Parimad tänapäevased väikesemõõtmelised galvaanilised toiteallikad on elemendid, mis kasutavad aktiivse komponendina liitiumiühendeid. Sellel materjalil on kõigist praktiliseks kasutamiseks saadaolevatest metallidest väikseim mass, mistõttu on sellel suurim elektrokeemiline potentsiaal. See võimaldab saada toodetud akude puhul suurimat voolutihedust kaaluühiku kohta.
Sisukord
Tehnoloogia omadused
Liitiumelektroode kasutava ja seda metalli elektrolüüdis sisaldava tehnoloogia abil toodetud jõuelementidel on suurepärased tehnilised parameetrid, suur mahtuvus, suur töövool, vastupidavus ja kompaktsus.
Mõned kõige levinumad sellised akud on liitiumioonakud (Li Ion) ja liitiumpolümeerakud (Li Polymer). Neil on palju sarnaseid disainiomadusi, aga ka mõningaid erinevusi, mis mõjutavad nende jõudlusomadusi.
Vaatame lähemalt nende tehnoloogiate abil toodetud akude omadusi ja erinevusi.
Mis on ühist liitiumioonakudel ja liitium-polaarakudel?
Mõlemal vaadeldaval toiteallika tüübil on järgmised identsed omadused:
- identne elektroodide konstruktsioon, kus anood sisaldab süsinikmaterjali (tavaliselt grafiiti) ja katood koobaltit, vanaadiumi või mangaanoksiidi;
- sarnane keemiline reaktsioon, mis tekitab liitiumelementides elektromotoorse jõu liitiumisooli sisaldava elektrolüüdiga eraldatud elektroodide vastastikmõju tõttu;
- sama nimipinge 3,7 volti;
- sama säilivusaeg 2-3 aastat;
- disaini sarnasus võimaldab kasutada samu laadijaid mõlemat tüüpi akude jaoks;
- neil puudub mäluefekt, kuid nad on tundlikud tugeva tühjenemise suhtes ja on ülelaadimisel (üle 4,2 voldi) ohtlikud, mis võib põhjustada tulekahju või plahvatuse;
- Mõlemat tüüpi akusid ei tohi kasutada, kui need on kahjustatud või pärast sügavat tühjenemist (alla 2,7 volti).
Li-ioon- ja Li-polaarakude erinevused
Li-polaarelemendid erinevad liitiumioonelementidest peamiselt elektrolüüdi füüsikalise oleku poolest.
Esimesel juhul kasutatakse tahket polümeer-elektrolüüti või plaate, millel on geelilaadse elektrolüüdi lisandid, ja teisel juhul eraldatakse elektroodid vedela toimeainega.
Täiesti kuiva elektrolüüdi kasutamine vähendab selle aktiivsust, seetõttu lisatakse akude tööomaduste parandamiseks geelja poolvedela elektrolüüdi lisandeid.
Polümeer-elektrolüüdikihi kasutamine elektrolüüdiga täidetud poorse separaatori asemel muudab tehnoloogilise protsessi keerulisemaks ja kallimaks, kuid võimaldab saada mugavamaid ja ohutumaid toiteallikaid.
| Iseloomulik | Liitiumioonaku | Liitiumpolümeer |
|---|---|---|
| Energiatihedus | Pikk | Madal |
| Vananemise mõju | Kaotab aja jooksul mahtuvust | See kaotab ka, aga mitte nii intensiivselt kui liitiumioonaku. |
| Plahvatuse tõenäosus | Võib laadimisel plahvatada. | Plahvatuse eest kaitstud |
| Hind | Odav | Kallid |
| Laadimisaeg | Laadimine võtab kaua aega | Laeb oluliselt kiiremini |
| Kaal | Raskem | Lihtsam |
Samal ajal vähendab kuiva polümeeri kasutamine elektrolüüdi aktiivsust ja tagab vastuvõetavad elektrilised parameetrid ainult kõrgetel temperatuuridel. Sellega seoses kasutatakse enamiku tänapäevaste liitiumpolümeerallikate tootmisel hübriidtehnoloogiat, milles kuivale polümeermaterjalile lisatakse geelilaadse elektrolüüdi lisandeid. See suurendab selle ioonjuhtivust, säilitades samal ajal kõrged jõudlusnäitajad.
