بطاريات ليثيوم أيون وليثيوم بوليمر

يتطور الفكر الهندسي باستمرار: يتم تحفيزه من خلال المشكلات الناشئة باستمرار والتي تتطلب حلها تطوير تقنيات جديدة. في وقت ما، تم استبدال بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) بهيدريد معدن النيكل (NiMH)، والآن تحاول بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion). لقد حلت بطاريات NiMH إلى حد ما محل NiCd، ولكن نظرًا للمزايا التي لا يمكن إنكارها للأخيرة مثل القدرة على توصيل تيار عالٍ وتكلفة منخفضة و طويل الأمدلم تتمكن الخدمات من توفير بديلها الكامل. ولكن ماذا عن بطاريات الليثيوم؟ ما هي مميزاتها وكيف تختلف بطاريات Li-pol عن Li-ion؟ دعونا نحاول فهم هذه القضية.

كقاعدة عامة، عند شراء هاتف محمول أو كمبيوتر محمول، لا نفكر جميعًا في نوع البطارية الموجودة بالداخل وكيف تختلف هذه الأجهزة بشكل عام. وعندها فقط، بعد أن واجهنا عمليًا صفات المستهلك لبعض البطاريات، نبدأ في التحليل والاختيار. بالنسبة لأولئك الذين هم في عجلة من أمرهم ويريدون الحصول على إجابة على الفور لسؤال ما هي البطارية المثالية للهاتف الخلوي، سأجيب بإيجاز - Li-ion. المعلومات التالية مخصصة للفضوليين.

أولا، رحلة قصيرة في التاريخ.

بدأت التجارب الأولى لإنشاء بطاريات الليثيوم في عام 1912، ولكن بعد ستة عقود فقط، في أوائل السبعينيات، تم إدخالها لأول مرة في الأجهزة المنزلية. علاوة على ذلك، اسمحوا لي أن أؤكد أن هذه كانت مجرد بطاريات. محاولات لاحقة للتطوير بطاريات الليثيوم(البطاريات القابلة لإعادة الشحن) تعطلت بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة. يتمتع الليثيوم، وهو الأخف بين جميع المعادن، بأكبر إمكانات كهروكيميائية ويوفر أكبر كثافة للطاقة. توفر البطاريات التي تستخدم أقطاب معدن الليثيوم جهدًا عاليًا وقدرة ممتازة. ولكن نتيجة للعديد من الدراسات في الثمانينات، وجد أن التشغيل الدوري (الشحن - التفريغ) لبطاريات الليثيوم يؤدي إلى تغيرات في قطب الليثيوم، ونتيجة لذلك ينخفض ​​الاستقرار الحراري ويكون هناك تهديد للحالة الحرارية الخروج عن نطاق السيطرة. عندما يحدث هذا، تقترب درجة حرارة العنصر بسرعة من نقطة انصهار الليثيوم - ويبدأ رد فعل عنيف، مما يؤدي إلى اشتعال الغازات المنبعثة. على سبيل المثال، عدد كبير منتم سحب بطاريات الليثيوم للهاتف المحمول الموردة لليابان في عام 1991 بعد عدة حوادث حريق.

بسبب عدم الاستقرار المتأصل في الليثيوم، حول الباحثون انتباههم إلى بطاريات الليثيوم غير المعدنية المعتمدة على أيونات الليثيوم. بعد أن فقدوا القليل من كثافة الطاقة واتخذوا بعض الاحتياطات عند الشحن والتفريغ، حصلوا على ما يسمى ببطاريات Li-ion الأكثر أمانًا.

عادة ما تكون كثافة الطاقة لبطاريات Li-ion ضعف كثافة بطاريات NiCd القياسية، وفي المستقبل، بفضل استخدام مواد نشطة جديدة، من المتوقع زيادتها بشكل أكبر وتحقيق تفوق بثلاثة أضعاف على NiCd. بالإضافة إلى السعة الكبيرة، تتصرف بطاريات Li-ion بشكل مشابه لبطاريات NiCds عند تفريغها (خصائص التفريغ الخاصة بها متشابهة في الشكل وتختلف فقط في الجهد).

يوجد اليوم العديد من أنواع بطاريات الليثيوم أيون، ويمكنك التحدث لفترة طويلة عن مميزات وعيوب نوع أو آخر، ولكن يمكنك تمييزها من خلال مظهرمستحيل. لذلك، سنلاحظ فقط تلك المزايا والعيوب التي تتميز بها جميع أنواع هذه الأجهزة، وننظر في الأسباب التي أدت إلى ولادة بطاريات الليثيوم بوليمر.

المزايا الرئيسية.

• كثافة طاقة عالية، ونتيجة لذلك، سعة كبيرةبنفس الأبعاد مقارنة بالبطاريات القائمة على النيكل.
• انخفاض التفريغ الذاتي.
• الجهد العاليخلية واحدة (3.6 فولت مقابل 1.2 فولت لـ NiCd و NiMH)، مما يبسط التصميم - غالبًا ما تتكون البطارية من خلية واحدة فقط. تستخدم العديد من الشركات المصنعة اليوم مثل هذه البطارية أحادية الخلية في الهواتف المحمولة (تذكر نوكيا). ومع ذلك، لتوفير نفس الطاقة، يجب توفير تيار أعلى. وهذا يتطلب ضمان منخفض المقاومة الداخليةعنصر.
• تنتج تكاليف الصيانة (التشغيل) المنخفضة عن غياب تأثير الذاكرة، مما يتطلب دورات تفريغ دورية لاستعادة السعة.

