Отличие литий ионных аккумуляторов от никель кадмиевых аккумуляторов: Ni-Cd, Ni-MH и Li-Ion аккумуляторы. В чем разница. Плюсы и минусы — купить на radiosila.ru

Содержание

Ni cd или li ion для шуруповерта

Li-Ion или Ni-Cd Аккумуляторы

Литий-ионные и никель-кадмиевые аккумуляторы – два популярных класса автономных источников питания. Каждый из них имеет определённые границы наилучшего применения, и неудачи пользователей часто связаны с незнанием особенностей работы таких батарей. При многих сходных характеристиках батареи Li-Ion и NiCd отличаются своим химическим составом, воздействием на окружающую среду, применением и стоимостью.

Что общего у Li-Ion и Ni-Cd аккумуляторов

Формы и некоторые параметры данных классов батареек определяются ГОСТ 26692-85. В частности. данный стандарт устанавливает для обоих видов:

  1. Габаритные размеры.
  2. Порядок приёмки и испытания.
  3. Условия безопасного применения.
  4. Комплектность поставки.
  5. Маркировку, упаковку и транспортировку потребителям.
  6. Перечень указаний по безопасной эксплуатации.
  7. Гарантии производителя.

Важно! Поскольку области применения батарей указанного типа постоянно расширяются, то в последнее время введён и применяется ГОСТ Р МЭК 61426-1-2014, в котором оговариваются общие требования к аккумуляторам, используемым в качестве возобновляемых энергоисточников (например, в фотоэнергетике).

Общими являются также диапазоны ёмкостей батареек: и те, и другие могут производиться с показателями от 1,2 до 3,6 А·ч и более. Общим свойством можно назвать и эффективность циклов зарядки/разрядки, которая, в зависимости от конкретного производителя, находится в пределах 70…90%.

Различия между Li-Ion и Ni-Cd батареями

Сопоставим следующие характеристики: сущность электрохимических процессов, воздействие на окружающую среду, стоимость, особенности эксплуатации и производительность, а также практическое применение.

Никель-кадмиевая батарея использует кадмий в качестве анода (отрицательный вывод), оксигидроксид никеля в качестве катода (положительный вывод) и водный гидроксид калия в качестве электролита.

Литий-ионная АКБ использует графит в качестве анода, оксид лития для катода и литиевую соль в качестве электролита. Ионы лития движутся от отрицательного электрода к положительному во время разряда, и в обратном направлении — при зарядке.

Батареи Ni-Cd содержат от 6% (для промышленных источников) до 18% (для потребительских батарей) кадмия, который является токсичным тяжёлым металлом, и поэтому требует особой осторожности при удалении и утилизации использованной батарейки. Такие отходы считаются экологически опасными. В то же время все компоненты литий-ионных аккумуляторов являются безопасными для окружающей среды, поскольку литий не является токсичным металлом.

С точки зрения стоимости литий-ионная батарея стоит примерно на 40 % дороже никель-кадмиевой. Это объясняется существенными производственными затратами на обеспечение дополнительной схемы защиты, которая контролирует параметры напряжения, тока и мощности.

Чем литий-ионный лучше никель-кадмиевого

Самый большой недостаток никель-кадмиевых батарей – их приверженность так называемому «эффекту памяти», когда они разряжаются и перезаряжаются до одного и того же состояния ёмкости несколько раз. Батарея «запоминает» точку в цикле зарядки, в которой началась перезарядка, и во время последующего использования напряжение в этой точке внезапно падает, как если бы батарея разрядилась.

Вместе с тем ёмкость аккумулятора фактически снижается лишь незначительно. Некоторые виды электронных устройств специально разработаны для того, чтобы выдерживать такие пониженные напряжения достаточно долго — чтобы напряжение возвращалось в нормальное состояние. Однако некоторые приборы и гаджеты в этот период отключаются, поэтому батарея кажется «мёртвой» раньше обычного.

Подобный эффект, называемый депрессией напряжения, является результатом многократной перезарядки. В этом случае батарея полностью заряжается, но быстро разряжается после короткого периода работы.

Другой проблемой является эффект «обратной зарядки», который возникает из-за ошибки пользователя, либо когда батарея из нескольких элементов полностью разряжена. Реверсивная зарядка приводит к сокращению срока службы АКБ. Побочным продуктом обратной зарядки является газообразный водород, который является опасным.

Интересный факт: обратная зарядка случается при нерегулярном применении никель-кадмиевых источников питания. Тогда в батареях образуются и распространяются дендриты — тонкие проводящие кристаллы, которые могут проникать через разделительную мембрану между электродами. Это приводит к внутреннему короткому замыканию и преждевременному отказу батареи.

Литиево-ионные аккумуляторы, напротив, не требуют высокого уровня обслуживания. Они могут быть перезаряжены до того, как полностью разрядятся (без формирования «эффекта памяти») и работают в более широком температурном диапазоне. По сравнению с Ni-Cd саморазряд в литий-ионном растворе составляет менее половины от общей ёмкости, что повышает срок службы такого аккумулятора. Поэтому литиево-ионную батарею можно хранить в течение нескольких месяцев без потери заряда.

Чем Никель Кадмиевый АКБ лучше Литий Ионного

Большие Ni-Cd АКБ используются для воздушных стартеров, электромобилей и в качестве источников резервной мощности.

Важно! Заметным недостатком литий-ионной батареи считается её хрупкость. Поэтому для обеспечения безопасной работы такой аккумулятор нуждается в специальной цепи защиты.

Схема защиты рассчитана на ограничение значений пикового напряжение в период зарядки аккумулятора или батарейки. Она исключает возможность пониженного напряжения, которое может наблюдаться при разрядке источника питания. Для предотвращения экстремальных температур и повышения безопасности применения температура внутри корпуса также контролируется. Всё это увеличивает стоимость и повышает габариты литий-ионной АКБ.

Учитывая такие качества, как высокая плотность энергии, отсутствие эффекта памяти и медленная потеря заряда, литий-ионные батареи находят преимущественное применение для военных целей, в аэрокосмической технике, а также как источники питания современных электромобилей (там, где значение имеют малый вес и размеры).

Что лучше: Li-Ion или Ni-Cd

Однозначно на это вопрос ответить невозможно, да и не нужно. Каждый тип аккумуляторов имеет свои рациональные области применения. Ni-Cd батарея дешевле и характеризуется значительным числом циклов зарядки/разрядки (которые, однако, не должны производиться часто!). Li-Ion батарея отличается компактностью размеров, увеличенным временем автономной работы, отсутствием «эффекта памяти», может работать в более широком температурном диапазоне.

Остались вопросы? Задайте их в комментариях!

Что лучше ni mh, ni cd или li ion аккумуляторы

Современный потребитель не представляет своего существования без различных электрических приборов и аппаратов. Для обеспечения их работоспособности необходимо применять элементы питания. Правильный выбор и эксплуатация поможет значительно продлить их срок службы, а также уберечь от аварийных ситуаций.

Особенности строения ni cd аккумуляторов достоинства и недостатки

Аккумулятор никель кадмиевый по своей конструкции представляет собой разнополюсные электроды, разделенные межу собой специальным сепаратором. В качестве электролита применяется щелочной концентрат, зачастую это гидроксид калия, данное вещество не является пожаро и взрывоопасным.

Для увеличения активной площади взаимодействия при гальванической реакции электроды изготавливаются в виде фольги, расхода электролита в процессе эксплуатации не происходит благодаря герметичности корпуса источника питания.

К достоинствам такого элемента питания следует отнести:

  • доступная стоимость относительно аналогичных,
  • возможность отдавать повышенный ток под нагрузкой,
  • допускается ускоренный метода заряда,
  • способность сохранять емкость заряда до -20°С,
  • увеличенное количество циклов заряда-разряда в процессе эксплуатации.

Главными недостатками считаются:

  • повышенный уровень самостоятельного разряда в течение короткого времени,
  • при долгом хранении для восстановления требуют более 5 циклов заряда-разряда,
  • увеличить срок службы возможно только при полном разряде батареи.

Особенности строения ni mh аккумуляторов достоинства и преимущества

Металлгидридные источники питания появились в ходе совершенствования первоначальных вариантов никель кадмиевых. Основное отличие ni mh от ni cd аккумуляторов заключается в использовании в качестве материалов для электродов комбинированных сплавов никеля с редкоземельными металлами.

Разноименные полюса в таких источниках питания свернуты в рулон и разделены между собой специальным сепаратором, изготовленным из крепкого материала. В конструкции корпуса предусмотрено применение средств защиты в виде датчиков давления и предохранительного клапана.

Интересно знать! Никель металлгидридный аккумулятор отличается от своего предшественника пониженным содержанием токсичных веществ.

Положительными свойствами считают:

  • сохраняют рабочие характеристики при пониженных температурах,
  • обладают повышенной емкостью, в чем отличаются аккумуляторы от никель кадмиевых,
  • отсутствие токсичных веществ,
  • уменьшенный эффект памяти.

К отрицательным показателям относят:

  • повышенные свойства самостоятельного разряда,
  • увеличенная стоимость,
  • снижение емкости после 300 циклов заряда-разряда,
  • относительно короткий срок службы.

Li ion аккумуляторы, строение, плюсы и минусы

Литиевые аккумуляторы представляют собой элементы питания анод которых произведен из металла лития. В них повышены некоторые основные характеристики необходимые для современных электронных устройств. Главное отличие литий ионных аккумуляторов от никель кадмиевых считается повышенное рабочее напряжение и увеличенная энергетическая емкость.

Ni mh и li ion в своей конструкции имеют специальные защитные приспособления такие, как датчики давления и предохранительные средства при увеличении внутренней температуры.

К плюсам производители относят:

  • практически полное отсутствие «эффекта памяти»,
  • повышенная внутренняя емкость элемента,
  • малая масса относительно аналогов,
  • минимальный самостоятельный разряд.

К минусам потребители причисляют:

  • повышенную цену, в результате применения редких металлов в конструкции,
  • нетерпимость к минусовым температурам,
  • имеют ограничения по сроку службы.

Никель кадмиевые и литий ионные аккумуляторы схожи между собой в возможности использования при необходимости быстрого заряда повышенными токами.

Характеристика «Эффект памяти»

Одной из важных характеристик при выяснении различия между элементами питания является «эффект памяти», суть данного явления заключается в сохранении батареей начального значения заряда, при котором начали его восполнение.

Ni cd или ni mh аккумуляторы имеют в своих свойствах такой эффект. Данная характеристика считается отрицательной, потому что при неполном разряде батареи она сохранит в дальнейшем это значение и не будет разряжаться полностью. Внутренняя емкость и срок службы при этом значительно понижаются.

У литиевых элементов питания такого эффекта не отмечается, в таком сравнении данная батарея лучше. Повышается удобство, нет необходимости ждать полного понижения заряда, восполнить его можно в любое удобное время без опасения нанесения вреда емкости и сроку службы.

Важно! Перед зарядом ni cd следует полностью разряжать, ni mh рекомендуется разряжать не полностью.

Различие батарей по основным техническим характеристикам

Аккумуляторные батареи, как и любой электрический элемент имеют основные технические показатели, согласно которым можно оценить достоинства того или иного вида. Рассмотрим некоторые характеристики

Напряжение работы и разряда

Значение рабочего напряжения для элементов питания является постоянным показателем и может лишь незначительно меняться в процессе снижения заряда в ходе работы. Nicd или nimh батареи имеют одинаковый номинальный вольтаж равный 1,2 В, а также показание при разряде 0,9 В. У литиевых такие показания значительно отличаются в результате применения активных элементов в своем составе. Рабочее напряжение составляет 3,6 В, при разряде 3 В.

Диапазон рабочих температур

Рабочая температура является важным показателем в ходе эксплуатации элементов питания. Не всегда есть возможность применения электрического оборудования в помещении и в летний период. Для никелевых батарей температурный диапазон довольно широкий, связано это с тем, что в качестве электролита применяется щелочной состав пониженным значением замерзания от -50°С. У литиевого аккумулятора этот показатель несколько выше от -20°С.

Значение высокого предела температур у всех видов практически одинаков и составляет +50°С, +60°С.

Средства защиты и контроля

Ni mh и li ion аккумуляторные батареи имеют в своей конструкции специальные защитные составляющие. В процессе производства устанавливаются датчики температуры и давления, а также предохранительные клапаны.

Внимание! В процессе заряда необходимо правильно устанавливать параметры, а также контролировать их.

Условия хранения для различных элементов питания:

  • никель кадмиевые аккумуляторы могут храниться при полном разряде, и сразу восстанавливают свои характеристики при восполнении заряда,
  • никель металлгидридные батареи полностью не рекомендуют разряжать,
  • литиевые имеют ограниченный срок службы, в связи с этим производителями рекомендуется активное применение, если же требуется хранение элемент питания разряжают наполовину.

Различие в применении

При выборе того или иного аккумулятора для питания различной техники необходимо понимать, какие необходимые свойства будут важны в ходе эксплуатации. Для переносных гаджетов и небольшой радиоэлектроники пригодится подойдет литий ионные или никель металлгидридные батареи, данные потребители не требуют повышенных токов разряда. При питании электроинструмента требуется более высокие показания тока, а также возможность использования аппарата при пониженных температурах без опасения быстрого разряда в таком случае подходят никелевые.

Все рассмотренные элементы питания обладают рядом положительных и отрицательных характеристик. Правильное понимание основных необходимых свойств поможет снизить затраты, а также продлить работоспособность используемого аппарата или прибора.

Чем литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы лучше Ni-Cd или Ni-MH

Ранее мы говорили, что литий-ионные аккумуляторы пришли на смену перезаряжаемым батарейкам Ni-MH и Ni-Cd, как достойная альтернатива, характеризующаяся высокими рабочими качествами. При этом мало кто знает, что до выхода литиевый источников тока было более 20 лет неудачных экспериментов, которые никак не давали положительного результата.

Ситуация кардинально переменилась после того, как учеными был сделан уклон в сторону ионов лития, вместо работы с металлическим литием. И сегодня аккумуляторы на базе литий ионов уже окружают нас повсеместно. Такие элементы питания сейчас используют:

— в фототехнике,
— в мобильных телефонах,
— в компьютерах и ноутбуках,
— в цифровой аппаратуре,
— в смартфонах, планшетах, электронных книгах и даже карманных фонариках.

Принципиальные преимущества Li-ion аккумуляторов

Если разобраться, то литий-ионные аккумуляторные батарейки имеют схожие типоразмеры, аналогичные никель-кадмиевым и никель-металлогидридным вторичным элементам. Форма батареек также может быть 2-х типов:

— цилиндр (в том числе таблетка, кнопка, пуговка),
— параллелепипед (внешне: прямоугольник, блок).

При схожих размерах аккумуляторы литий-ионной схемы накапливают большее количество энергии и дают более высокое напряжение, чем ранее популярные Ni-Cd или Ni-MH источники тока. Например, один литиевый элемент питания (одна батарейка) уже способна заменить 2 никелевые модели по напряжению и срокам службы.

Чем еще литий-ионные аккумуляторы лучше своих предшественников? Да практически всем:

— повышенной плотностью (удельной емкостью) энергии на единицу площади,
— высокой плотностью разрядных токов,
— незначительным и малозаметным саморазрядом,
— длительным сроком службы (10 лет),
— простотой в уходе и эксплуатации,
— отсутствием потребности в «тренировке» после покупки,
— постоянной готовностью к эффективной работе,
— возможностью регулярной незначительной дозарядки,
— широким рабочим температурным диапазоном,
— значительным количеством рабочих циклов (свыше 1000 разряд/зарядов),
— способностью сохранять накопленную энергию,
— отсутствием «эффекта памяти»,
— малым старением без регулярного использования,
— прочими полезными качествами.

