Литий ионный аккумулятор принцип работы: Как устроен литий-ионный аккумулятор | Полезная информация | Cписок категорий | Блог — magazinakb.ru

Содержание

Как устроен литий-ионный аккумулятор | Полезная информация | Cписок категорий | Блог

Берем два длинных листка: из графита и из оксида лития с кобальтом (LiCoO2). Смазываем их электролитом, прокладываем между ними тонкую перфорированную пластиковую пленку и сворачиваем рулончиком. Литий-ионный аккумулятор готов.

Когда мы подаем на пластинки напряжение — на графит минус, а на оксид лития плюс — от молекул оксида отцепляются положительно заряженные ионы лития и перепрыгивают на углеродную пластинку. Так происходит зарядка аккумулятора.

Первый в мире серийный электрический спорткар Tesla Roadster, питается как раз от литий-ионных аккумуляторов. Принципиально они не отличаются от аккумулятора для шуруповерта, ноутбука или телефона.

Когда аккумулятор заряжен и вы решаете им воспользоваться, то все происходит наоборот: положительно заряженные ионы лития перепрыгивают обратно на оксид лития, в свое нормальное состояние. В полученной батарейке графитовая пластинка становится минусом, а оксид лития — плюсом.

Такие аккумуляторы обладают большой емкостью, у них нет эффекта памяти, они легкие и компактные.

Эффект памяти аккумулятора — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора. Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток до «запомненной границы».

Но при неправильном использовании у них есть и минусы:

При сильном нагревании аккумулятор может загореться.
Если аккумулятор сядет ниже определенного критического уровня, то его больше никогда нельзя будет зарядить.

Поэтому такие аккумуляторы объединяют в батареи со встроенной электроникой, которая следит за температурой и режимами зарядки каждого отдельного аккумулятора.

Как устроены литий-полимерные аккумуляторы и принцип их работы

Литий-полимерный аккумулятор (литий-ионный полимерный аккумулятор) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях.

В начале 90-х годов, когда промышленное использование литий-ионных аккумуляторов уже во всю набирало обороты, были разработаны и первые литиевые аккумуляторы в форме пакетов — литий-полимерные аккумуляторы (обозначение «Li-Pol» или «Li-Po»).

Таким образом, литий-полимерные аккумуляторы стали более поздней разновидностью литий-ионных аккумуляторов. Но если в литий-ионных аккумуляторах электролит применяется жидкий, то у литий-полимерных собратьев это уже полимерный состав, по консистенции — гель. Благодаря полимерной основе, аккумуляторы данного типа обладают более высокой удельной энергоемкостью, чем другие.

Именно по этой причине сегодня литий-полимерные аккумуляторы особенно широко внедрены во множество мобильных устройств, где малый вес крайне важен (гаджеты, радиоуправляемые игрушки и т. д.)

Типичный литий-полимерный аккумулятор содержит в своей конструкции четыре основные части: положительный электрод (анод), отрицательный электрод (катод), сепаратор и электролит. В качестве сепаратора может выступать такой полимер, как микропористая полиэтиленовая или полипропиленовая пленка. Поэтому даже если электролит практически и является жидкостью, полимерный компонент в аккумуляторе неизменно присутствует.

Положительный электрод, в свою очередь, может быть разделен на три части: литий-переходный материал (оксид лития-кобальта или литий-оксид марганца), проводящая добавка и полимерное связующее — поливинилиденфторид. Что касается отрицательного электрода, то он содержит тоже три части, только вместо оксидов на нем присутствует углерод (графит).

Принцип действия литий-полимерного аккумулятора, как и принцип действия аккумулятора литий-ионного основан на обратимом встраивании (интеркаляции и деинкаляции) ионов лития в материал положительного и отрицательного электродов, при этом проводящей средой для ионов лития служит электролит, а микропористый сепаратор нужен здесь для того, чтобы препятствовать соприкосновению противоположных электродов друг с другом.

Сепаратор, таким образом, исключает миграцию частиц самих электродов, пропуская лишь ионы лития. В разряженном состоянии напряжение между электродами находится в диапазоне от 2,7 до 3 вольт, а в заряженном достигает 4,2 вольт (для аккумулятора на основе оксида литий-кобальта). Для литий-железофосфата (разновидность литий-ионного аккумулятора) эти значения будут иными — от 1,8 до 2,0 вольт в разряженном состоянии и от 3,6 до 3,8 вольт в заряженном.

Для каждого аккумулятора характерные значения рабочих напряжений указываются в документации, кроме того каждый аккумулятор должен быть оснащен защитной схемой, не допускающей выхода напряжения за пределы допустимого диапазона. Если же ячейки собираются в батареи будучи соединены последовательно, то обязательно наличие балансирующего контроллера, который будет удерживать заряд каждой ячейки на приемлемом уровне.

Литий-полимерные аккумуляторы традиционно отличаются от обычных литий-ионных аккумуляторов гибким, а не жестким каркасом. В итоге ячейка не только оказывается на 20% легче, но также имеет колоссальное преимущество, которое заключается в возможности производить аккумуляторы практически любой желаемой формы (для ноутбуков, планшетов и прочих мобильных устройств это крайне важно). Кроме того уровень саморазряда литий-полимерных аккумуляторов составляет всего около 5% в месяц.

Наконец, следует отметить количество рабочих циклов, которое у литий-полимерных аккумуляторов достигает 900. А при разрядных токах в 2С (удвоенное значение номинальной емкости) емкость бытовых аккумуляторов данного типа снижается лишь на 20% за все время жизни. Для специальных же применений, с нетипично большими рабочими токами, разрабатываются специальные литий-полимерные аккумуляторы, способные безболезненно отдавать в нагрузку токи на порядок превышающие величину номинала.

Ранее ЭлектроВести писали, что растущий спрос на аккумуляторы провоцирует кризис. Главные мировые поставщики аккумуляторов — это южнокорейские гиганты Samsung и LG. Политика Сеула привела к тому, что за последний год использование батарей на внутреннем рынке выросло.

По материалам electrik.info

Как работает литиевая батарея — подробное устройство

Обновленная статья от: 10.11.2020

Литий-ионные аккумуляторы – универсальный тип элементов питания. Они используются в смартфонах, фонариках, портативной технике, специнструменте, источниках

бесперебойного питания. Литий-ионные батареи обеспечивают автономное питание складской и клининговой техники, электромобилей, гольфкаров, инвалидных колясок, гироскутеров, самокатов, велосипедов на электротяге и многих других устройств.

Источники питания на основе лития отличаются высокой энергоемкостью при относительно малых размерах и массе. Дополнительными их преимуществами выступают:

большой ресурс – более 1000 полных циклов заряд-разряд;
малый саморазряд – не более 5–10 % в год;

высокая токоотдача;
широкий диапазон допустимых температур – от -20 до +60 °С при работе, от 0 до +45 °С при подзарядке;
простота и удобство использования.

Литиевый аккумулятор – устройство и принцип работы

В структуре Li-ion аккумулятора есть катод из производных лития на алюминиевой фольге и графитовый анод на фольге из меди. В качестве производных лития используются различные соединения: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiMnRON, LiC6, LiMnO2, Li4Ti5O12 и др. Между катодом и анодом находится пористый сепаратор, пропитанный электролитом с функциями проводника. Заряд переносят ионы лития, легко встраиваемые в кристаллическую решетку пористого углерода и вызывающие соответствующую химическую реакцию.

Конструкция из электродов и находящегося между ними сепаратора сворачивается в виде рулона и помещается в герметичную оболочку из стали, алюминия или полимерного материала. При этом электроды подсоединяются к токосъемникам. В итоге получаются Li-ion элементы цилиндрической или призматической формы – в зависимости от принципа сворачивания фольги. Самый распространенный типоразмер Li-ion аккумуляторов в форме цилиндра – 18650.

Как работает Li-ion аккумулятор

Принцип действия литий-ионного аккумулятора заключается в создании необходимых условий для перемещения ионов лития между катодом и анодом:

При подаче на электроды напряжения ионы лития отрываются от катода, переходят через сепаратор к графитовому аноду и встраиваются в его молекулярную структуру. В результате протекает реакция окисления, и аккумулятор заряжается.

При подаче нагрузки ионы лития перемещаются обратно к катоду. Углеродистая пластинка на медной фольге становится «минусом», а производные лития на алюминии – «плюсом».

Задачи и функции BMS платы

Слабым местом Li-ion аккумуляторов считается их чувствительность к перезарядам и глубоким разрядам. Чтобы напряжение элементов автоматически поддерживалось в безопасном диапазоне, батарея оснащается BMS платой контроля и защиты. Она автоматически размыкает выходные ключи – отключает АКБ от нагрузки при критическом разряде и от сети при полном заряде. БМС плата оберегает элементы питания и от короткого замыкания. В таких ситуациях напряжение на элементах питания резко просаживается, и мгновенно срабатывает защита от глубокого разряда. Тем самым модуль защиты продлевает срок службы АКБ.

Основой BMS платы выступает микросхема. В ней есть полевые транзисторы, используемые для раздельного управления защитой на протяжении заряда и разряда ячеек. Плата защиты следит, чтобы напряжение на каждой ячейке не превышало 4,2 В и не опускалось ниже 2,3 В. Также в схеме обычно присутствует датчик, замеряющий уменьшение напряжения на полевых транзисторах. Функции измерительного шунта выполняет переходное сопротивление транзисторов. В ряде плат дополнительно используется детектор токовых перегрузок.

Как работает контроллер заряда в литиевой батарее

Контроллер заряда – важная составляющая зарядного устройства, которая обеспечивает правильный режим подзарядки. Для литиевых элементов это режим CC/CV – вначале осуществляется зарядка при неизменном токе, а затем – при стабильном напряжении.

Контроллер ограничивает зарядный ток и контролирует объем энергии, поступающей на ячейки в единицу времени. Избыточную энергию он рассеивает в виде тепла. При достижении порога срабатывания 4,2 В контроллер переключается в режим стабилизации напряжения и плавно уменьшает ток заряда.

Режимы работы литиевых АКБ

Есть 2 основных режима использования литиевых АКБ:

Буферный – например, в современных источниках бесперебойного питания. Батарея в таком случае постоянно подпитывается от электросети, а при перебоях в электроснабжении – отдает накопленный заряд подключенному к ней оборудованию. Когда электроснабжение от сети восстанавливается, АКБ снова подзаряжается и находится в режиме постоянной готовности к дальнейшему использованию.

Циклический – подразумевает чередование фаз заряд-разряд, когда после пассивной фазы восстановления заряда следует продолжительная фаза активной работы. В таком режиме работают аккумуляторные батареи электровелосипедов и других видов персонального электротранспорта, погрузчиков, поломоечных машин, электромобилей, мотолодок, мобильных кофемашин и другой техники. Срок службы таких АКБ измеряется не годами, а количеством циклов глубокого разряда (до 80%) и последующего заряда.

Литий-ионные батареи успешно используются и в буферном, и в циклическом режиме. Если эксплуатация АКБ подразумевает жесткие условия и частые глубокие разряды, лучше всего с такими задачами справляются литий-железо-фосфатные батареи (LiFePO4). В частности, они используются для питания лодочных электромоторов, складской и клининговой техники, е-байков и других видов электротранспорта.

Старение и деградация литиевых АКБ

В результате циклического заряда-разряда литиевые аккумуляторы постепенно «стареют» – ионы лития не всегда возвращаются в свое исходное положение, состояние катода меняется, в системе накапливаются продукты окисления. В итоге аккумуляторная батарея медленно и безвозвратно утрачивает часть своей емкости.

Считается, что при потере 30% исходной емкости жизненный цикл батареи завершается. При потере емкости на 50% батарея подлежит утилизации. Рабочий ресурс батареи определяется как количество полных циклов заряда-разряда до тех пор, когда емкость АКБ снизится на 20%. В среднем ресурс Li-ion аккумуляторов составляет 1000 циклов, у моделей вида LiFePO4 – более 2000, а у литий-титанатных – более 20 000.

Это просто бомба-2. Li-Ion — как не взлететь / Хабр

За последний десяток лет литий-ионные аккумуляторы из дорогостоящей экзотики перешли в разряд самых распространенных источников автономного питания. Неудивительно, что они стали популярными и в руках самодельщиков, в том числе и начинающих. Иногда от технических решений в их творениях волосы становятся дыбом – ведь особенностью аккумуляторов данного типа является их повышенная опасность, в первую очередь – пожарная. Мой рассказ о том, как правильно «готовить» эту «рыбу фугу», чтобы никто не сгорел и не взорвался.

Предыдущая статья на «взрывную» тему здесь.

Принцип работы литий-ионнного аккумулятора.

Химические источники тока на основе лития получили распространение уже давно. Литиевые батарейки уже в конце XX века прочно укрепились в часах, калькуляторах, материнских платах компьютеров, пультах дистанционного управления. По принципу действия они мало чем отличаются от марганец-цинковых элементов, за тем исключением, что литий заменяет собой цинк, а вместо водного раствора щелочи или хлористого аммония – электролит на основе неводных растворителей, таких как пропиленкарбонат или хлористый тионил, в котором растворена литиевая соль, диссоциирующая с образованием иона лития, который и переносит ток в таком электролите. Но замена цинка на литий привела к тому, что напряжение возросло с полутора до трех вольт, а энергоемкость увеличилась в несколько раз. При этом химически инертный органический электролит и высокая степень герметичности конструкции свели саморазряд практически на нет — отдавая микроамперные токи, такая батарейка может работать десятилетиями.