Miks on liitiumioonaku parem kui liitiumpolümeeraku?
Liitiumioonakudel on liitiumpolümeerakudega võrreldes järgmised eelised:
- aktiivsema vedela elektrolüüdi kasutamine võimaldab suuremat energiatihedust ja paremaid voolutugevuse omadusi nii normaalsetel kui ka madalatel temperatuuridel;
- selliste akude tootmine on odavam kui liitiumpolümeerelementide tootmine;
- Need taluvad suuremat arvu tühjendus- ja laadimistsükleid ning neil on pikem kasutusiga.
Samal ajal põhjustab aktiivse elektrolüüdivedeliku kasutamine selliste akude korpuses mitmeid puudusi:
- Elektrolüütide lekke vältimiseks on vaja kasutada hermeetilisemalt suletud ja vastupidavamaid korpusi;
- akude kogukaal suureneb;
- kasutamise mitmekülgsus on vähenenud;
- Li-ioonakud on plahvatusohtlikumad, ülelaadimisele vastuvõtlikumad ja vajavad spetsiaalsete sisseehitatud kaitseseadmete kasutamist;
- need vajavad pikemat laadimisaega koos maksimaalse pinge ja temperatuuri kohustusliku kontrolliga;
- neil on samade mõõtmetega väiksem mahutavus;
- Vedela elektrolüüdi kõrge aktiivsus põhjustab liitiumioonakude mudelite kiiremat vananemist, kuna need kaotavad umbes 0,1% oma kogumahutavusest kuus.
Miks on liitiumpolümeeraku parem kui liitiumioonaku?
Li-ion toiteallikatel on järgmised eelised:
- kuiva või poolkuiva elektrolüüdi kasutamine võimaldab toota mis tahes kuju ja suurusega kompaktseid akusid ning muuta need paindlikuks;
- neil on väiksem kaal ja mõõtmed võrreldes identsete jõudlusomadustega liitiumioonakudega;
- suurem (peaaegu kaks korda) mahutavus sama aku kogumahu juures;
- parem ohutus ja väiksem ülelaadimise oht, elektrolüüdi lekke oht puudub;
- laadimiseks kulub vähem aega;
- vähem kulumist.
Liitiumpolümeer toiteallikatel on ka puudusi:
- vähendatud energiatihedus, seega on neil madalam lubatud tühjendusvool ja madalam maksimaalne väljundvõimsus;
- nende tootmine on kallim;
- Nad taluvad vähem laadimis-tühjendustsüklit.
Kumb on parem valida, liitiumioonaku või liitiumpolümeeraku?
Mõlemat tüüpi akude vahel pole nii suurt erinevust, mis võimaldaks teha selge valiku ühe või teise toiteelemendi kasuks. Vajaliku akutüübi valik tuleb teha iga konkreetse juhtumi puhul eraldi.
Kui teil on vaja kasutada kompaktseid ja tagasihoidlikke akusid, on parem valida liitiumpolümeeri variant.
Kui teil on vaja tagada pikem tööiga ja võimsam tühjendusvool, on parem kasutada liitiumioonaku toiteallikat. See valik on vastuvõetavam ka siis, kui soovite aku ostmisel raha kokku hoida.
Mõlemat tüüpi akudel on suurepärased elektrilised omadused, mis on mitu korda paremad kui soolalahuse, leelise ja metallhüdriidlahuspatareidel. Õigete töötingimuste korral, mis väldivad tugevat tühjenemist ja ülelaadimist, võivad mõlemad tüüpi akud kesta mitu aastat, pakkudes suurt voolutugevust ja pinget.
