Li-Ion батареи и аккумуляторы

Конструкция литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы состоят из катода, анода, сепаратора и электролита. Катод может быть изготовлен из различных оксидов металлов, таких как оксид кобальта (III) лития (LiCoO₂) или оксид марганца лития (LiMn₂O₄). Анод же чаще всего изготавливается из графита. Однако ключевую роль здесь играет литий, ионы которого перемещаются между электродами во время разряда и заряда. Электролит чаще всего представляет собой жидкость, содержащую соли лития, растворенные в смеси органических растворителей, или твердое вещество. Для изготовления электролита часто применяется винилиденкарбонат. Литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких таких маленьких элементов, соединенных в пакеты. Их можно свободно конфигурировать для достижения требуемого напряжения.

Преимущества и недостатки литий-ионной технологии

Давайте сначала опишем преимущества, которыми обладают литий-ионные аккумуляторы.

• Высокая плотность энергии: Литий-ионная технология отличается одной из самых высоких плотностей энергии, что позволяет хранить большое количество энергии в небольших по размеру аккумуляторах.
• Низкий саморазряд: По сравнению с другими типами аккумуляторов, они имеют очень низкий уровень саморазряда, что позволяет им хранить энергию в течение длительного времени без значительного снижения емкости.
• Длительный срок службы: Литий-ионные аккумуляторы характеризуются длительным сроком службы. Стандартные элементы чаще всего имеют срок службы от 300 до 1 000 циклов заряда-разряда, но бывают и элементы с более длительным сроком службы.
• Отсутствие «эффекта памяти»: В отличие от некоторых других технологий в литий-ионных аккумуляторах практически отсутствует эффект памяти. Благодаря этому их не нужно полностью разряжать перед повторным подключением для зарядки.
• Скорость зарядки: По сравнению с другими распространенными аккумуляторами, литий-ионные характеризуются более быстрым процессом зарядки, что является особым преимуществом для устройств, потребляющих много энергии.
• Низкое воздействие на окружающую среду: Литий-ионная технология гораздо менее вредна для окружающей среды, чем другие решения, такие как свинцовые или никель-кадмиевые аккумуляторы. Прежде всего, они не содержат тяжелых металлов, которые опасны для окружающей среды. Большая эффективность процесса перезарядки и его короткое время означают, что меньше энергии тратится впустую.

Благодаря вышеперечисленным характеристикам литий-ионные аккумуляторы охотно применяются и все чаще встречаются во многих повседневных устройствах. К сожалению, литий-ионная технология имеет и недостатки, которые накладывают определенные ограничения на ее применение. Ниже рассмотрены некоторые из них.

• Высокая цена: Себестоимость производства литий-ионных аккумуляторов выше по сравнению с другими решениями, что приводит к высокой продажной цене.
• Проблема глубокого разряда: Разрядка литий-ионных аккумуляторов ниже рекомендуемого уровня может привести к необратимым повреждениям.
• Деградация емкости: Со временем литий-ионные аккумуляторы теряют свою емкость даже при отсутствии интенсивной эксплуатации. Этот процесс сокращает время работы устройств, в которых применяется данный тип аккумуляторов.
• Безопасность применения: Дефектные литий-ионные аккумуляторы могут представлять опасность взрыва или пожара. Экстремально высокие температуры или чрезмерная зарядка также могут привести к подобным событиям.

Несмотря на недостатки, которыми обладают литий-ионные аккумуляторы, они применяются в самых разных областях.

Где применяются литий-ионные аккумуляторы?

Литий-ионная технология в настоящее время является одним из самых популярных методов производства аккумуляторов. Благодаря ряду преимуществ и возможности их адаптации к потребностям пользователей, литий-ионные аккумуляторы активно применяются в различных устройствах.

Где же можно найти эти типы аккумуляторов?

Потребительская электроника

Литий-ионные аккумуляторы находят применение прежде всего в бытовой электронике. Они применяются в смартфонах, компьютерах, телевизорах, ноутбуках, беспроводных наушниках, часах, камерах и многих других электронных устройствах. Благодаря высокой плотности энергии, малым размерам и длительному сроку службы часто применяются в портативных устройствах для повседневного применению.

Электромобили

Популярная группа устройств, в которых применяются литий-ионные аккумуляторы — это электромобили и гибридные автомобили. Здесь они применяются потому, что они легче традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов, но при этом позволяют преодолевать довольно большие расстояния между зарядками. Применение аккумуляторов в современных автомобилях снижает выбросы CO₂ от выхлопных газов.

Накопление энергии

Все более популярными становятся системы хранения энергии, как в промышленных, так и в бытовых масштабах, которые накапливают запасы энергии из возобновляемых источников, таких как ветровая или солнечная энергия. Собственно в таких системах также применяются литий-ионные аккумуляторы.

Электроинструменты

Высокая производительность и возможность быстрой зарядки литий-ионных аккумуляторов делают их популярными для применения и в большинстве беспроводных электроинструментов. В частности, их можно встретить в таком оборудовании, как шлифовальные машины, дрели, цепные пилы, и многих других.

Медицинские приборы

Небольшие размеры литий-ионных аккумуляторов позволяют применять их в специализированных медицинских приборах. В частности, они применяются в дефибрилляторах, электрокардиографах, мониторах артериального давления, медицинских тележках и другом жизненно важном оборудовании.

Это лишь некоторые из основных областей применения литий-ионных аккумуляторов. Часто их можно встретить и в системах, отвечающих за подачу энергии в случае различных аварий, а также в дронах и дистанционно управляемых транспортных средствах. Ведутся эксперименты по их применению даже в авиации.