Так, заряженная литий-ионная аккумуляторная батарейка может терять за год не более 3% накопленной емкости, что изначально предопределяет длительные сроки ее хранения в условиях, указанных производителем изделия. А спустя 2 года хранения без использования аккумулятор литий ионный может потерять всего 20% былой энергии, и готов в любое время приступить к работе.

Принципиальные недостатки Li-ion аккумуляторов

Этот абзац не будет большим, т.к. заметных недостатков не слишком много. Это:

— сравнительно высокая стоимость,
— «боязнь» перезарядки,
— «боязнь» полного разряда в ноль,
— ограниченный спектр рабочих температур, который выше Ni-MH или Ni-Cd, но все еще не безграничен,
— взрывоопасность при нарушении герметичности корпуса,
— невозможность обеспечить высокие разрядные токи, в чем могут нуждаться мощные портативные электроприборы вроде электробритвы или фотовспышки.

Перспективы развития Li-ion аккумуляторов

1. Уже сегодня аккумуляторы литий ионные считаются экспертами наиболее перспективным классом автономных перезаряжаемых элементов питания.

2. Идет поиск материала, способного заменить дорогостоящий оксид кобальта. При успехе этого поиска цена аккумуляторов может снизиться.

3. Повышение удельной энергоемкости – главное направление поиска ученых, и уже сейчас появляются новые успешные варианты, например, с переходом на литий-полимерную (Li-pol) основу аккумулятора.

В целом, аккумуляторные батарейки Li-ion идеальными, конечно, не назовешь, но высокая плотность накопленной энергии компенсирует здесь все имеющиеся недостатки. И именно поэтому литий-ионные элементы питания получили сегодня столь широкое распространение во всех видах портативной и автономной электротехнике, где компактность и эргономичность имеет большое значение.

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.

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.

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.

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

“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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

“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.

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.

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

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 тренировк(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.

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.

Типы аккумуляторов, их достоинства, недостатки и специфика использования

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion, Lithium Ion)

Достоинства Li-Ion аккумуляторов:

Высокая ёмкость
Малые габариты
Небольшая масса
Отсутствует эффект «памяти»
Низкая степень саморазряда
Возможность форсированной (быстрой) зарядки
Большое количество циклов заряда/разряда

Недостатки Li-Ion аккумуляторов:

Высокая стоимость
Быстрое старение
Чувствительна к низким температурам

Общая информация:

Отсутствие эффекта «памяти» в литиевых аккумуляторах позволяет заряжать и подзаряжать аккумуляторы по мере необходимости, а так же находиться в зарядном устройстве длительное время. Обычно поставляются заряженным на 40-60%. Степень саморазряда литиевого аккумулятора рекордно мала – 3-5% в месяц. При длительном хранении необходима подзарядка не реже, чем раз в 3 месяца. Время работы литиевых аккумуляторов сокращается при температуре ниже 0°С. Срок службы литиевых аккумуляторов составляет от 4 до 6 лет, по прошествии которых ёмкость аккумулятора снизится и он может стать непригоден, не зависимо от интенсивности использования. Номинальное количество циклов заряда/разряда более 1000, максимальное – более 2000 циклов. Восстановлению данные аккумуляторы не подлежат.

Аккумуляторы на основе литий-ионных ячеек эффективны при интенсивном использовании и частых циклах заряда/разряда. В период срока службы такие аккумуляторы будут оптимальны для техники, которая часто и регулярно используется, в сравнении с батареями на основе никеля.

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol, Lithium Polymer)

Достоинства Li-Pol аккумуляторов:

Высокая ёмкость
Малые габариты
Небольшая масса
Отсутствует эффект «памяти»
Низкая степень саморазряда
Большое количество циклов заряда/разряда
Возможность форсированной (быстрой) зарядки
Возможность изготовления любой формы и конфигурации

Недостатки Li-Pol аккумуляторов:

Высокая стоимость
Быстрое старение
Чувствительна к низким температурам

Общая информация:

Литий-полимерные и литий-ионные батареи схожи по своим техническим характеристикам за исключением того, что литий-полимерные аккумуляторы имеют возможность изготовления практически любой формы и конфигурации, что позволяет убрать ограничения в отношении конечной формы, размеров и электрических характеристик. Так же литий-полимерные аккумуляторы имеют более высокие показатели в стандартных тестах на производительность и безопасность (раздавливание, протыкание, вибрация, короткое замыкание, перезаряд, форсированный заряд), но из-за кристаллизации находящегося внутри полимера электрические характеристики сильно ухудшаются при отрицательной температуре.

Аккумуляторы на основе литий-полимерных ячеек эффективны при интенсивном использовании и частых циклах заряда/разряда. Подходят для устройств с нестандартным форм-фактором и специфической конфигурацией.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)

Достоинства LiFePO4 аккумуляторов:

Высокая ёмкость
Отсутствует эффект «памяти»
Устойчивы к переразряду
Не теряют емкость при отрицательных температурах
Низкая степень саморазряда
Срок хранения до 15 лет
Большое количество циклов заряда/разряда
Возможность форсированной (быстрой) зарядки
Не горят при повреждении и не токсичны

Недостатки LiFePO4 аккумуляторов:

Высокая стоимость
Тяжелее относительно Li-Ion

Общая информация:

В отличие от большинства литиевых аккумуляторов LiFePO4 отличаются длительным сроком службы, устойчивостью к отрицательным температурам и безопасностью в эксплуатации. Поставляются заряженным на 40-60%. Могут использоваться вне помещений, так как устойчивы к отрицательным температурам до -30°С. Степень саморазряда менее 1,5% в месяц. Длительное хранение не сказывается негативно на работе. Срок службы достигает 5000 циклов перезарядки, а срок хранения до 15 лет.

Аккумуляторы на основе литий-железо-фосфатных ячеек оптимальны для техники, которая используется вне помещений и периодически остается на хранении длительное время. Область применения – накопители для солнечных панелей и ветрогенераторов, электроавтомобили, водный транспорт, складская техника, гольфкары, электровелосипеды и электроскутеры.

Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd, Nickel Cadmium)

Достоинства Ni-Cd аккумуляторов:

Низкая стоимость
Высокая вероятность восстановления
Работа в широком диапазоне температур
Большое количество циклов заряда/разряда
Возможность форсированной (быстрой) зарядки

Недостатки Ni-Cd аккумуляторов:

Высокая степень саморазряда
Эффект «памяти»
Большие размеры
Токсичность при неправильной утилизации
Срок службы ограничен количеством циклов заряда/разряда

Общая информация:

Никель-кадмиевые аккумуляторы чаще всего поставляются почти полностью разряженными из-за высокой степени саморазряда – 15-20% в месяц. Нахождение в зарядном устройстве длительное время нежелательно, так как сильно ухудшаются характеристики. У никель-кадмиевых аккумуляторов есть эффект “памяти” и что бы избежать проявления этого эффекта требуется регулярно (где-то раз в неделю) полностью разряжать аккумулятор перед зарядкой. Практически нет потери емкости при температуре до -20°C, а рабочий диапазон температур варьируется от -50°C до +70°C. Номинальное количество циклов заряда/разряда более 1000, максимальное – более 2500 циклов. Восстановление данных аккумуляторов возможно с вероятностью 60%.

Специфика использования никель-кадмиевых аккумуляторов обусловлена сроком службы, который зависит от количества циклов заряда/разряда и соблюдения условий зарядки. Наиболее эффективно использование для периодической эксплуатации и в режиме полного разряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH, Nickel Metal-Hydride)

Достоинства Ni-MH аккумуляторов:

Низкая стоимость
Высокая ёмкость
Низкая токсичность
Слабовыраженный эффект “памяти”
Работа в широком диапазоне температур

Недостатки Ni-MH аккумуляторов:

Высокая степень саморазряда
Медленная зарядка
Малое количество циклов заряда/разряда
Сложное и дорогое устройство зарядных устройств

Общая информация:

Никель-металлогидридные аккумуляторы должны храниться полностью заряженными. Степень саморазряда у них крайне высока и достигает 30% в месяц. Нахождение в зарядном устройстве длительное время нежелательно, так как сильно ухудшаются характеристики. У никель-металлогидридныx аккумуляторов слабо выражен эффект “памяти” и рекомендуется регулярно (примерно каждые два месяца) полностью разряжать аккумулятор перед зарядкой. По сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами (Ni-Cd) имеют большую энергетическую плотность (емкость), но требовательны к зарядным устройствам и условиям зарядки. Проявляют хорошую работоспособность при низких температурах, но диапазон рабочих температур не высок – от -10°C до +40°C. Номинальное количество циклов заряда/разряда от 500 до 1000 циклов. Восстановление данных аккумуляторов возможно с вероятностью 15%.

Использование никель-металлогидридных аккумуляторов ограничено сроком службы, однако они обладают большой емкостью и наиболее эффективно их использование в устройствах с низким постоянным потреблением.

Li-polymer или Li-Ion.

Что такое литий полимерный аккумулятор

Разница между

литий-ионным

и

литий-полимерным

типами аккумуляторов значительна
, если полимерный материал выступает в качестве электролита. Здесь вы узнаете особенности каждого типа батареи и сможете сделать правильный выбор
.

Забегая наперёд, поспешим вас успокоить — при покупке смартфона, планшета или ноутбука
тип аккумулятора внутри вам встретится один и тот же
.
И чтобы там ни было указано —
Li-Ion или Li-Po

, это меньше всего повлияет на время работы и характеристики устройства в целом.
.

Например, модель процессора или версия прошивки для общей автономности мобильного гаджета (имейте ввиду, что речь не об инструментах) куда важнее типа аккумулятора. Выбирайте наиболее ёмкую батарею и читайте отзывы от реальных пользователей.

Отличия литий-ионного от литий-полимерного аккумулятора

Во всех известных смартфонах, планшетах, ноутбуках, смарт-часах и других портативных гаджетах наиболее подходящий аккумулятор рассчитывается на этапе проектирования на этапе инженерного конструирования. Производители последние годы с особым усердием стремятся внедрить новейшие технологии энергосбережения.

Порой разработчикам удаётся достичь максимально длительного цикла автономности
. Но в угоду концептуальных особенностей будущего продукта (например, тонкий корпус или огромная камера без увеличения габаритов) даже самые крутые системы экономии расхода заряда могут быть «задушены» .

Поэтому нам покупателям остаётся идти на компромисс и выбирать характеристики, которые подходят для конкретных целей. Ходите в походы или много путешествуете — выбирайте долгий срок службы батареи в ущерб габаритам и грациозному внешнему виду. Любите выкладывать телефон на стол в дорогом ресторане? Тогда отнеситесь к нему как к аксессуару — пусть он будет работать меньше, зато лишний раз подчеркнёт статус владельца.

Тип аккумулятора (литий-ионный и литий-полимерный)
здесь никак не влияет на оценку гаджета — это часть инженерного расчёта
под выбранную концепцию, где стоит выбор между, условно говоря, конструкцией «попроще и дешевле» или «посложнее, но дороже». Если вы хотите самостоятельно определить самый выносливый аппарат среди конкурентов, то лучше обратиться к профессиональным обзорам или хотя бы отзывам реальных пользователей. Эта информация расскажет вам гораздо больше о качестве батареи, чем её принадлежность к литий-ионной или литий-полимерной технологии.

Неважно, какой тип размещён в мобильном устройстве, просто не беспокойтесь об этом!

Вот вам факт от экспертов «Battery University » — в современных гаджетах практически не встречаются литиевые батареи на основе полимера
, нам предлагают литий-ионные полимерные батареи
, в которых применяется ламинированная оболочка
вместо жёстких корпусов, как у обычных литий-ионных батарей.

Чаще всего литий-полимерной батареей называют литий-ионный аккумулятор в эластичной полимерной оболочке с компактными габаритами.

Вы задумывались, почему производители Li-Ion Polymer
на некоторых батареях (например, на iPhone и других смартфонах)? Теперь вы знаете, что здесь на самом деле происходит — из-за сокращённых названий разница между литий-ионным и литий-полимерным аккумулятором, когда речь идёт о портативной электронике, по факту минимальная. Давайте остановимся на этом подробнее.

Плюсы литий-ионной (Li-Ion) батареи

+
высокая плотность
+
нет эффекта памяти
+
низкая стоимость

Основные типы аккумуляторов:

  • Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы
  • Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы
  • Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Для аккумуляторного инструмента никель-кадмиевые аккумуляторы являются фактическим стандартом. Инженерам хорошо известны их достоинства и недостатки, в частности Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы содержат кадмий – тяжёлый металл повышенной токсичности.

У никель-кадмиевых аккумуляторов есть так называемый «эффект памяти» суть которого сводится к тому, что при заряде не полностью разряженного аккумулятора его новый разряд возможен только до того уровня, с которого его зарядили. Другими словами аккумулятор «помнит» уровень остаточного заряда, с которого его полностью зарядили.

Итак, при заряде не полностью разряженного Ni-Cd аккумулятора происходит уменьшение его ёмкости.

Существует несколько способов борьбы с этим явлением. Опишем только самый простой и надёжный способ.

При использовании аккумуляторного инструмента с Ni-Cd аккумуляторными батареями следует придерживаться простого правила: заряжать только полностью разряженные аккумуляторы.

Плюсы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

  • Низкая цена Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов
  • Возможность отдавать наибольший ток нагрузки
  • Возможность быстрого заряда аккумуляторной батареи
  • Сохранение высокой ёмкости аккумулятора до -20°C
  • Большое количество циклов заряда-разряда. При правильной эксплуатации подобные аккумуляторы отлично работают и допускают до 1000 циклов заряда-разряда и более

Минусы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

  • Относительно высокий уровень саморазряда – Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% своей ёмкости в первые сутки после полного заряда.
  • Во время хранения Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% заряда каждый месяц
  • После длительного хранения ёмкость Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора восстанавливается после 5 циклов разряда-заряда.
  • Для продления срока службы Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора рекомендуется каждый раз полностью его разряжать для предотвращения проявления «эффекта памяти»

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы

Эти аккумуляторы предлагаются на рынке как менее токсичные (по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами) и более экологически безопасные, как в производстве, так и при утилизации.

На практике Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы действительно демонстрируют весьма большую ёмкость при габаритах и массе, несколько меньших, чем у стандартных Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов.

Благодаря практически полному отказу от применения токсичных тяжелых металлов в конструкции Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов последние после использования могут быть утилизованы вполне безопасно и без экологических последствий.

У никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижен «эффект памяти». На практике «эффект памяти» практически незаметен из-за высокого саморазряда этих аккумуляторов.

При эксплуатации Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов желательно разряжать их в процессе работы не полностью.

Хранить Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы следует в заряженном состоянии. При длительных (более месяца) перерывах в работе аккумуляторы следует перезаряжать.

Плюсы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

  • Нетоксичные аккумуляторы
  • Меньший «эффект памяти»
  • Хорошая работоспособность при низкой температуре
  • Большая ёмкость по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами

Минусы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

  • Более дорогой тип аккумуляторов
  • Величина саморазряда примерно в 1.5 раза выше по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами
  • После 200-300 циклов разряда-заряда рабочая ёмкость Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижается
  • Батареи Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов имеют ограниченный срок службы

Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Несомненным достоинством литий-ионных аккумуляторов является практически незаметный «эффект памяти».

Благодаря этому замечательному свойству Li-Ion аккумулятор можно заряжать или подзаряжать по мере необходимости, исходя из потребностей. Например, можно подзарядить не полностью разряженный литий-ионный аккумулятор перед важной, ответственной или продолжительной работой.