عيوب.

تكنولوجيا تصنيع بطاريات Li-ion تتحسن باستمرار. يتم تحديثها كل ستة أشهر تقريبًا، ومن الصعب فهم كيف "تتصرف" البطاريات الجديدة بعد تخزينها على المدى الطويل.

باختصار، ستكون بطارية Li-ion مفيدة للجميع، إن لم يكن للمشاكل المتعلقة بضمان سلامة تشغيلها و غالي السعر. أدت محاولات حل هذه المشكلات إلى ظهور بطاريات الليثيوم بوليمر (Li-pol أو Li-polymer).

ينعكس الاختلاف الرئيسي بينهما عن Li-ion في الاسم ويكمن في نوع المنحل بالكهرباء المستخدم. في البداية، في السبعينيات، تم استخدام المنحل بالكهرباء البوليمر الصلب الجاف، على غرار الفيلم البلاستيكي وغير موصل. كهرباءولكنها تسمح بتبادل الأيونات (الذرات المشحونة كهربائياً أو مجموعات الذرات). يحل إلكتروليت البوليمر بشكل فعال محل الفاصل المسامي التقليدي المشرب بالإلكتروليت.

يعمل هذا التصميم على تبسيط عملية الإنتاج، وهو أكثر أمانًا ويسمح بإنتاج بطاريات رقيقةشكل حر. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدم وجود سائل أو هلام بالكهرباء يلغي إمكانية الاشتعال. يبلغ سمك العنصر حوالي ملليمتر واحد، لذلك يتمتع مطورو المعدات بحرية اختيار الشكل والشكل والحجم، بما في ذلك تنفيذه في أجزاء من الملابس.

ولكن حتى الآن، لسوء الحظ، لا تتمتع بطاريات الليثيوم بوليمر الجافة بالتوصيل الكهربائي الكافي في درجة حرارة الغرفة. مقاومتها الداخلية عالية جدًا ولا يمكنها توفير مقدار التيار المطلوب للاتصالات الحديثة وإمدادات الطاقة. محركات الأقراص الصلبةأجهزة الكمبيوتر المحمول. في الوقت نفسه، عند تسخينه إلى 60 درجة مئوية أو أكثر، تزداد الموصلية الكهربائية للبوليمر الليثيوم إلى مستوى مقبول، لكن هذا غير مناسب للاستخدام الشامل.

يواصل الباحثون تطوير بطاريات ليثيوم بوليمر باستخدام إلكتروليت صلب جاف يعمل في درجة حرارة الغرفة. ومن المتوقع أن تصبح هذه البطاريات متاحة تجاريا بحلول عام 2005. وسوف تكون مستقرة، والسماح 1000 دورات كاملةتفريغ الشحن ولها كثافة طاقة أعلى من بطاريات Li-ion الموجودة اليوم

وفي الوقت نفسه، تُستخدم الآن بعض أنواع بطاريات الليثيوم بوليمر كمصدر طاقة احتياطي في المناخات الحارة. على سبيل المثال، تقوم بعض الشركات المصنعة بتثبيت عناصر التسخين على وجه التحديد والتي تحافظ على درجة حرارة مناسبة للبطارية.

قد تسأل: كيف يمكن أن يكون هذا؟ تباع بطاريات الليثيوم بوليمر على نطاق واسع في الأسواق، وتقوم الشركات المصنعة بتجهيز الهواتف وأجهزة الكمبيوتر بها، ولكننا هنا نقول إنها ليست جاهزة بعد للاستخدام التجاري. كل شيء بسيط جدا. في في هذه الحالةنحن لا نتحدث عن البطاريات ذات المنحل بالكهرباء الصلبة الجافة. من أجل زيادة التوصيل الكهربائي لبطاريات الليثيوم بوليمر الصغيرة، تتم إضافة كمية معينة من الإلكتروليت الشبيه بالهلام إليها. ومعظم بطاريات الليثيوم بوليمر المستخدمة في الهواتف المحمولة اليوم هي في الواقع بطاريات هجينة لأنها تحتوي على إلكتروليت يشبه الهلام. سيكون من الأصح أن نسميها بوليمر ليثيوم أيون. لكن معظم الشركات المصنعة تصنفها ببساطة على أنها ليثيوم بوليمر لأغراض الدعاية. دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول هذا النوع من بطاريات الليثيوم بوليمر منذ ذلك الحين هذه اللحظةهم الأكثر أهمية.

إذًا، ما هو الفرق بين بطارية Li-ion وبطارية Li-polymer مع إضافة إلكتروليت هلامي؟ على الرغم من أن خصائص وكفاءة كلا النظامين متشابهة إلى حد كبير، إلا أن ما يميز بطارية ليثيوم أيون بوليمر (يمكنك تسميتها بهذا الاسم) هو أنها لا تزال تستخدم إلكتروليتًا صلبًا، لتحل محل فاصل مسامي. تتم إضافة المنحل بالكهرباء هلام فقط لزيادة التوصيل الأيوني.