Знаете, почему нельзя заряжать обычные батарейки? Казалось бы, при протекании тока в зарядном направлении, на электродах будут идти процессы «в обратном порядке»: на отрицательном электроде будет осаждаться цинк, а на положительном – активная масса, бывшая когда-то двуокисью марганца и отдавшая свой кислород, будет снова окисляться, вновь превращаясь в свежую MnO₂. Но все портит то, что одновременно с этими процессами разлагается и вода в электролите. Выделяющиеся газы раздувают корпус батарейки и выдавливают электролит наружу с печальными последствиями для аппаратуры.

В литиевом элементе нет воды. Пропиленкарбонат, служащий растворителем, не подвержен электролизу, поэтому такой элемент можно зарядить без побочных реакций. Однако, такой литиевый аккумулятор «не взлетел». Вернее, он как раз взлетал – на воздух. Литий никак не хотел ложиться на свой анод аккуратным тонким слоем, а кристаллизовался в виде игольчатых кристаллов – дендритов. Точно такие же дендриты, к слову, образуются и при попытке зарядить марганец-цинковую батарейку, но именно в литиевом аккумуляторе они приводили к катастрофе. Рано или поздно такой дендрит перекрывал промежуток между анодом и катодом и вызывал короткое замыкание. Протекающий ток разогревал и катодную массу, из которой выделялся кислород, и литий, который в этом кислороде воспламенялся, и сепаратор, который просто прекращал свое существование, после чего литий, электролит и катодная масса – горючее и окислитель – превращались в адскую смесь. Как рассказывал мне один знакомый, причастный к этим экспериментам изобретатель – военные, для которых они пытались эти аккумуляторы создать, потеряли всякий интерес к ним, как к источникам тока, но регулярные мощные взрывы, сопровождающиеся ослепительным красным (от лития) пламенем, их восхищали и каждый раз военные интересовались, нельзя ли куда-то применить эту взрывчатку.

В этом направлении работали и за рубежом, и кое-чего даже добились, применяя механически более прочные керамические сепараторы, особые методы заряда, специальные добавки в электролит. Но все равно опасность дендритообразования сохранялась – слишком опасным был такой аккумулятор для его практического применения, если превышал размеры и емкость крохотной часовой батарейки-таблетки.

Прорыв принесли два открытия. Первое – это обнаружение способности некоторых сложных оксидов и сульфидов, содержащих литий, отдавать и поглощать обратно ионы лития на катоде. Второе – способность соединений слоистой структуры (графит, дисульфид молибдена) обратимо поглощать в межслоевое пространство значительные количества лития (вплоть до соединения состава LiC₆), захватывая его атомы немедленно после разрядки ионов Li⁺ на аноде и предотвращая его выделение в металлической форме, а значит, предотвращая образование дендритов. За эти открытия и изобретение литий-ионного аккумулятора в прошлом году была присуждена Нобелевская премия. Ее лауреаты – М.С. Уиттингем, первооткрыватель явления интеркаляции лития в дисульфиды титана и молибдена, впервые предложивший использовать это явление в аккумуляторах, Дж. Гуденаф, исследовавший обратимость поглощения и выделения ионов лития кобальтитом лития на катоде, и собственно, изобретатель литий-ионного аккумулятора Акира Ёсино.

Принцип работы литий-ионного аккумулятора Акиры Ёсино, изобретенного им в 1991 году, состоит в следующем. Однозарядные катионы лития – это практически единственный ион, переносящий ток в органическом неводном электролите. Противоионом является громоздкая и малоподвижная молекулярная «конструкция», обладающая отрицательным зарядом.

Ион Li+ при зарядке аккумулятора разряжается на поверхности графитового анода, превращаясь в нейтральный атом лития. Этот атом немедленно вступает поглощается графитом, проникая между слоями его кристаллической решетки. Образуется графитид лития – так называемый интеркалят или соединение внедрения. По своим химическим свойствам это сильный и активный восстановитель.

Одновременно с этим, кобальтит лития на катоде поставляет в раствор ионы лития, а сам при этом, теряя литий, все больше по составу приближается к двуокиси кобальта, в результате чего становясь сильным и активным окислителем.

Разность электрохимических потенциалов между этими окислителем и восстановителем равна ЭДС литий-ионного аккумулятора.

При разряде происходят обратные процессы. Литий, покидая межслоевое пространство на аноде, отдает во внешнюю цепь электрон и приобретает заряд, становясь катионом, а графитид лития – просто графитом. На катоде эти катионы возвращается в вакансии кристаллической решетки кобальтита лития, который теряет свои окислительные свойства, принимая электрон во внешнюю цепь.

Из-за отсутствия побочных процессов данная электрохимическая система обладает весьма высокой степенью обратимости и по этой причине характеризуется прекрасным КПД.

Литий-полимерные аккумуляторы не являются, как многие думают, каким-то отдельным видом аккумуляторов. В них вместо жидкого электролита используется гелеобразный на полимерной основе, а все электрохимические процессы в них ничем не отличаются. Отсутствие (вернее, минимальное количество) жидкого электролита позволяет придавать им практически любую форму и вместо прочного металлического корпуса помещать их в корпуса из полимерной пленки в виде запаянного пакетика, что помимо прочего повышает плотность хранения энергии.

Существуют также разновидности литий-ионных аккумуляторов с различными электрохимическими системами, такие, как литий-железофосфатные и литий-титанатные. Принцип действия у них тот же самый, но иные материалы катодной массы и, соответственно, другие напряжения. Удельная емкость этих аккумуляторов ниже, чем у классической кобальтовой литий-ионной системы, но они превосходят их по сроку службы, способности отдавать ток при низких температурах и, по утверждению производителей – по безопасности.

Собственно, безопасность – едва ли не основная «беда» литий-ионных аккумуляторов.

Скрытая угроза

Увы, «укротив» литий, Акира Ёсино не сделал этого огненного льва безобидным мышонком. Да и как можно ожидать полной безопасности от устройства, в котором, повторюсь, сильный и активный окислитель соседствует с столь же сильным и активным восстановителем и разделяют их лишь несколько десятков микрон пористой полимерной пленки-сепаратора? Стоит этой пленке где-нибудь прохудиться, допустив короткое замыкание, лавинообразный процесс саморазогрева и саморазрушения уже не остановить. Содержимое аккумулятора превращается во взрывчатую смесь горючего и окислителя. И эту смесь уже подожгли.

То, что литий-ионные аккумуляторы обычно не взрываются, обусловлено множеством предосторожностей, которые соблюдаются при их эксплуатации. Соблюдаются не силами пользователя – за этим следят автоматические электронные устройства. Там, где применяется литий-ионный аккумулятор, нет места простейшим зарядным устройствам из мира «свинца» и «никель-кадмия». Зарядное устройство обязано быть «умным». Процесс заряда литий-ионного аккумулятора многостадийный, требует строгого выдерживания параметров и должен быть вовремя завершен, и перекладывать ответственность за это на пользователя категорически недопустимо, так как его забывчивость в таком случае может привести к пожару или взрыву.

Дело в том, что отсутствие побочных процессов в литий-ионном аккумуляторе не абсолютно. Для того, чтобы их не было, нужно не выйти за определенную «безопасную» территорию. Так, при напряжении выше 4,2..4,5 В или при слишком большом токе заряда графит уже не успевает «впитать» литий, и он образует металлическую фазу. То же происходит, если графит теряет активную поверхность, что происходит, например, из-за переразряда. Как только на поверхности появляется металл, он начинает образовывать дендриты и… можно вызывать пожарных. Наконец, перенапряжение может вызвать электролиз компонентов электролита (в том числе и неконтролируемых примесей) и выделение газов, давление которых может нарушить герметичность аккумулятора, что также чревато пожаром – соединение внедрения лития в графит самовоспламеняется на воздухе.

Опасна и перегрузка при разряде. Перегрев разрядным током может вызвать вскипание или термическое разложение электролита, выделение кислорода из катодной активной массы, повреждение сепаратора. Результат тот же: КЗ и пожар. К тому же эффекту приведет и механическое повреждение аккумулятора.

Является «правилом хорошего тона» не полагаться на надежность зарядного устройства. В абсолютном большинстве промышленно выпускающихся устройств (за исключением «маргинальных» случаев вроде электронных сигарет и авиамоделей), содержащих литий-ионные аккумуляторы, независимо от контроллера, на который возложены функции заряда, имеется еще один контроллер, выполняющий функции защиты. В простейшем своем варианте (например, на микросхеме DW01A, являющейся основой плат защиты почти всех китайских аккумуляторов), он отключает аккумулятор при перезаряде (превышении допустимого напряжения), переразряде, слишком большом зарядном и разрядном токе, перегреве. В более сложных случаях к этим базовым функциям добавляется балансировка батареи (если она состоит из нескольких элементов, соединенных последовательно), контроль за ее «здоровьем», подсчет ампер-часов при заряде и разряде (что позволяет определить оставшийся процент заряда гораздо точнее, чем при простом измерении напряжения) и другие функции. Данный контроллер – его называют Battery management system (BMS) или просто «платой защиты», как правило, является неотделимой частью аккумуляторной батареи, находясь с ней в одном корпусе и будучи наглухо припаянным к его выводам.

Есть еще третья ступень защиты. Это механическое устройство, разрывающее цепь при повышении давления или температуры внутри «банки» аккумулятора. К сожалению, оно – не панацея, так как во многих случаях нагрев и газовыделение начинаются уже после того, как возгорание батареи уже нельзя остановить.

Кстати, типичная цифра, характерная для LiIon – 250 Вт*ч/кг или 0,9 МДж/кг. Это всего вчетверо меньше запаса энергии в таких ВВ, как тротил. В мощном ноутбуке «тротиловый эквивалент» аккумулятора может быть сравним с ручной гранатой. Так что с литий-ионными аккумуляторами шутки плохи. Их взрыв вполне может привести к смерти и увечьям многих людей.

Видео и фотографии взрывов и возгораний литий-ионных аккумуляторов в сети можно найти много. Надеюсь, они убедят вас, что все более чем серьезно.

Заряжаем и разряжаем правильно

А теперь разберемся с тем, как правильно заряжать эти опасные литий-ионные аккумуляторы, чтобы они не были так опасны.

Общепринятым, рекомендуемым всеми производителями литий-ионных аккумуляторов, является алгоритм CC-CV. Это означает, что начинается заряд стабилизированным током, а при достижении определенного напряжения далее оно стабилизируется на этом уровне. Этот метод близок к методу заряда свинцовых аккумуляторов, отличаясь от него лишь режимом.

Для большинства стандартных литий-ионных аккумуляторов напряжение перехода от стадии CC к стадии CV при комнатной температуре – 4,20 В. Некоторые старые аккумуляторы с анодом на основе каменноугольного кокса следует заряжать лишь до 4,10 В, тогда как в последнее время все чаще встречаются «высоковольтные» аккумуляторы, которые допускают заряд до 4,35 и даже 4,45 В. Небольшое превышение этого напряжения вызывает резкое сокращение срока службы, а более значительное превышение приводит к возгораниям и взрывам. Требуемая точность установки порогового напряжения для стандартных аккумуляторов составляет ±50 мВ, а у «высоковольтных» тем выше, чем выше напряжение, вплоть до ±5 мВ при пороговом напряжении 4,45 В. Разумеется, пониженное напряжение приводит лишь к снижению доступной емкости, а вот повышение напряжения недопустимо ни при каких случаях.

Стандартным током заряда считается 0,5С и большинство аккумуляторов без ущерба позволяют заряжать их током до 1С, а некоторые допускают и более высокие токи при условии недопущения перегрева. С здесь – ток в амперах, численно равный емкости в ампер-часах. Но таким током нельзя заряжать глубоко разряженные аккумуляторы, напряжение на клеммах которых снизилось ниже 2,9-3,0 В. В этом случае необходима стадия предварительной зарядки (precharge) – аккумулятор заряжается током 0,05-0,1С, пока напряжение не достигнет трех вольт. А вот слишком глубоко разряженные аккумуляторы заряжать нельзя вообще. Зарядное устройство должно не допускать зарядки аккумулятора, если напряжение на его клеммах снизилось ниже 2,5 В. При таком глубоком разряде аккумулятор обычно сильно теряет в емкости, но это еще полбеды: его заряд сопряжен с опасностью металлизации лития и возгорания. Кстати, «высоковольтные» аккумуляторы более чувствительны к глубокому разряду, и не следует допускать их разряда ниже 2,75 В.

На стадии CV ток снижается по экспоненте. На этой стадии аккумулятор не должен оставаться до бесконечности. Заряд должен быть автоматически прекращен после снижения тока до 0,05-0,1С.

Такой многоступенчатый алгоритм зарядки предпочтительно реализовывать на специализированных микросхемах-контроллерах. Таких контроллеров в настоящее время выпускается множество, как самостоятельных (типичные примеры — всем известные LTC4054-4,2, TP4056, TP5000 и т.п.), так и встроенных в многофункциональные контроллеры питания, включающие несколько отключаемых линейных и импульсных преобразователей напряжения, наподобие применяемой во многих мобильных устройствах микросхемы RK819.