К сожалению эти аккумуляторы являются наиболее дорогими аккумуляторными батареями. Кроме того литий-ионные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы, независящий от числа циклов разряд-заряд.

Резюмируя можно предположить, что литий-ионные аккумуляторы лучше всего пригодны для случаев постоянной интенсивной эксплуатации аккумуляторного инструмента.

Плюсы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

  • Отсутствует «эффект памяти» и поэтому появляется возможность заряжать и подзаряжать аккумулятор по мере необходимости
  • Высокая ёмкость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Небольшая масса Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Рекордно-низкий уровень саморазряда – не более 5% в месяц
  • Возможность быстрого заряда Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Минусы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

  • Высокая стоимость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Сокращается время работы при температуре ниже нуля градусов Цельсия
  • Ограниченный срок службы

Примечание

Из практики эксплуатации Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов в телефонах, фотокамерах и т. д. можно отметить, что эти аккумуляторы служат в среднем от 4 до 6 лет и выдерживают за это время около 250-300 циклов разряда-заряда. При этом абсолютно точно замечено: больше циклов разряд-заряд – короче срок службы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов!

Все эти типы аккумуляторов имеют такой важный параметр как емкость. Емкость аккумулятора показывает, сколько времени он сможет питать подключенную к нему нагрузку. У радиостанции емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах. Эта характеристика обычно указывается на самой батарее.

Для примера возьмем радиостанцию Альфа 80 и ее батарею емкостью 2800 мАч. При цикле работы 5/5/90, где 5% времени работы радиостанции на передачу, 5% работы на прием, 90% времени дежурный режим — время работы радиостанции составит не менее 15 часов. Чем ниже будет этот параметр у батареи, тем меньше она сможет проработать.

Следите за новостями в наших группах:

Задаетесь вопросом: «Что выбрать: Li-Ion или Li-Po аккумулятор?» Мы подробно расскажем в чем отличие этих двух типов аккумуляторов.

Как всем нам известно, мощность портативного зарядного устройства в большей степени зависит от качества аккумуляторов внутри устройства. На современном рынке существует два вида аккумуляторов, которые используются для производства портативных зарядных устройств: Li-Ion и Li-Po элементы аккумулятора.

Li-Ion или Li-Po: В Чем Различие и Что Выбрать

К сведению пользователей, один из частозадаваемых вопросов касательно портативных зарядных устройств – это: какая разница между аккумуляторами Li-Ion и Li-Po, а также, какой из них лучше. Давайте будем разбираться.

Что же такое Li-Ion и Li-Po?

Li-Ion – это сокращение от литий-ионный, а Li-Po – от литий-полимерный. Окончание «ионный» и «полимерный» — это указание на катод. Литий-полимерный аккумулятор состоит из полимерного катода и твердого электролита, а литий-ионный аккумулятор – из углерода и жидкого электролита. Оба аккумулятора перезаряжаемые, и потом, в том или ином смысле, они оба выполняют одну и ту же функцию. В целом, литий-ионные аккумуляторы старше, чем литий-полимерные, но они по-прежнему широко распространены из-за низкой цены и неприхотливости в техническом обслуживании. Литий-полимерные аккумуляторы считаются более совершенными, с улучшенными характеристиками, обеспечивающими более высокий уровень безопасности, следовательно, такие аккумуляторы стоят дороже, чем литий-ионные.

Существует много конфигураций аккумуляторов Li-Ion. Самые распространенные литий-ионные аккумуляторы для портативных зарядных устройств – это аккумуляторы с типоразмером 18650, диаметром 18мм и длиной 65мм, в которых 0 означает цилиндрическую конфигурацию. Больше 60% портативных зарядок изготовлены из элементов аккумулятора с типоразмером 18650. Размер и вес таких элементов легко позволяет применять их во многих электронных устройствах. Технологии изготовления также не стоят на месте.

Поскольку среди покупателей все больше и больше возрастает спрос на более легкие и компактные портативные зарядки, все более очевидными становятся ограничения, которые влекут за собой литий-ионные аккумуляторы. Поэтому производители переходят на изготовление более легких, более плоских модульных литий-полимерных аккумуляторов для новых портативных зарядных устройств. Более того, литий-полимерные аккумуляторы не так подвержены риску взрыва, а поэтому в портативные зарядки больше не нужно встраивать защитный слой, в то время как большинство литий-ионных 18650 аккумуляторов должны быть установлены только вместе с защитой.

Давайте подытожим информацию про различия между литий-ионом и литий-полимером в виде таблицы.

Ключевые особенности
Li-Ion
Li-Po
Энергетическая плотность Высокая Низкая, с меньшим количеством циклов в сравнении с Li-Ion
Универсальность Низкая Высокая, производители не привязаны к стандартному формату ячеек
Вес Немного более тяжелые Легкие
Ёмкость Ниже Одинаковый объем Li-Po аккумулятора, превосходит по ёмксоти Li-Ion почти в два раза
Жизненный цикл Большой Большой
Взрывоопасность Более высокая Более продуманная безопасность снижает риск перезаряда, а также утечку электролита
Время заряда Немного более длинное более короткое
Изнашиваемость Теряет менее чем 0,1% своей эффективности каждый месяц Более медленней, чем Li-Ion аккумуляторы
Стоимость Более дешевый Более дорогой

После изучения всех преимуществ, недостатков и характеристик двух типов аккумуляторов, вы можете убедиться, что между ними нет сильной конкуренции. Хотя литий-ионный аккумулятор тоньше и изящнее, литий-ионные аккумуляторы отличаются большей удельной энергоемкостью, и потом, они гораздо дешевле в производстве.

Поэтому, не стоит обращать особого внимания на тип аккумулятора, просто выбирайте брендовое портативное зарядное устройство, которое соответствует вашим требованиям. В конце концов, в эти аккумуляторы добавляется множество химикатов, поэтому, еще неизвестно, какие из них прослужат дольше.

Технологии производства аккумуляторов не стоят на месте и постепенно Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы вытесняются на рынке аккумуляторами, в основе производства которых используются литиевые технологии. Литий-полимерные (Li-Po) и литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы всё чаще используются в различных электронных устройствах в качестве источника тока

Литий
— серебристо-белый, мягкий и пластичный металл, твёрже натрия, но мягче свинца. Литий — самый легкий металл в мире! Его плотность составляет 0,543 г/см 3 . Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Месторождения лития имеются в России, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго

Экскурс в историю

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые были внедрены в бытовые устройства. Причем, подчеркну, это были именно батареи. Последовавшие вслед за этим попытки разработать литиевые аккумуляторы (перезаряжающиеся батареи) оказались неудачными из-за проблем, связанных с обеспечением безопасности их эксплуатации. Литий, самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Аккумуляторы, использующие литиевые металлические электроды, характеризуются высоким напряжением, и превосходной емкостью. Но в результате многочисленных исследований в 80-х годах было выяснено, что циклическая работа (заряд — разряд) литиевых аккумуляторов приводит к изменениям на литиевом электроде, в результате которых уменьшается тепловая стабильность и появляется угроза выхода теплового состояния из-под контроля. Когда это происходит, температура элемента быстро приближается к точке плавления лития — и начинается бурная реакция с воспламенением выделяющихся газов. Так, например, большое количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано после нескольких случаев их воспламенения.

Из-за свойственной литию неустойчивости исследователи обратили свой взор в сторону неметаллических литиевых аккумуляторов на основе ионов лития. Немного проиграв при этом с плотностью энергии и приняв некоторые меры предосторожности при заряде и разряде, они получили более безопасные так называемые литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы.

Плотность энергии Li-ion аккумуляторов обычно в несколько раз превышает плотность стандартных NiCd и NiMH аккумуляторов. Благодаря применению новых активных материалов это превосходство ежегодно увеличивается. В дополнение к большой емкости Li-ion аккумулятор при разряде ведет себя аналогично никелевым аккумуляторам (форма их разрядных характеристик похожа и отличается лишь напряжением).

На сегодня существует множество разновидностей Li-ion аккумуляторов, причем можно долго говорить о преимуществах и недостатках того или иного типа, но отличить их по внешнему виду невозможно. Поэтому отметим только те достоинства и недостатки, которые свойственны всем типам этих устройств, и рассмотрим причины, вызвавшие появление на свет литий-полимерных (Li-Po) аккумуляторов.

Li-ion аккумулятор всем был хорош, но проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость привели учёных к созданию литий-полимерного аккумулятора (Li-pol или Li-po).

Основное их отличие от Li-ion отражено в названии и заключается в типе используемого электролита. Первоначально, в 70-х годах, применялся сухой твердый полимерный электролит, похожий на пластиковую пленку и не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом, благодаря чему они имеют гибкую пластиковую оболочку, имеют меньший вес, большую токоотдачу и могут быть использованы в качестве силовых аккумуляторов для устройств с мощными электродвигателями.

Такая конструкция упрощает процесс производства, характеризуется более высокой безопасностью и позволяет выпускать тонкие аккумуляторы произвольной формы. Минимальная толщина элемента составляет около одного миллиметра, так что разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров, вплоть до внедрения его во фрагменты одежды.

Основные преимущества

  • Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости никелевые (NiCd и Ni-MH) аккумуляторы
  • Низкий саморазряд
  • Высокое напряжение единичного элемента (3.6-3.7V против 1.2V-1.4 у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители применяют в различных компактных электронных устройствах (сотовые телефоны, коммуникаторы, навигаторы и пр.) именно такой одноэлементный аккумулятор
  • Толщина элементов от 1 мм
  • Возможность получать очень гибкие формы

Недостатки

  • Аккумулятор подвержен старению, даже если он не используется и просто лежит на полке. По вполне очевидным причинам производители об этой проблеме умалчивают. Часы начинают тикать с того момента, как аккумуляторы произвели на заводе, и снижение емкости является результатом повышения внутреннего сопротивления, которое в свою очередь порождается окислением электролита. В итоге внутреннее сопротивление достигнет такого уровня, когда аккумулятор больше не сможет отдавать накопленную энергию, хотя ее в аккумуляторе будет достаточно.Через два или три года он часто становится непригодным к использованию.
  • Более высокая стоимость по сравнению с NiCd и Ni-MH аккумуляторами
  • При использовании литий-полимерных аккумуляторов, всегда есть риск их воспламенения, которое может случиться вследствие замыкания контактов, от неправильной зарядки, или механического повреждения аккумулятора. Так как температура горения лития очень высока (несколько тысяч градусов), то он может воспламенить рядом стоящие предметы и вызвать пожар.

Основные характеристики Li-Po аккумуляторов

Как было сказано выше, литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd и Ni-MH аккумуляторы в несколько раз. Срок службы современных Li-Po аккумуляторов, как правило, не превышает 400-500 циклов заряд-разряд. Для сравнения, срок службы современных Ni-MH аккумуляторов с низким саморазрядом составляет 1000-1500 циклов.

Технологии производства литиевых аккумуляторов не стоят на месте и названные выше цифры в любой момент могут потерять актуальность, т.к. производители аккумуляторов с каждым месяцем наращивают их характеристики за счёт внедрения новых технологических процессов их производства.

Из всего многообразия литий-полимерных аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выделить две основные группы — быстро-разрядные
(Hi Discharge) и обычные
. Отличаются они между собой максимальным разрядным током — его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой буквой «С».

Области применения Li-Po аккумуляторов

Применение Li-Po аккумуляторов позволяет решить две важные задачи — увеличить время работы устройств и снизить вес батареи

Обычные
Li-Po аккумуляторы применяются в качестве источников питания в электронных устройствах с относительно небольшим токопотреблением (мобильные телефоны, коммуникаторы, ноутбуки и т. д.).

Быстро-разрядные
литий-полимерные аккумуляторы часто называют «силовыми
» — такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением. Ярким примером применения «силовых» Li-Po аккумуляторов являются радиоуправляемые модели с электродвигателями и современные гибридные автомобили. Именно в этом сегменте рынка происходит основная конкурентная борьба различных производителей Li-Po аккумуляторов.

Единственная область, где пока литий-полимерные аккумуляторы уступают никелевым — это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторы стоят примерно столько же, сколько NiMH. Но в этом сегменте рынка уже появились конкуренты — (Li-Fe), технология производства которых развивается с каждым днём.

Зарядка Li-Po аккумуляторов

Заряд большинства Li-Po аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму — от источника постоянного напряжения 4.20V/элемент с ограничением тока в 1С (некоторые модели современных силовых Li-Po аккумуляторов позволяют заряжать их током в 5С). Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0.1-0.2С. До перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1C аккумулятор набирает примерно 70-80% емкости. Для полной зарядки необходимо время около 1-2 часов. К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда — не хужу 0,01 V/банку.
Из представленных на рынке зарядных устройств можно выделить два основных типа — простые, не «компьютерные» зарядники в ценовой категории 10-40$, предназначенные только для литиевых аккумуляторов, и универсальные зарядные устройства в ценовой категории 80-400$, предназначенные для обслуживания различных типов аккумуляторов.

Первые, как правило, имеют только светодиодную индикацию заряда, количество банок и ток в них выставляются перемычками или путём подключения аккумулятора к различным разъемам на зарядном устройстве. Достоинство таких зарядных устройств — низкая цена. Главный недостаток — некоторые из таких устройств не умеет правильно определять окончание заряда. Они определяют лишь момент перехода от режима стабилизации тока к режиму стабилизации напряжения, что составляет примерно 70-80% емкости.

У второй группы зарядников возможности намного шире, как правило, они все показывают напряжение, ток, и емкость в мАч, которую аккумулятор «принял» в процессе заряда, что позволяет более точно определять, насколько заряжен аккумулятор. При использовании зарядного устройства самое главное — правильно выставить на заряднике нужное количество банок в батарее и ток заряда, который, как правило, равен 1C.

Эксплуатация Li-Po аккумуляторов и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» из существующих, т.е. требуют обязательного соблюдения нескольких несложных правил. Перечислим их в порядке убывания опасности:

  1. Перезаряд аккумулятора — заряд до напряжения, превышающего 4.20V на банку
  2. Короткое замыкание аккумулятора
  3. Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или приводящим к нагреву Li-Po аккумулятора cвыше 60°С
  4. Разряд ниже напряжения 3V на банку
  5. Нагрев аккумулятора выше 60ºС
  6. Разгерметизация аккумулятора
  7. Хранение в разряженном состоянии

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, всех остальных — к полной или частичной потере емкости

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

  • Чтобы не было пожара, надо иметь нормальный зарядник и правильно выставлять на нем число заряжаемых банок
  • Необходимо также использовать разъемы, исключающие возможность короткого замыкания батареи и контролировать ток, потребляемый устройством, в котором установлен Li-Po аккумулятор
  • Необходимо быть уверенным, что ваше электронное устройство,в котором установлен аккумулятор не перегревается. При +70ºС в аккумуляторе начинает идти «цепная реакция», превращающая запасенную им энергию в тепло, аккумулятор буквально растекается, поджигая все, что может гореть
  • Если замкнуть почти разряженный аккумулятор, то пожара не будет, он тихо и мирно «умрет» из-за переразряда
  • Следите за напряжением в конце разряда аккумулятора и обязательно отключайте его после работы
  • Разгерметизация — так же причина выхода литиевых аккумуляторов из строя. Внутрь элемента не должен попадать воздух. Это может произойти при повреждении внешнего защитного пакета (аккумулятор запаян в пакет наподобие термоусадочной трубки) в результате удара, или повреждения острым предметом, или при сильном перегреве вывода аккумулятора при пайке. Вывод — не ронять с большой высоты и паять аккуратно
  • Хранить аккумуляторы, судя по рекомендациям производителей, следует в заряженном на 50-70% состоянии, лучше в прохладном месте, при температуре не выше 30°С. Хранение в разряженном состоянии отрицательно сказывается на сроке службы. Как и у всех аккумуляторов, у литий-полимерных есть небольшой саморазряд.