أدت الصعوبات الفنية والتأخير في زيادة الإنتاج إلى تأخير إدخال بطاريات ليثيوم أيون بوليمر. ويرجع ذلك، وفقًا لبعض الخبراء، إلى رغبة المستثمرين الذين استثمروا الكثير من الأموال في تطوير بطاريات الليثيوم أيون وإنتاجها بكميات كبيرة، في استعادة استثماراتهم. لذلك، فإنهم ليسوا في عجلة من أمرهم للتحول إلى تقنيات جديدة، على الرغم من أن الإنتاج الضخم لبطاريات ليثيوم أيون بوليمر سيكون أرخص من بطاريات الليثيوم أيون.

والآن عن الميزات تشغيل ليثيوم أيونوبطاريات ليثيوم بوليمر.

خصائصها الرئيسية متشابهة جدا. تم وصف شحن بطاريات Li-ion بتفاصيل كافية في المقالة. بالإضافة إلى ذلك، سأقدم فقط رسمًا بيانيًا (الشكل 1) يوضح مراحل الشحن، وشروحات صغيرة له.

يبلغ متوسط ​​وقت الشحن لجميع بطاريات Li-ion مع تيار شحن أولي قدره 1C (يساوي عدديًا القيمة الاسمية لسعة البطارية) 3 ساعات. يتم تحقيق الشحن الكامل عندما يكون جهد البطارية مساويًا للحد العلوي وعندما ينخفض ​​تيار الشحن إلى مستوى يساوي تقريبًا 3% من القيمة الأولية. تظل البطارية باردة أثناء الشحن. كما يتبين من الرسم البياني، تتكون عملية الشحن من مرحلتين. في الأول (ما يزيد قليلاً عن ساعة)، يزداد الجهد عند تيار شحن أولي ثابت تقريبًا يبلغ 1C حتى يتم الوصول إلى عتبة الجهد العلوي لأول مرة. عند هذه النقطة، يتم شحن البطارية إلى حوالي 70% من سعتها. وفي بداية المرحلة الثانية يبقى الجهد ثابتاً تقريباً ويتناقص التيار حتى يصل إلى ما فوق 3%. وبعد ذلك يتوقف الشحن تمامًا.

إذا كنت بحاجة إلى إبقاء البطارية مشحونة طوال الوقت، فمن المستحسن إعادة شحنها بعد 500 ساعة، أو 20 يومًا. يتم تنفيذه عادةً عندما ينخفض ​​الجهد عند أطراف البطارية إلى 4.05 فولت ويتوقف عندما يصل إلى 4.2 فولت

بضع كلمات حول نطاق درجة الحرارة أثناء الشحن. يمكن شحن معظم أنواع بطاريات Li-ion بتيار 1C عند درجات حرارة تتراوح من 5 إلى 45 درجة مئوية. عند درجات حرارة تتراوح من 0 إلى 5 درجات مئوية، يوصى بالشحن بتيار قدره 0.1 درجة مئوية. ويحظر الشحن عند درجات حرارة أقل من الصفر. درجة الحرارة المثالية للشحن هي من 15 إلى 25 درجة مئوية.

إن عمليات الشحن في بطاريات الليثيوم بوليمر تكاد تكون مطابقة لتلك الموصوفة أعلاه، لذلك لا يحتاج المستهلك على الإطلاق إلى معرفة أي نوع من البطاريات لديه بين يديه. وكل هؤلاء جهاز شحن، التي استخدمها في بطاريات Li-ion، مناسبة لـ Li-polymer.

والآن عن شروط التفريغ. عادة، يتم تفريغ بطاريات Li-ion بقيمة 3.0 فولت لكل خلية، على الرغم من أن الحد الأدنى لبعض الأصناف هو 2.5 فولت. عادةً ما يقوم مصنعو المعدات التي تعمل بالبطاريات بتصميم أجهزة ذات عتبة إيقاف تشغيل تبلغ 3.0 فولت (لجميع المناسبات). ماذا يعني هذا؟ ينخفض ​​جهد البطارية تدريجيًا عند تشغيل الهاتف، وبمجرد وصوله إلى 3.0 فولت، سيحذرك الجهاز وينطفئ. لكن هذا لا يعني أنها توقفت عن استهلاك الطاقة من البطارية. الطاقة، وإن كانت صغيرة، مطلوبة لاكتشاف وقت الضغط على مفتاح تشغيل الهاتف وبعض الوظائف الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يتم استهلاك الطاقة من خلال دائرة التحكم والحماية الداخلية الخاصة بها، ولا يزال التفريغ الذاتي، على الرغم من صغره، أمرًا نموذجيًا حتى بالنسبة للبطاريات المعتمدة على الليثيوم. ونتيجة لذلك، إذا تركت بطاريات الليثيوم لفترة طويلة دون إعادة الشحن، فإن الجهد الكهربي عليها سينخفض ​​إلى أقل من 2.5 فولت، وهو أمر سيء للغاية. في هذه الحالة، فمن الممكن لتعطيل الدائرة الداخليةالتحكم والحماية، ولن تتمكن جميع أجهزة الشحن من شحن هذه البطاريات. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر التفريغ العميق سلبًا على البنية الداخلية للبطارية نفسها. يجب شحن البطارية الفارغة تمامًا في المرحلة الأولى بتيار يبلغ 0.1 درجة مئوية فقط. باختصار، البطاريات تحب أن تكون في حالة مشحونة وليس في حالة تفريغها.

