Liitiumioonakud

Pikka aega oli happeaku ainus seade, mis suutis autonoomsetele objektidele ja mehhanismidele elektrivoolu anda. Vaatamata suurele maksimaalsele voolule ja minimaalsele sisetakistusele oli sellistel akudel mitmeid puudusi, mis piirasid nende kasutamist suures koguses elektrit tarbivates seadmetes või suletud ruumides. Sellega seoses on liitiumioonakud vabad paljudest oma eelkäijate negatiivsetest omadustest, kuigi neil on ka puudusi.

Mis on liitiumioonaku

Esimesed liitiumakud ilmusid 50 aastat tagasi. Sellised tooted olid tavalised akud, millesse oli energia väljundtaseme suurendamiseks paigaldatud liitiumianood. Sellistel toodetel olid väga kõrged jõudlusomadused, kuid üks tõsisemaid puudusi oli liitiumi süttimise suur tõenäosus katoodi ülekuumenemisel. Seda omadust arvesse võttes asendasid teadlased lõpuks puhta elemendi metalliioonidega, mis suurendas oluliselt ohutust.

Kaasaegsed liitiumioonakud on väga töökindlad ja taluvad suurt hulka laadimis- ja tühjendustsükleid. Neil on minimaalne mäluefekt ja nad on suhteliselt kerged. Tänu nendele omadustele on liitiumaku leidnud laialdast rakendust paljudes seadmetes. Toodet saab kasutada akuna, kodumasinate akudena ja ka ülitõhusa veojõuallikana.

Tänapäeval on sellistel seadmetel mitmeid puudusi:

• kõrge hind;
• ei meeldi sügavad tühjenemised;
• võib madalal temperatuuril surra;
• kaotab ülekuumenemisel mahtuvuse.

Täiustatud analooge võib leida liitiumpolümeer või liitiumtitanaat patareid, aga need on märgatavalt kallimad.

Kuidas liitiumioonakusid toodetakse

Liitiumioonakusid toodetakse mitmes etapis:

1. Elektroodide tootmine.
2. Elektroodide ühendamine akuks.
3. Kaitseplaadi paigaldamine.
4. Aku paigaldamine korpusesse.
5. Elektrolüüdiga täitmine.
6. Testimine ja laadimine.

Tootmise kõikides etappides tuleb järgida tehnoloogiat ja ohutusmeetmeid, mis võimaldab meil lõppkokkuvõttes saada kvaliteetset toodet.

Liitiumioonakude katood on foolium, mille pinnale on kantud liitiumi sisaldav aine.

Sõltuvalt aku otstarbest võib kasutada järgmisi liitiumühendeid:

• LiCoO2;
• LiFePO4;
• LiNiO2;
• LiMn₂O₄.

AA ja AAA suurustega silindriliste toiteallikate valmistamisel valtsitakse põhielektrood rulliks, mis eraldatakse anoodist separaatoriga. Suure katoodipinnaga, mille kile on minimaalse paksusega, on võimalik saavutada toote kõrge energiamahtuvus.

Li-ioonaku tööpõhimõte ja struktuur

Liitiumioonaku töötab järgmiselt:

1. Kui aku kontaktidele rakendatakse alalisvoolu, migreeruvad liitiumkatioonid anoodimaterjali.
2. Tühjendamise käigus lahkuvad liitiumioonid anoodist ja tungivad dielektrikusse 50 nm sügavusele.

Liitiumioonaku "eluea" jooksul võib olla kuni 3000 sellist tsüklit ja aku suudab laadimisprotsessi käigus eraldada peaaegu kogu akumuleerunud elektrivoolu. Sügavtühjendamine ei põhjusta plaatide oksüdeerumist, mis eristab selliseid tooteid happeakudest soodsamalt.

Kõik liitiumioonakud ei talu sügavat tühjenemist hästi. Kui selline aku on paigaldatud telefoni või kaamerasse (tüüp AAA), siis sügava tühjenemise ajal blokeerib juhtplaat ohutuskaalutlustel aku laadimise, seega pole seda võimalik ilma spetsiaalse laadijata laadida. Kui tegemist on paadimootori veojõuga liitiumakuga, siis sügavtühjendamine ei ole selle jaoks üldse hirmutav.

Erinevalt sõrmepatareidest koosnevad keerulised patareid mitmest eraldi elektrienergiaallikast, mis on ühendatud paralleelselt või järjestikku. Ühendusmeetod sõltub sellest, millist elektrilist indikaatorit tuleb suurendada.

Liitiumioonakude suurused ja tüübid

Liitiumioonakud on laialt levinud. Selliseid elektrivooluallikaid kasutatakse erinevates kodumasinates, vidinates ja isegi autodes. Lisaks toodetakse tööstuslikke liitiumioonakusid, millel on suur mahtuvus ja kõrge pinge. Kõige populaarsemad liitiumakude tüübid on:

Selliste tähiste kaks esimest numbrit tähistavad toote läbimõõtu, teine ​​paar - pikkust. Viimane "0" pannakse, kui patareid on silindrilise kujuga.

Lisaks silindrilistele patareidele toodab tööstus ka tüüpi patareisid „Kroon» 9 V pinge ja võimsad tööstuslikud akud pingetega 12 V, 24 V, 36 V ja 48 V.

