Liitiumioon- ja nikkel-kaadmiumakud on kaks populaarset autonoomsete toiteallikate klassi. Mõlemal neist on teatud parima rakenduse piirid ja kasutajate vead on sageli seotud selliste akude tööomaduste mittetundmisega. Vaatamata paljudele sarnastele omadustele erinevad liitiumioon- ja nikkel-kaadmiumakud oma keemilise koostise, keskkonnamõju, rakenduse ja maksumuse poolest.
Sisukord
Mis on ühist liitiumioonakudel ja nikkel-kaadmiumakudel?
Nende patareiklasside vormid ja mõned parameetrid on määratud standardiga GOST 26692-85. Eelkõige kehtestab see standard mõlema tüübi jaoks:
- Üldmõõtmed.
- Vastuvõtu- ja testimisprotseduur.
- Ohutu kasutamise tingimused.
- Kohaletoimetamise täielikkus.
- Märgistamine, pakendamine ja tarbijateni transportimine.
- Ohutu kasutamise juhiste loend.
- Tootja garantiid.
Tähtis! Kuna seda tüüpi akude kasutusvaldkonnad pidevalt laienevad, on hiljuti kasutusele võetud ja rakendatud GOST R IEC 61426-1-2014, mis sätestab üldised nõuded taastuvate energiaallikatena (näiteks fotogalvaanikas) kasutatavatele akudele.
Akude mahtuvuse vahemikud on samuti levinud: mõlemaid saab toota väärtustega 1,2 kuni 3,6 Ah ja rohkem. Ühiseks omaduseks on laadimis-/tühjendustsüklite efektiivsus, mis olenevalt konkreetsest tootjast jääb vahemikku 70...90%.
Li-ioon- ja Ni-Cd-akude erinevused
Võrdleme järgmisi omadusi: elektrokeemiliste protsesside olemus, keskkonnamõju, maksumus, tööomadused ja jõudlus, samuti praktiline rakendus.
Nikkel-kaadmiumaku kasutab anoodina (negatiivne klemm) kaadmiumi, katoodina (positiivne klemm) nikkeloksühüdroksiidi ja elektrolüüdina kaaliumhüdroksiidi vesilahust.
Liitiumioonaku kasutab anoodina grafiiti, katoodina liitiumoksiidi ja elektrolüüdina liitiumsoola. Liitiumioonid liiguvad tühjenemise ajal negatiivselt elektroodilt positiivsele ja laadimise ajal vastupidises suunas.
| Nimi | Li-ioon toiteplokid | Ni-Cd toiteplokid |
|---|---|---|
| Pinge | 3,6/3,7 V | 1,2 V |
| Töötsüklite arv | Kuni 1200 | Enne 2000. aastat |
| Laadimise/tühjendamise efektiivsus | 80…90% | 70…90% |
| Isetühjenemisprotsessi intensiivsuse sõltuvus temperatuurist (kuus) | Kuni 8% temperatuuril 21°C Kuni 15% temperatuuril 40 °C Kuni 31% temperatuuril 60 °C | Kuni 10% |
| Energiatihedus | 250…620 W h/l | 50…150 W h/l |
| Jäätmekäitlus | Madala ohtlikkusega jäätmed | Ohtlikud jäätmed |
Ni-Cd akud sisaldavad 6% (tööstuslike allikate puhul) kuni 18% (tarbijale mõeldud akude puhul) kaadmiumi, mis on mürgine raskmetall ja nõuab seetõttu kasutatud akude eemaldamisel ja utiliseerimisel erilist ettevaatust. Selliseid jäätmeid peetakse keskkonnaohtlikeks. Samal ajal on kõik liitiumioonakude komponendid keskkonnale ohutud, kuna liitium ei ole mürgine metall.
Liitiumioonaku on hinna poolest umbes 40% kallim kui nikkel-kaadmiumaku. See on tingitud märkimisväärsetest tootmiskuludest, mis on seotud täiendava kaitseahela pakkumisega, mis jälgib pinge, voolu ja võimsuse parameetreid.
Miks on liitiumioonakud paremad kui nikkel-kaadmiumakud?
NiCd-akude suurim puudus on nende vastuvõtlikkus nn mäluefektile, mille puhul neid mitu korda sama mahutavusega tühjendada ja uuesti laadida. Aku "mäletab" laadimistsükli hetke, mil laadimine algas, ja järgneva kasutamise ajal langeb pinge selles punktis järsult, justkui oleks aku tühjenenud.