بضع كلمات حول ظروف درجة الحرارة أثناء التفريغ (اقرأ أثناء التشغيل).

بشكل عام، تعمل بطاريات Li-ion بشكل أفضل في درجة حرارة الغرفة. العمل في ظروف أكثر دفئًا سوف يقلل بشكل خطير من عمر الخدمة. على الرغم من أن بطارية الرصاص الحمضية، على سبيل المثال، تتمتع بأعلى سعة عند درجات حرارة أعلى من 30 درجة مئوية، إلا أن التشغيل طويل الأمد في مثل هذه الظروف يقلل من عمر البطارية. وبنفس الطريقة، يعمل ليثيوم أيون بشكل أفضل عندما درجة حرارة عالية، والذي يقاوم في البداية الزيادة في مقاومة البطارية الداخلية الناتجة عن التقادم. لكن زيادة إنتاج الطاقة لا تدوم طويلا، لأن ارتفاع درجات الحرارة يؤدي بدوره إلى تسارع الشيخوخة، مصحوبا بزيادة أخرى في المقاومة الداخلية.

الاستثناءات الوحيدة في الوقت الحالي هي بطاريات الليثيوم بوليمر ذات المنحل بالكهرباء البوليمر الصلب الجاف. أنها تتطلب درجة حرارة حيوية من 60 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية. وقد وجدت هذه البطاريات مكانتها في السوق كمصادر احتياطية في المناخات الحارة. يتم وضعها في مسكن معزول حرارياً مع عناصر تسخين مدمجة تعمل بالطاقة من شبكة خارجية. تعتبر بطاريات ليثيوم أيون بوليمر كبطاريات احتياطية متفوقة في السعة والمتانة على بطاريات VRLA، خاصة في حالات المجالعندما يكون التحكم في درجة الحرارة غير ممكن. لكن بهم غالي السعريبقى عاملا مقيدا.

في درجات الحرارة المنخفضةتنخفض كفاءة البطاريات في جميع الأنظمة الكهروكيميائية بشكل حاد. بينما تتوقف بطاريات NiMH وSLA وLi-ion عن العمل عند -20 درجة مئوية، تستمر بطاريات NiCd في العمل حتى -40 درجة مئوية. اسمحوا لي فقط أن أشير إلى أننا نتحدث مرة أخرى فقط عن البطاريات ذات الاستخدام الواسع.

من المهم أن تتذكر أنه على الرغم من أن البطارية يمكن أن تعمل في درجات حرارة منخفضة، إلا أن هذا لا يعني أنه يمكن شحنها أيضًا في هذه الظروف. تكون استجابة شحن معظم البطاريات في درجات حرارة منخفضة للغاية محدودة للغاية، ويجب تقليل تيار الشحن في هذه الحالات إلى 0.1 درجة مئوية.

في الختام، أود أن أشير إلى أنه يمكنك طرح الأسئلة ومناقشة المشكلات المتعلقة بـ Li-ion وLi-polymer، بالإضافة إلى أنواع البطاريات الأخرى، في المنتدى الموجود في المنتدى الفرعي للملحقات.

عند كتابة هذا المقال، تم استخدام المواد [—بطاريات الأجهزة المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. محللي البطاريات.

أكثر أنواع البطاريات شيوعًا هي بطارية الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون. ما هي مميزاتهم؟

حقائق عن بطاريات الليثيوم بوليمر

في بطاريات ليثيوم بوليمريتم استخدام المنحل بالكهرباء البوليمر الصلب. في العينات الأولى من البطاريات من هذا النوع، التي تم إنشاؤها في السبعينيات، كانت موجودة بشكل رئيسي في التعديل الجاف. لم يكن هذا المنحل بالكهرباء يوصل التيار الكهربائي فعليًا، لكنه يمكنه تبادل الأيونات المتكونة من مركبات الليثيوم. في الأجهزة الحديثة- أجهزة الكمبيوتر المحمولة، الهواتف المحمولة، الأدوات - يتم استخدام البطاريات التي تحتوي أيضًا على كمية معينة من الإلكتروليت على شكل هلام.

بطاريات ليثيوم بوليمر قادرة على توفير مستوى عالكثافة الكهرباء على أساس حجمها ووزنها. تتميز بتفريغ ذاتي منخفض إلى حد ما، وليس لها ما يسمى بتأثير الذاكرة - عندما يتم تفريغ البطارية المشحونة أثناء الاستخدام أحيانًا فقط إلى المستوى الذي يتوافق مع لحظة شحن البطارية (أي ليس بالضرورة صفر)، ويمكن أن تعمل أيضًا في نطاق واسع من درجات الحرارة.