Сборка Li-Po батарей

Для получения батарей с высокой токоотдачей или большой емкости используют параллельное соединение аккумуляторов. Если вы покупаете готовую батарею, то по маркировке можно узнать, сколько в ней банок и как они соединены. Буква Р (parallel) после числа обозначает количество соединенных параллельно банок, a S (serial) — последовательно. Например, «Kokam 1500 3S2P» обозначает батарею, соединенную последовательно из трех пар аккумуляторов, и каждая пара образована двумя параллельно соединенными аккумуляторами емкостью по 1500 мАч, т.е. емкость батареи будет 3000 мАч (при соединении параллельно емкость возрастает), а напряжение — 3,7V х 3=11,1V.

Если вы покупаете аккумуляторы отдельно, то перед соединением их в батарею нужно уравнять их потенциалы, особенно это касается варианта параллельного включения, так как при этом одна банка начнет заряжать другую и зарядный ток может превысить значение 1C. Желательно, все купленные банки перед соединением разрядить до 3V током около 0.1- 0.2С. Напряжение надо контролировать цифровым вольтметром с точностью не ниже 0.5%. Это обеспечит надежное функционирование батареи в будущем.

Выравнивание потенциалов (балансировку) также желательно проводить даже уже на собранных фирменных батареях перед их первым зарядом, так как многие фирмы, собирающие элементы в батарею, не балансируют их перед сборкой.

Из-за падения емкости в результате эксплуатации ни в коем случае нельзя добавлять новые банки последовательно старым — батарея будет при этом разбалансирована.

Конечно, также нельзя соединять в батарею аккумуляторы разных, даже близких емкостей — например 1800 и 2000 мАч, а также использовать в одной батарее аккумуляторы разных производителей, поскольку различное внутренне сопротивление приведет к разбалансировке батареи.

При пайке следует соблюдать аккуратность, нельзя допускать перегрева выводов — это может нарушить герметизацию и навсегда «убить» еще не поработавший аккумулятор. Некоторые Li-Po аккумуляторы поставляются с уже припаянными к выводам кусочками текстолитовой печатной платы для удобства распайки проводов. При этом добавляется лишний вес — около 1 г на элемент, зато греть места для припайки проводов можно гораздо дольше — стеклотекстолит плохо проводит тепло. Провода с разъемами следует закрепить на корпусе батареи, хотя бы скотчем, чтобы случайно не оторвать их при многократном подключении к зарядному устройству

Нюансы применения Li-Po аккумуляторов

Приведу еще несколько полезных примеров, вытекающих из ранее сказанного, но неочевидных на первый взгляд …

В течение долгой эксплуатации батареи ее элементы из-за изначального небольшого разброса емкостей становятся несбалансированными — какие-то банки «стареют» раньше других и теряют свою емкость быстрее. При большем числе банок в батарее процесс идет быстрее. Отсюда вытекает следующее правило — необходимо контролировать емкость каждого элемента батареи
.

В случае обнаружения в сборке аккумулятора, ёмкость которого отличается от других элементов более, чем на 15-20%, рекомендуется отказаться от использования всей сборки, или из оставшихся аккумуляторов спаять батарею с меньшим количеством элементов.

Современные зарядные устройства имеют встроенные балансиры (balancer), которые позволяют заряжать все элементы в батареи отдельно под чётким контролем. Если зарядное устройство не оборудовано балансиром, то его необходимо приобрести отдельно и заряд аккумуляторов желательно производить с его использованием.

Внешний балансир — это небольшая плата, подключаемая к каждой банке, содержащая нагрузочные резисторы, схему управления и светодиод, показывающий, что напряжение на данной банке достигло уровня 4.17-4.19V. При превышении напряжения на отдельном элементе порога в 4.17V балансир замыкает часть тока «на себя», не позволяя напряжению превысить критический порог.

Следует добавить, что от переразряда некоторых банок в разбалансированной батарее балансер не спасает, он служит только для защиты от повреждения элементов при заряде и средством определения «плохих» элементов в батарее.

Вышесказанное относится к батареям, составленных из трех элементов и более, для двух-баночных батарей балансиры, как правило, не применяют

По многочисленным отзывам, разряд литиевых аккумуляторов до напрряжения 2. 7- 2.8V более губительно сказывается на емкости, чем, например перезаряд до напряжения 4.4V. Особенно вредно хранить батарею в переразряженном состоянии.

Существует мнение, что литий-полимерные аккумуляторы нельзя эксплуатировать при отрицательных температурах. Действительно, в технических характеристиках на батареи указан рабочий диапазон 0-50°С (при 0°С сохраненяется 80% емкости аккумулятора). Но тем не менее, использовать Li-Po аккумуляторы при отрицательных температурах, около-10…-15°С, можно. Дело в том, что не нужно перед использованием морозить батарею — положите ее в карман, где тепло. А в процессе использования внутреннее выделение тепла в аккумуляторе оказывается в данный момент полезным свойством, не позволяя батарее замерзнуть. Конечно, отдача аккумулятора будет несколько ниже, чем при нормальной температуре.

Заключение

Учитывая, какими темпами двигается технический прогресс в области электрохимии, можно предположить, что будущее за литиевыми технологиями накопления энергии, если их не догонят топливные элементы. Поживем — увидим…

В статье использованы материалы статей Сергея Потупчика и Владимира Васильева

Подавляющее большинство жителей развитых стран имеют мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки. Когда вы приобретаете какой-нибудь гаджет в магазине, скорее всего, даже не задумываетесь о типе аккумулятора в нём. И это неудивительно. Технологии быстро развиваются, в том числе, в сфере аккумуляторов. Не так давно в мобильной электронике использовались Ni─Cd аккумуляторы, которые потом сменили Ni─MH. Затем появились литий─ионные, которые быстро завоевали рынок портативных гаджетов. И вот теперь их теснят литий─полимерные батареи. В какой-то момент пользователь начинает задумываться о том, какая аккумуляторная батарея у него. В чём её преимущества и недостатки? В этой заметке мы попытаемся понять, в чём заключается отличие литий─полимерного аккумулятора от литий─ионного.

Работы по созданию аккумуляторов с использованием лития велись достаточно давно. Но первые работоспособные экземпляры для бытовой техники появились только в 70-е годы прошлого столетия. Но тогда это были несовершенные модели с электродами из металлического лития. И эксплуатация таких аккумуляторов проблематичной в плане безопасности. Оставалось много нерешенных проблем с процессом заряда и разряда таких батарей.

Дело в том, что металлический литий очень активен и обладает высоким электрохимическим потенциалом. Его использование в аккумуляторах позволяет значительно увеличить энергетическую плотность. Аккумуляторные батареи с электродами из металлического Li, которые были разработаны первыми, имеют высокое напряжение и большую ёмкость. Однако постоянная работа такого аккумулятора в режиме заряда и разряда приводит к тому, что литиевый электрод изменяется.

Это приводит к тому, что стабильность работы нарушается и возникает угроза воспламенения из-за неконтролируемого протекания реакции в батарее. Аккумуляторный элемент быстро нагревается и, когда температура поднимается до плавления лития, то идёт бурная реакция с воспламенением. С этим были связаны отзывы первых аккумуляторов литиевого типа в потребительской электронике в начале 90-х годов.

В результате учёные стали заниматься разработкой АКБ на основе ионов Li. Из-за того, что пришлось отказаться от использования металлического лития, несколько уменьшилась энергетическая плотность. Но зато были решены проблемы с безопасностью при эксплуатации АКБ. Эти новые аккумуляторы получили название литий─ионных.


Энергетическая плотность литий─ионных аккумуляторов в 2─3 раза (в зависимости от используемых материалов) выше, чем у . При разряде Li─Ion аккумуляторы показывают схожие с Ni─Cd характеристики. Единственное, в чём они им уступают – это работа при сверхвысоких токах разряда (более 10С).
К настоящему времени уже выпущено немало различных модификаций литий─ионных аккумуляторов.

Они отличаются материалом, используемым в качестве катода, форм-фактором и по некоторым другим параметрам. Их однозначно характеризует конструкция, в которую входят электроды, погружённые в жидкий электролит, содержащий ионы лития. Этот аккумуляторный элемент помещён в герметичную металлическую оболочку (сталь, алюминий). Для управления процессами заряда и разряда в литий─ионных аккумуляторных батареях есть печатная плата, называемая контроллером.

Чтобы картина по Li─Ion батареям была полной, рассмотрим их преимущества и недостатки.

Преимущества Li─Ion

  • Небольшой саморазряд;
  • Высокая энергетическая плотность и ёмкость по сравнению со щелочными;
  • Один аккумуляторный элемент имеет напряжение около 3,7 вольта. Для кадмиевых и металлогидридных это значение 1,2 вольта. Это позволяет значительно упростить конструкцию. В телефонах, например, используются батареи, имеющие в своём составе только одну банку;
  • Отсутствует эффект памяти, а значит, упрощается обслуживание АКБ.

Недостатки Li─Ion

  • Необходим контроллер. Это печатная плата, которая контролирует напряжение аккумуляторного элемента или элементов, если их несколько. Плата также контролирует максимальный ток разряда, а в некоторых случаях и температуру банки. Без контроллера невозможна безопасная эксплуатация литий─ионной АКБ;
  • Деградация Li─Ion системы идёт даже при хранении. То есть, через год ёмкость батареи ощутимо уменьшается, даже если она не используется. Аккумуляторы других типов (щелочные, свинцово-кислотные) тоже постепенно деградируют в процессе хранения, но у них это менее выражено;
  • Цена литий─ионных выше, чем кадмиевых или .


Возможности литий─ионной технологии не выработаны до конца. Поэтому постоянно появляются новые батареи, где решаются те или иные проблемы этого типа АКБ. Подробнее о том, что представляет собой читайте в статье по указанной ссылке.

Li─Pol аккумулятор

Из-за проблем с обеспечением безопасности при заряде-разряде Li─Ion аккумуляторов стали вестись дальнейшие разработки модификаций этих батарей. В результате были разработаны литий─полимерные аккумуляторы. Их отличие от ионных в применяемом электролите. Стоит сказать, что первые разработки в этом направлении велись одновременно с Li─Ion технологией. Ещё в прошлом столетии был впервые использован сухой электролит из твёрдого полимера. По внешнему виду он похож на плёнку из пластика. Этот полимер не проводит ток, но не препятствуйте ионному обмену, который подразумевает движение заряженных атомов или их групп. Помимо содержания в нём электролита, полимер ещё выступает как пористый сепаратор между электродами.

Новая конструкция позволила повысить безопасность и упростить производство аккумуляторов. И ещё более важно то, что литий─полимерные аккумуляторы могут быть выпущены практически любой формы и очень малой толщины (до 1 миллиметра).
Это позволяет делать различные устройства, работающие от Li─Pol аккумуляторных батарей, тонкими, компактными и изящными. Некоторые литий─полимерные аккумуляторные батареи могут быть даже вшиты в одежду.

Естественно, что есть и недостатки. В частности, Li─Pol аккумуляторы с сухим электролитом имеют низкую электрическую проводимость в условиях комнатной температуры. Это объясняется тем, что при этой температуре их внутреннее сопротивление большое, что препятствует выдаче разрядного тока, необходимого для работы портативной электроники.

Если нагреть литий─полимерный аккумулятор до 60 градусов Цельсия, то проводимость увеличивается. Понятно, что это не годится для использования в телефонах или планшетах. Однако аккумуляторы с сухим полимером нашли свою нишу на рынке. Их используются в роли запасных источников питания в условиях повышенных температур. Есть варианты, когда ставятся нагревательные элементы для обеспечения температуры, необходимой для нормальной работы аккумулятора.

Здесь стоит пояснить ещё один важный момент. Наверняка все видели, что в смартфонах, планшетах и ноутбуках уже давно используются аккумуляторы с пометкой Li─Pol. Это литий─полимерные аккумуляторы гибридного типа, если так можно выразиться. Они представляют собой нечто среднее между Li─Ion и батареями с сухим полимером. Производители, выпускающие литий─полимерные аккумуляторы, используют в них в роли электролита гелеобразное вещество с ионами лития.

Так, что практически все литий─полимерные аккумуляторы в современных мобильных гаджетах используют гелеобразный электролит. По своей конструкции они представляют собой гибрид ионных и полимерных батарей. В чём же отличие между ионными и полимерными АКБ с гелеобразным электролитом? Их основные электрохимические параметры примерно одинаковы. Отличие таких гибридных АКБ заключается в том, что в них вместо пористого сепаратора используется твёрдый электролит. Он, как говорилось выше, ещё и выполняет роль пористого сепаратора. А электролит в гелеобразном состоянии используется для того, чтобы увеличить электропроводимость ионов.

Литий─полимерные аккумуляторы всё больше распространяются на рынке и за ними будущее. По крайней мере, в сегменте бытовой техники и потребительской электроники. Но пока их внедрение идёт не очень активно. Некоторые эксперты на рынке объясняют это тем, что слишком много средств было вложено в разработку Li─Ion батарей. И инвесторы просто хотят «отбить» вложенные деньги. читайте по ссылке.

Виды аккумуляторов для мобильной техники / Sandbox / Habr

Заметка о видах аккумуляторов (собрана информация из разных источников, чтоб иметь представление), плюсы и минусы.

NiCd (никель-кадмиевые)

  • максимум 80 Вт/кг
  • энергетическими потери от 20 до 30% в месяц
  • 1500 циклов
  • эффекта памяти
  • высокий саморазряд (до 10 % в течение первых 24-х часов)

NiMH (Никель-металлгидридные)

  • Максимум 120 Вт/кг
  • энергетическими потери от 20 до 30% в месяц
  • 500 циклов
  • эффект памяти
  • высокий саморазряд (до 20 % в течение первых 24-х часов)

Li-ion (литий-ионные)

  • Максимум 160 Вт/кг
  • энергетическими потери 4-6 % за первый месяц, затем — существенно меньше: за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости.
  • 1000 циклов
  • не имеют эффекта памяти
  • «обратный отсчёт» литиево-ионного аккумулятора начинается сразу же после его производства
  • следует использовать только зарядное устройство из комплекта поставки
  • эти батареи никогда не следует замыкать накоротко (приводят сгоранию аккумулятора и опасно для жизни)

Li-pol (литий-полимерные)

  • максимум 230 Вт/кг
  • 1000—5000 циклов
  • саморазряд 3 % в месяц

Li-ion: В некоторых патологических случаях электрод из оксида лития и кобальта может превратиться во время зарядки в чистый металлический литий. Если это произойдёт, то аккумулятор очень сильно нагреется и может даже загореться. Чтобы этого не случилось, во время зарядки необходимо отслеживать температуру аккумулятора и входной уровень мощности. Кроме того, во время зарядки нельзя подвергать избыточному напряжению ни один из отдельных элементов. Наконец, во время разрядки следует следить, чтобы уровень напряжения не спадал ниже минимального порога. Всё это требует аккуратного обращения с литиево-ионными аккумуляторами. Необходимость подобных мер, как вы понимаете, негативно сказывается на ценности литиево-ионных аккумуляторов.

В отличие от аккумуляторов NiMH, батареи Li-Ion не предназначены для долговременного хранения заряда (до нескольких лет). После производства литиево-ионный элемент уже начинает стареть. Хранение полностью заряженного элемента Li-Ion при высоких температурах приведёт к заметному и необратимому падению ёмкости в течение шести-двенадцати месяцев. Скорость падения ёмкости сильно связана с уровнем заряда аккумулятора и окружающей температурой. Если ноутбук будет работать полностью (или почти полностью) от розетки электрической сети, то аккумулятор у него лучше снять.