Плохой, очень плохой практикой является применение для этой цели обычных интегральных линейных и импульсных стабилизаторов, а в особенности — популярных и продаваемых именно как «платы для зарядки Li-Ion» модулей с Aliexpress на LM2596, XL4015 и т.п. Именно так нередко делают, переделывая шуруповерты на литиевые аккумуляторы, не учитывая опасности того, что со временем установленное на выходе напряжение может «уйти» из-за невысокого качества подстроечных резисторов на этих китайских платах. Если движок этого резистора потеряет контакт с резистивным элементом, на выходе попросту окажется входное напряжение. И это не говоря о том, что без внешних схемных решений такой «контроллер» не отключит аккумулятор по окончании заряда и не обеспечит предзаряд сильно разряженного аккумулятора малым током. В любом случае, проектируя и собирая зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторах, следует думать о надежности. Неисправность здесь может обойтись очень дорого, иногда — в человеческую жизнь.

Другое крайне неудачное решение, встречающееся в практике самодельщиков и даже «у китайцев» — заряжать аккумулятор, снабженный платой защиты, до ее срабатывания. Во-первых, BMS отключает аккумулятор уже при превышении напряжения. Во-вторых при такой зарядке, без стадии CV используется только часть емкости. Парадокс: батарея одновременно пере- и недозаряжается.

Как крайний случай, можно заряжать литий-ионные аккумуляторы током 0,1С до достижения 4,10..4,15 В с последующей отсечкой. Но, по некоторым данным, предположительно, такой режим плохо сказывается на токоотдаче и сроке службы аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы очень плохо переносят не только перезаряд, но и переразряд. Напряжение 2,5 В на «банку» и ниже фатально — такой аккумулятор уже опасно заряжать. А области между 2,5 и 3 В, которая хоть и формально является допустимой, следует по возможности избегать, так как это отрицательно сказывается на сроке службы. В устройстве, питаемом от литий-ионных аккумуляторов, следует предусмотреть принудительное отключение при снижении напряжения до 3 В. Кстати, подавляющее большинство смартфонов отключаются уже при напряжении 3,35..3,4 В, так как в их контроллерах питания применяются только понижающие преобразователи напряжения, и при более низком напряжении невозможно формирование напряжения 3,3 В. Поэтому все советы «ставить телефон на зарядку, не дожидаясь отключения, так как это очень вредно для батареи» не соответствуют действительности. Такое высокое напряжение отсечки, разумеется, немного уменьшает полезную емкость, и вместе с тем немного продлевает срок службы аккумулятора.

Балансировка

Процесс заряда осложняется, если мы имеем дело с батареей из последовательно соединенных элементов. Дело в том, что двух одинаковых аккумуляторов не бывает. Если емкость одного из них будет чуть больше, а другого – чуть меньше, напряжение на последнем будет расти быстрее, чем на первом. В таком случае, если мы будем заряжать батарею до 8,40 В, этот аккумулятор окажется в итоге немного перезаряженным. Со временем эти небольшие перезаряды приведут к более быстрому износу, а значит, напряжение на этом аккумуляторе будет завышаться с каждым разом все сильнее. Возникает «снежный ком» нарастающей разбалансировки батареи, который может закончиться взрывом.

Чтобы этого не допустить, необходимо контролировать напряжение не только всей батареи, но и каждого элемента в отдельности, не допуская превышения напряжений каждого из них. Обычно применяются те или иные схемы балансировки, шунтирующие «опережающие» элементы во время заряда, когда те достигают максимального напряжения. Это так называемые пассивные схемы балансировки. Очевидно, при их работе часть энергии рассеивается в виде тепла, что существенно снижает КПД зарядки и ухудшает тепловые условия внутри аккумуляторной сборки. Более эффективными и лучше использующими емкость являются методы активной балансировки, обеспечивающие перекачку энергии с клемм уже зарядившейся «банки» к еще недозаряженным.

На рисунке — простейшая схема балансировки батареи из двух элементов на двух компараторах (https://power-e.ru/hit/sistemy-balansa/). Обычно же такие системы выполняются на специализированных микросхемах, таких, как LTC3300-1 и включаются в состав BMS, оставаясь подключенными к аккумуляторной батарее всегда. Такие контроллеры обладают широким набором функций, включающих не только балансировку, но и мониторинг состояния батареи в течение их срока службы.

Активная балансировочная схема на LTC3300-1 (Рыкованов А. Системы баланса Li-ion аккумуляторных батарей // Силовая электроника. 2009.№1

В настоящее время распространение получили интеллектуальные системы балансировки, лучше использующие емкость аккумуляторов за счет компромиссного распределения зарядного тока, которое определяется реальными емкостями каждого из элементов, измеренными в предыдущих циклах.

Как обращаться, хранить, куда девать остатки

Исходя из вышесказанного, обращаться с литий-ионными аккумуляторами следует с осторожностью. Опасность возгорания и взрыва возникает при неправильном заряде, коротком замыкании и механических повреждениях. Последнее особенно актуально для литий-полимерных аккумуляторов, лишенных прочного защитного корпуса. Случайно или намеренно проколов или разорвав пленку, защищающую аккумулятор, вы можете уже через 10-15 секунд получить у себя в руках ослепительный красный огонь. Это же может случиться при изгибе и сдавливании аккумулятора, а в особенности, если каким-либо инструментом проткнуть его насквозь. Такое случается при попытках извлечь аккумулятор, приклеенный на двусторонний скотч, из мобильного телефона для его замены на новый. Риск снижается при извлечении разряженного аккумулятора, поэтому это следует сделать перед началом работы. По этой же причине, а также по причине того, что при замыкании он может выдать десятки, если не сотни ампер тока, хранить такие аккумуляторы следует надежно и аккуратно упакованными, а не в куче радиохлама.

Вообще перед хранением эти аккумуляторы следует довести до уровня заряда 30-50%. Хранить их следует при комнатной температуре. А то некоторые «специалисты» утверждают, что их нужно держать в холодильнике. Не нужно. А вот старые, убитые и особенно вздувшиеся аккумуляторы хранить ни в коем случае нельзя, от них нужно избавиться как можно скорее, так как они непредсказуемы и могут в любой момент стать причиной пожара.

Вопрос «куда утилизировать» достаточно сложен. Учитывая экологическую опасность лития (по ПДК близок к свинцу), их должны утилизировать специальные организации, но у нас в стране я таких организаций, работающих с частными лицами, не знаю. Не следует выбрасывать их в мусор и в особенности в контейнеры для батареек. Пожалуй, идеальный вариант — некий закрывающийся ящик с песком на открытом воздухе, содержимое которого забирали бы специальные службы…

Нельзя (и если очень хочется, то тоже нельзя!) пытаться паять аккумуляторы. Только точечная сварка! Исключение — литий-полимерные со специально удлиненными выводами под пайку и цилиндрические аккумуляторы с заранее приваренными ленточными ламелями. Даже небольшой перегрев может привести и к разгерметизации с последующим самовоспламенением, и к расплавлению сепаратора и внутреннему КЗ.

Всякие шаманства типа «подтолкнуть аккумулятор» или «разблокировать контроллер» — это риск того, что у вас в руках, в кармане или в постели окажется огненный шар. Помните, что если контроллер аккумулятора заблокировался, это не потому что жадный до денег производитель хочет, чтобы вы купили новый. Это потому что производителю неохота оплачивать ущерб, нанесенный загоревшимися аккумуляторами.

Собрав зарядное устройство (неважно — как самостоятельное изделие или в составе какой-либо конструкции), нужно провести первый цикл заряда, подключив вместе с аккумулятором вольтметр и миллиамперметр, и убедившись, что оно работает корректно. Причем обратите внимание на точность измерений: максимально допустимое отклонение напряжения от номинальных 4,2 В не превышает 1,2%, а погрешность распространенных недорогих мультиметров разрядностью 3,5 цифр при измерении этого напряжения на пределе 20 В достигает 1%.

Собирая батарею из нескольких аккумуляторов, нужно подбирать максимально близкие (в пределах 1-3%) по емкости элементы при последовательном соединении, и по внутреннему сопротивлению — при параллельном. Перед соединением элементов параллельно нужно уравнять их по напряжению. Элементы для батареи должны быть строго из одной партии.

Нельзя ремонтировать батарею путем замены одного элемента на новый. Разбалансировка при этом практически гарантирована. А чем грозит разбалансировка, вы уже знаете (подсказка — пожаром и взрывом).

Плавкий предохранитель — это то, что должно быть в цепи любого литий-ионного аккумулятора.

И еще раз — будьте внимательны и осторожны.

Литий-ионный аккумулятор: устройство, принцип работы, характеристики

Сложно представить себе жизнь современного человека без мобильного телефона, планшета, ноутбука, mp3 плеера, колонки и прочих переносных портативных гаджетов. Но вряд ли можно было бы представить себе их работу без качественного источника питания. Одним из наиболее распространенных вариантов для электроснабжения переносных устройств является литий-ионный аккумулятор. Как устроен и чем примечателен такой аккумулятор, мы рассмотрим в этой статье.

Устройство и принцип работы

Литий, как химический элемент давно известен способностью легко отдавать заряд за счет одного электрона расположенного на внешней орбите. Однако в соединениях литий стабилизируется, и его соли плохо вступают в реакцию. В Li-Ion аккумуляторах задача применения свойств этого химического элемента для питания электрических потребителей решается за счет конструктивных особенностей.

Рис. 1. Устройство литий-ионного аккумулятора

Конструктивно литий-ионный аккумулятор состоит из следующих частей:

Положительно заряженный электрод – выполняется из алюминиевой фольги. Как правило, он выполняется из трех слоев, первый из которых представляет собой алюминий, а другие два – это порошковые или гелиевые напыления. В состав покрытия включаются проводящие основы и углеродистые структуры.
Отрицательно заряженный электрод – композитный элемент изготавливаемый на основе медной фольги, которая покрывается наноструктурированными солями лития. Которые представлены соединениями лития с железом или кобальтом, их наносятся на медную поверхность посредством проводящего клея.
Электролит – предназначен для наполнения пространства между анодом и катодом. В ходе эксплуатации литий-ионного аккумулятора электролит пропускает положительные ионы лития, но являются непроходимым препятствием для отрицательно заряженных электронов. Как правило, жидкий электролит выполняется на основе литиевых солей.
Сепаратор или разделитель – применяется для отделения анода от катода, позволяет избежать необратимой химической реакции в случае внутреннего короткого замыкания пластин или при прорастании дендритов. Чаще всего выполняется из пористого листового полиэтилена, находящегося в слое электролита.

В соответствии с п.3.6 ГОСТ Р МЭК 62660-1-2014 под литий-ионным аккумулятором следует понимать такой аккумулятор, у которого при заряде от катода ионы лития переходят в анод, а в случае разряда через нагрузку перемещаются обратно. На этапе изготовления источника питания система положительного и отрицательного электрода находится в стабильном состоянии.

Рис. 2. Изначально система литий-ионного аккумулятора в стабильном состоянии

Как только к обкладкам будет приложено зарядное напряжение, под его воздействием начнется процесс выделения электронов из атомов лития, с образованием положительно заряженных ионов.

Рис. 3. Под воздействием зарядного напряжения из атомов выделятся электроны

Электроны начнут притягиваться к медному электроду, но не смогут проникнуть через толщу электролита. Поэтому элементарные заряженные частицы начнут перемещаться по замкнутой цепи.

Рис. 4. Электроны по замкнутой цепи перейдут от катода к аноду

В то время как положительно заряженные ионы лития смогут беспрепятственно проникнуть через электролит и перейдут в пористый графитовый слой. Таким образом, происходит накопление заряда в литий-ионном аккумуляторе, процесс продолжается до насыщения катодной зоны.

Рис. 5. Ионы лития переместятся через электролит

В итоге получается такое состояние литий-ионного аккумулятора, при котором отрицательный электрод обладает определенным зарядом, но его состояние крайне нестабильно. Скопившиеся под воздействием постороннего источника питания ионы лития и электроны уравновешивают друг друга.

Рис. 6. Заряженное состояние литий-ионного аккумулятора

Такой баланс заряда в литий-ионном аккумуляторе сохраняется до тех пор, пока к его выводам не подключат какую-либо нагрузку.

При подключении любого электрического прибора для электронов, расположенных в отрицательно заряженном электроде, появиться путь для перемещения в направлении катода.

Рис. 7. При подключении нагрузки электроны переместятся обратно к катоду

Электроны будут перемещаться по внешней электрической цепи, а положительно заряженные ионы лития пройдут сквозь электролит литий-ионного аккумулятора. Направленное движение отрицательно заряженных ионов и создает электрический ток. По мере перемещения заряженных частиц от отрицательного электрода к положительному, аккумулятор будет разряжаться, а для восстановления энергии, его потребуется подзарядить снова.

Характеристики

В эксплуатации литий-ионного аккумулятора опираются на его технические параметры. К основным характеристикам батарей данного типа относят:

Плотность энергии – измеряется в Вт*ч/кг, для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего, находится в пределах от 90 до 120.
Удельная мощность – определяет количество энергии в единице веса, составляет порядка 1 – 1,8 кВт/кг.
Процент саморазряда – определяет количество растрачиваемой аккумулятором энергии за период времени. Для литий-ионных моделей составляет 2 – 3% в месяц. При условии нахождения батареи в комнатной температуре саморазряд составляет только 7% в год.
Допустимый диапазон температур – для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего составляет от — 30 до +50°С, но в некоторых моделях может варьировать в пределах от – 60 до +70°С.
Число циклов – указывает количественное выражение для возможности разряда и последующего заряда до выхода литий-ионного аккумулятора со строя. В зависимости от модели и конструктивных особенностей составляет от 2 до 5тысяч циклов. А при 0,5 – 1 тысяче, как правило, теряется порядка 20% начальной емкости.
Минимальное и максимальное напряжение – для литий-ионных аккумуляторов наименьшая величина составляет в пределах 2,2 – 2,5В, а наибольшая составляет 4,25 – 4,35В.
Время заряда – при оптимальном режиме составляет около 2 – 4 часов.