ومع ذلك، فإن بطاريات الليثيوم بوليمر ليست آمنة دائمًا - خاصة إذا كانت ساخنة جدًا أو أصبحت ساخنة جدًا. شحن طويل. تحتوي البطاريات من النوع قيد النظر على حوالي 800-900 دورة تشغيل، حيث لا يتجاوز مستوى فقدان السعة 20٪. تفقد البطارية نفس الأداء بنسبة 20% بعد عامين من التشغيل، حتى لو لم يتم استخدامها ولكنها مخزنة.

غالبًا ما تكون بطاريات الليثيوم بوليمر صغيرة الحجم جدًا - فمن الممكن نظريًا إنتاج بطاريات يبلغ سمكها حوالي ملليمتر واحد. استخدام الجسم المعدني في تصميمها أمر اختياري.

حقائق عن بطاريات الليثيوم أيون

تصميم بطارية ليثيوم أيونيتكون من أقطاب كهربائية وفواصل، مشربة عادة بالكهرباء السائلة. يتم تمثيل الأول بواسطة كاثودات الألومنيوم وأنودات النحاس. الشحنة الكهربائيةفي البطاريات من هذا النوع يتم حملها بواسطة أيون الليثيوم موجب الشحنة، والذي لديه القدرة على الاندماج في الشبكات البلورية للمواد الأخرى وبالتالي تكوين مركبات جديدة. عادة ما يتم تمثيل الكاثودات في بطاريات الليثيوم أيون الحديثة بمركبات الليثيوم مع الكوبالت والنيكل والمنجنيز وفوسفات الحديد.

تتميز البطاريات من هذا النوع، مثل منتجات الليثيوم بوليمر، بانخفاض التفريغ الذاتي، ولكنها تتجاوزها قليلاً في كثافة الطاقة. لا تحتاج بطاريات الليثيوم أيون إلى الشحن والتفريغ بشكل دوري للحفاظ على الأداء الوظيفي.

تعتبر النماذج القديمة من بطاريات الليثيوم أيون غير آمنة للاستخدام، ولكن تلك التي تتضمن عناصر مصنوعة من مركب فوسفات حديد الليثيوم تعتبر موثوقة تمامًا. مثل أجهزة بوليمر الليثيوم، تفقد هذه الأنواع من البطاريات قدرتها بمرور الوقت - حتى عندما لا تكون قيد الاستخدام.

مقارنة

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين بطارية الليثيوم بوليمر وبطارية الليثيوم أيون في استخدام المنحل بالكهرباء الجاف في الغالب (مع نسبة صغيرة من الهلام) في هيكل الأول، بينما يستخدم الأخير، كقاعدة عامة، المنحل بالكهرباء السائل . وهذا يحدد مسبقًا إمكانية عدم استخدام الغلاف المعدني في تصميم بطاريات الليثيوم بوليمر وإنتاج بطارية صغيرة الحجم والسمك. في بطاريات الليثيوم أيون، من الضروري بدوره - وإلا فإن المنحل بالكهرباء سوف يتسرب. إن أهمية استخدام الغلاف المعدني يمكن أن تجعل من الصعب على الشركات المصنعة تقليل حجم بطارياتها.

بعد تحديد الفرق بين بطارية الليثيوم بوليمر وبطارية الليثيوم أيون، سنعكس الاستنتاجات في جدول صغير.

طاولة

بطاريات ليثيوم بوليمر	بطاريات ليثيوم أيون
ما لديهم من القواسم المشتركة؟
يملك المبادئ العامةنقل الشحنة الكهربائية – باستخدام مركبات الليثيوم
تتميز بانخفاض التفريغ الذاتي
لا يوجد تأثير الذاكرة
هناك عيب شائع في شكل انخفاض القدرة مع مرور الوقت
ما الفرق بينهم؟
تحتوي على إلكتروليت صلب في بنيتها (مع إضافة الجل)	لديهم المنحل بالكهرباء السائل في هيكلها
لا يحتاج إلى غلاف معدني ويمكن أن يكون صغير الحجم	تتطلب غلافًا معدنيًا، وهو ما يحدد حجمها الأكبر مقارنةً ببطاريات الليثيوم بوليمر
لديك استهلاك طاقة أقل قليلا	لديك استهلاك طاقة أعلى قليلا

الليثيوم- بطارية بوليمرهي نسخة محسنة من بطارية الليثيوم أيون التقليدية. يتمثل الاختلاف الرئيسي بينها في استخدام مادة بوليمر خاصة، حيث يتم استخدام شوائب موصلة بالليثيوم تشبه الهلام كملء. ويستخدم هذا النوع من البطاريات في العديد من موديلات الأجهزة المحمولة والهواتف الأجهزة الرقمية, سيارات يتم التحكم فيها عن طريق الراديووما إلى ذلك وهلم جرا.

لا يمكن لبطارية الليثيوم بوليمر التقليدية المخصصة للاستخدام المنزلي توفير الكثير من التيار. ومع ذلك، توجد اليوم أنواع خاصة من الطاقة لهذه الأجهزة يمكنها توصيل تيار أكبر بعدة مرات من سعته بالأمبير-ساعة.

