольшим размерам, высокой удельной энергии и низкой цене. На втором месте — долголетие.

Надпись NiMH на батарейном блоке автоматически не гарантирует высокую плотность энергии.Призматический никель-металлогидридный аккумулятор для мобильного телефона, например, имеет тонкую форму. Такой блок обеспечивает плотность энергии около 60 Втч / кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH аккумулятор обеспечивает плотность энергии 80 Втч / кг и выше. Тем не менее, количество циклов этой батареи от умеренного до низкого. NiMH аккумуляторы высокой прочности, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в громоздкие цилиндрические элементы. Плотность энергии этих ячеек составляет скромные 70 Втч / кг.

Компромиссы существуют и в отношении литиевых батарей.Литий-ионные блоки производятся для оборонных приложений, которые намного превышают плотность энергии коммерческого эквивалента. К сожалению, эти литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой емкости считаются небезопасными в руках населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения серийного аккумулятора. Так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде, исключаются. Мы тщательно изучаем батареи не только с точки зрения удельной энергии, но и с точки зрения долговечности, характеристик нагрузки, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов.Поскольку никель-кадмиевые батареи остаются стандартом, с которым сравниваются другие батареи, мы сравниваем альтернативные химические составы с этим классическим типом батарей.

Никель-кадмий (NiCd) — зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии. NiCd используется там, где важны длительный срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения — двусторонняя радиосвязь, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и не наносит вреда окружающей среде.

Никель-металлогидрид (NiMH) — имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет сокращения срока службы. NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают мобильные телефоны и портативные компьютеры.

Свинцово-кислотный — самый экономичный для мощных систем, где вес не имеет значения. Свинцово-кислотная батарея является предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем ИБП.

Lithium Ion (Li ‑ ion) — самая быстрорастущая аккумуляторная система.Литий-ионный используется там, где первостепенное значение имеют высокая плотность энергии и легкий вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают портативные компьютеры и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер (литий-ионный полимер) — предлагает атрибуты литий-ионного аккумулятора в сверхтонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основное применение — мобильные телефоны.

На рисунке 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых систем с перезаряжаемыми батареями с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к упражнениям и стоимости.Цифры основаны на средних номиналах имеющихся в продаже батарей на момент публикации.

никель-кадмиевый NiMH Свинцово-кислотный Литий-ионный Литий-ионный полимерный Многоразовые
Щелочные
Гравиметрическая плотность энергии (Втч / кг) 45-80 60-120 30-50 110-160 100–130 80 (начальная)
Внутреннее сопротивление
(включая периферийные цепи) в мОм
От 100 до 200 1
6 В, упаковка
От 200 до 300 1
6 В, упаковка
<100 1
12В в упаковке
От 150 до 250 1
7.2V упаковка
От 200 до 300 1
Пакет 7,2 В
От 200 до 2000 1
Упаковка 6 В
Срок службы (до 80% от начальной емкости) 1500 2

.

типов литий-ионных батарей — Battery University

Ознакомьтесь со многими различными типами литий-ионных батарей.

Литий-ионный назван в честь его активных материалов; слова либо написаны полностью, либо сокращены их химическими символами. Ряд букв и цифр, соединенных вместе, может быть трудно запомнить и еще сложнее произнести, а химический состав батарей также обозначается сокращенными буквами.

Например, оксид лития-кобальта, один из наиболее распространенных Li-ионов, имеет химические символы LiCoO 2 и сокращение LCO.Для простоты в этой батарее также можно использовать сокращенную форму Li-cobalt. Кобальт является основным активным материалом, придающим этой батарее характер. Другие литий-ионные химические соединения имеют аналогичные сокращенные названия. В этом разделе перечислены шесть наиболее распространенных Li-ion. Все показания являются средними оценками на момент написания.

Оксид лития-кобальта (LiCoO 2 ) — LCO

Его высокая удельная энергия делает Li-кобальт популярным выбором для мобильных телефонов, ноутбуков и цифровых фотоаппаратов.Батарея состоит из катода из оксида кобальта и графитового угольного анода. Катод имеет слоистую структуру, и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. При зарядке поток меняется на противоположный. Недостатком литий-кобальта является относительно короткий срок службы, низкая термическая стабильность и ограниченные нагрузочные возможности (удельная мощность). Рисунок 1 иллюстрирует структуру.

Рисунок 1 : Структура литий-кобальта.
Катод имеет слоистую структуру. Во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду; при зарядке поток идет от катода к аноду.
Источник: Cadex


Недостатком литий-кобальта является относительно короткий срок службы, низкая термическая стабильность и ограниченные нагрузочные возможности (удельная мощность). Как и другие литий-ионные аккумуляторы со смесью кобальта, литий-кобальт имеет графитовый анод, который ограничивает срок службы за счет изменения поверхности раздела твердого электролита (SEI), утолщения анода и литиевого покрытия при быстрой зарядке и зарядке при низкой температуре.Новые системы включают никель, марганец и / или алюминий для увеличения срока службы, возможностей загрузки и стоимости.

Литий-кобальт не следует заряжать и разряжать при токе выше, чем его C-рейтинг. Это означает, что аккумулятор 18650 емкостью 2400 мАч можно заряжать и разряжать только при 2400 мА. Принудительная быстрая зарядка или приложение нагрузки выше 2400 мА вызывает перегрев и чрезмерное напряжение. Для оптимальной быстрой зарядки производитель рекомендует ток C 0,8C или около 2000 мА. (См. BU-402: Что такое C-rate).Обязательная схема защиты аккумулятора ограничивает скорость заряда и разряда до безопасного уровня около 1С для энергетического элемента.