Преимущества и недостатки

В последнее время литий-ионные аккумуляторы заняли свою весомую нишу в сфере независимых источников питания и продолжают вытеснять другие модели. Такой успех объясняется рядом весомых преимуществ:

Обладают высокой энергетической плотностью, в сравнении с щелочными, кислотными, никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными.
В сравнении с другими видами, один элемент характеризуется куда большей величиной напряжения, которую тот способен выдать.
Характеризуются довольно большим количеством циклов заряда и разряда, благодаря чему могут похвастаться более длительным сроком эксплуатации.
Может функционировать в достаточно широком температурном диапазоне.
В сравнении с другими типами аккумуляторов, не содержит веществ, представляющих угрозу экологии.

Однако, на ряду с преимуществами, литий-ионные аккумуляторы характеризуются и некоторыми недостатками. Так, в случае несоблюдения основных режимов заряда или эксплуатации батарея может не только выйти со строя, но и загореться. В случае понижения температуры менее допустимого предела, емкость аккумулятора может снизиться до 20%. При избыточном заряде литий-ионный быстро выходит со строя.

Особенности эксплуатации

В случае неправильной эксплуатации литий-ионные аккумулятор быстро выходят со строя. Как могли заметить некоторые владельцы мобильных телефонов, такая батарея часто вздувается, что мешает нормальному закрытию крышки.

Рис. 8. Вздутие литий-ионной батареи

Подобная ситуация является следствием выделения большого количества газов, которые и раздувают корпус Li-Ion батареи. В то же время, при правильной эксплуатации, источник питания прослужит в 10 раз дольше.

Одним из важнейших правил для литий-ионных источников питания является соблюдение умеренного температурного режима. Не допускается как чрезмерный перегрев, к примеру, оставлять моблиьный телефон на пляже под воздействием прямых солнечных лучей, возле обогревателей или в автомобиле на палящем солнце. В равной степени, как и резкие переохлаждения. В случае выявления чрезмерного нагрева в ходе заряда, необходимо прекратить процедуру и вынуть литий-ионную батарею для охлаждения.

В случае выявления испорченной и уже вздутой батареи, ни в коем случае не следует пытаться ее проколоть или отремонтировать. Лучше замените е на новую в целях собственной безопасности, но внимательно следите за соблюдением основных режимов и правильным зарядом.

Особенности зарядки

От правильного заряда зависит продолжительность работы литий-ионного аккумулятора и величина емкости, в сравнении с заводскими характеристиками. Так, следует отметить следующие особенности:

Не стоит допускать полного разряда – хоть это и не однозначное утверждение, но постоянное использование накопленной в аккумуляторе электроэнергии на 100% очень быстро приведет к изнашиванию элементов. Но, здесь существует небольшая оговорка, один раз в три месяца, такую процедуру необходимо выполнять для сохранения верхнего и нижнего предела.
Литий-ионные аккумуляторы обладают пусть и незначительным, но эффектом памяти. Поэтому заряжать их лучше полностью, так как постоянный недостаток заряда будет снижать емкость.
Несмотря на наличие защиты от перезаряда практически во всех литий-ионных батареях, не стоит заряжать их более, чем предусмотрено заводом изготовителем.
Для заряда обязательно используйте оригинальные блоки питания, так как применение нетиповых устройств может отрицательно сказаться на сроке службы литий-ионных аккумуляторов.

Список использованной литературы

Кедринский И.А., Яковлев В.Г. «Li-ионные аккумуляторы» 2002
Медведев Б.С., Налбандян В.Б., Гутерман В.Е. «Материалы литий-ионных аккумуляторов» 2007
Попова C.С., Денисов А.А., Денисова Г.П. «Химические источники тока. Литий — ионные аккумуляторы пленочной конструкции» 2009
Мельничук О. В. «Особенности заряда и разряда литиевых аккумуляторных батарей и современные технические средства управления этими процессами» 2016

Литий-ионные технологии продления срока службы

Литий-ионные аккумуляторные батареи радикально меняют рынок промышленных электрических погрузчиков. И неудивительно: по своим выдающимся характеристикам и потрясающей добавленной ценности мощные энергоносители существенно превосходят обычные свинцово-кислотные АКБ. Благодаря продолжительной работе литий-ионные аккумуляторные батареи помогут вам опередить конкурентов, повышая эффективность складских операций и обработки товаров. Боле того, небольшое время зарядки и отсутствие необходимости в обслуживании гарантируют непрерывность работы. Обладая длительным сроком службы, литий-ионные батареи обеспечат вам максимум преимуществ. На литий-ионные батареи собственного производства компания Jungheinrich дает 5 лет гарантии при 10000 часов эксплуатации. Это лучшее предложение на рынке. Литий-ионные аккумуляторы Jungheinrich — залог успеха в Вашей конкурентной борьбе.

5 лет без забот. Гарантировано.

Давая 5 лет гарантии на литий-ионные аккумуляторы, мы подтверждаем их долгую безукоризненную работу независимо от часов эксплуатации.

Встроенный контент требует вашего подтверждения

К сожалению, содержимое этой страницы недоступно из-за ваших текущих настроек cookie.

Пожалуйста, разрешите «маркетинговые» cookie для отображения контента.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Высокая мощность, быстрая зарядка, отсутствие потребности в обслуживании и долговечность — узнайте, как литий-ионные АКБ помогут Вам быть впереди конкурентов.

Подробно

Быстрый возврат к работе.

Невероятно быстрая зарядка.

Литий-ионные аккумуляторы всегда заряжены и готовы к работе даже в несколько смен. Промежуточный заряд длительностью всего 30 минут обеспечит батарее на 24 В заряд до 50 % емкости. Чтобы зарядить наполовину аккумулятор на 80 В, достаточно всего 53 минут. Полная зарядка батареи на 24 В занимает 80 минут, а на 80 В — 105 минут. Технологии ускоренного и промежуточного заряда, например, в перерывах и во время спонтанных пауз, гарантируют непрерывную готовность техники, что повышает гибкость ежедневных складских операций.

Максимальная мощность в любое время.

Неизменно высокие рабочие характеристики.

Литий-ионные АКБ обладают более высокой производительностью по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Более глубокий разряд и постоянные характеристики напряжения гарантируют, что даже при низком заряде литий-ионная АКБ может выдать больше мощности, чем свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. При каждом торможении батарея набирает заряд, а высокая общая эффективность позволяет аккумулировать до 20 % больше энергии. Кроме того, обмен данными между батареей и зарядным устройством гарантирует эффективную и быструю зарядку.

Всегда готовы к работе.

Без вынужденных простоев.

Литий-ионные аккумуляторы всегда готовы к работе. Им не нужен отдых. Они не требуют обслуживания и не выделяют вредных газов. Это значит, что Вам не придется тратить время и деньги на обслуживание аккумуляторных батарей или дополнительную инфраструктуру. С литий-ионными аккумуляторными батареями вынужденные простои останутся в прошлом.

Работают в три раза дольше.

Благодаря продолжительному сроку службы.

Подобно хорошему спринтеру, литий-ионные АКБ эффективны на любом этапе соревнований. Потому что они работают в три раза дольше, чем традиционные аккумуляторы. Выдающаяся выносливость и более высокая общая эффективность защитят Ваши инвестиции за счет сокращения расходов на электроэнергию.

Д-р Ларс Бржоска (Lars Brzoska)

Председатель Совета директоров

«На сегодняшний день большинство используемой в мире подъемно-погрузочной техники с литий-ионными аккумуляторами выпущены под маркой Jungheinrich».

Максимальный результат с лучшей командой.

Идеально синхронизированная система.

Чтобы спортсмен мирового класса выложился на полную, ему нужна надежная команда. То же самое относится и к литий-ионным АКБ. Полного раскрытия потенциала можно добиться лишь в том случае, если все элементы системы работают согласованно. Компания Jungheinrich — единственный производитель складской техники, который предлагает Вам комплексную взаимосвязанную систему, в которой АКБ, зарядное устройство и погрузчик эффективно взаимодействуют друг с другом, значительно снижая потребности в электроэнергии. Подобный уровень эффективности стал закономерным следствием того, что на сегодняшний день Jungheinrich — единственная в мире компания, занимающаяся разработкой и вводом в эксплуатацию электрических погрузчиков с литий-ионными аккумуляторами собственного производства. Суть нашей командной работы заключается в том, что мы всегда готовы оказать поддержку на каждом этапе Вашего проекта, в котором используются литий-ионные АКБ. Вне зависимости от того, что требуется в данный момент: заменить АКБ на одной машине или перевести на литий-ионные АКБ целый парк техники. Наши консультанты будут рады помочь Вам на любом этапе процесса: от планирования до введения в эксплуатацию.

Обратитесь к нам уже сегодня!

Идеальная согласованность на пути к успеху.

Комплексная система Jungheinrich.
У Jungheinrich есть все, что связано с литий-ионными АКБ:
аккумуляторы (1), зарядные устройства (2), техника (3) и поддержка (4).

Аренда вместо покупки.

Переоснастите Ваш парк погрузочной техники и воспользуйтесь преимуществами литий-ионных АКБ и зарядных устройств в рамках комплексной программы аренды Li-Ion Performance Rental. Это позволит снизить затраты и одновременно быстро и легко повысить производительность Ваших электроштабелеров.

Подробнее о программе аренды литий-ионных аккумуляторов

Универсальное зарядное устройство SLH 300 позволяет легко заряжать литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторы.

Новатор в сфере технологий литий-ионных АКБ.

Серийное производство готовой к эксплуатации подъемно-погрузочной техники с 2011 года.

В сфере электрической мобильности для складской логистики компания Jungheinrich уверенно завоевала лидерство и добилась непревзойденных успехов в разработке технологий для литий-ионных АКБ. Уже в 2011 году электротележка EJE 112i стала первой в своем роде моделью на литий-ионных батареях, готовой к серийному производству. С тех пор подразделение Jungheinrich Energy and Drive Systems (EDS) последовательно совершенствует эту технологию, непрерывно пополняя линейку складской техники с литий-ионными АКБ. Сегодня практически все модели техники Jungheinrich могут оснащаться литий-ионными АКБ.

Встроенный контент требует вашего подтверждения

К сожалению, содержимое этой страницы недоступно из-за ваших текущих настроек cookie.

Пожалуйста, разрешите «маркетинговые» cookie для отображения контента.

Безопасность при достижении целей — в любое время.

Литий-ионные АКБ Jungheinrich отличаются высоким уровнем безопасности.

Литий-ионные аккумуляторы Jungheinrich гарантируют безопасность работ в любых условиях. Наши АКБ изготовлены с использованием самых надежных компонентов для аккумуляторов (литий-железо-фосфат). Они нетоксичны и не выделяют вредных газов. Благодаря развитому набору функций разработанная нами система управления АКБ контролирует каждый элемент, плавно выключая АКБ при отклонениях в работе. Транспортировку и утилизацию осуществляет наша собственная сервисная служба. Это означает максимальную безопасность людей и техники.

Новый выносливый профессионал для повышения скорости обработки грузов.

ETV 216i — первый в мире штабелер с выдвижной мачтой, оборудованный литий-ионным аккумулятором.
ETV 216i — наша последняя новинка в линейке техники, оснащенной литий-ионной АКБ. Это первый в мире штабелер с выдвижной мачтой и встроенным литий-ионным аккумулятором. Благодаря высокой мощности и неизменной производительности этот выносливый профессионал заметно повысит эффективность и грузооборот Вашего склада. Революционное обновление дизайна также способствует улучшению эргономики и повышению безопасности при одновременном повышении производительности Вашего склада.

Подробнее о ETV216i

Молодой спортсмен в слаженной команде.

EFG с литий-ионным аккумулятором.
Теперь почти весь парк техники Jungheinrich готов к установке литий-ионных АКБ. В том числе наши штабелеры с противовесом EFG. Теперь они выходят на старт не только с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами, но и с мощными литий-ионными АКБ 80 В (500 Ач). Они долговечны, быстро заряжаются и не требуют технического обслуживания. С литий-ионным аккумулятором EFG легко справится с увеличением грузооборота и повышением энергоэффективности.

Подробнее о EFG

Максимальная производительность комплектования.

EKS с литий-ионным аккумулятором (48 В).

Все больше единиц серийной напольной подъемно-погрузочной техники оборудуется литий-ионными АКБ. Теперь вертикальные комплектовщики заказов EKS серии 3 могут оборудоваться инновационными литий-ионными АКБ 48 В, позволяющими повысить производительность, безопасность и энергоэффективность техники. Это стало возможным благодаря быстрой зарядке, отсутствию необходимости в обслуживании и очень длительному сроку службы.

Подробнее о EKS

Как увеличить пропускную способность склада?

На старт с литий-ионными аккумуляторами.