Многие производители аккумуляторов рекомендуют хранить их при температуре около 15° C или меньше, с уровнем заряда около 40%. Меньший уровень заряда допускать не следует, чтобы избежать потенциального повреждения аккумулятора из-за глубокой разрядки. Внутренний уровень энергопотребления аккумулятора составляет около 8%, именно поэтому те же производители рекомендуют подзаряжать хранимый аккумулятор до 40% каждые шесть месяцев или около того. Аккумуляторы Li-Ion и NiMH лучше всего хранить в холодильнике. Чтобы защитить их от влаги, упакуйте аккумулятор в пластиковый пакет (лучше в двойной).

* Эффекта памяти:

Аккумуляторы NiCd и NiMH страдают от так называемого эффекта памяти, который срабатывает после определённого периода использования. Эффект проявляет себя уменьшением ёмкости аккумулятора по мере роста срока его использования. Эффект связан с превращением вещества внутри батареи в кристаллическую структуру (рост кристалла). В итоге возрастает внутреннее сопротивление, поэтому уровень напряжения оказывается меньше, чем в новом элементе. Кроме того, снижается способность элемента накапливать энергию.

Лучшим способом избавления от эффекта памяти является отключение ноутбука от сети после полной зарядки батареи, после чего ноутбук должен проработать от аккумулятора до полного исчерпания заряда. Если вы не планируете использовать аккумулятор некоторое время, то лучше всего его полностью разрядить (насколько можно) и хранить в сухом и прохладном месте. Избегайте высоких температур, а также переохлаждения ниже нуля. Мы не рекомендуем хранить полностью заряженные элементы NiMH, поскольку при этом эффект памяти только увеличивается.

*Емкость, выраженная в ампер-часах (Ah). Она характеризует способность аккумулятора давать определенный ток в течение определенного времени. Например, емкость 40 ампер-час означает, что аккумулятор может давать ток в 1 ампер в течение 40 часов (или в 2 ампера в течение 20 часов и т. д.).

Какие бывают аккумуляторы для инверторов и ИБП: основные типы и отличия


Простые источники бесперебойного питания, которые мы используем в быту, состоят из аккумулятора и инвертора напряжения. Более сложные источники имеют множество расширенных возможностей и аккумуляторов, соединенных между собой параллельно, за счет чего достигается их большая мощность, такими являются промышленные и серверные ИБП. Перемычки для соединения аккумуляторов применяются в источниках с более чем одним аккумулятором. Они обеспечивают соединение батарей в ИБП и увеличение его мощности.


Наиболее слабой частью ИБП является аккумуляторная батарея, так как для обеспечения ее продолжительной службы нужны идеальные условия, которые невозможно воспроизвести в быту. Именно аккумуляторные батареи определяют длительность резервного питания и мощность источника. ИБП без аккумулятора существовать не может. Поэтому важно грамотно подходить к выбору батарей для источников. В этой статье мы рассмотрим аккумуляторы для инверторов и ИБП: какие они бывают, когда требуется замена батареи UPS и какие АКБ лучше выбрать.

Виды батарей для ИБП


В современном мире выпускается много различных типов аккумуляторных батарей, вот некоторые из них: марганцево-цинковые, никель-водородные, литий-полимерные, литий-ионные, серебряно-цинковые, никель-кадмиевые, медно-литиевые, свинцово-кислотные. Каждый вид АКБ имеет различное предназначение, различные свойства, различную конструкцию и различную стоимость.


Литий-ионный аккумулятор для ИБП


Литий-ионные батареи обладают большой удельной емкостью, что позволяет использовать их для питания мощных потребителей. При этом Li-Ion батареи имеют компактные размеры и малый вес.


Достоинства литий-ионных аккумуляторов: низкая стоимость обслуживания, отсутствие потери емкости, низкая скорость саморазряда, высокая энергетическая плотность, высокая надежность работы.


Недостатки: требуются специальные зарядные устройства, обладают эффектом старения, хранение допускается только в заряженном виде, малый диапазон рабочих температур, высокая стоимость.

Свинцово-кислотный аккумулятор для ИБП


Данный вид батарей получил наибольшее распространение, и не только в компьютерных ИБП.


Достоинства: длительность циклов работы, расширенный диапазон рабочих температур, стабильность напряжения, высокая надежность, низкий саморазряд, низкая стоимость, совершение до тысячи циклов разряда-заряда.


Недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов: потеря работоспособности после глубоких разрядов, малая удельная емкость, большие габариты и вес.

Никель-металлогидридный аккумулятор для ИБП


Ni-MH аккумуляторы не получили широкого распространения в связи со сложностями в эксплуатации.


Достоинства Ni-MH батарей: отсутствие снижения уровня емкости, большая энергетическая плотность, стабильная работа, высокая удельная емкость.


Недостатки: высокий уровень расходов на эксплуатацию, сложный процесс заряда, высокий уровень саморазряда, глубокие разряды губительно влияют на батарею, малая нагрузочная способность, малый диапазон рабочих температур, высокая стоимость, малое число циклов разряда-заряда.

Никель-кадмиевые аккумуляторы для ИБП


Ni-Cd аккумуляторы для компьютерных бесперебойников в последние годы приобретают все большую популярность за счет малых размеров и веса, благодаря этому их все чаще применяют в портативной электронике.Также они используются как АКБ для бесперебойника. 


Достоинства: стойкость к температурным перепадам, простота эксплуатации, высокая надежность, низкая стоимость, низкий процент саморазряда, выдерживает до 1500 циклов перезарядки, высокая энергетическая плотность.


Недостатки: высокая стоимость утилизации и переработки, изготавливается из высокотоксичного вещества, потеря емкости, «эффект памяти».

Типы электролитов в АКБ


Также аккумуляторы могут различаться по типу используемого электролита: батареи по технологии AGM, батареи с жидким электролитом, батареи по технологии GEL. Ниже представлены описания каждого из них.

АКБ с жидким электролитом


Данный тип батарей получил наибольшее распространение и популярность. В качестве электролита используется раствор серной кислоты. Основным недостатком батарей такого типа является отсутствие у них герметичности, что негативно сказывается на экологии. Для обслуживания и зарядки требуются специальные нежилые помещения. Из-за этого они редко используются в ИБП. Однако такие батареи обладают низкой стоимостью.

Батареи по технологии GEL


Гелевые аккумуляторы для ИБП содержат в свое составе загуститель, который доводит электролит до желеобразного состояния. Во время работы данный тип аккумуляторов не выделяет никаких газов, за счет чего становится возможным изготовление герметичного корпуса. Специального обслуживания для таких аккумуляторов не требуется, при этом они безопасны для здоровья.


Гелевые аккумуляторы для бесперебойников обладают длительным сроком эксплуатации, высокой емкостью, широким диапазоном рабочих температур, высокой надежностью, однако такие батареи более дорогие и не выносят глубокого разряда.

Батареи по технологии AGM


Данный тип батарей является наиболее современным. Это усовершенствованная версия гелевых аккумуляторов. Электролит в таких батареях абсорбирован пористыми волокнами для придания ему желеобразной структуры. Эти батареи изготавливаются в герметичных корпусах и обладают уменьшенным электрическим сопротивлением, что положительно сказывается на их свойствах. В ИБП такой тип аккумуляторов используется все чаще. К достоинствам AGM батарей можно отнести продолжительный срок службы, низкую стоимость обслуживания, низкую себестоимость, большую эпикритическую емкость, высокую надежность.


Все аккумуляторные батареи со временем приходят в негодность, поэтому приходится искать куда сдать аккумуляторы от ИБП. Однако некоторые из них можно попытаться реанимировать. Но тут же встает вопрос: «Чем заряжать аккумулятор от бесперебойника?». Без специального зарядного устройства восстановить ИБП не получится. Мы с вами рассмотрели, какие аккумуляторы в бесперебойнике используются сегодня. Теперь можно идти в магазин за новым аккумулятором для ИБП, а старый утилизировать и не мучиться с его восстановлением.

Как выбрать аккумулятор для электроники и бытовой техники

На рынке автономных источников питания в настоящее время очень большой выбор аккумуляторов и батареек, сотни разных моделей от различных производителей. Как правильно выбрать аккумулятор или аккумуляторную батарею (АКБ), по каким параметрам?

Для подбора источника питания, наиболее подходящего к вашему устройству, в данном обзоре проанализированы достоинства и недостатки аккумуляторных батареек различного химического состава и даны их стандартные типоразмеры (форм-фактор). В данной статье описаны только модели для бытовой техники и электроники.

Бытовые аккумуляторы по назначению можно разделить на несколько групп:

Аккумуляторные батарейки

Аккумуляторные батарейки — это сложившееся в обиходе название небольших аккумуляторов, обычно цилиндрической формы, для питания электроники и бытовой техники. Несмотря на то, что батарея (или батарейка) это соединение нескольких элементов питания в единый блок, такое название закрепилось также и для отдельных элементов.

Аккумуляторные батарейки очень разнообразны по типоразмеру и химическому составу в отличие, например, от автомобильных АКБ. Если с типоразмером (форм-фактором) все более-менее понятно, так как элементы неподходящего размера в конкретное устройство просто невозможно установить, то с химическим составом элементов питания не все так однозначно. Каждый тип элементов, в зависимости от химической технологии изготовления, имеет как свои достоинства, так и особенности (недостатки).

Аккумуляторные батарейки Panasonic Eneloop 750 mAh R03/ААА.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

В основе работы никель-кадмиевых аккумуляторов (Ni-Cd) лежат электрохимические процессы между положительным и отрицательным электродами из никеля и кадмия.

Достоинства
  • Низкая стоимость — основное преимущество Ni-Cd элементов.
  • Возможность долгого хранения в разряженном виде.
  • Безопасность использования.
Особенности
  • Невысокая емкость (количество запасаемого электричества).
  • “Эффект памяти” – при неполном заряде или разряде никель-кадмиевый аккумулятор “запоминает” новые крайние верхнее и нижнее значения емкости, которая в результате этого снижается.

Никель-кадмиевая аккумуляторная батарейка Minamoto 1300 mAh

Никель-металл-гидридные аккумуляторы

Никель-металл-гидридные аккумуляторы (Ni-MH) по своим параметрам очень близки к никель-кадмиевым, однако за счет использования немного более продвинутой технологии, они имеют лучшие технические характеристики.

Достоинства
  • Невысокая цена, близкая к стоимости никель-кадмиевых аккумуляторных батареек.
  • Увеличенная емкость по сравнению с Ni-Cd.
  • Немного уменьшен эффект памяти.
  • Простые зарядные устройства для Ni-MH.
Особенности
  • Малая емкость.

В настоящее время никель-металл-гидридные аккумуляторы практически везде заменили никель-кадмиевые.

Никель-металл-гидридные аккумуляторные батарейки Varta 1000 vAh R03/AAA

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion) значительно отличаются от выше описанных элементов питания по всем характеристикам. У них в три раза большее напряжение. И, чтобы их случайно не вставить вместо обычных никель-металл-гидридных, они имеют, как правило, отличающиеся типоразмеры.

Основные преимущества литий-ионных аккумуляторных батареек
  • Высокая емкость.
  • Увеличенное напряжение.
  • Отсутствие эффекта памяти.
Особенности литий-ионных аккумуляторов
  • Хранение только в заряженном виде.
  • Необходимость использования защиты от перезаряда и перегрева.
  • Необходимость применения зарядных устройств, работающих по определенному алгоритму.
  • Большое снижение напряжения к концу разряда.
  • Старение (снижение емкости с течением времени).

Литий-ионная аккумуляторная батарейка с USB портом Fenix ARB L-18 18650.

Литий-железо фосфатные аккумуляторы

Литий-железо фосфатные аккумуляторы по своей сути являются литий-ионными, но отличаются материалом изготовления катода. Отрицательный электрод изготавливается из материала LiFePO4. Несмотря на такие малые различия, литий-железо-фосфатные элементы имеют все же большие отличия в технических характеристиках.

Достоинства
  • Длительный срок службы (в среднем, 7 лет).
  • Стабильное напряжение разряда.
  • Высокий пиковый ток.
  • Работа в широком диапазоне температур, в том числе и минусовых (-30 … +55 С).
Особенности

Литий-железо-фосфатная аккумуляторная батарейка A123 System APR18650M.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) являются результатом дальнейшего усовершенствования литий-ионной технологии. В данном случае в качестве электролита применяется полимерный материал. В результате этого элементы питания, изготовленные по этой новейшей технологии получили много преимуществ. Именно такие аккумуляторные батарейки используются в современных сотовых телефонах.

Достоинства
  • Высокая удельная емкость.
  • Возможность изготовления батарей малой толщины и гибкой формы.
  • Малое изменение напряжения при разряде.
Особенности

Литий-ионный аккумулятор Robiton Li-Po 7,4B.

Форматы цилиндрических аккумуляторов 18650, 16340, 14500, AA, AAA

Аккумуляторы для электроники и бытовой техники изготавливаются в корпусах различного формата: цилиндрические (круглые), призматические (квадратные и прямоугольные), плоские. Для призматических аккумуляторных батареек нет единой системы нумерации. А вот для цилиндрических элементов производители сумели договориться и создали простую систему маркировки размеров, состоящую из 5-ти цифр. В ней первые две цифры показывают диаметр элемента в миллиметрах, третья и четвертая цифры — это длина, а последний символ 0 символизирует круг, говоря о цилиндрической форме. Таким образом, аккумулятор 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 60 мм. Аккумуляторная батарейка 14500, соответственно, 14 мм в диаметре и 50 мм по длине.

В предлагаемой таблице показаны часто используемые форматы аккумуляторов, а также соответствие стандартной цифровой и альтернативной буквенной маркировок.

Аккумуляторные батарейки формата 14500АА Duracell 2500 mAh.

Расшифровка маркировки аккумуляторов 18650 по химическому составу

Литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют буквенную систему маркировки, обозначающую химический состав элемента. Рассмотрим расшифровку маркировки:

  • Первая буква I — это признак Li-Ion технологии;
  • Вторая буква показывает химическую основу катода:
    1. C — кобальтовая,
    2. N — никель-марганцевая,
    3. M — марганцевая,
    4. F — железо-фосфатная.
  • Третья буква R обозначает перезаряжаемый аккумулятор (Rechargeable).

Компания Panasonic сделала немного другую маркировку, у которой в обозначении NCR:

  • первая буква N обозначает никель,
  • вторая буква С — кобальт.

Аккумулятор NCR 18650 Panasonic

Аккумуляторы для ИБП 12V

Аккумуляторы для ИБП принципиально отличаются от элементов питания для электроники. Они должны обеспечить питание компьютера или другой мощной техники на время от нескольких минут до нескольких часов. Поэтому АКБ для ИБП 12V имеют высокую электрическую емкость, однако, вместе с тем, и большой вес и размеры.

Данные АКБ являются свинцово-кислотными. Их принцип работы основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты, также как и автомобильных АКБ. Но, в отличие от них, в гелевых аккумуляторах для ИБП используется электролит, загущенный до гелеобразного состояния с помощью водного раствора силиката натрия. Еще более лучшие результаты в бесперебойных источниках питания показывают АКБ, выполненные по технологии AGM (Absorbent Glass Mat). Эти два типа АКБ сходны по принципу не текучести электролита, поэтому AGM аккумуляторы часто называют гелевыми, хотя это не совсем верно.