تصميم بطارية ليثيوم بوليمر

الفرق بين تخزين طاقة الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون هو نوع المنحل بالكهرباء المستخدم. في بطاريات البوليمريتم استخدام بوليمر خاص بمحلول يحتوي على الليثيوم، وفي الأيونية يتم استخدام إلكتروليت هلامي عادي. في أنظمة السلطة للأغلبية النماذج الحديثةيتم استخدام بطارية ليثيوم بوليمر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه يوفر تيارات تفريغ أكثر قوة. ومع ذلك، أيضا الانفصال الصارملا يوجد فرق بين هذه الأنواع من البطاريات، لأنها تختلف فقط في طبيعة المنحل بالكهرباء. وينطبق هذا على ميزات الشحن والتفريغ وقواعد التشغيل واحتياطات السلامة.

الخصائص الرئيسية

تعتبر بطارية الليثيوم بوليمر الحديثة التي لها نفس الكتلة أكثر استهلاكًا للطاقة بشكل ملحوظ من بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) وبطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH). لديهم عدد من دورات التشغيل حوالي 500-600. دعونا نتذكر أنه بالنسبة لـ NiCd يبلغ 1000 دورة، وبالنسبة لـ NiMH فهو حوالي 500. مثل أيون الليثيوم، فإن حاملات البوليمر أيضًا تتقادم بمرور الوقت. لذلك، بعد عامين، ستفقد هذه البطارية ما يصل إلى 20٪ من سعتها.

أنواع بطاريات الليثيوم بوليمر الطاقة

يوجد اليوم نوعان رئيسيان من هذه البطاريات - القياسية وسريعة التفريغ. وهي تختلف في مستوى الحد الأقصى لتيار التفريغ. تتم الإشارة إلى هذا المؤشر إما بوحدات سعة البطارية أو بالأمبير. في معظم الحالات أعلى مستوى ممكنتيار التفريغ لا يتجاوز 3C. ومع ذلك، يمكن لبعض النماذج إنتاج تيار قدره 5C. في أجهزة التفريغ السريع، يسمح بتيار تفريغ يصل إلى 8-10C. ولكن ل الأجهزة المنزليةلا يتم استخدام نماذج التفريغ السريع.

ميزات التطبيق

يمكن أن يؤدي استخدام بطارية ليثيوم بوليمر إلى زيادة وقت تشغيل المحرك الكهربائي بشكل كبير مع تقليل وزن البطارية نفسها. لذلك، إذا قمت باستبدال المعتاد بطارية نيمه 650 مللي أمبير لبطاريتين ليثيوم بوليمر عاديتين، يمكنك الحصول على حامل طاقة أكثر سعة بثلاث مرات. علاوة على ذلك، ستكون هذه البطارية أخف وزنا بأكثر من 10 جرام. إذا كنت تأخذ بطاريات سريعة التفريغ، فيمكنك تحقيق أداء أعلى. مثل هذا النظام سوف خيار ممتازليس فقط للنماذج الصغيرة من الطائرات أو المروحيات، ولكن أيضًا للأجهزة الرائعة التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو.

بطاريات الليثيوم بوليمر، على عكس بطاريات الليثيوم أيون، كان أداؤها جيدًا في طائرات الهليكوبتر الصغيرة مثل Hummingbird وPiccolo. نماذج مماثلة مع التقليدية محركات العاكسيمكن أن تطير على بطاريتين بوليمر لمدة نصف ساعة. عند استخدام محرك بدون فرش، تزيد هذه المرة إلى 50 دقيقة. هذا النوع البطارياتتعتبر خيارًا مثاليًا للطائرات الداخلية خفيفة الوزن. يتم تحديد كفاءتها في هذه الحالة من خلال وزنها الخفيف مقارنةً ببطاريات NiCd.

المجال الوحيد الذي تكون فيه بطارية الليثيوم بوليمر أدنى من بطارية NiCd هو استخدامها في الأجهزة ذات تيارات التفريغ العالية جدًا التي تصل إلى 50 درجة مئوية. ومع ذلك، فمن الممكن تمامًا أنه في غضون بضع سنوات أكثر بطاريات قويةمن هذا النوع. وفي الوقت نفسه، ارتفعت أسعار بوليمر الليثيوم والليثيوم أيون و بطاريات النيكل والكادميومهي نفسها تقريبًا لنفس كتلة الأجهزة.

ميزات العملية

قواعد التشغيل لبطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون متشابهة إلى حد كبير. عند استخدام بطارية بوليمر، يجب عليك تجنب بعض المواقف الخطيرة التي يمكن أن تسبب ضررًا لا يمكن إصلاحه لها:

• شحن الجهاز بجهد 4.2 فولت لكل جرة؛
• التفريغ بتيارات ذات سعة تحميل تتجاوز السعة المناسبة؛
• التفريغ بجهد أقل من 3 فولت لكل خلية؛
• خفض ضغط البطارية
• تسخين الجهاز فوق 60 درجة.
• تخزين طويل المدىفي حالة تفريغها تماما.