Принцип работы зарядного устройства для Li-ion

Статья обновлена: 2020-12-10

Литий-ионные аккумуляторы имеют ресурс более 1000 циклов заряд-разряд. Но для его сохранения важно соблюдать правила эксплуатации элементов питания, в т. ч. обеспечивать им корректную и своевременную зарядку. Зарядные устройства для Li-ion аккумуляторных батарей и элементов питания должны быть надежными и предназначенными для данного типа накопителей.

Лучшими считаются «умные» зарядники с многофункциональными зарядными микросхемами. Они оснащены интеллектуальной системой контроля процесса подзарядки, отслеживают основные рабочие параметры и обеспечивают безопасную подзарядку.

Многие модели таких зарядников универсальны и позволяют заряжать элементы питания разных типоразмеров и типов химии. Для этого достаточно выбрать подходящий режим и параметры зарядки. Далее мы подробнее остановимся на выборе зарядки для литий-ионных АКБ.

Технология зарядки Li-ion аккумуляторов и АКБ

Лучшие зарядные устройства для Li-ion аккумуляторов – это надежные приборы, обеспечивающие эффективный и безопасный процесс восполнения заряда. Они используют оптимальный алгоритм подзарядки литиевых элементов, продлевающий срок их службы:

Этап подготовки – протекает с медленным ростом напряжения при постоянном токе. Разряженный аккумулятор не рекомендуется начинать заряжать высоким током, чтобы исключить риск его повреждения. Поэтому вначале происходит подготовка – медленная подзарядка небольшим током. Напряжение при этом контролируется. Когда его значение поднимается до заданной величины, стартует следующий этап.

Этап быстрой подзарядки – на нем происходит ускоренный рост напряжения при неизменном значении тока. Его значение зависит от емкости аккумулятора и необходимой длительности заряда. Допустимый ток заряда зависит от модели АКБ и указывается производителем в инструкции.

Завершающий этап. Здесь могут быть реализованы разные методы, например, плавное снижение тока при неизменном напряжении. Так обеспечивается плавное окончание процесса зарядки. Продолжительность этой стадии определяет таймер. По истечении заданного времени он отключает зарядный ток. Завершающий этап обеспечивает безопасное доведение уровня заряда до предельного значения. Но бывают и другие варианты завершения процесса зарядки:

Ограничение по предельному току заряда – устанавливается его максимум, и зарядник поддерживает максимальный постоянный ток до набора предельного напряжения или до истечения заданного таймером времени. Предельное напряжение и время на таймере можно настраивать при помощи внешних резисторов или интерфейсов.
Ограничение предельной температуры – процесс подзарядки завершается при достижении элементом питания конкретной температуры. Для ее измерения используется встроенный датчик, к примеру, термистор.
Ограничение минимального тока заряда. На стадии быстрой подзарядки такие приборы устанавливают постоянный ток. Когда напряжение дорастает до порогового значения, зарядный ток снижается, а после достижения минимума тока заряда – подзарядка завершается.
Ограничение таймером по заданному времени. Отсчет начинается на старте процесса подзарядки. Данный способ применяется и для защиты от чрезмерного заряда.
Внешнее управление. Такие модели имеют вход для управления током заряда, что позволяет использовать любые алгоритмы зарядки при помощи наружного микроконтроллера и осуществлять настройку зарядных устройств для Li-ion аккумуляторов.
Smart Battery Control – применяется совместно с интеллектуальными элементами питания с интегрированной функцией управления зарядом. Такие модели имеют шину SMBus.

Линейные и импульсные ЗУ

Зарядники для Li-ion батарей могут применять разные технологии. Для питания приборов с низковольтными микросхемам и компонентами используются низковольтные элементы питания. Для них используются зарядные устройства в виде понижающих преобразователей. Для снижения напряжения и регулировки тока используются преобразователи 2 типов – линейные или импульсные. Их сравнение приведено в таблице:

Тип ЗУ

Особенности

Преимущества

Линейные

Для управления током заряда они модулируют сопротивление интегрированного МОП-транзистора.

Низкая цена.

Компактность.

Минимум компонентов, без индуктивности и трансформаторов.

Для работы нужны только конденсаторы на входе/выходе.

Фильтрация не нужна.

Минимум собственных помех.

Импульсные

Для управления зарядным током производится изменение частоты ШИМ-сигнала или коэффициента заполнения. ШИМ-сигнал на выходе проходит через наружные фильтры для обеспечения стабильного напряжения и необходимого тока.

Высокие токи заряда – более 1А. Ограничивают их только предельные токи полевых транзисторов.

Большой диапазон напряжения на входе – их ограничивает только диапазон коэффициента заполнения.

Эффективная работа.

Минимум собственных потерь.

Незначительное выделение тепла.

Читайте в предыдущей статье нашего блога о внутреннем устройстве Li-ion аккумуляторов.

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно популярны и универсальны. Эти перезаряжаемые батареи, которые используются в сотовых телефонах, автомобилях, электроинструментах и некоторых других типах электронных устройств, также оказывают влияние на подъемно-транспортное оборудование и наземное оборудование аэропорта.

Технология, лежащая в основе литий-ионных аккумуляторов, делает их отличным выбором из-за их явных преимуществ и экологических преимуществ.

Но как именно работают литий-ионные аккумуляторы? И что делает их такими популярными во многих приложениях?

Вот что вам нужно знать о компонентах, из которых состоит литий-ионный аккумулятор, и о том, как они работают вместе для создания высокоэффективных и долговечных источников энергии.

Компоненты

Литий-ионные батареи

доступны во многих различных формах и размерах. Однако внутри они обычно выглядят одинаково. Чтобы понять, как работает литий-ионный аккумулятор, важно знать роль, которую играют отдельные части.

Ячейка

Литий-ионный аккумулятор состоит из нескольких частей. Элемент, служащий рабочей лошадкой для батареи, является наиболее важным компонентом батареи.

Ячейка состоит из следующих материалов батареи:

Электроды — это два конца батареи. Один — анод, другой — катод.
Анод накапливает литий и обычно изготавливается из углерода.
Катод также хранит литий и сделан из химического соединения, которое представляет собой оксид металла.
Сепаратор блокирует поток отрицательных и положительных электронов внутри батареи, но позволяет ионам проходить через нее.
Электролит , жидкость находится между двумя электродами. Он переносит положительно заряженные ионы лития от анода к катоду и наоборот, в зависимости от того, заряжается батарея или разряжается.

Аккумулятор

Батарейный блок, в котором находятся литий-ионные элементы, работает как компьютер. Он содержит следующее:

Как минимум один датчик температуры для контроля температуры батареи.
Преобразователь напряжения и схема регулятора , которая фокусируется на поддержании напряжения и тока на безопасных уровнях.
Разъем евро, который позволяет питанию и информации поступать в аккумуляторную батарею и извлекаться из нее.
Элемент отвод , который контролирует напряжения элементов в аккумуляторной батарее.
Система мониторинга батареи , небольшой компьютер, который контролирует всю батарею и обеспечивает безопасность пользователя.

Движение в камере

Так как же ячейка обеспечивает питание оборудования?

Когда вы подключаете литий-ионную батарею к устройству или части оборудования, положительно заряженные ионы перемещаются от анода к катоду.В результате катод становится более положительно заряженным, чем анод. Это, в свою очередь, притягивает к катоду отрицательно заряженные электроны.

Сепаратор в ячейке включает электролиты, которые образуют катализатор. Это способствует перемещению ионов между ними. Движение ионов через раствор электролита — это то, что заставляет электроны перемещаться через устройство, в которое вставлен аккумулятор.

Литий-ионные батареи

перезаряжаемые. При перезарядке ионы лития проходят тот же процесс, но в противоположном направлении.Это восстанавливает аккумулятор для дополнительного использования.

Общая конструкция литий-ионной батареи обеспечивает множество преимуществ для пользователей оборудования:

Время работы значительно увеличивается с их использованием по сравнению с батареями других типов.
Возможности быстрой зарядки сокращают время простоя сменных рабочих и повышают производительность.
Они имеют плоские кривые разряда и обеспечивают более высокую постоянную мощность. Это означает, что больше не будет раздражающей медлительности в работе оборудования при снижении уровня заряда аккумулятора.

Система управления батареями (BMS)

Система управления играет важную роль в обеспечении максимальной работы аккумуляторной батареи. Это также влияет на работу аккумулятора, предлагая несколько защит и функций.

Например:

BMS поддерживает температуру элементов в идеальном рабочем диапазоне, чтобы предотвратить перегрев или замерзание.
BMS контролирует ток и напряжение, чтобы поддерживать их на безопасном уровне.Дендриты начинают формироваться в ячейке, если напряжение падает слишком низко, что может привести к короткому замыканию ячейки, поэтому важно, чтобы литий-ионный аккумулятор имел систему, позволяющую контролировать это.
В аккумуляторе нет встроенной «памяти», поэтому частичные разряды не повреждают аккумулятор. Литий-ионные аккумуляторы могут заряжаться и разряжаться в наиболее удобное для оператора оборудования время.
Встроенные контроллеры предотвращают перезарядку, чтобы предотвратить образование, которое может привести к значительному повреждению литий-ионных аккумуляторов.
Балансировка ячеек контролируется, поэтому выравнивающие заряды никогда не требуются. Поскольку литий-ионные батареи не нуждаются в уравнительном заряде, они не выделяют опасные газы.
Система управления батареями также позволяет менеджерам отслеживать состояние батареи своего флота с помощью бортовых компьютеров, которые отправляют жизненно важные данные через облачные сервисы.

Литий-ионные батареи содержат несколько элементов передовых технологий, которые работают вместе, чтобы обеспечить пользователям явные преимущества.

Вы можете узнать о том, почему литий-ионные батареи являются лучшим вариантом, чем свинцово-кислотные, в нашей статье Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков лучше, чем свинцово-кислотные?

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Представьте себе мир без литий-ионных батарей (часто называемых литий-ионными батареями или LIBs ). Нужна помощь? Мобильные устройства не будут выглядеть так, как сейчас. Представьте себе огромные, тяжелые сотовые телефоны и ноутбуки.Также представьте, что обе эти вещи настолько дороги, что их могут себе позволить только очень богатые люди. Вы представляете 1980-е. Страшно, правда?

Знаете ли вы?
Литий-ионные батареи были впервые произведены и произведены компанией SONY в 1991 году.

Литий-ионные батареи

стали огромной частью нашей мобильной культуры. Они обеспечивают питание большей части технологий, которые использует наше общество.

Что входит в состав литий-ионного аккумулятора?

Батарея состоит из нескольких отдельных ячеек , которые соединены друг с другом.Каждая ячейка содержит три основные части: положительный электрод , (катод , ), отрицательный электрод (анод , ) и жидкий электролит , .

Части литий-ионной батареи (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Литий-ионные батареи, подобно сухим щелочным батареям, используемым в часах и пультах дистанционного управления от телевизора, обеспечивают питание за счет движения ионов. Литий в своей элементарной форме чрезвычайно реактивен.Вот почему в литий-ионных батареях не используется элементарный литий. Вместо этого литий-ионные батареи обычно содержат оксид лития-металла, такой как оксид лития-кобальта (LiCoO ₂). Это поставляет литий-ионы. В катоде используются оксиды лития-металла, а в аноде — литий-углеродные соединения. Эти материалы используются, потому что они допускают интеркаляцию. Интеркаляция означает, что молекулы могут что-то в них вставлять. В этом случае электроды могут легко перемещать ионы лития в свою структуру и выходить из нее.

Каков химический состав литий-ионных батарей?

Внутри литий-ионного аккумулятора протекают окислительно-восстановительные реакции.

Восстановление происходит на катоде. Здесь оксид кобальта соединяется с ионами лития с образованием оксида лития-кобальта (LiCoO ₂). Половина реакции:

CoO ₂ + Li ⁺ + e ^— → LiCoO ₂

Окисление происходит на аноде.Здесь соединение интеркаляции графита LiC ₆ образует графит (C ₆) и ионы лития. Половина реакции:

LiC ₆ → C ₆ + Li ⁺ + e ^—

Вот полная реакция (слева направо = разрядка, справа налево = зарядка):

LiC ₆ + CoO ₂ ⇄ C ₆ + LiCoO ₂

Как работает подзарядка литий-ионного аккумулятора?

Когда литий-ионный аккумулятор в мобильном телефоне питает его, положительно заряженные ионы лития (Li +) перемещаются от отрицательного анода к положительному катоду.Они делают это, перемещаясь через электролит, пока не достигнут положительного электрода. Там они хранятся. С другой стороны, электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит в литий-ионной батарее при разряде (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея используется, ионы лития текут от анода к катоду, а электроны движутся от катода к аноду.

Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, происходит прямо противоположный процесс. Ионы лития возвращаются от катода к аноду. Электроны движутся от анода к катоду.

Что происходит с литий-ионным аккумулятором при зарядке (© Let’s Talk Science, 2019 г., на основе изображения ser_igor с iStockphoto).

Иллюстрация — текстовая версия

Когда батарея заряжается, ионы лития текут от катода к аноду, а электроны движутся от анода к катоду.

Пока ионы лития переходят от одного электрода к другому, существует постоянный поток электронов. Это дает энергию для работы вашего устройства. Поскольку этот цикл может повторяться сотни раз, этот тип батареи перезаряжаемый .

Знаете ли вы?
Иногда литий-ионные батареи называют «батареями для кресел-качалок». Это потому, что ионы лития «качаются» между электродами.

Что делает литий-ионные аккумуляторы подходящими для мобильных технологий?