AGM аккумуляторы для ИБП 12V и электромобилей 6V

В аккумуляторах, изготовленных по технологии AGM, заложен принцип нетекучего электролита. Отличие AGM АКБ от обычных свинцово-кислотных заключается в использовании абсорбированного электролита. AGM аккумуляторные батареи были разработаны специально для применения в системах резервного бесперебойного питания. Эти АКБ отлично работают в ИБП в буферном режиме.

Для использования в бесперебойниках применяются АКБ на напряжение 12V, а для детских электромобилей — 6V. Зарядные устройства для аккумуляторов ИБП 12V и электромобилей 6V используются, чаще всего, одни и те же, поскольку многие из них имеют переключатель выбора зарядного напряжения.

Преимущества гелевых и AGM аккумуляторов 12V для ИБП

Гелевые и AGM аккумуляторы имеют во многом схожие преимущества:

  • Приспособлены для работы в ИБП в буферном режиме
  • Длительный срок службы 5-10 лет (гелевые до 12 лет)
  • Устойчивость к вибрации
  • Установка в любом положении, кроме вверх дном
  • Не требуют обслуживания
  • Герметичность
  • Работа при температурах до -30 С

Особенности

  • Большой вес
  • Чувствительны к перезаряду
  • Не допускают хранения в разряженном виде

Удачным примером AGM аккумуляторной батареи для бесперебойников является продукция компании DELTA Battery.

АКБ для ИБП модели Delta HR 12-12.

Аккумуляторы для ИБП газовых котлов

Аккумуляторы для газовых котлов не имеют принципиальных отличий от АКБ для ИБП компьютерной и офисной техники. Однако, они обязаны иметь гораздо большую емкость, так как должны обеспечить питание газового котла в течение нескольких часов или даже дней в случае длительного отключения электроэнергии. Компания Delta Battery выпускает также AGM аккумуляторы повышенной емкости для ИБП котлов.

АКБ большой емкости для газовых котлов Delta HR 12-65.

Аккумуляторы для детских электромобилей 6V

Аккумуляторы для детских электромобилей изготавливаются по AGM технологии, также как и АКБ для источников бесперебойного питания. Вместе с тем, важным отличием является выходное напряжение, которое у аккумуляторных батарей для электромобилей составляет 6V. Для использования в детских электрических автомобилях рекомендуем использовать 6-Вольтовую серию АКБ Delta.

АКБ для детского электромобиля Delta HR 6-12.

Аккумуляторы для фонарика

Чтобы правильно выбрать аккумулятор для фонарика, вначале надо внимательно прочитать инструкцию, которая к нему прилагается. В ней указано под какие типы, форм-фактор и количество аккумуляторов рассчитан данный фонарь. Зная эти параметры, можно подобрать элементы подходящего для вашего устройства типа и емкости. Чаще всего применяются никель-металл-гидридные аккумуляторы типоразмера АА или ААА. В более мощных фонарях используются элементы форм-фактора C или D. В последнее время появились и фонарики с аккумуляторами 18650 и 14500 литий-ионной технологии, которые имеют более высокую емкость и напряжение, обеспечивая более длительную работу и мощный световой поток. Кроме того, некоторые модели фонарей, например Fenix E25UE XP-L V5, могут работать как от никель-металл-гидридных аккумуляторных батареек, так и от литий-ионных. Все это надо учитывать при подборе.

Аккумуляторные батарейки АА для фонарика типа Panasonic Eneloop 2500 мАч.

Высокотоковые аккумуляторы 18650 для вейпа и шуруповертов

Аккумуляторы 18650 для вейпа и шуруповертов — это литий-ионные элементы, рассчитанные на высокий ток разряда. На таких аккумуляторных батарейках или прямо указывают, что они для электронных сигарет (for Vape) или пишут номинал максимального тока, например, 20, 25, 30, 40 А. Кроме того, такие элементы должны быть безопасны, поскольку испаритель с аккумулятором находится непосредственно около лица. Этим требованиям соответствует аккумуляторы 18650 литий-марганцевые, литий-марганец-никелевые и литий-железофосфатные, а также высокотоковая серия литий-кобальтовых акб 18650.

Высокотоковый аккумулятор для вейпа 18650 LG HG2.

Аккумулятор 18650 для вейпа и шуруповерта Samsung 25R.

Аккумуляторы для радиотелефона

В зависимости от марки и модели радиотелефонной трубки, в ней могут использоваться обычные Ni-MH элементы типоразмера ААА и АА или специализированные аккумуляторы для радиотелефона. Это так называемые «аккумуляторные сборки» для радиотелефонов, содержащие три или четыре никель-металл-гидридных элемента, и соответственно, 3.6 или 4.8 Вольтовые.

Аккумуляторная сборка для радиотелефона модели Robiton DECT-T207-3XAAA.

Наш магазин цифровой техники «Вольта» предлагает большой выбор лучших бытовых аккумуляторов и аккумуляторных батареек для электроники, ИБП, детских электромобилей, фонариков, электронных испарителей, шуруповертов и радиотелефонов по самым минимальным ценам с доставкой в ваш город по России. Ассортимент включает в себя лучшие модели производителей Panasonic, GP, LG, Varta, Robiton,NiteCore, Delta, Duracell, Fenix, A123 SYSTEMS, Ansmann, Petzl, ZMI.

Типы аккумуляторов у ноутбуков

Различные типы аккумуляторов в ноутбуках напрямую влияют на продолжительность автономной работы устройства. При выборе нужно учитывать не только совместимость с конкретной моделью, но и тип элемента питания, от которого зависит целый ряд свойств аккумуляторной батареи. АКБ разных типов отличаются принципом работы и способом заряда, поэтому менять их между собой нельзя.

Основные типы аккумуляторов в ноутбуках

В современных переносных компьютерах используются следующие типы аккумуляторных батарей:

  • Литий-ионные батареи (маркировка Li-on) – самый распространенный современный тип аккумуляторов для ноутбуков. Преимуществом являются компактные размеры и небольшой вес, они также отличаются долговечностью. Литий-ионный аккумулятор рассчитан на 300 циклов полной зарядки и разрядки. Однако у него есть и важные минусы это способность к саморазряду и уменьшению емкости со временем, работать такая батарея в состоянии только при пюсовых температурах. Однако они продолжают пользоваться спросом из-за высокой производительности. Ниже представлена схема литий-ионных аккумуляторов:

  • Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCad). Продолжительность использования достигает 350 циклов зарядки и разрядки, от литий-ионных батарей они отличаются невысокой стоимостью. Главное преимущество – возможность работы в любых условиях, в том числе при низких температурах и резких температурных перепадах. Однако есть и существенный минус – большой вес. Такие батареи относительно редко применяются в ноутбуках.

  • Никель-металл-гидридные батареи питания (NiMh). В отличие от никель-кадмиевых, они обладают увеличенной емкостью, что продлевает автономную работу ноутбука, при этом по размеру и весу они практически не отличаются. При их изготовлении не применяются тяжелые металлы поэтому они считаются наиболее безопасными экологически.

  • Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) — относительно новое изобретение, обладающее маленькими габаритными размерами. Такие элементы питания используются в различных небольших гаджетах, их можно справедливо назвать технологией будущего. Одно из преимуществ – возможность придания любой формы, что дополнительно расширяет возможности использования в портативных устройствах.

В зависимости от того, как вы собираетесь использовать аккумулятором в связи с вашими привычками и ритмом жизни, есть следующие рекомендации:

В ближайшем будущем можно ожидать появление более совершенных аккумуляторных батарей, которые позволят забыть о постоянной подзарядке ноутбука. Технологии продолжают совершенствоваться, развитие техники идет в сторону уменьшения веса АКБ и увеличения ее емкости.

Ниже представлена сводная таблица по характеристикам аккумуляторов для ноутбуков

Тип аккумулятора SLA (герметичный свинцово-кислотный) NiCD (никель-кадмиевый) NiMH (никель-металл-гидридный) Li-Ion (литий-ионный) Li-Pol (литий-полимерный)
Напряжение на элемент, Вольт 02.янв 01.фев 01.фев 03.июн 03.июн
Удельная энергоёмкость, Вт*ч/кг 30-40 40-60 30-80 100-250 130-200
Удельная энергоплотность, Вт*ч/литр 60-75 50-150 140-300 250-360 ~300
Максимальное число циклов заряд/разряд 500-800 2000 500-1000 1000-1200 500-1000
Саморазряд за месяц 3%-20% 10% 30% 8-15% ~5%
Минимальное время зарядки, часов авг. 16 1 02.апр 02.апр 02.апр
Диапазон рабочих температур, градусов Цельсия -20…60 -40…60 -20…60 -20…60 0…60
Пиковый ток нагрузки (в долях от ёмкости) 20C 5C > 2.0C > 2.0C
Оптимальный ток нагрузки (в долях от ёмкости) 0.2С 1C 0.5C < 1.0C < 1.0C
Эффект памяти Отсутствует Присутствует Присутствует Отсутствует Отсутствует
Устойчивость к перезаряду Высокая Средняя Низкая Очень низкая Очень низкая

Что такое эффект памяти аккумуляторов?

Батареи типа Ni-Cad и Ni-Mh обладают свойством, которое получило название «эффект памяти». Аккумулятор ноутбука способен «запоминать», сколько энергии было отдано, и в следующий раз при зарядке количество полученной энергии окажется меньше. Этот эффект приводит к постепенному снижению емкости батареи и уменьшению промежутков между зарядкой от сети.

Чтобы уменьшить проявления эффекта памяти, батареи таких типов необходимо обязательно заряжать и разряжать полностью, в результате энергия будет расходоваться и накапливаться в соответствии с изначальной емкостью. Эффект памяти обусловлен химическими процессами, протекающими в данных видах аккумуляторных батарей.

Все типы аккумуляторов нуждаются в аккуратном обращении и соблюдении требований производителя. Соблюдение простых правил эксплуатации и хранения позволяет значительно увеличивать продолжительность их работы, и АКБ не придется менять часто. Разные виды батарей предъявляют разные условия к эксплуатации, необходимо ознакомиться с инструкцией производителя.

Li-ion и NiCad — разница и сравнение

Электрохимия

Никель-кадмиевый аккумулятор использует кадмий для анода (отрицательный полюс), оксигидроксид никеля для катода (положительный полюс) и водный гидроксид калия в качестве электролита.

В литий-ионной батарее в качестве анода используется графит, в качестве катода — оксид лития, а в качестве электролита — соль лития. Ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке.Литий-ионные электрохимические элементы используют интеркалированное соединение лития в качестве материала электрода вместо металлического лития, в отличие от одноразовых литиевых первичных батарей.

Воздействие на окружающую среду

Никель-кадмиевые батареи

содержат от 6% (промышленные батареи) до 18% (потребительские батареи) кадмия, который является токсичным тяжелым металлом и поэтому требует особой осторожности при утилизации батарей. Федеральное правительство классифицирует это как опасные отходы. В Соединенных Штатах часть стоимости батареи — это плата за ее надлежащую утилизацию в конце срока службы.

Компоненты литий-ионных аккумуляторов экологически безопасны, так как литий не являются опасными отходами.

Стоимость

Литий-ионный аккумулятор стоит примерно на 40 процентов дороже в производстве из-за дополнительной схемы защиты для контроля напряжения и тока.

Эксплуатация и производительность

Самый большой недостаток никель-кадмиевых батарей заключается в том, что они страдают «эффектом памяти», если они разряжаются и перезаряжаются до одного и того же уровня заряда несколько раз.Батарея «запоминает» точку цикла зарядки, в которой началась перезарядка, и во время последующего использования напряжение в этой точке внезапно падает, как если бы батарея была разряжена. Однако ёмкость аккумулятора существенно не снижается. Некоторые электронные устройства специально разработаны, чтобы выдерживать это пониженное напряжение достаточно долго, чтобы напряжение вернулось к норме. Однако некоторые устройства не могут работать в этот период пониженного напряжения, и батарея кажется «разряженной» раньше, чем обычно.

Подобный эффект, называемый понижением напряжения или эффектом ленивого заряда батареи, возникает в результате многократной перезарядки. В этом случае аккумулятор выглядит полностью заряженным, но быстро разряжается после короткого периода работы. При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор может работать не менее 1000 циклов, прежде чем его емкость упадет ниже половины исходной емкости.

Другая проблема — обратная зарядка, которая происходит из-за ошибки пользователя или когда батарея из нескольких ячеек полностью разряжена.Обратная зарядка может сократить срок службы аккумулятора. Побочным продуктом обратной зарядки является водород, который может быть опасным.

При нерегулярном использовании в никель-кадмиевых батареях развиваются дендриты. Дендриты представляют собой тонкие проводящие кристаллы, которые могут проникать через разделительную мембрану между электродами. Это приводит к внутреннему короткому замыканию и преждевременному выходу из строя.

Литий-ионные батареи не требуют особого обслуживания. Их можно перезаряжать до того, как они полностью разрядятся, без создания «эффекта памяти» и работают в более широком диапазоне температур. По сравнению с Ni-Cd, саморазряд литий-ионных аккумуляторов составляет менее половины, что делает его хорошо подходящим для современных датчиков уровня топлива. Единственный недостаток — литий-ионный аккумулятор хрупкий и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. В каждую батарею встроена схема защиты, которая ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время заряда и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Во избежание перепадов температуры также контролируется температура ячейки.

Размеры и типы

Ni-Cd элементы доступны от AAA до D, тех же размеров, что и щелочные батареи, а также нескольких размеров многоэлементных.Помимо одиночных ячеек они доступны в упаковках до 300 ячеек, обычно используемых в автомобилях и тяжелых промышленных приложениях. Для портативных приложений количество ячеек меньше 18 ячеек. Есть 2 типа никель-кадмиевых батарей: герметичные и вентилируемые.

Литий-ионные батареи меньше, легче и обеспечивают больше энергии, чем никель-кадмиевые батареи. Они также доступны в самых разных формах и размерах в 4 типах форматов:

  • Маленький цилиндрический корпус (цельный корпус без клемм, например, используемых в аккумуляторах портативных компьютеров)
  • Большой цилиндрический (твердый корпус с большими резьбовыми выводами)
  • Чехол (мягкий плоский корпус, например, используемый в сотовых телефонах)
  • Призматический (полутвердый пластиковый корпус с большими резьбовыми выводами, часто используется в тяговых пакетах автомобилей)

Ячейки мешка имеют самую высокую плотность энергии из-за отсутствия корпуса.Однако для предотвращения расширения при высоком уровне заряда (SOC) требуется некоторая внешняя форма сдерживания.

Приложения

Никель-кадмиевые батареи

можно собирать в аккумуляторные блоки или использовать по отдельности. Маленькие и миниатюрные элементы можно использовать в фонариках, портативной электронике, фотоаппаратах и ​​игрушках. Они могут обеспечивать высокие импульсные токи при относительно низком внутреннем сопротивлении, что делает их подходящим выбором для дистанционно управляемых электрических моделей самолетов, лодок, автомобилей, беспроводных электроинструментов и вспышек для камер. Залитые элементы большего размера используются для пусковых батарей самолетов, электромобилей и резервного источника питания.

Обладая такими качествами, как высокая плотность энергии, отсутствие эффекта памяти и медленная потеря заряда, когда они не используются, литий-ионные аккумуляторы являются наиболее популярным выбором для бытовой электроники. Они также становятся все популярнее в военных, электромобилях и аэрокосмической отрасли.

Список литературы

Li-ion и NiCad — разница и сравнение

Электрохимия

Никель-кадмиевый аккумулятор использует кадмий для анода (отрицательный полюс), оксигидроксид никеля для катода (положительный полюс) и водный гидроксид калия в качестве электролита.