بوليمر الليثيوم و بطاريات الليثيوم أيونتتميز بخطر الحريق أثناء ارتفاع درجة الحرارة والإفراط في التفريغ. لمحاربة هذه الظاهرة الجميع البطاريات الحديثةمجهزة المدمج في النظام الإلكتروني، مما يمنع التفريغ الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة. ولهذا السبب تتطلب بطارية الليثيوم بوليمر خوارزميات شحن خاصة.

شاحن

لا تختلف عملية شحن بطاريات الليثيوم بوليمر عمليا عن الشحن بطاريات الليثيوم أيون. يتم شحن معظم بطاريات الليثيوم بوليمر بتيار شحن يبدأ من 1C خلال 3 ساعات تقريبًا. لتحقيق الشحن الكامل، من الضروري أن يكون جهد البطارية مطابقًا للحد العلوي. بجانب، شرط ضروريهو تقليل تيار الشحن إلى 3٪ من القيمة الاسمية. علاوة على ذلك، أثناء هذا الشحن، تظل هذه البطارية دائما باردة. إذا كنت تريد إبقاء البطارية مشحونة باستمرار، فمن المستحسن إعادة شحنها مرة واحدة تقريبًا كل 500 ساعة، أي ما يعادل 20 يومًا. كقاعدة عامة، يتم الشحن عادة عندما ينخفض ​​الجهد عند أطراف البطارية إلى 4.05 فولت. يتوقف الشحن بعد أن يصل الجهد عند المحطات إلى 4.2 فولت.

درجة حرارة الشحن

يمكن شحن معظم بطاريات الليثيوم بوليمر عند درجة حرارة تتراوح من 5 إلى 45 درجة وبتيار يبلغ 1 درجة مئوية. إذا كانت درجة الحرارة في حدود 0 إلى 5 درجات، فمن المستحسن التبديل إلى تيار 0.1C. الشحن في درجات حرارة أقل من الصفر محظور تمامًا في هذه الحالة. تقليديا، يعتقد أن الظروف الأكثر ملاءمة للشحن هي 15-25 درجة. نظرًا لأن جميع عمليات الشحن في بطاريات الليثيوم بوليمر والليثيوم أيون متطابقة تقريبًا، فيمكن استخدام نفس أجهزة الشحن لها.

شروط التفريغ

تقليديًا، يتم تفريغ هذا النوع من البطاريات بجهد 3.0 فولت لكل بطارية. ومع ذلك، يجب تفريغ بعض أنواع الأجهزة عند حد أدنى يبلغ 2.5 فولت. توفر الشركات المصنعة للأجهزة المحمولة عتبة إيقاف تبلغ 3.0 فولت، والتي ستكون مناسبة لأي نوع من البطاريات. أي أنه عندما يتم تفريغ البطارية أثناء جهاز محمولينخفض ​​الجهد تدريجيًا، وعندما يصل إلى 3.0 فولت، يحذرك الجهاز تلقائيًا وينطفئ. ومع ذلك، لا يزال الجهاز مستمرًا في استهلاك بعض الطاقة من البطارية. يعد هذا مطلوبًا لاكتشاف وقت الضغط على زر الطاقة أو لوظائف أخرى مماثلة. كما يمكن استخدام الطاقة هنا لدائرة الحماية والتحكم الخاصة بها. علاوة على ذلك، لا يزال المستوى المنخفض من التفريغ الذاتي من سمات حاملات الليثيوم بوليمر. لذلك، إذا تركت هذه البطاريات قيد التشغيل منذ وقت طويل، فقد ينخفض ​​​​الجهد فيها إلى أقل من 2.5 فولت، وهو أمر ضار جدًا. قد يتم تعطيل جميع أنظمة الحماية والتحكم الداخلية. ونتيجة لذلك، لم يعد من الممكن شحن هذه البطاريات بأجهزة الشحن التقليدية. وبالإضافة إلى ذلك، التفريغ الكامل ضار جدا ل الهيكل الداخليالبطاريات. لذلك، يجب شحن البطارية الفارغة تمامًا في المرحلة الأولى بتيار لا يقل عن 0.1 درجة مئوية.

درجة الحرارة أثناء التفريغ

تعمل بطارية الليثيوم بوليمر بشكل أفضل في درجة حرارة الغرفة. إذا كنت تستخدم جهازك في بيئات أكثر حرارة، فقد ينخفض ​​عمر البطارية بشكل كبير. أما بالنسبة لبطارية الليثيوم أيون فإن هذه البطارية تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. في البداية، يمنع زيادة المقاومة الداخلية للبطارية، وهو ما يعتبر نتيجة لتقدم السن. صحيح أنه بعد ذلك ينخفض ​​إنتاج الطاقة وتؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تسريع عملية الشيخوخة بسبب زيادة المقاومة الداخلية.

تتميز بطارية الليثيوم بوليمر بظروف تشغيل مختلفة قليلاً، لأنها تحتوي على إلكتروليت جاف وصلب. درجة الحرارة المثالية لتشغيلها هي 60-100 درجة. لذلك، أصبح حامل الطاقة هذا خيارًا مثاليًا لمصادر الطاقة الاحتياطية في المناطق ذات المناخ الحار. يتم وضعها خصيصًا في مبيت عازل للحرارة مزود بعناصر تسخين مدمجة تعمل بالطاقة من شبكة خارجية.