Все просто. Литий-ионные батареи имеют самую высокую плотность заряда среди всех сопоставимых систем. Это означает, что они могут дать вам массу энергии, не будучи очень тяжелыми.

Это по двум причинам. Во-первых, литий — это самый электроположительный элемент . Электроположительность — это мера того, насколько легко элемент может отдавать электроны для образования положительных ионов. Другими словами, это показатель того, насколько легко элемент может производить энергию.Литий очень легко теряет электроны. Это означает, что он может легко производить много энергии.

Литий также самый легкий из всех металлов. Как вы узнали, в качестве электродов в литий-ионных батареях используются интеркаляционные материалы, а не настоящий металлический литий. Тем не менее, эти батареи весят намного меньше, чем батареи других типов, в которых используются такие металлы, как свинец или никель.

Есть ли риски при использовании литий-ионных батарей?

Хотя эти батареи впечатляют, у них есть свои недостатки.Самая большая жалоба заключается в том, что они довольно быстро изнашиваются, независимо от того, используете вы их или нет. Обычный литий-ионный аккумулятор прослужит около 2–3 лет, прежде чем его потребуется заменить. Это может обойтись дорого! Производство и утилизация литий-ионных батарей также оказывает большое влияние на окружающую среду, поэтому чем дольше эти батареи могут прослужить, тем лучше.

Как вы узнали, литий чрезвычайно реактивен. Когда производители производят литий-ионные батареи, они должны принимать определенные меры предосторожности, чтобы их можно было безопасно использовать.Однако вы, возможно, слышали о некоторых электронных устройствах, таких как ноутбуки или сотовые телефоны, которые загорелись из-за своих батарей. Хотя это может быть хорошим предлогом для того, чтобы не сдать эссе на английском вовремя, это довольно опасная ситуация. По соображениям безопасности литий-ионные батареи включают сепаратор. Это предотвращает соприкосновение электродов элементов батареи друг с другом. Но если этот разделитель будет порван или поврежден, электроды могут соприкоснуться. Это может вызвать сильное перегревание. Если это нагревание вызывает искру, легко воспламеняющийся электролит может загореться.

Как только в одной камере возникает пламя, оно может быстро распространиться на другие. И прежде чем вы это заметите, ваш ноутбук представляет собой лужу расплавленного пластика. Накопление тепла также может вызвать очень быстрое повышение давления в вашем ноутбуке и БУМ!

Посмотрите, что происходит при коротком замыкании литий-ионного аккумулятора (1:13 мин.).

Однако не стоит особо волноваться. Эти события очень редки. На самом деле литий-ионные батареи очень безопасны. Кроме того, прямо сейчас ведется много исследований по улучшению каждой части этих батарей.Например, исследователи создали жидкий электролит, который при ударе превращается в твердое вещество. Это поможет предохранить батареи от нагрева или возгорания в случае их повреждения! Вскоре литий-ионные батареи, вероятно, станут еще безопаснее, прослужат дольше и будут стоить еще дешевле.

Знаете ли вы?
Большинство электромобилей работают на литий-ионных батареях. Мы начинаем видеть все больше и больше автомобилей, которые подключаются к сети вместо того, чтобы заправляться бензином!

Принцип работы литий-ионной батареи — E-Lyte Innovations

Литий-ионные батареи относятся к группе батарей, вырабатывающих электрическую энергию путем преобразования химической энергии посредством окислительно-восстановительных реакций на активных материалах, т.е.е. отрицательный (анод) и положительный электрод (катод) в одной или нескольких электрически связанных электрохимических ячейках. Литий-ионные батареи можно разделить на первичные (неперезаряжаемые) и вторичные (перезаряжаемые) батареи, в зависимости от того, перезаряжаются ли они подачей электрического тока.

В обычных литий-ионных батареях ионы Li ⁺ перемещаются между положительным электродом (обычно слоистым материалом оксида переходного металла) и отрицательным электродом на основе графита в соответствии с принципом «кресла-качалки» (см.видео).

Термин «разряд» используется для обозначения процесса, при котором аккумулятор подает электрическую энергию на внешнюю нагрузку. Электролит в этой системе содержит дополнительные ионы Li ⁺ для обеспечения быстрого переноса ионного заряда внутри элемента.

Помимо ионной проводимости, электролит выполняет другие важные функции:

Поддержка образования эффективных межфазных фаз (например, межфазной границы твердого электролита, SEI или межфазной поверхности катодного электролита, CEI), которые:

включить аккумулятор для работы
хорошо Li ⁺ -ион проводящий (оцените!)
защищают от дальнейшего разложения электролита

Способствовать безопасности клеток — быть инертным по отношению к другим материалам, таким как:

Сепаратор
Токосъемники
Электропроводящие добавки, связующие вещества
Оболочка ячейки

Шаг 1 — Исходное состояние (состояние заряда (SOC) 0%)

В разряженном состоянии ионы Li ⁺ находятся в материале положительного электрода.Таким образом, положительный электрод является источником ионов Li ⁺, необходимых для преобразования электрической энергии в химическую энергию. Чтобы позволить ионам Li ⁺ мигрировать с положительного электрода на отрицательный, электролит также обогащен ионами Li ⁺.

Шаг 2 — Формирование SEI и CEI

В самом начале первого процесса зарядки электроны мигрируют из материала положительного электрода (окисление) через внешний проводник в материал отрицательного электрода (восстановление).Чтобы гарантировать нейтральность заряда, ионы Li ⁺ деинтеркалируют из материала положительного электрода в электролит и мигрируют через электролит в материал отрицательного электрода для последующего хранения. В результате этих реакций на границах раздела между электролитом / поверхностью отрицательного электрода и электролитом / поверхностью положительного электрода соответственно образуются граничные фазы, так называемые SEI и CEI. Эти промежуточные фазы образуются из нерастворимых электрохимически индуцированных продуктов разложения компонентов электролита и ионов Li ⁺, происходящих от положительного электрода, и обеспечивают возможность обратимого цикла батареи.После образования SEI и CEI дополнительные ионы Li ⁺ деинтеркалируются из материала положительного электрода в электролит и мигрируют через него в материал отрицательного электрода, чтобы затем встраиваться в последний.

Шаг 3 — Электродные реакции

После образования SEI и CEI, дополнительные ионы Li ⁺ деинтеркалируют из материала положительного электрода в электролит и мигрируют через него в материал отрицательного электрода, чтобы затем встраиваться в последний.

Положительный электрод:

Li M O ₂ → Li _{(1- x )} M O ₂ + x · e ^— + x · Li ⁺

Отрицательный электрод:

C ₆ + x · e ^— + x · Li ⁺ → Li _x C ₆

Общая реакция клетки:

C ₆ + Li M O ₂ → Li _x C ₆ + Li _{(1- x )} MO ₂

Шаг 5 — Выписка

При разряде происходят обратные реакции.Электродные реакции:

Положительный электрод = «катод» (восстановление)

Li _{(1- x )} M O ₂ + x · e ^— + x · Li ⁺ → Li M O ₂

Отрицательный электрод = «анод» (окисление)

Li _x C ₆ → C ₆ + x · e ^— + x · Li ⁺

Шаг 6 — Принцип кресла-качалки

После разряда (SOC 0%) ионы Li ⁺ повторно сохраняются в материале положительного электрода, из которого они изначально были получены.Возвратно-поступательное движение Li ⁺ -ions напоминает движение кресла-качалки, поэтому этот принцип получил название «принцип кресла-качалки».

В частности, первый цикл (заряд и разряд) связан с необратимой потерей ионов Li ⁺ в SEI и CEI, а также в материале отрицательного электрода. В результате, меньшее количество ионов Li ⁺ теперь может храниться в отрицательном электроде в следующем цикле зарядки, что приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

В литий-ионной батарее происходят различные процессы старения, которые снижают производительность батареи в течение периода использования и сильно зависят от химического состава элемента и предполагаемого использования батареи. Особенно правильный выбор электролита имеет огромное влияние на эти механизмы старения и еще раз подчеркивает важность индивидуальных электролитов.

Для оптимизации литий-ионных батарей в отношении удельной энергии и плотности энергии, срока службы и безопасности было приложено много усилий для дальнейшего расширения возможностей применения LIB.В частности, растущие потребности в литий-ионных батареях с высокой удельной энергией и плотностью энергии, особенно для автомобильных приложений, увеличивают исследовательские усилия во всем мире. Плотность энергии и удельная энергия батарей по определению — это количество энергии, хранящейся в данной системе на единицу объема и на единицу массы, соответственно. Произведение удельной емкости и среднего напряжения разряда дает удельную энергию, и это соотношение находит выражение в уравнении 1:

E = C · U (1)

Согласно уравнению 1, кажется разумным, что большая часть текущих исследований сосредоточена на новых материалах положительного электрода с более высокими рабочими напряжениями (высоковольтный подход) и / или увеличенной удельной емкостью (подход с высокой емкостью).Материалы высоковольтных катодов сильно ограничены узким окном электрохимической стабильности современных электролитов на основе карбонатов (≈1,0 — 4,4 В по сравнению с Li / Li ⁺) и усиливают конструкцию искробезопасных электролитов. электролиты или подходящие добавки к электролиту для высоковольтных литий-ионных батарей.

Мы используем файлы cookie на нашем веб-сайте. Некоторые из них очень важны, а другие помогают нам улучшить этот веб-сайт и улучшить ваш опыт.

Принять все

Сохранить

Принимать только необходимые файлы cookie

Индивидуальные настройки конфиденциальности

Подробная информация о файлах cookie Политика конфиденциальности Отпечаток

Предпочтение конфиденциальности

Здесь вы найдете обзор всех используемых файлов cookie.Вы можете дать свое согласие на использование целых категорий или отобразить дополнительную информацию и выбрать определенные файлы cookie.

Имя	Borlabs Cookie
Провайдер	Владелец этого сайта
Назначение	Сохраняет предпочтения посетителей, выбранные в поле Cookie Borlabs Cookie.
Имя файла cookie	borlabs-cookie
Срок действия куки	1 год

Как работают литий-ионные батареи | HowStuffWorks

Литий-ионные аккумуляторные батареи бывают всех форм и размеров, но все они выглядят примерно одинаково внутри.Если бы вам пришлось разобрать аккумуляторную батарею ноутбука (что мы НЕ рекомендуем из-за возможности короткого замыкания аккумулятора и возникновения пожара), вы бы обнаружили следующее:

Литий-ионные элементы могут быть либо цилиндрическими батареями, которые выглядят почти идентичными элементам AA, либо они могут быть призматическими , что означает, что они имеют квадратную или прямоугольную форму. Компьютер, который включает:
Один или несколько датчиков температуры для контроля температуры батареи
A схема преобразователя и регулятора напряжения для поддержания безопасных уровней напряжения и тока
Экранированный разъем для ноутбука , который позволяет питанию и информации поступать в аккумуляторный блок и из него
A Отвод напряжения , который контролирует энергоемкость отдельные элементы в аккумуляторном блоке
A монитор состояния заряда аккумулятора , который представляет собой небольшой вычислительный r, который выполняет весь процесс зарядки, чтобы аккумуляторы заряжались как можно быстрее и полностью.

Если аккумуляторная батарея становится слишком горячей во время зарядки или использования, компьютер отключит подачу питания, чтобы попытаться остыть. Если вы оставите ноутбук в очень горячей машине и попытаетесь использовать ноутбук, он может не дать вам включиться, пока все не остынет. Если элементы когда-либо полностью разряжаются, аккумуляторная батарея отключится из-за разрушения элементов. Он также может отслеживать количество циклов зарядки / разрядки и отправлять информацию, чтобы измеритель заряда батареи ноутбука мог сказать вам, сколько заряда осталось в аккумуляторе.

Это довольно сложный маленький компьютер, питающийся от батарей. Такое энергопотребление является одной из причин, по которой литий-ионные батареи теряют 5 процентов своей мощности каждый месяц, когда они простаивают.

Литий-ионные элементы

Как и у большинства батарей, внешний корпус сделан из металла. Здесь особенно важно использование металла, потому что аккумулятор находится под давлением. В этом металлическом корпусе есть чувствительное к давлению вентиляционное отверстие . Если аккумулятор когда-либо станет настолько горячим, что может взорваться из-за избыточного давления, это вентиляционное отверстие сбросит дополнительное давление.Батарея, вероятно, впоследствии станет бесполезной, так что этого следует избегать. Отверстие строго предусмотрено в качестве меры безопасности. То же самое и с переключателем с положительным температурным коэффициентом (PTC) , устройством, которое должно предохранять аккумулятор от перегрева.

Этот металлический корпус содержит длинную спираль, состоящую из трех спрессованных вместе тонких листов:

A Положительный электрод
A Отрицательный электрод
A сепаратор

Внутри корпуса эти листы погружены в органический растворитель, который действует как электролит.Эфир — один из распространенных растворителей.

Сепаратор представляет собой очень тонкий лист пластика с микроперфорацией. Как следует из названия, он разделяет положительный и отрицательный электроды, позволяя ионам проходить через них.

Положительный электрод изготовлен из оксида лития-кобальта или LiCoO ₂. Отрицательный электрод изготовлен из углерода. Когда батарея заряжается, ионы лития перемещаются через электролит от положительного электрода к отрицательному и прикрепляются к углю. Во время разряда ионы лития возвращаются в LiCoO ₂ из углерода.

