Акумулятори Li-ion Переваги та недоліки!
Перші роботи з батареями на основі літію почалися ще в 1912 році, але тільки на початку 70-х з'явилися перші комерційні літієві батареї, що не перезаряджаються.
Літій — найлегший із металів і має великий негативний електрохімічний потенціал, тому батареї на його основі теоретично забезпечують найвищу питому енергоємність. Спроби розробити літієві батареї, що перезаряджаються, тривали в 80-х роках, але незмінно закінчувалися невдачами через проблеми з безпекою. Внаслідок високої агресивності літію та нестійкості з'єднань на його основі акумулятори поводилися неадекватно, особливо в процесі зарядки. Тоді дослідники перейшли на неметалеві літієві батареї, що використовують іони літію. Такі технології дозволяли досягти, звичайно, меншої енергетичної щільності, але Li-Ion при дотриманні деяких обережностей став цілком безпечним як при зарядці, так і при розрядці.
У 1991 році корпорація Sony створила перший комерційно вдалий літій-іонний акумулятор, і з тих пір батареї цієї компанії на основі літію користуються великою популярністю, активно розвиваючись і вдосконалюючись. Інші виробники також освоїли подібні технології та випускають Li-Ion-акумулятори для різних пристроїв. Сьогодні акумулятори на основі літію вважаються найбільш ефективними та зручними за багатьма параметрами: вони мають велику питому енергоємність (в 2-3 рази вище, ніж у NiCd-батарей), показують непогані навантажувальні характеристики як при низьких, так і за високих температур, мають мале внутрішній опір та дуже тривалий саморозряд (2-5% на місяць). При цьому Li-Ion-акумулятор не має недоліків NiMH і веде себе аналогічно NiCd (форма їх розрядних характеристик подібна і відрізняється лише напругою). Плоска крива розрядки забезпечує ефективне використання накопиченої енергії у необхідному спектрі напруги. Зараз це найпрогресивніша технологія, що швидко розвивається.
Виробники постійно вдосконалюють акумулятори на основі іонів літію. Йде постійний пошук та покращення матеріалів електродів та складу електроліту. Паралельно робляться зусилля підвищення безпеки літій-іонних акумуляторів як у рівні джерел струму, і лише на рівні керуючих електричних схем. Li-Ion-акумулятори використовуються головним чином там, де необхідна висока енергоємність при малому розмірі та вазі. Однак самі елементи на основі літію досить примхливі і для забезпечення безпеки та довговічності їх роботи потрібні спеціальні керуючі інтегральні схеми та керуючі ключі, які обмежують пікову напругу на кожному елементі протягом зарядки і запобігають занадто різкому падінню напруги на клемах елемента при розрядці. Крім того, вони мають датчики температури та теплові запобіжники, які контролюють температуру елементів, щоб уникнути небезпечного перегріву в процесі зарядки/розрядки (втім, акумулятори на основі нікелю також можуть містити внутрішній тепловий запобіжник та датчик температури). Максимальні перепади струму заряджання/розряджання обмежені і не можуть перевищувати номінальні більш ніж у два рази. Все це разом покликане захистити споживача від фізичних пошкоджень у разі порушення електричних режимів експлуатації акумулятора.
Дотримання всіх пересторог дозволяє уникнути небезпечної металізації літію, що мала місце при перевантаженнях ранніх батарей такого типу. Інша проблема — деградація (старіння) Li-Ion-батарей, тому більшість виробників обходять мовчанням терміни їх експлуатації. Часто пошкодження акумулятора, спричинені неправильною експлуатацією, використанням несправного зарядного пристрою, переохолодженням або перегріванням, а іноді і шлюбом з вини виробника або постачальника, списують на ефект пам'яті, але акумулятори на основі літію впливають на його вплив. Деяке неминуче зменшення ємності настає вже через рік після випуску, причому незалежно від того, чи батарея в активному використанні чи ні.
Через два-три роки багато Li-Ion-акумуляторів безповоротно втрачають ємність і, на відміну від NiCd-акумуляторів, вже не відновлюються. Втім, інші хімічні батареї (у тому числі й одноразові) також схильні до прояву вікових дегенеративних ефектів. Особливо помітно проявляється деградація у тих же NiMH-акумуляторів, якщо вони були піддані впливу високих температур (у тому числі при зберіганні). Для Li-Ion-акумуляторів виробники рекомендують температуру зберігання не вище 15 °C. Крім того, батарея під час зберігання повинна бути обов'язково заряджена. Області застосування Li-Ion-акумуляторів – це портативні комп'ютери, стільникові телефони та комунікатори. Причому виробники постійно покращують хімічні властивості батарей та розширюють спектр застосування (різні удосконалення видаються раз на півроку або навіть частіше).
Переваги літій-іонних акумуляторів: висока питома енергоємність із великим потенціалом для подальшого вдосконалення; відносно низький саморозряд - приблизно 3-5% у перший місяць, потім зменшення до 1-3% на місяць, але додатково близько 3% на місяць споживає схема управління (це в 2-3 рази нижче, ніж у NiCd та NiMH); висока напруга одиничного елемента (3,6 проти 1,2 В у NiCd і NiMH), що спрощує конструкцію і зменшує габарити - можна застосовувати один елемент там, де раніше потрібно три; низькі експлуатаційні витрати - відсутність необхідності періодичної розрядки/зарядки; практично повна відсутність пам'яті - їх можна ставити на зарядку коли завгодно і тримати в зарядному пристрої як завгодно довго (зарядні пристрої для Li-Ion-акумуляторів після закінчення заряду автоматично відключаються).
Недоліки літій-іонних акумуляторів: необхідність у схемах захисту, які обмежують напругу та силу струму при зарядженні/розрядженні та стежать за температурою елемента, що, у свою чергу, практично виключає можливість металізації літію. Однак це веде до додаткового підвищення вартості та зниження надійності акумулятора; батарея безпечна тільки доки не має пошкоджень; акумулятори цього типу схильні до старіння, причому навіть тоді, коли вони не використовуються, а висока температура сприяє прискореній деградації.
Для зменшення процесу старіння необхідно зберігати їх при низькій температурі та зарядженими на 60-90%; помірний струм розрядки; висока вартість (у 2-3 рази вище, ніж у NiCd та NiMH).