В литий-ионной батарее в качестве анода используется графит, в качестве катода — оксид лития, а в качестве электролита — соль лития. Ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Литий-ионные электрохимические элементы используют интеркалированное соединение лития в качестве материала электрода вместо металлического лития, в отличие от одноразовых литиевых первичных батарей.

Воздействие на окружающую среду

Никель-кадмиевые батареи

содержат от 6% (промышленные батареи) до 18% (потребительские батареи) кадмия, который является токсичным тяжелым металлом и поэтому требует особой осторожности при утилизации батарей.Федеральное правительство классифицирует это как опасные отходы. В Соединенных Штатах часть стоимости батареи — это плата за ее надлежащую утилизацию в конце срока службы.

Компоненты литий-ионных аккумуляторов экологически безопасны, так как литий не являются опасными отходами.

Стоимость

Литий-ионный аккумулятор стоит примерно на 40 процентов дороже в производстве из-за дополнительной схемы защиты для контроля напряжения и тока.

Эксплуатация и производительность

Самый большой недостаток никель-кадмиевых батарей заключается в том, что они страдают «эффектом памяти», если они разряжаются и перезаряжаются до одного и того же уровня заряда несколько раз. Батарея «запоминает» точку цикла зарядки, в которой началась перезарядка, и во время последующего использования напряжение в этой точке внезапно падает, как если бы батарея была разряжена. Однако ёмкость аккумулятора существенно не снижается. Некоторые электронные устройства специально разработаны, чтобы выдерживать это пониженное напряжение достаточно долго, чтобы напряжение вернулось к норме. Однако некоторые устройства не могут работать в этот период пониженного напряжения, и батарея кажется «разряженной» раньше, чем обычно.

Подобный эффект, называемый понижением напряжения или эффектом ленивого заряда батареи, возникает в результате многократной перезарядки. В этом случае аккумулятор выглядит полностью заряженным, но быстро разряжается после короткого периода работы. При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор может работать не менее 1000 циклов, прежде чем его емкость упадет ниже половины исходной емкости.

Другая проблема — обратная зарядка, которая происходит из-за ошибки пользователя или когда батарея из нескольких ячеек полностью разряжена. Обратная зарядка может сократить срок службы аккумулятора. Побочным продуктом обратной зарядки является водород, который может быть опасным.

При нерегулярном использовании в никель-кадмиевых батареях развиваются дендриты. Дендриты представляют собой тонкие проводящие кристаллы, которые могут проникать через разделительную мембрану между электродами. Это приводит к внутреннему короткому замыканию и преждевременному выходу из строя.

Литий-ионные батареи не требуют особого обслуживания. Их можно перезаряжать до того, как они полностью разрядятся, без создания «эффекта памяти» и работают в более широком диапазоне температур.По сравнению с Ni-Cd, саморазряд литий-ионных аккумуляторов составляет менее половины, что делает его хорошо подходящим для современных датчиков уровня топлива. Единственный недостаток — литий-ионный аккумулятор хрупкий и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. В каждую батарею встроена схема защиты, которая ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время заряда и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Во избежание перепадов температуры также контролируется температура ячейки.

Размеры и типы

Ni-Cd элементы доступны от AAA до D, тех же размеров, что и щелочные батареи, а также нескольких размеров многоэлементных.Помимо одиночных ячеек они доступны в упаковках до 300 ячеек, обычно используемых в автомобилях и тяжелых промышленных приложениях. Для портативных приложений количество ячеек меньше 18 ячеек. Есть 2 типа никель-кадмиевых батарей: герметичные и вентилируемые.

Литий-ионные батареи меньше, легче и обеспечивают больше энергии, чем никель-кадмиевые батареи. Они также доступны в самых разных формах и размерах в 4 типах форматов:

  • Маленький цилиндрический корпус (цельный корпус без клемм, например, используемых в аккумуляторах портативных компьютеров)
  • Большой цилиндрический (твердый корпус с большими резьбовыми выводами)
  • Чехол (мягкий плоский корпус, например, используемый в сотовых телефонах)
  • Призматический (полутвердый пластиковый корпус с большими резьбовыми выводами, часто используется в тяговых пакетах автомобилей)

Ячейки мешка имеют самую высокую плотность энергии из-за отсутствия корпуса. Однако для предотвращения расширения при высоком уровне заряда (SOC) требуется некоторая внешняя форма сдерживания.

Приложения

Никель-кадмиевые батареи

можно собирать в аккумуляторные блоки или использовать по отдельности. Маленькие и миниатюрные элементы можно использовать в фонариках, портативной электронике, фотоаппаратах и ​​игрушках. Они могут обеспечивать высокие импульсные токи при относительно низком внутреннем сопротивлении, что делает их подходящим выбором для дистанционно управляемых электрических моделей самолетов, лодок, автомобилей, беспроводных электроинструментов и вспышек для камер.Залитые элементы большего размера используются для пусковых батарей самолетов, электромобилей и резервного источника питания.

Обладая такими качествами, как высокая плотность энергии, отсутствие эффекта памяти и медленная потеря заряда, когда они не используются, литий-ионные аккумуляторы являются наиболее популярным выбором для бытовой электроники. Они также становятся все популярнее в военных, электромобилях и аэрокосмической отрасли.

Список литературы

Никель-кадмиевые батареи

и литий-ионные батареи

Мы переживаем серьезный сдвиг в технологии аккумуляторов.Последние 30 лет преобладали никель-кадмиевые (NiCad) батареи. Эта технология положила начало популярной революции беспроводных инструментов и позволила людям выполнять задачи, не будучи привязанными к электрической розетке.

Поскольку технологии постоянно развиваются, появилась новая альтернатива никель-кадмиевым батареям — литий-ионные (Li-ion). Хотя традиционные никель-кадмиевые батареи заняли свое место в истории, особенности и преимущества, предлагаемые литий-ионными батареями, направили большинство пользователей электроинструментов в их сторону.Это причины, по которым вам следует перейти на литий-ионный аккумулятор.

Увеличенный срок службы батареи
Хотя их цена может быть немного выше, литий-ионные батареи имеют больший срок службы, что означает, что их можно заряжать чаще, что увеличивает время между заменами, что особенно важно для активных пользователей.

Более легкий и компактный дизайн
Тем, кто много использует аккумуляторные инструменты, понравится тот факт, что литий-ионные батареи намного легче никель-кадмиевых.Этот уменьшенный вес может иметь огромное значение в течение рабочего дня. Литий-ионные батареи обычно весят на 30-40 процентов меньше, чем сопоставимые никель-кадмиевые батареи. Утомляемость и связанные с этим проблемы безопасности значительно снижаются, что обеспечивает более безопасную рабочую среду.

Меньший по размеру аккумуляторный элемент с меньшей плотностью — основная причина меньшего веса. Ячейки меньшего размера позволяют создавать более компактные аккумуляторные батареи, тем самым предлагая большую гибкость разработчикам инструментов и конечным пользователям.

Более быстрое время зарядки
Литий-ионные аккумуляторы заряжаются быстрее, чем их никель-кадмиевые эквиваленты.Когда аккумулятор полностью заряжен, допуск к перезарядке невелик. С другой стороны, перезаряд никель-кадмиевых батарей может повредить их, что приведет к сокращению срока службы.

Эффект нулевой памяти
В инструкциях к инструментам, работающим от никель-кадмиевых батарей, обычно рекомендуется разрядить аккумулятор перед зарядкой. Причина в том, чтобы ограничить эффект «памяти» на батарею, из-за которой они удерживают меньше заряда, что приводит к потере максимальной энергоемкости. Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать в любой момент без каких-либо негативных последствий.

Постоянная мощность
Сколько раз вы пытались прижать винт к рабочей поверхности, и ваша дрель медленно теряла мощность и в конечном итоге уже не могла повернуть винт, оставляя 1/4 дюйма винта незащищенным? Никель-кадмиевые батареи медленно теряют мощность, и эффект очень заметен. Одним из самых больших преимуществ литий-ионного аккумулятора является его способность обеспечивать полную мощность на протяжении всей емкости аккумулятора. Энергия уходит только тогда, когда батарея разряжена.Вы получаете полную мощность до конца заряда.

Нижняя скорость саморазряда
Оба типа батарей постепенно разряжаются, когда они не используются. Скорость саморазряда литий-ионных аккумуляторов составляет от 1,5 до 2 процентов. По сравнению с NiCad более чем на 10 процентов литий-ионные версии намного превосходят их.

Никель-кадмиевые батареи проигрывают (если еще не проиграли) битву за то, чтобы быть отраслевым стандартом. Фактически, Европа уже запретила их использование… шаг, который может легко распространиться на другие регионы мира.Характеристики литий-ионных аккумуляторов намного превосходят возможности старой никель-кадмиевой технологии. Если вы не переключились, время пришло.

Литиевые и NiMH аккумуляторы

Действительно ли мне нужны расходы и риски, связанные с изготовлением литиево-химического аккумулятора?

Перезаряжаемые аккумуляторные батареи, использующие литиевые элементы, могут обеспечивать как высокое напряжение, так и отличную емкость, что приводит к необычайно высокой плотности энергии. Многие приложения, такие как сотовые телефоны, медицинские устройства, электромобили и другие, требуют такой высокой плотности энергии, что подойдет только химия лития. Тем не менее, для многих применений, которые мы видим, пользовательские никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторные батареи более экономичны в разработке и производстве и не содержат всех потенциальных опасностей, связанных с литиевыми продуктами.

Аккумуляторы

NiMH используются с начала 1970-х годов. В основе этой технологии лежат высокая плотность энергии (по сравнению с никель-кадмиевым и свинцово-кислотным), безвредность для окружающей среды, хорошие показатели жизненного цикла и хорошие показатели безопасности и надежности.И хотя никель-металлгидридные аккумуляторные батареи не нуждаются в сложной BMS (системе управления батареями), необходимой для литиевых батарей, мы проектируем и производим системы BMS для никель-металлгидридных батарей, которые помогают батарее работать долго и взаимодействовать с устройством заказчика, чтобы обеспечить надежность та же информация, что и сложный литиевый пакет.

Быстрые ссылки


Каковы наилучшие области применения NiMH аккумуляторов?

NiMH аккумуляторы лучше всего подходят для большинства областей применения, где существует высокий спрос и потребление энергии.Они также подходят для использования в качестве резервного источника питания, где NiMH батареи имеют BMS для управления зарядкой и разрядкой, чтобы продлить срок службы аккумуляторной батареи.

Никель-металлогидридные аккумуляторы не разряжаются самостоятельно и подвержены влиянию памяти?

Да, никель-металлогидридные (NiMH) батареи будут саморазряжаться на 1% в день, если они используются в устройстве с низким энергопотреблением или в режиме ожидания, а химический состав, как известно, подвержен эффекту памяти.Однако, используя очень экономичную технологию BMS от таких производителей, как Texas Instruments, Analog Devices и On Semiconductor, мы можем разработать систему, которая непрерывно заряжает аккумулятор (скорость заряда менее 0,025 C (C / 40)), чтобы гарантировать что аккумулятор всегда находится на максимальной емкости и уменьшит негативные последствия перезарядки.

Прослужат ли никель-металлгидридные батареи, как литиевые?

Если NiMH аккумулятор постоянно перезаряжается, на электродах образуются мелкие кристаллы, препятствующие их полной зарядке, и в результате напряжение аккумулятора падает.Недостаточная зарядка может вызвать низкий уровень обслуживания, а перезарядка может привести к потере срока службы. Чтобы решить эту проблему, используйте нашу экономичную BMS, которая управляет процессом зарядки, так что никогда не будет 100% вероятности перезарядки и повреждения аккумулятора.

Большинство зарядных устройств начального уровня используют рудиментарные таймеры, а не активно контролируют напряжение, чтобы определить, когда отключать ток заряда. Как правило, для никель-металлгидридных аккумуляторов предпочтительнее интеллектуальное зарядное устройство средней скорости (от 2 до 3 часов).Чрезвычайно быстрая зарядка (менее 1 часа) может повлиять на срок службы батареи, и ее следует ограничивать по мере необходимости.

Нужна ли в корпусе для аккумуляторной батареи NiMH вентиляция, аналогичная литиевой?

Первичные газы, выделяемые никель-металлогидридной батареей при чрезмерной перезарядке или переразрядке, — это водород и кислород. Батарейный отсек не должен быть герметичным и должен иметь хорошую вентиляцию. Изоляция батареи от тепловыделяющих компонентов и вентиляция вокруг батареи также уменьшит тепловую нагрузку на батарею и упростит разработку соответствующих систем зарядки.

Действительно ли мне нужна BMS для NiMH аккумуляторной батареи?

Нет, не знаешь. Однако никель-металлгидридные аккумуляторные батареи являются одними из самых сложных для точной зарядки, и, поскольку решения BMS очень рентабельны, мы рекомендуем использовать один в вашем проекте. Зарядка для NiMH аккумуляторов основана на пропускании тока через аккумулятор, тогда как с литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами вы можете контролировать перезаряд, просто установив максимальное напряжение заряда. Таким образом, наличие электронного предохранителя увеличивает общий срок службы батареи.

В чем разница между NiMH и литием по общей стоимости и размеру аккумуляторной батареи?

Вот где две большие разницы, когда дело доходит до этих двух химических составов:

  1. Стоимость: NiMH составляет менее 50% от литиевой батареи с точки зрения окончательной производственной цены аккумуляторной батареи и менее 75% от литиевой батареи с точки зрения разработки продукта.Хотя у NiMH есть некоторые нормативные и другие этапы разработки, он все же значительно меньше, чем литий.
  2. Размер: Литиевые элементы легче и меньше никель-металлогидридных (NiMH) элементов, однако литиевые элементы имеют в среднем только 1500 мАч по сравнению со средним значением 2200 мАч для NiMH элементов.

Основные конструктивные особенности

Ni-MH Литий-ионный
Напряжение элемента (В) 1. 2 3,6
Удельная энергия (Втч / кг) 1–80 3–100
Удельная мощность (Вт / кг) <200 100–1000
Плотность энергии (кВтч / м3) 70–100 80–200
Плотность мощности (МВт / м3) 1.5–4 0,4 — 2
КПД (%) 81 99

×

Загрузить электронную книгу

Плюсы и минусы никелевых батарей над литиевыми

5 вещей, которые нужно знать при выборе химического состава клетки

Загрузите вашу копию

литий-ионных батарей против.

Никель-гидридная медаль

Почему литий-ионные аккумуляторы лучше никель-металлогидридных.

Литий-ионный аккумулятор

Плотность энергии литий-иона обычно вдвое выше, чем у стандартного никель-кадмиевого сплава. Есть потенциал для более высоких плотностей энергии. Нагрузочные характеристики достаточно хорошие и с точки зрения разряда ведут себя аналогично никель-кадмиевым. Высокое напряжение ячеек 3,6 В позволяет создавать аккумуляторные батареи только с одним элементом. Большинство современных мобильных телефонов работают на одной соте.Для блока на основе никеля потребуются три последовательно соединенных 1,2-вольтовых элемента.

Литий-ионный аккумулятор

не требует особого обслуживания, а это преимущество, на которое не могут претендовать другие химические производители. У нет памяти, и для продления срока службы батареи не требуется никаких плановых циклов. Кроме того, саморазряд меньше чем наполовину по сравнению с никель-кадмиевым, что делает литий-ионные аккумуляторы хорошо подходящими для современных датчиков уровня топлива. литий-ионные элементы при утилизации не причиняют особого вреда.