Движение этих ионов лития происходит при достаточно высоком напряжении, поэтому каждая ячейка производит 3,7 вольт. Это намного выше, чем 1,5 В, типичные для обычного щелочного элемента AA, который вы покупаете в супермаркете, и помогает сделать литий-ионные батареи более компактными в небольших устройствах, таких как сотовые телефоны. См. Раздел «Как работают батареи» для получения подробной информации о различном химическом составе батарей.

Мы рассмотрим, как продлить срок службы литий-ионных аккумуляторов, и выясним, почему они могут взорваться в следующий раз.

Знать принцип работы литий-ионной батареи и ее новейшие применения

Сегодня литий-ионные батареи невероятно популярны.Вы можете найти их в ноутбуках, КПК, сотовых телефонах и i Pods. Они так популярны, потому что являются наиболее мощными перезаряжаемыми батареями. Литий-ионные аккумуляторы ежедневно обеспечивают жизнь миллионам людей. В этом блоге мы узнаем о работе литий-ионного аккумулятора.

Рабочий литий-ионный аккумулятор

Перезаряжаемая литий-ионная батарея состоит из одного или нескольких отсеков для выработки энергии, называемых элементами. Каждая ячейка состоит из трех компонентов: положительного электрода, отрицательного электрода и электролита.

Положительный электрод подключается к положительной или + клемме аккумулятора. Отрицательный электрод подключается к отрицательной клемме или -. И химическое вещество под названием электролит между ними.

Положительный электрод обычно изготавливается из химического соединения, называемого оксидом лития-кобальта (LiCoO2) или фосфатом лития-железа (LiFePO4). Отрицательный электрод обычно изготавливается из углерода (графита). Электролит варьируется от одного типа аккумулятора к другому.

Электролит переносит положительно заряженные ионы лития от анода к катоду. Движение ионов лития создает свободные электроны на аноде, что создает заряд на положительном токосъемнике. Затем электрический ток течет от коллектора тока через устройство, на которое подается питание (сотовый телефон, компьютер и т. Д.), К коллектору отрицательного тока. Сепаратор блокирует поток электронов внутри батареи.

Пока батарея разряжается и подает электрический ток, анод выпускает ионы лития на катод, создавая поток электронов от одной стороны к другой.При подключении устройства происходит обратная реакция: катод высвобождает ионы лития, а анод их принимает. Так работает литий-ионный аккумулятор.

В этом аккумуляторе плотность энергии и удельная мощность являются наиболее распространенными характеристиками аккумулятора. Обычно плотность энергии измеряется в ватт-часах на килограмм (Втч / кг) и представляет собой количество энергии, которое батарея может хранить по отношению к ее массе. Плотность мощности измеряется в ваттах на килограмм (Вт / кг) и представляет собой мощность аккумулятора по отношению к его массе.

Вы также можете посмотреть это видео.

Преимущества литий-ионного аккумулятора

Сейчас литий-ионные батареи популярны, потому что они имеют ряд важных преимуществ перед конкурирующими технологиями:

Как правило, они намного легче, чем другие типы аккумуляторных батарей того же размера.
Они держат заряд. Литий-ионный аккумулятор теряет всего около 5 процентов своего заряда в месяц.
Высокая удельная энергия и высокая нагрузка с силовыми элементами
Длительный цикл и увеличенный срок хранения; бесплатная поддержка. Они могут выдерживать сотни циклов зарядки / разрядки.
Высокая производительность, низкое внутреннее сопротивление, хороший кулоновский КПД
Простой алгоритм зарядки и достаточно короткое время зарядки
Низкий саморазряд (менее половины от NiCd и NiMH)

Ограничения литий-ионной батареи

Требуется схема защиты для предотвращения теплового разгона при нагрузке
Разлагается при высокой температуре и при хранении под высоким напряжением
Быстрая зарядка невозможна при отрицательных температурах (<0 ° C, <32 ° F)
Требования к транспортировке при отгрузке больших партий
Они чрезвычайно чувствительны к высоким температурам.Тепло приводит к тому, что литий-ионные аккумуляторные батареи разлагаются намного быстрее, чем обычно.

Применение литий-ионной батареи

Литиевые батареи

имеют длинный список реальных приложений помимо запуска приложений на вашем телефоне. От жизненно необходимого медицинского оборудования до роскошных яхт, литиевые батареи обеспечивают безопасность и надежность как самого необходимого, так и комфорта современной жизни.

ИБП или аварийное питание

Он отличается от генератора или другого резервного источника питания.Он обеспечивает почти мгновенное питание для запуска (или безопасного отключения) оборудования, к которому он подключен.

Надежные и легкие судовые характеристики
Модернизация вашей лодки с помощью долговечной перезаряжаемой литиевой батареи дает вам годы надежного запуска двигателя при небольшом весе традиционной свинцово-кислотной батареи. Если вам нужно привести в действие небольшой троллинговый двигатель, литиевые батареи надежны и надежны.
Надежный электромобиль RV

Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают надежное, стабильное и продолжительное питание.Лучшее решение, чтобы чувствовать себя комфортно и безопасно путешествовать по отдаленным местам. Благодаря малому весу и размеру литий-ионные аккумуляторы обеспечивают повышенную эффективность вашего транспортного средства для отдыха или электромобиля.

Системы охранной сигнализации в удаленных населенных пунктах

Эти батареи идеальны для систем удаленного мониторинга благодаря долгому сроку службы, небольшому размеру. Кроме того, они не теряют мощность из-за саморазряда в то время, когда ваша система неактивна. Литиевые батареи имеют скорость саморазряда, которая в 10 раз ниже, чем у свинцово-кислотных батарей

Литий-ионные аккумуляторные батареи лучше всего подходят для солнечных батарей из-за их быстрой зарядки.Солнечные батареи производят зарядку с низким сопротивлением, что и требуется для литиевых батарей. Кроме того, литиевые батареи заряжаются быстро, что позволяет максимально увеличить потенциальное накопление солнечной энергии от каждого дня солнечного света.

Свобода личности с мобильным оборудованием

От электрических инвалидных колясок до лестничных подъемников — многие люди зависят от надежных мобильных технологий, чтобы жить независимой жизнью. Литий-ионные аккумуляторы — идеальный выбор для мобильного оборудования, поскольку они предлагают индивидуальный размер, более длительный срок службы, быструю зарядку, низкую скорость саморазряда и увеличенное время работы.

Используется в переносных блоках питания

Литиевые аккумуляторные батареи известны тем, что служат источниками питания для наших телефонов и новейших легких портативных компьютеров. Они также переносят движение и перепады температуры, а также сохраняют свою мощность во время использования.

Надеюсь, этот блог поможет вам понять принцип работы литий-ионного аккумулятора и его применения. Мы в Robu.in надеемся, что вам было интересно, и что вы вернетесь к другим нашим образовательным блогам.

ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬ ЗАПИСИ В БЛОГЕ НА АККУМУЛЯТОРЕ

Литий-ионная батарея

— обзор

Литий-ионные батареи (LIB)

Литий-ионные батареи — это перезаряжаемые батареи, в которых используется неводный электролит (Yoshizawa, 2009), которые начали продаваться в начале 1990-х годов. Литий-ионный элемент состоит из четырех компонентов: анода, катода, сепаратора и неводного электролита. Во время процесса зарядки ионы лития перемещаются от катода через электролит к аноду, а затем возвращаются во время разряда (Zubi et al ., 2018). Литий-ионные аккумуляторные элементы изготавливаются в виде стопки или цилиндрических элементов. В первой конфигурации катод, анод и сепаратор заключены в ламинатную пленку. Во втором — слои прокатываются и запаиваются в металлическую тару.

Литий-ионные батареи обладают характеристиками высокой плотности мощности, длительного срока службы, низкого саморазряда, низких затрат на обслуживание и низкого воздействия на окружающую среду. Однако литий обладает высокой реакционной способностью, поэтому существуют технические ограничения, связанные с безопасностью строительных батарей (Таблица 2).

Таблица 2. Литий-ионный аккумулятор

Преимущества	Недостатки	Ссылки
Высокая энергоэффективность	Относительно дорого	(Zubi . Хороший срок службы	Проблема безопасности	(Yoshio et al ., 2009)
Высокая удельная мощность	Слабое восстановление	(Yoshizawa, 2009)
Высокая надежность	Номинальный заряд за 3 часа
Хорошая высокоскоростная способность
Разумная скорость саморазряда

Согласно Wen и др. .(2012) проблемы безопасности литий-ионных аккумуляторов обычно вызваны следующими химическими параметрами: высокое напряжение (HV) (перезаряд), высокая температура (HT) (тепловой разгон), высокое давление (HP) (образование газа) и высокое напряжение. ток (HC) (дендритное литиевое короткое замыкание). Было разработано несколько методов и методов для решения проблем безопасности LIB, контролирующих внутреннее напряжение (V), температуру (T), давление (P) и ток (I). Также можно изучить материалы для решения вопросов безопасности.Недавний ключевой прогресс в разработке материалов для повышения безопасности LIB был представлен в Liu et al . (2018a). Некоторые оптимизации могут быть достигнуты в отношении существующих материалов анода и катода из-за ограниченной электропроводности, медленного переноса лития, растворения или других неблагоприятных взаимодействий с электролитом, низкой термической стабильности, большого объемного расширения и механической хрупкости (Nitta et al . , 2015). Для достижения энергетической устойчивости в глобальном масштабе (Zubi et al ., 2018 г.) Литий-ионные батареи могут быть разработаны для: (1) уменьшения удельного углеродного следа в энергетическом секторе; (2) минимизировать зависимость от кобальта; (3) разработать соответствующие процессы переработки (Zeng et al ., 2014). Области исследований литий-ионных аккумуляторов сосредоточены на разработке новых электродных материалов для улучшения характеристик с точки зрения стоимости производства, плотности энергии, удельной мощности, срока службы и безопасности (Nitta et al ., 2015). Имеющиеся в продаже литий-ионные батареи: оксид лития-кобальта (LCO), оксид лития-марганца (LMO), фосфат лития-железа (LFP), литий-никель-кобальт-оксид алюминия (NCA) и оксид литий-никель-марганца-кобальта (NMC) (Blomgren, 2016 ).Все они производятся с использованием графита в качестве анодного материала, тогда как катод варьируется в зависимости от типа батареи: LCO изготовлен из LiCoO ₂, LMO из LiMn ₂ O ₄ катода, LFP из LiFePO ₄, NCA из LiNiCoAlO ₂ и NMC из LiNiMnCoO ₂. Аккумуляторы LCO и NCA в настоящее время являются наиболее технологически развитыми. Основным недостатком эксплуатации батареи LCO является ее низкая внутренняя безопасность из-за низкой термической стабильности оксида кобальта.LMO и LFP более безопасны, чем другие батареи. LFP и NMC имеют более длительный жизненный цикл и более низкую плотность энергии, в то время как батареи NCA имеют выдающуюся доступность удельной энергии и производительность. Оксид лития-кобальта (LCO) находит применение в портативной электронике меньшего размера, а оксид лития-марганца (LMO) — в приложениях с более высокой мощностью, таких как электроинструменты и электродвигатели. Литий-никель-кобальт-оксид алюминия (NCA) широко применяется в электронике. Литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC) применяется в портативных и мощных устройствах, включая электроинструменты и электромобили.Литий-фосфат железа (LFP) в основном используется в мощных источниках энергии, таких как электроинструменты и накопители энергии (Blomgren, 2016). Литий-ионные батареи широко используются в портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки (Yoshizawa, 2009). Литий-ионные батареи также нашли применение в гибридных транспортных средствах и электромобилях (Lu et al ., 2013). В последнем типе ключевой характеристикой является оптимальный контроль заряда / разряда батареи. Должна быть предоставлена точная информация о состоянии заряда (SOC) и состоянии здоровья (SOH) батареи, чтобы обеспечить безопасную и надежную работу батареи.Кроме того, температура окружающей среды является ключевым фактором, влияющим на точность оценки SOC (Xing et al ., 2014). Методы машинного обучения, включая искусственные нейронные сети, модели на основе нечеткой логики и опорные векторные машины, все чаще используются в литературе для оценки степени заряда литий-ионных аккумуляторов (Charkhgard and Farrokhi, 2010; Chen et al ., 2012).

Литий-серные батареи — обзор

2.12.2.4 Серно-литиевые батареи

Серно-литиевые батареи являются одним из многообещающих кандидатов для устройства накопления энергии следующего поколения благодаря сернистому катодному материалу, низкой стоимости и нетоксичности, а также сверхвысоким теоретическим значениям. плотность энергии (около 2600 Вт · ч кг ⁻¹) [63–65].Как показано на рис. 10, ячейка состоит в основном из литиевого анода, серного катода и органического электролита, где реакция многоэлектронного переноса для катода обеспечивает сверхвысокую теоретическую емкость 1672 мАч г ^-1 [66, 67]. Хотя он демонстрирует огромные преимущества по сравнению с современной литий-ионной батареей, в процессе коммерциализации необходимо преодолеть некоторые препятствия. Прежде всего, сера будет создавать плохой электрохимический контакт в материале электрода из-за ее изоляционной способности для ионов лития и электронов, что приводит к вялой электрохимической кинетике.[68] Кроме того, огромное объемное расширение серного катода во время процесса заряда / разряда может вызвать измельчение электрода и снижение емкости из-за разной плотности серы (2,03 г см ⁻³) и Li ₂ S (1,66 г см ^-3) [69,70]. И последнее, но не менее важное: промежуточные полисульфиды лития будут возникать в процессе катодной реакции и растворяться в органическом электролите, затем диффундировать к аноду, где они реагируют с металлическим литием с образованием сульфидов лития более низкого порядка, которые затем возвращаются на катод [ 71,72].Явление, когда растворимые промежуточные полисульфиды лития перемещаются между анодом и катодом, называется «эффектом челночного перемещения». Это вызывает ряд вопросов, в том числе необратимую потерю серы на катоде, быстрое затухание энергии, плохую стабильность циклов, низкий кулоновский КПД и увеличение внутреннего сопротивления. Для решения этих проблем были реализованы различные стратегии, включая защиту металлического литиевого анода, разработку новых сепараторов и изготовление каталитических хозяев на основе металлов [73–75].Некоторые достижения, основанные на послойной сборке материалов с наноархитектурой, будут рассмотрены и обсуждены в этом разделе.