Tegelikult väheneb aku mahtuvus siiski vaid veidi. Mõned elektroonikaseadmed on spetsiaalselt loodud sellisele madalale pingele vastu pidama piisavalt kaua, et pinge normaliseeruks. Mõned seadmed ja vidinad lülituvad sel perioodil aga välja, mistõttu tundub aku tavapärasest varem "tühjana".
Sarnane efekt, mida nimetatakse pingelanguseks, on korduva ülelaadimise tagajärg. Sellisel juhul on aku täielikult laetud, kuid tühjeneb lühikese kasutamise järel kiiresti.
Teine probleem on "vastupidise laadimise" efekt, mis tekib kasutaja vea tõttu või mitmest elemendist koosneva aku täieliku tühjenemise korral. Vastupidine laadimine lühendab aku eluiga. Vastupidise laadimise kõrvalsaadus on ohtlik vesinikgaas.
Huvitav fakt: NiCd-akude ebaregulaarsel kasutamisel toimub tagasipööratud laadimine. See põhjustab dendriitide, õhukeste juhtivate kristallide, mis võivad tungida läbi elektroodide vahelise eraldusmembraani, teket ja levikut akudes. See põhjustab sisemise lühise ja aku enneaegse rikke.
Liitiumioonakud seevastu vajavad vähe hooldust. Neid saab laadida enne täielikku tühjenemist (ilma "mäluefekti" tekkimiseta) ja need töötavad laiemas temperatuurivahemikus. Võrreldes Ni-Cd-ga on liitiumioonlahuse isetühjenemine väiksem kui pool kogumahutavusest, mis pikendab sellise aku kasutusiga. Seetõttu saab liitiumioonakut mitu kuud säilitada ilma laengut kaotamata.
Miks on nikkel-kaadmiumaku parem kui liitiumioonaku?
NiCd akusid saab kokku panna akupakkideks või kasutada eraldi. Sellised akud on väikesed ja miniatuursed, seega saab neid kasutada igapäevaelus, näiteks taskulampides, kaasaskantavas elektroonikas, foto- ja videokaamerates ning mänguasjades. Oma väikese suurusega pakuvad NiCd akud suuri impulssvoolusid suhteliselt madala sisemise takistusega, mis teeb neist eelistatud valiku kaugjuhtimisega elektriliselt juhitavate mudellennukite, paatide, autode, akutoitel elektritööriistade ja fotovälklampide toiteks, kui kasutusiga ja mahtuvus mAh-des ei mängi erilist rolli.
Suuri Ni-Cd akusid kasutatakse õhukäivitites, elektriautodes ja varutoiteallikatena.
Tähtis! Liitiumioonaku märgatav puudus on selle habrasus. Seetõttu vajab selline aku ohutuks tööks spetsiaalset kaitseahelat.
Kaitselülitus on loodud piirama aku või aku laadimise ajal esinevaid pinge tippväärtusi. See välistab alapinge tekkimise võimaluse, mis võib tekkida toiteallika tühjendamisel. Äärmuslike temperatuuride vältimiseks ja kasutusohutuse parandamiseks jälgitakse ka korpuse sisetemperatuuri. Kõik see suurendab liitiumioonaku maksumust ja mõõtmeid.
Arvestades liitiumioonakusid oma suure energiatiheduse, mäluefekti puudumise ja aeglase laengu kadu tõttu, kasutatakse neid peamiselt sõjalistel eesmärkidel, lennundustehnoloogias ja tänapäevaste elektrisõidukite toiteallikatena (kus kerge kaal ja suurus on olulised).
Kumb on parem: liitiumioon või nikkel-kaadmium?
Sellele küsimusele on võimatu ühemõtteliselt vastata ja see pole ka vajalik. Igal akutüübil on oma ratsionaalsed rakendusvaldkonnad. Ni-Cd aku on odavam ja seda iseloomustab märkimisväärne arv laadimis-/tühjendustsüklit (mida aga ei tohiks sageli teha!). Li-ioon akule on iseloomulikud kompaktsed mõõtmed, pikem aku tööiga, "mäluefekti" puudumine ja see võib töötada laiemas temperatuurivahemikus.
Kas teil on veel küsimusi? Esitage need kommentaarides!