Sõltuvalt tootele lisatud elementidest võivad akuümbrisel olla järgmised märgistused:

• ICR – sisaldab koobaltit;
• IMR — — — — mangaan;
• INR — — — — nikkel ja mangaan;
• NCR - - - - nikkel ja koobalt.

Liitiumakud erinevad mitte ainult suuruse ja keemiliste lisandite, vaid eelkõige mahtuvuse ja pinge poolest. Need kaks parameetrit määravad nende kasutamise võimaluse teatud tüüpi elektriseadmetes.

Kus kasutatakse liitiumioonakusid?

Liitiumioonakudel pole alternatiivi olukorras, kus on vaja akut, mis on võimeline andma elektrit peaaegu täielikult ja läbi viima suure hulga laadimis-/tühjendustsükleid ilma mahtuvust vähendamata. Selliste seadmete eeliseks on nende suhteliselt väike kaal, kuna sellistes seadmetes pole vaja kasutada pliivõresid.

Arvestades kõrgeid omadusi, saab selliseid tooteid kasutada:

1. Nagu käivitusakud. Autode liitiumakud muutuvad iga aastaga odavamaks tänu uutele arendustele, mis võimaldavad madalamaid tootmiskulusid. Kahjuks võib selliste akude hind olla väga kõrge, mistõttu paljud autoomanikud ei saa sellist akut endale lubada. Liitiumioonakude puuduste hulka kuulub märkimisväärne võimsuse langus temperatuuril alla -20 kraadi, mistõttu põhjapoolsetes piirkondades on selliste toodete kasutamine ebapraktiline.
2. Veojõuseadmetena. Kuna liitiumioonakud taluvad sügavat tühjenemist kergesti, kasutatakse neid sageli paatide elektrimootorite veoakudena. Kui mootori võimsus pole liiga suur, piisab ühest laadimisest 5-6 tunniks pidevaks tööks, mis on täiesti piisav kalapüügiks või paadisõiduks. Veojõu liitiumioonakusid paigaldatakse ka erinevatele siseruumides töötavatele laadimisseadmetele (elektrilised virnastajad, elektrilised kahveltõstukid).
3. Kodumasinates. Liitiumioonakusid kasutatakse erinevates kodumasinates tavaliste akude asemel. Selliste toodete pinge on 3,6–3,7 V, kuid on olemas mudeleid, mis võivad asendada tavalist 1,5-voldist soola- või leelispatareid. Samuti on võimalik leida patareisid pingega 3 V (15270, CR2), mida saab paigaldada kahe tavalise aku asemel.

Selliseid tooteid kasutatakse peamiselt võimsates seadmetes, milles tavalised soolalahusega patareid tühjenevad väga kiiresti.

Liitiumioonakude tööreeglid

Liitiumaku kasutusiga mõjutavad paljud tegurid, mille tundmine suurendab ressurssi märkimisväärselt. Seda tüüpi aku kasutamisel on vajalik:

1. Püüdke mitte lasta akul täielikult tühjeneda. Vaatamata aku suurele vastupidavusele sellistele löökidele on soovitatav mitte kogu "mahla" sellest välja pigistada. Eriti ettevaatlik tuleb olla selliste akude kasutamisel UPS-ide ja suure võimsusega elektrimootoritega. Kui aku on täielikult tühjenenud, tuleb see koheselt taaselustada, st ühendada spetsiaalse laadijaga. Samuti võite akut pärast pikka sügavas tühjenemise olekus olekut raputada, milleks peate tegema 12-tunnise kvaliteetse laadimise ja seejärel aku tühjendama.
2. Vältige ülelaadimist. Ülelaadimine mõjutab toote omadusi negatiivselt. Sisseehitatud kontroller ei suuda akut alati õigeaegselt välja lülitada, eriti kui laadimine toimub külmas ruumis.

Lisaks ülelaadimisele ja ületühjenemisele tuleks akut kaitsta liigsete mehaaniliste löökide eest, mis võivad põhjustada korpuse lahtiminekut ja sisemiste komponentide süttimist. Sel põhjusel on keelatud saata posti teel akusid, mis sisaldavad üle 1 g puhast liitiumi.

Kuidas liitiumioonakusid säilitada

Kui on vaja liitiumioonakusid pikaajaliselt ladustada, tuleb toodetele avalduva negatiivse mõju minimeerimiseks järgida järgmisi soovitusi:

1. Hoidke toodet ainult kuivas ja jahedas kohas.
2. Aku tuleb elektriseadmest eemaldada.
3. Aku tuleb enne konserveerimist laadida. Minimaalne pinge, mille juures sisemised korrosiooniprotsessid ei toimu, on 2,5 volti elemendi kohta.

Arvestades selliste akude madalat isetühjenemist, saab akut sellisel viisil säilitada mitu aastat, kuid selle aja jooksul väheneb elemendi mahtuvus paratamatult.

Liitiumioonakude ringlussevõtt

Liitiumioonakud sisaldavad tervisele ohtlikke aineid, seega ei tohiks neid kunagi kodus lahti võtta. Kui aku on oma eluea ammendanud, tuleb see edasiseks ringlussevõtuks anda. Spetsiaalsetes kogumispunktides saate vana liitiumaku eest rahalist hüvitist, sest sellised tooted sisaldavad kalleid elemente, mida saab taaskasutada.