Elektronik cihazların mobilitesinin önemli bir unsuru, şarj edilebilir pildir (ACB). En uzun özerkliklerini sağlamak için artan talepler, bu alanda sürekli araştırmaları teşvik eder ve yeni teknolojik çözümlerin ortaya çıkmasına yol açar.
Yaygın olarak kullanılan nikel-kadmiyum (Ni-Cd) ve nikel-metal hidrit (Ni-MH) pillerin bir alternatifi vardır - önce lityum piller ve daha sonra daha gelişmiş lityum-iyon (Li-ion) piller.
İçerik
Görünüm tarihi
Bu tür ilk piller 70'lerde ortaya çıktı. geçen yüzyıl. Daha gelişmiş özellikler nedeniyle hemen talep gördüler. Elementlerin anodu, özellikleri spesifik enerjiyi arttırmayı mümkün kılan metalik lityumdan yapılmıştır. Lityum piller böyle doğdu.
Yeni pillerin önemli bir dezavantajı vardı - artan patlama ve tutuşma riski.Sebep, elektrot yüzeyinde bir lityum film oluşumunda yatıyordu ve bu da sıcaklık stabilitesinin ihlaline yol açtı. Maksimum yük anında pil patlayabilir.
Teknolojinin iyileştirilmesi, pil bileşenlerinde saf lityumun pozitif yüklü iyonlarının kullanılması lehine terk edilmesine yol açmıştır. Lityum iyon pilin iyi bir çözüm olduğu kanıtlandı.
Bu tip iyon pil, enerji yoğunluğunda hafif bir azalma pahasına elde edilen daha yüksek güvenlik ile karakterize edilir, ancak sürekli teknolojik ilerleme, bu göstergedeki kaybı en aza indirmeyi mümkün kılmıştır.
Cihaz
Lityum iyon pillerin tüketici elektroniği endüstrisine girişi, bir karbon malzeme (grafit) katot ve bir kobalt oksit anotlu bir pilin geliştirilmesinden sonra bir atılım aldı.
Pil deşarj sürecinde, lityum iyonları katot malzemesinden çıkarılır ve karşı elektrotun kobalt oksitine dahil edilir; şarj olurken, işlem ters yönde ilerler. Böylece, lityum iyonları bir elektrottan diğerine hareket eden bir elektrik akımı oluşturur.
Li-Ion piller silindirik ve prizmatik versiyonlarda üretilmektedir. Silindirik bir yapıda, elektrolit emdirilmiş bir malzeme ile ayrılmış iki yassı elektrot şeridi sarılır ve sızdırmaz bir metal kasaya yerleştirilir. Katot malzemesi alüminyum folyo üzerine, anot malzemesi ise bakır folyo üzerine biriktirilir.
Dikdörtgen plakaların üst üste istiflenmesiyle prizmatik bir pil tasarımı elde edilir. Pilin bu şekli, elektronik cihazın yerleşimini daha yoğun hale getirmeyi mümkün kılar. Spiral şeklinde bükülmüş haddelenmiş elektrotlara sahip prizmatik piller de üretilir.
Operasyon ve hizmet ömrü
Lityum iyon pillerin uzun, tam ve güvenli çalışması, çalışma kurallarına uyulması halinde mümkündür, ihmal edilmesi sadece ürünün ömrünü kısaltmakla kalmaz, olumsuz sonuçlara da yol açabilir.
sömürü
Li-Ion pillerin çalışması için temel gereksinim sıcaklıkla ilgilidir - aşırı ısınmaya izin verilmemelidir. Yüksek sıcaklıklar maksimum zarara neden olabilir ve aşırı ısınmanın nedeni hem harici bir kaynak hem de pili şarj etme ve boşaltmanın stresli modları olabilir.
Örneğin, 45°C'ye kadar ısıtma, pil şarjını 2 kat tutma yeteneğinde azalmaya yol açar. Bu sıcaklığa, cihaz uzun süre güneşe maruz kaldığında veya enerji yoğun uygulamalar çalıştırıldığında kolayca ulaşılır.
Ürün aşırı ısınırsa, serin bir yere yerleştirilmesi önerilir, kapatıp pili çıkarmak daha iyidir.