Рис. 10. (a) Типичный профиль заряда / разряда литий-серной батареи. (b) Иллюстрация процесса зарядки / разрядки литиево-серной батареи. Воспроизведено из Manthiram, A., Fu, Y., Chung, S.-H., Zu, C., Su, Y.-S., 2014. Перезаряжаемые литий-серные батареи. Chem. Ред. 114, 11751–11787.

Например, группа Ву изготовила многослойные полиэлектролиты (PEM) и графеновые листы, покрытые полыми углеродными сферами / композитом серы с помощью гибкой стратегии послойной самосборки [76].Поверхностная пленка играет важную роль в блокировании анионов полисульфидов кулоновским отталкиванием. Кроме того, графеновые листы также способствуют снижению внутреннего сопротивления электрода за счет переноса электронов с более эффективным режимом «плоскость-точка», как показано на рис. 11. Композитный электрод обеспечивает хорошую стабильность при циклировании более 200 циклов при плотность тока 1 А г ^-1 с почти 99% кулоновской эффективностью на основе синергетического эффекта ПЭМ и листов графена.

Рис. 11. Схематическое изображение структуры и функций многослойных полиэлектролитов и покрывающей пленки функционализированных листов графена. Воспроизведено из Wu, F., Li, J., Su, Y., et al., 2016. Послойная сборная архитектура многослойных полиэлектролитов и графеновых листов на полых углеродных сферах / композите серы для высокоэффективного лития. -серные батареи. Nano Lett. 16, 5488–5494.

Qiu et al. сообщил о катоде для серы с высокой емкостью с помощью простой послойной стратегии, при которой сера раскалывается между пористыми слоями углеродных нановолокон [77].Кроме того, количество серы в зоне может быть увеличено за счет увеличения слоев серы. Специальная послойная структура не только эффективно улавливает растворимые полисульфидные промежуточные соединения в электроде, но также обеспечивает быстрый перенос электронов и ионов. Катод с однослойным слоем серы достиг емкости 1265 мАч г ^-1 (что соответствует 76% теоретической емкости по сере) при C / 5 между 2,8 и 1,8 В по сравнению с Li ⁺ / Li. Он также обеспечивает отличную стабильность при работе на велосипеде со средней мощностью замираний, равной 0.13% за первые 200 циклов и кулоновский КПД 97,5% в течение всего цикла. Даже несмотря на то, что поверхностная загрузка серы достигла 11,4 мг / см ^-2, он все же достиг высокой разрядной емкости 11,4 мАч / см ^-2 при C / 10, что почти в два раза выше, чем у коммерческого Li- ионный аккумулятор. Такой уникальный послойный катод повысил коммерческую жизнеспособность литий-серных аккумуляторов.

Кроме того, Bucur et al. изготовил послойную супрамолекулярную структуру для серного катода, которая показала замечательную циклическую стабильность более 500 циклов при высокой скорости 2 ° C с почти 100% кулоновской эффективностью [78].Архитектура обеспечивала более высокое содержание серы (65%) и высокую производительность. Даже после 500 циклов можно было наблюдать высокую удельную емкость 750 мА ч г ^-1. Он показал, что наноинтерфейсная инженерия, основанная на подходе послойной сборки, способствует решению проблемы растворения полисульфидов и низкой электропроводности серного катода.

Osada et al. приготовил наноструктурированный серный композит с использованием сборки слой за слоем (LBL), который состоял из частицы серы, залитой наноуглеродом, инкапсулированным с помощью ионоселективной гибкой наномембраны [79].Кроме того, поверхностную наномембрану можно настроить с помощью количества слоев покрытия, выбора полиэлектролита и ионной силы для сборки LBL. Катод с наноархитектурой, напоминающий трюфель, с содержанием серы 65% может работать при высокой температуре 2 ° C в течение более 500 циклов при почти 100% кулоновской эффективности. Было высказано предположение, что слой покрытия на серном катоде с помощью сборки LBL имеет решающее значение для улучшения сохранения емкости и производительности.

Группа Чжан приготовила катод C / S только с 0.5 мас.% Связующего для литий-серной батареи по стратегии послойной сборки [80]. На рис. 12 показан процесс изготовления композитного материала C / S. Сначала на алюминий распыляли суспензию [защищенная по электронной почте] / S и [защищенная по электронной почте] / S, как показано на рис. 12 (а, б). Затем частицы C / S собирали слой за слоем на алюминиевой фольге после дальнейшего испарения растворителя (рис. 12 (c)). Наконец, 0,5 мас.% Связующего в катодном композите может обеспечить превосходную прочность связки по сравнению с катодом с 10 мас.% ПВДФ из-за сильного электростатического притяжения (сшивки) между ПВП и нафионом (рис.12 (г)). Это дает возможность увеличить практическую плотность энергии Li-S батарей за счет уменьшения веса связующего в катодном композите.

Рис. 12. Иллюстрация (а) процесса распыления воздуха на катоде, (б) распыленного катода, (в) послойного C / S-композита, (г) поперечной связи между нафионом и ПВП. . Воспроизведено по Wang, Q., Yan, N., Wang, M., et al. , 2015. Послойно собранный катод C / S со связующим для Li-S аккумуляторных батарей. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 7, 25002–25006.

Kim et al. сообщил о конформном покрытии многослойных слоев с регулируемой толщиной непосредственно на серном катоде для подавления диффузии полисульфида [81]. Как показано на рис.13, поли (этиленоксид) (ПЭО) / поли (акриловая кислота) (ПАК) мультислои на одном грунтовочном бислое поли (аллиламингидрохлорид) (ПАУ) / ПАК, нанесенные на серные катоды, эффективно защищен от утечки полисульфида, обеспечивая канал диффузии ионов Li ⁺. Эта стратегия значительно улучшила характеристики Li-S батарей даже в отсутствие добавок LiNO ₃ в электролите.В результате архитектура катода из серы с многослойным покрытием не только обеспечивала сверхвысокую обратимую емкость 806 мАч g ⁻¹ при скорости 0,5 C после 100 циклов разряд-заряд, но также показывала способность выдерживать нагрузку до 2,0 C, чем у серного катода без покрытия. Показано, что тактика нанесения полимерных многослойных покрытий на серу значительно снижает эффект полисульфидного челнока во время электрохимических циклов.

Рис. 13. (a) Схематическое изображение PAH / PAA / (PEO / PAA) _n многослойного серного катода с покрытием.(b) Циклические характеристики чистого серного катода и серного катода с многослойным покрытием PAH / PAA / (PEO / PAA) _n (n = 1, 3, 5) при 0,5 C. Воспроизведено из Kim, ET, Park, J ., Kim, C., et al. , 2016. Конформные полимерные многослойные покрытия на серных катодах путем послойного осаждения для сохранения высокой емкости в Li-S батареях. ACS Macro Lett. 5, 471–475.

Разработка интерфейса путем модификации поверхности и функционализации элементарных частиц серы является применимой техникой для улучшения характеристик материалов катодов серы.Например, Dai et al. сообщил о композитном материале графен-сера, в котором субмикронные частицы серы были покрыты полиэтиленгликолем (PEG) и затем обернуты листами оксида графена. [82] Кроме того, для повышения электронной проводимости и структурной стабильности, поверхностные покрытия из ПЭГ и графена будут препятствовать прямому контакту серы с электролитом, таким образом задерживая растворимые полисульфидные промежуточные соединения (рис. 14). Покрытие из ПЭГ и графена слои важны для размещения объемного расширения покрытых частиц серы во время разряда, улавливания растворимых полисульфидных промежуточных продуктов и придания частицам серы электропроводности.Полученные данные о полученном композите графен-сера показали высокую и стабильную удельную емкость до 600 мАч / г в течение более 100 циклов, демонстрируя перспективный катодный материал для перезаряжаемых литиевых батарей с высокой плотностью энергии. Это достижение связано с подгонкой поверхности и границы раздела материалов передовых электродов.

Рис. 14. Схематическое изображение композита графен-сера (а), демонстрирующее синергетические эффекты инженерии интерфейса на электродных материалах; субмикронные частицы серы (б) и удельные емкости (в).Воспроизведено по Wang, H., Yang, Y., Liang, Y., et al. , 2011. Обернутые графеном частицы серы в качестве катодного материала перезаряжаемой литий-серной батареи с высокой емкостью и устойчивостью к циклическим нагрузкам. Nano Lett. 11, 2644–2647.

Позже, Джин и соавторы [83] синтезировали ковалентный склеенный серный нанолист, используя S-нанолисты (NS), покрытые полидофамином (PD), в качестве активных материалов, многослойные углеродные нанотрубки, функционализированные карбоновыми кислотами (MWCNT-COOH), в качестве проводящих добавок. и поли (акриловая кислота) (ПАК) в качестве связующих.В подготовленном электродном материале серные нанолисты были покрыты полидофамином, чтобы ингибировать растворение полисульфидных промежуточных продуктов (рис. 15). В результате катодный материал показал высокие циклические характеристики с зарядной емкостью 640 мАч / г после 500 циклов при плотности тока 1 А / г и наилучшим сохранением емкости благодаря функционализации внешней поверхности MWCNT за счет введения карбоксильных групп.

Как устроен литий-ионный аккумулятор | Полезная информация | Cписок категорий | Блог

Как устроены литий-полимерные аккумуляторы и принцип их работы

Как работает литиевая батарея — подробное устройство

Литиевый аккумулятор – устройство и принцип работы

Как работает Li-ion аккумулятор

Задачи и функции BMS платы

Как работает контроллер заряда в литиевой батарее

Режимы работы литиевых АКБ

Старение и деградация литиевых АКБ

Рекомендации по использованию

Это просто бомба-2. Li-Ion — как не взлететь / Хабр

Принцип работы литий-ионнного аккумулятора.

Скрытая угроза

Заряжаем и разряжаем правильно

Балансировка

Как обращаться, хранить, куда девать остатки

Литий-ионный аккумулятор: устройство, принцип работы, характеристики

Устройство и принцип работы

Характеристики

Преимущества и недостатки

Особенности эксплуатации

Особенности зарядки

Список использованной литературы

Литий-ионные технологии продления срока службы

5 лет без забот. Гарантировано.

Преимущества литий-ионных аккумуляторов

Быстрый возврат к работе.

Максимальная мощность в любое время.

Всегда готовы к работе.

Работают в три раза дольше.

Максимальный результат с лучшей командой.

Обратитесь к нам уже сегодня!

Идеальная согласованность на пути к успеху.

Новатор в сфере технологий литий-ионных АКБ.

Безопасность при достижении целей — в любое время.

Новый выносливый профессионал для повышения скорости обработки грузов.

Молодой спортсмен в слаженной команде.

Максимальная производительность комплектования.

Как увеличить пропускную способность склада?

Принцип работы зарядного устройства для Li-ion

Технология зарядки Li-ion аккумуляторов и АКБ

Линейные и импульсные ЗУ

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Компоненты

Ячейка

Аккумулятор

Движение в камере

Система управления батареями (BMS)

Как работает литий-ионный аккумулятор?

Что входит в состав литий-ионного аккумулятора?

Каков химический состав литий-ионных батарей?

Как работает подзарядка литий-ионного аккумулятора?

Что делает литий-ионные аккумуляторы подходящими для мобильных технологий?

Есть ли риски при использовании литий-ионных батарей?

Принцип работы литий-ионной батареи — E-Lyte Innovations

Шаг 1 — Исходное состояние (состояние заряда (SOC) 0%)

Шаг 2 — Формирование SEI и CEI

Шаг 3 — Электродные реакции

Шаг 5 — Выписка

Шаг 6 — Принцип кресла-качалки

Как работают литий-ионные батареи | HowStuffWorks

Литий-ионные элементы

Знать принцип работы литий-ионной батареи и ее новейшие применения

Рабочий литий-ионный аккумулятор

Преимущества литий-ионного аккумулятора

Ограничения литий-ионной батареи

Применение литий-ионной батареи

ИБП или аварийное питание

Надежные и легкие судовые характеристики

Надежный электромобиль RV

Системы охранной сигнализации в удаленных населенных пунктах

Свобода личности с мобильным оборудованием

Используется в переносных блоках питания

— обзор

Литий-ионные батареи (LIB)

Литий-серные батареи — обзор

2.12.2.4 Серно-литиевые батареи

Аккумуляторы серебряно цинковые: Серебряно-цинковые аккумуляторы: особенности, плюсы и минусы

Добавить комментарий Отменить ответ