Несмотря на свои общие преимущества, литий-ионный имеет свои недостатки.Он хрупок и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждую батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Кроме того, контролируется температура ячейки, чтобы предотвратить скачки температуры. Максимальный ток заряда и разряда на большинстве блоков ограничен между 1 и 2 градусами. При соблюдении этих мер предосторожности возможность появления металлического литиевого покрытия из-за перезарядки практически исключается.

Старение является проблемой для большинства литий-ионных батарей, и многие производители умалчивают об этой проблеме. Некоторое ухудшение емкости заметно через год, независимо от того, используется аккумулятор или нет. Батарея часто выходит из строя через два-три года. Следует отметить, что другие химические вещества также обладают возрастными дегенеративными эффектами. Это особенно верно для никель-металлогидрида при воздействии высоких температур окружающей среды. В то же время известно, что литий-ионные батареи в некоторых случаях служат пять лет.

Преимущества

  • Высокая плотность энергии — потенциал для еще большей производительности.
  • В новом состоянии не требует длительного грунтования. Достаточно одной регулярной зарядки.
  • Относительно низкий саморазряд — саморазряд на меньше, чем половина аккумуляторов на никелевой основе.
  • Низкие эксплуатационные расходы — периодическая разрядка не требуется; нет памяти .
  • Специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Ограничения

  • Требуется схема защиты для поддержания напряжения и тока в безопасных пределах.
  • Подвержен старению, даже если не используется — хранение в прохладном месте при 40% -ном заряде снижает эффект старения.
  • Ограничения на транспортировку — отгрузка больших партий может подлежать регулирующему контролю. Это ограничение не распространяется на аккумуляторную батарею в личной ручной клади.
  • Дорого в производстве — примерно на 40 процентов дороже, чем никель-кадмиевые.
  • Не полностью зрелый — металлы и химические вещества постоянно меняются.

Литий-ионный аккумулятор FAQ

Часто задаваемые вопросы о литий-ионных (Li-ion) аккумуляторах

В чем разница между литиевыми батареями и литиево-ионными батареями?

Есть несколько важных отличий. Практическое различие между литиевыми батареями и литий-ионными (Li-ion) батареями состоит в том, что большинство литиевых батарей не перезаряжаемые, а литий-ионные батареи перезаряжаемые.С химической точки зрения в литиевых батареях используется литий в его чистой металлической форме. В литий-ионных батареях используются соединения лития, которые намного более стабильны, чем элементарный литий, используемый в литиевых батареях. Никогда не перезаряжайте литиевую батарею, в то время как литий-ионные батареи рассчитаны на сотни перезарядок.

Вернитесь к началу страницы

Каковы преимущества литий-ионных батарей по сравнению с другими аккумуляторными батареями?

Литий-ионные аккумуляторы

имеют ряд преимуществ:

У них более высокая плотность энергии, чем у большинства других типов аккумуляторных батарей.Это означает, что для своего размера или веса они могут хранить больше энергии, чем другие аккумуляторные батареи. Они также работают при более высоких напряжениях, чем другие перезаряжаемые аккумуляторы, обычно около 3,7 В для литий-ионных аккумуляторов по сравнению с 1,2 В для NiMH или NiCd. Это означает, что часто можно использовать одну ячейку, а не несколько ячеек NiMH или NiCd.

Литий-ионные батареи

также имеют более низкую скорость саморазряда, чем другие типы аккумуляторных батарей. Это означает, что после зарядки они сохраняют свой заряд дольше, чем другие типы аккумуляторных батарей. NiMH и NiCd батареи могут терять от 1 до 5% своего заряда в день (в зависимости от температуры хранения), даже если они не установлены в устройстве. Литий-ионные батареи сохраняют большую часть своего заряда даже после нескольких месяцев хранения.

Итак, в заключение; литий-ионные батареи могут быть меньше или легче, иметь более высокое напряжение и удерживать заряд намного дольше, чем другие типы батарей.

Вернитесь к началу страницы

Каковы недостатки литий-ионных батарей по сравнению с другими аккумуляторными батареями?

Литий-ионные батареи

дороже, чем NiMH или NiCd батареи аналогичной емкости.Это потому, что они намного сложнее в изготовлении. Литий-ионные аккумуляторы фактически включают в себя специальную схему для защиты аккумулятора от повреждений из-за перезарядки или недозарядки. Они также более дорогие, потому что их выпускают в меньшем количестве, чем NiMH или NiCd батареи. Литий-ионные батареи становятся все дешевле, и со временем мы увидим, что их цена значительно снизится.

Литий-ионные батареи

недоступны со стандартными размерами ячеек (AA, C и D), как NiMH и NiCd батареи.

ОБНОВЛЕНИЕ

: Я только что обнаружил зарубежного производителя, который продает литий-ионные элементы с пониженным регулированием в нескольких стандартных конфигурациях элементов, AA, AAA и т. Д., Который выдает 1,5 Вольт S — whaatttt ?? Как долго они на рынке? Насколько они надежны? Они в безопасности? Их зовут Кентли, и мне нужно получить несколько образцов и проверить их как можно скорее. Ион лития считается «летучим» химическим составом клеток, поэтому я немного скептически отношусь к нему, но, наконец, производитель пошел и рискнул выйти на эту территорию.Это могло быть как разрушительным, так и потрясающим. Еще не все. 😉

Литий-ионные батареи

также требуют сложных зарядных устройств, которые могут тщательно контролировать процесс зарядки. И из-за их различных форм и размеров для каждого типа литий-ионных аккумуляторов требуется зарядное устройство, разработанное с учетом его размера. Это означает, что зарядные устройства для литий-ионных аккумуляторов дороже и их труднее найти, чем зарядные устройства для аккумуляторов NiMH и NiCd.

Вернитесь к началу страницы

Доступны ли литий-ионные батареи стандартных размеров, таких как размер ячейки AA, C или D?

Нет, литий-ионные аккумуляторы стандартных размеров недоступны.Мы считаем, что это связано с тем, что пользователям было бы слишком легко случайно поместить их в зарядное устройство, не предназначенное для литий-ионных аккумуляторов, что создаст потенциально опасную ситуацию. (Если щелочную батарею вставить в неправильное зарядное устройство, она может протечь или даже взорваться, но литий-ионная батарея, вставленная в зарядное устройство NiCd или NiMH, не предназначенное для литий-ионного питания, может воспламениться. Кроме того, поскольку литий-ионные батареи работают при гораздо более высокое напряжение (обычно 3,7 В на элемент), чем от 1,2 до 1,5 В у большинства аккумуляторных батарей, что составляет 1. Литий-ионный аккумулятор на 5 В будет дорогим.

Вернитесь к началу страницы

В чем разница между литиево-ионными батареями «известных производителей» (Canon, Nikon, Fuji и т. Д.) И другими типами?

Как и в случае с лекарствами, отпускаемыми по рецепту, часто очень мало различий между литий-ионными батареями известных производителей и обычными литий-ионными батареями. Производители фотоаппаратов часто получают очень мало от продажи самих фотоаппаратов, но имеют высокую прибыль на аксессуары, такие как батареи и вспышки.Не все аккумуляторы сторонних производителей того же качества, что и оригинальные аккумуляторы, но многие (включая те, которые мы продаем) практически идентичны.

Вернуться к началу страницы

Как лучше всего хранить литий-ионные батареи?

Литий-ионные батареи могут сохранять заряд в течение многих месяцев. Лучше всего хранить литий-ионный аккумулятор с частичным или полным зарядом. Иногда литий-ионный аккумулятор с очень низким зарядом хранится в течение длительного периода времени (много месяцев), и его напряжение медленно падает до уровня, при котором встроенный механизм безопасности позволяет снова зарядить его.Если аккумулятор будет храниться несколько месяцев, рекомендуется вынуть его и зарядить через несколько месяцев. Еще лучше было бы фактически использовать аккумулятор каждые несколько месяцев, а затем оставлять его частично или полностью заряженным.

Вернуться к началу страницы

Если в моем фотоаппарате (или другом электронном устройстве) используются щелочные батареи, могу ли я использовать литий-ионные батареи?

Ответ зависит от конкретной камеры или устройства. Но во многих случаях это невозможно.Поскольку размер, форма и напряжение щелочных и литий-ионных батарей различны, они не являются взаимозаменяемыми. Однако некоторые производители камер разработали некоторые из своих камер таким образом, чтобы камера могла работать либо от батареек размера AA, либо от литиевых батарей типа CRV3. Если ваша камера или другое устройство может использовать батареи разных типов (химического состава), это следует указать в Руководстве пользователя. Также проверьте здесь, может ли ваша камера использовать аккумуляторные батареи CRV3, которые мы носим. Важно! В настоящее время существует несколько различных типов перезаряжаемых литий-ионных батарей CRV3 под разными брендами, и они не могут использовать зарядные устройства друг друга — они разработаны в виде набора и имеют разные требования к зарядке.В отличие от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, это одна из областей, в которой вам необходимо приобрести аккумулятор одной марки и соответствующее зарядное устройство и придерживаться его.

Другой альтернативой может быть использование какой-либо внешней аккумуляторной батареи. Иногда они доступны с литий-ионными батареями.

Вернуться к началу страницы

Если в моем фотоаппарате (или другом электронном устройстве) используются NiMH или NiCd батареи, могу ли я использовать литий-ионные батареи?

Обычно вы не можете переключаться между NiMH или NiCd батареей и литий-ионной батареей в цифровой камере.Есть некоторые устройства, специально предназначенные для использования любого типа батареи, сотовые телефоны являются наиболее распространенным примером. Если вы можете использовать аккумулятор любого типа, об этом должно быть сказано в Руководстве пользователя.

Вернуться к началу страницы

Как следует утилизировать литий-ионные батареи?

Литий-ионные батареи, как и все аккумуляторные батареи, подлежат вторичной переработке. Их нельзя сжигать, так как они могут взорваться. Большинство мест, где продаются аккумуляторные батареи, также принимают их на переработку.

Li-ion по сравнению с другими химическими реактивами

В сегодняшней публикации блога «Li-ion Battery 101» мы поговорим о «литий-ионных аккумуляторах по сравнению с другими химическими реактивами».

В мире аккумуляторных батарей существует лишь несколько различных химических элементов, которые получили широкое распространение за эти годы. В течение последних нескольких десятилетий литий-ионные стали предпочтительным выбором из-за присущих им сильных сторон по сравнению с другими химическими соединениями. Но каковы эти сильные стороны и почему для их применения следует выбирать Li-ion? Мы рассмотрим некоторые из наиболее распространенных химических элементов перезаряжаемых элементов, чтобы понять их преимущества и недостатки и проиллюстрировать, почему литий-ионные аккумуляторы лидируют в технологии аккумуляторов.

Свинцово-кислотный

Если вы когда-либо открывали капот автомобиля, вы, вероятно, видели свинцово-кислотный (PbAc) аккумулятор. Свинцово-кислотные батареи используются с середины 1800-х годов и служат источником питания для таких приложений, как газонное и садовое оборудование, резервные источники питания (ИБП), автомобильные транспортные средства и многое другое. Существует множество типов свинцово-кислотных (PbAc) клеток, таких как:

  • VLA (свинцово-кислотный с вентиляцией), также называемый затопленным или влажным, или необслуживаемым
  • VRLA (свинцово-кислотный, регулируемый клапаном), иногда называемый SLA (герметичный свинцово-кислотный), гелевый элемент или гибридный
  • VRLA / AGM (Абсорбированный стеклянный мат)
  • VRLA / TPPL (тонкая пластина-чистый свинец) и VRLA / гель

Свинцово-кислотные элементы (PbAc) — это отработанная технология, и батареи, в которых используется этот химический состав, имеют свои преимущества.Хотя свинцово-кислотные батареи очень популярны из-за их способности производить большие токи и низкой первоначальной стоимости, у них есть некоторые недостатки. Свинцово-кислотные (PbAc) аккумуляторы большие, тяжелые, медленно заряжаются, имеют более короткий срок службы и не являются наиболее экологически чистыми по сравнению с другими аккумуляторами.

NiCad

Никель-кадмиевые (NiCad) элементы химии появились в конце 1890-х — начале 1900-х годов, чтобы конкурировать со свинцово-кислотными элементами. Предлагая более высокую плотность энергии, более быстрое время зарядки и более длительный срок службы, он стал предпочтительным в таких приложениях, как электроинструменты, мобильные телефоны, ноутбуки, фонари, игрушки и некоторое стационарное медицинское оборудование.По сравнению со свинцово-кислотными элементами никель-кадмиевые элементы имели некоторые недостатки, такие как эффект памяти, высокий саморазряд и больший вес. Кроме того, он содержит кадмий, безвредный для окружающей среды токсичный материал, который запрещен в большинстве стран.

NiMH

Другой химический состав аккумуляторных элементов, который используется практически повсеместно, — это никель-металлогидридные (NiMH или Ni-MH). С конца 1980-х годов этот аккумуляторный элемент питал устройства от видеокамер и электрических зубных щеток до крупной бытовой техники и медицинского оборудования.По сравнению с их предшественником никель-кадмиевые (NiCad) элементы NiMH были разработаны для обеспечения большой емкости, быстрой зарядки, высокой производительности и длительного срока службы. У NiMH есть некоторые недостатки, такие как высокий саморазряд, вес, более высокое внутреннее сопротивление, некоторый эффект памяти и меньший срок службы, чем у NiCad. NiMH-элементы также нуждаются в более длительном и специальном управлении зарядкой, чтобы минимизировать нагрев и образование газообразного водорода.

Литий-ионный

В Inventus Power выбирают литий-ионный (Li-ion) химический состав.Литий-ионные элементы появились в аккумуляторной промышленности в начале 1990-х годов и остаются очень популярными сегодня благодаря своей высокой плотности энергии по объему и весу, длительному сроку службы, относительно низкому саморазряду и низкому техническому обслуживанию. Сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили и медицинские устройства, такие как сердечные насосы, — это лишь некоторые из многих продуктов, которые работают от литий-ионных элементов.

Когда мы говорим о литий-ионных аккумуляторах, существует множество литий-ионных «вкусов» или вариантов, которые были созданы за долгие годы.Эти варианты основаны на использовании различных материалов анода / катода. Ниже приведен список общих литий-ионных химических соединений, LCO, NCA, NCM, LFP — это различные катодные материалы. LTO является материалом анода, альтернативным графиту / углю.

Литий-ионный аккумулятор

имеет ряд явных преимуществ на рынке, но этот химический состав требует некоторого внимания из-за его состава. Все литий-ионные аккумуляторные блоки требуют, как минимум, схемы защиты, но часто требуется полная система управления батареями (BMS), чтобы снизить любой потенциальный риск небезопасной химической реакции, происходящей в электролите.Когда литий-ионные элементы производятся безопасно, а аккумуляторные блоки разработаны с использованием этих высококачественных элементов и надлежащей системы управления зданием, риск безопасности чрезвычайно низок. Вы узнаете больше о безопасности литий-ионных аккумуляторов в следующем сообщении в блоге.

Обладая 60-летним опытом работы в отрасли, Inventus Power работает со всеми доступными химическими веществами. Сегодня мы воспользовались преимуществами литий-ионных аккумуляторов для разработки и производства передовых аккумуляторных систем для широкого спектра портативных, мобильных и стационарных приложений.Мы разработали миллионы безопасных литий-ионных аккумуляторных батарей, в том числе те, которые используются в критически важных медицинских устройствах, на открытом воздухе в тяжелых условиях и в условиях экстремальных температур.

Теперь, когда вы узнали о преимуществах и недостатках разного химического состава ячеек, в следующей публикации блога Li-ion Battery 101 мы обсудим различные типы элементов, которые доступны для литий-ионных аккумуляторов.

Автор: Имад Иделах, главный инженер по приложениям, Inventus Power

.