Гексагональный паук (рис. 2) суммирует характеристики литий-кобальта с точки зрения удельной энергии или емкости, которая связана со временем работы; удельная мощность или способность отдавать большой ток; безопасность; производительность при высоких и низких температурах; продолжительность жизни , отражающая жизненный цикл и долговечность; а стоит .Другими интересными характеристиками, не показанными в паутине, являются токсичность, способность к быстрой зарядке, саморазряд и срок хранения. (См. BU-104c: Батарея восьмиугольника — Что делает батарею батареей).

Литий-кобальт теряет популярность по сравнению с литий-марганцем, но особенно с NMC и NCA из-за высокой стоимости кобальта и улучшенных характеристик за счет смешивания с другими активными катодными материалами. (См. Описание NMC и NCA ниже.)

Рисунок 2 : Снимок средней литий-кобальтовой батареи.
Литий-кобальт выделяется высокой удельной энергией, но обеспечивает лишь умеренную удельную мощность, безопасность и срок службы.
Источник: Cadex


Сводная таблица

Литий-оксид кобальта: LiCoO 2 катод (~ 60% Co), графитовый анод
Краткая форма: LCO или Li-кобальт. С 1991 г.
Напряжение 3.Номинальное 60В; типичный рабочий диапазон 3,0–4,2 В / элемент
Удельная энергия (мощность)

.

Вторичные (аккумуляторные) батареи — Battery University

Выберите между максимальной продолжительностью работы, длительным сроком службы, малым размером и низкой стоимостью.

Аккумуляторы играют важную роль в нашей жизни, и многие повседневные дела были бы немыслимы без возможности подзарядки. Наиболее распространенными перезаряжаемыми батареями являются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литий-ионные. Вот краткое изложение их характеристик.

  • Свинцово-кислотный — это самая старая система аккумуляторных батарей.Свинцово-кислотный продукт прочен, прост в обращении и имеет экономичную цену, но он имеет низкую удельную энергию и ограниченное количество циклов. Свинцово-кислотный двигатель используется для инвалидных колясок, автомобилей для гольфа, транспортных средств для перевозки персонала, аварийного освещения и источников бесперебойного питания (ИБП). Свинец токсичен, поэтому его нельзя выбрасывать на свалки.
  • Никель-кадмиевый — зрелый и хорошо изученный NiCd используется там, где требуется длительный срок службы, высокий ток разряда и экстремальные температуры. NiCd — одна из самых прочных и долговечных батарей; это единственная химия, которая обеспечивает сверхбыструю зарядку с минимальным напряжением.Основные области применения — электроинструменты, медицинские приборы, авиация и ИБП. Из-за проблем, связанных с окружающей средой, NiCd заменяется другими химическими составами, но он сохраняет свой статус в самолетах благодаря хорошим показателям безопасности.
  • Никель-металлогидрид — служит заменой NiCd, поскольку он содержит только умеренно токсичные металлы и обеспечивает более высокую удельную энергию. NiMH используется в медицинских инструментах, гибридных автомобилях и в промышленности. NiMH также доступен в элементах AA и AAA для потребительского использования.
  • Литий-ионные — литий-ионные заменяют многие приложения, в которых раньше использовались свинцовые и никелевые батареи. Из соображений безопасности литий-ионная батарея нуждается в схеме защиты. Это дороже, чем большинство других батарей, но большое количество циклов и низкие эксплуатационные расходы снижают стоимость цикла по сравнению со многими другими химическими элементами.

В таблице 1 сравниваются характеристики четырех обычно используемых систем с перезаряжаемыми батареями, показывая средние значения производительности на момент публикации.Литий-ионные аккумуляторы делятся на различные типы, названные по их активным материалам: кобальт, марганец, фосфат и титанат. (См. BU-205: Типы литий-ионных аккумуляторов.)

В списке отсутствует популярный литий-ионный полимер, получивший свое название от уникальной системы сепаратора и электролита. Большинство из них представляют собой гибридную версию, которая по своим характеристикам аналогична другим литий-ионным аккумуляторам. Также отсутствует перезаряжаемый литий-металлический аккумулятор, который, как только будут решены проблемы безопасности, может стать выбором батареи с чрезвычайно высокой удельной энергией и хорошей удельной мощностью.Таблица касается только портативных аккумуляторов и не включает большие системы, напоминающие нефтеперерабатывающий завод.


Таблица 1: Характеристики обычно используемых аккумуляторных батарей. Цифры основаны на средних номинальных значениях коммерческих аккумуляторов на момент публикации. Исключаются специальные аккумуляторы с номиналом выше среднего.

  1. Сочетание кобальта, никеля, марганца и алюминия увеличивает удельную энергию до 250 Вт · ч / кг.
  2. Срок службы зависит от глубины разряда (DoD).Мелкий DoD продлевает жизненный цикл.
  3. Срок службы зависит от регулярного обслуживания батареи для предотвращения памяти.
  4. Аккумуляторы со сверхбыстрой зарядкой предназначены для особых целей. (См. BU-401a: Быстрые и сверхбыстрые зарядные устройства)
  5. Саморазряд максимален сразу после зарядки. NiCd теряет 10% в первые 24 часа, затем снижается до 10% каждые 30 дней. Высокая температура и возраст увеличивают саморазряд.
  6. 1,25В — традиционный; 1,20 В. встречается чаще.(См. BU-303: Путаница с напряжениями).
  7. Производители могут оценить напряжение

.