Yaz sıcağında en iyi pil performansı için çoğu mobil cihazda bulunan enerji tasarrufu modunu kullanmalısınız.
Düşük sıcaklıklar ayrıca iyon piller üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir; -4°C'nin altındaki sıcaklıklarda pil artık tam güç sağlayamaz.
Ancak soğuk, Li-Ion piller için yüksek sıcaklıklar kadar zararlı değildir ve çoğu zaman kalıcı hasara neden olmaz. Oda sıcaklığına kadar ısındıktan sonra pilin çalışma özelliklerinin tamamen geri kazanılmasına rağmen, soğukta kapasitedeki azalmayı unutmamalısınız.
Li-Ion pillerin kullanımı için bir diğer tavsiye ise pillerin aşırı deşarj olmasını önlemektir. Birçok eski nesil pilin, sıfıra deşarj edilmesini ve ardından tamamen şarj edilmesini gerektiren bir hafıza etkisi vardı.Li-Ion pillerin bu etkisi yoktur ve izole tam deşarj durumları olumsuz sonuçlara yol açmaz, ancak sürekli derin deşarj zararlıdır. Şarj seviyesi %30 olduğunda şarj cihazının bağlanması tavsiye edilir.
Ömür
Li-Ion pillerin yanlış çalıştırılması, hizmet ömürlerini 10-12 kat azaltabilir. Bu süre doğrudan şarj döngüsü sayısına bağlıdır. Li-Ion tipi pillerin, tam deşarj dikkate alınarak 500 ila 1000 döngüye dayanabileceğine inanılmaktadır. Bir sonraki şarjdan önce kalan şarj yüzdesinin daha yüksek olması, pil ömrünü önemli ölçüde artırır.
Li-Ion pil ömrü büyük ölçüde çalışma koşulları tarafından belirlendiği için bu piller için kesin bir hizmet ömrü vermek mümkün değildir. Ortalama olarak, bu tür bir pilin, gerekli düzenlemelere uyulması durumunda 7-10 yıl dayanması beklenebilir.
Şarj işlemi
Şarj ederken, pilin şarj cihazına aşırı uzun süre bağlanmasından kaçının. Bir lityum iyon pilin normal çalışması 3,6 V'u aşmayan bir voltajda gerçekleşir.Şarj cihazları, şarj sırasında pil girişine 4,2 V sağlar.Şarj süresi aşılırsa, pilde istenmeyen elektrokimyasal reaksiyonlar başlayabilir ve bu da aşırı ısınmaya neden olabilir tüm takip eden sonuçlarla.
Geliştiriciler böyle bir özelliği dikkate aldı - modern Li-Ion pillerin şarjının güvenliği, voltaj izin verilen seviyenin üzerine çıktığında şarj işlemini durduran özel bir yerleşik cihaz tarafından kontrol edilir.
Lityum piller için iki aşamalı şarj yöntemi doğrudur.İlk aşamada, akü sabit bir şarj akımı sağlayarak şarj edilmelidir, ikinci aşama sabit bir voltaj ve şarj akımında kademeli bir düşüş ile gerçekleştirilmelidir. Böyle bir algoritma, çoğu ev tipi şarj cihazında donanımda uygulanmaktadır.
Depolama ve bertaraf
Bir lityum iyon pil uzun süre saklanabilir, kendi kendine deşarj yılda% 10-20'dir. Ancak aynı zamanda ürünün özelliklerinde kademeli bir azalma (bozulma) meydana gelir.
Bu tür pillerin +5 ... + 25 ° С sıcaklıkta nemden korunan bir yerde saklanması tavsiye edilir. Güçlü titreşimler, darbeler ve açık aleve yakınlık kabul edilemez.
Lityum iyon hücrelerin geri dönüşüm süreci, uygun lisansa sahip uzman işletmelerde gerçekleştirilmelidir. Geri dönüştürülmüş pillerden elde edilen malzemelerin yaklaşık %80'i yeni pillerin üretiminde yeniden kullanılabilir.
Emniyet
Minyatür boyutta bile bir lityum iyon pil, kendiliğinden patlama riskiyle doludur. Bu tip pillerin bu özelliği, geliştirmeden üretime ve depolamaya kadar tüm aşamalarda güvenlik önlemlerine uyulmasını gerektirir.
Üretim sırasında Li-Ion pillerin güvenliğini artırmak için, kasalarına küçük bir elektronik kart yerleştirilmiştir - aşırı yüklenmeleri ve aşırı ısınmayı ortadan kaldırmak için tasarlanmış bir izleme ve kontrol sistemi. Elektronik bir mekanizma, sıcaklık önceden belirlenmiş bir sınırın üzerine çıktığında devrenin direncini arttırır. Bazı pil modellerinde, pilin içindeki basınç yükseldiğinde devreyi kesen yerleşik bir mekanik anahtar bulunur.
Ayrıca, acil durumlarda basıncı tahliye etmek için pil kutularına genellikle bir emniyet valfi takılır.
Lityum pillerin artıları ve eksileri
Bu pil türünün avantajları şunlardır:
- yüksek enerji yoğunluğu;
- hafıza etkisi yok;
- uzun hizmet ömrü;
- düşük kendi kendine deşarj oranı;
- bakıma gerek yok;
- nispeten geniş bir sıcaklık aralığında sabit çalışma parametrelerinin sağlanması.
Lityum pili vardır ve dezavantajları şunlardır:
- kendiliğinden yanma riski;
- öncekilerden daha yüksek maliyet;
- yerleşik bir denetleyiciye duyulan ihtiyaç;
- derin deşarjın istenmemesi.
Li-Ion pillerin üretim teknolojileri sürekli geliştirilmekte, birçok eksiklik yavaş yavaş geçmişte kalmaktadır.
Uygulama alanı
Lityum iyon pillerin yüksek enerji yoğunluğu, ana uygulama alanlarını belirler - mobil elektronik cihazlar: dizüstü bilgisayarlar, tabletler, akıllı telefonlar, video kameralar, kameralar, navigasyon sistemleri, çeşitli yerleşik sensörler ve bir dizi başka ürün.
Bu pillerin silindirik bir form faktörünün varlığı, el fenerlerinde, sabit telefonlarda ve daha önce tek kullanımlık pillerden güç tüketen diğer cihazlarda kullanılmalarına olanak tanır.
Bir pil oluşturmanın lityum iyon prensibinin birkaç çeşidi vardır, türler kullanılan malzemelerin türüne göre farklılık gösterir (lityum-kobalt, lityum-manganez, lityum-nikel-manganez-kobalt-oksit, vb.). Her birinin kendi kapsamı vardır.
Mobil elektroniğe ek olarak, aşağıdaki alanlarda bir grup lityum iyon pil kullanılır:
- el tipi elektrikli aletler;
- taşınabilir tıbbi ekipman;
- Kesintisiz güç kaynakları;
- güvenlik sistemi;
- acil aydınlatma modülleri;
- güneş enerjisiyle çalışan istasyonlar;
- elektrikli araçlar ve elektrikli bisikletler.
Lityum iyon teknolojisinin sürekli gelişimi ve küçük boyutlu yüksek kapasiteli piller oluşturmadaki başarısı göz önüne alındığında, bu tür piller için uygulamaların genişlemesini öngörmek mümkündür.
İşaretleme
Lityum iyon pillerin parametreleri ürünün gövdesinde yazılıdır, kullanılan kodlama ise farklı boyutlar için önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Tüm üreticiler için tek bir pil etiketleme standardı henüz geliştirilmemiştir, ancak yine de en önemli parametreleri kendi başınıza bulmak mümkündür.
İşaretleme satırındaki harfler hücre tipini ve kullanılan malzemeleri gösterir: ilk harf I lityum iyon teknolojisini, sonraki harf (C, M, F veya N) kimyasal bileşimi belirtir, üçüncü harf R ise hücrenin kimyasal bileşimini belirtir. hücre şarj edilebilir (Şarj edilebilir).
Boyut adındaki sayılar pilin boyutunu milimetre olarak gösterir: ilk iki sayı çap ve diğer ikisi uzunluktur. Örneğin 18650, 18 mm çap ve 65 mm uzunluk, 0 ise silindirik form faktörünü belirtir.
Serideki son harf ve rakamlar her üreticiye özel kap işaretleridir. Ayrıca üretim tarihini gösteren tek tip standartlar da yoktur.