• تتمتع بطارية الليثيوم بوليمر بقدرة ومتانة فائقة مقارنة ببطارية الليثيوم أيون.
• سهولة الاستخدام في الظروف الميدانية عندما لا تكون هناك طريقة للتحكم في درجة الحرارة.
• كثافة طاقة عالية لكل وحدة وزن وحجم.
• انخفاض التفريغ الذاتي.
• عناصر رقيقة لا تزيد عن 1 مم.
• مرونة الشكل.
• لا يوجد تأثير الذاكرة.
• مدى واسعدرجات حرارة التشغيل من -20 إلى +40 درجة مئوية.
• انخفاض طفيف في الجهد أثناء التفريغ.

عيوب بطاريات الليثيوم بوليمر:

• كفاءة منخفضة عند درجات حرارة -20 درجة وأقل.
• غالي السعر.

التقدم التقني هو آلة تتحرك دون توقف! يمثل الوقود لهذه الآلة المزيد والمزيد من المشاكل الجديدة لدينا العالم الحديث. تذكر أنه منذ وقت ليس ببعيد كانت بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd) قيد الاستخدام، وتم استبدالها بهيدريد معدن النيكل (NiMH). لكن اليوم، تحاول بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون (Li-pol). ما هو الفرق بين لي بول و ليثيوم أيون؟ ما هي مزايا بوليمر الليثيوم على بطاريات أيون الليثيوم؟دعونا نحاول معرفة ذلك.

عندما نشتري هاتفًا أو جهازًا لوحيًا، قليل من الناس يسألون أنفسهم السؤال - ما نوع البطارية الموجودة بالداخل؟ في وقت لاحق فقط، عندما نواجه مشكلة تفريغ الأداة بسرعة، نبدأ في إلقاء نظرة أكثر تفصيلاً على "الجزء الداخلي" من أجهزتنا.

عن بطاريات الليثيومأصبحت معروفة في عام 1912، ثم بدأت التجارب الأولى، لكنها لم تستخدم على نطاق واسع. وفقط في السبعينيات، بعد ستة عقود، أخذت عناصر الشحن هذه مكانها في جميع الأجهزة المنزلية تقريبًا. دعونا نؤكد أننا نتحدث الآن فقط عن البطاريات، وليس البطاريات القابلة لإعادة الشحن.

الليثيوم هو أخف المعادن، كما أنه يوفر أعلى كثافة للطاقة وله إمكانات كهروكيميائية كبيرة. البطاريات التي تعتمد على أقطاب معدن الليثيوم لديها سعة كبيرةوالجهد العالي. في الثمانينات، ونتيجة للعديد من الدراسات، اتضح أن التشغيل الدوري لبطاريات الليثيوم (عملية الشحن/التفريغ) يؤدي إلى اشتعال أجهزة الشحن، ومن بعدها الأجهزة نفسها. لذلك، في عام 1991، تم استدعاء عدة آلاف من الهواتف في اليابان بسبب خطر الحريق. بسبب هذه خصائص خطيرةالليثيوم، حول العلماء اهتمامهم إلى بطاريات الليثيوم غير المعدنية المعتمدة على أيونات الليثيوم. وبعد مرور بعض الوقت، تم إنشاء نسخة أكثر أمانا من الشاحن، والتي كانت تسمى ليثيوم أيون (ليثيوم أيون).

اليوم، توجد بطارية الليثيوم أيون في جميع الأجهزة المحمولة تقريبا، ولديها عدد كبير من الأصناف، ولديها الكثير من الصفات الإيجابية، ولكن أيضا عيوب، والتي سنتحدث عنها بمزيد من التفصيل.

مزايا بطاريات الليثيوم أيون:

كثافة طاقة عالية، ونتيجة لذلك، قدرة عالية

انخفاض التفريغ الذاتي

الجهد العالي لعنصر واحد. وهذا يبسط التصميم - غالبًا ما تتكون البطارية من عنصر واحد فقط. تستخدم العديد من الشركات المصنعة اليوم هاتف خليويمثل هذه البطارية أحادية الخلية (تذكر نوكيا)

انخفاض تكلفة الصيانة (تكاليف التشغيل)

لا يوجد تأثير للذاكرة يتطلب دورات تفريغ دورية لاستعادة السعة.

عيوب:

تتطلب البطارية دائرة حماية مدمجة (مما يزيد من تكلفتها) والتي تحد من الحد الأقصى للجهد عبر كل خلية بطارية أثناء الشحن وتمنع انخفاض جهد الخلية بشكل كبير عند التفريغ

البطارية عرضة للتقادم، حتى لو لم يتم استخدامها وبقيت على الرف فقط. تعتبر عملية الشيخوخة نموذجية بالنسبة لمعظم بطاريات Li-ion. لأسباب واضحة، الشركات المصنعة صامتة بشأن هذه المشكلة. يصبح الانخفاض الطفيف في السعة ملحوظًا بعد عام واحد فقط، بغض النظر عما إذا كانت البطارية قيد الاستخدام أم لا. وبعد عامين أو ثلاثة أعوام، غالبًا ما يصبح غير صالح للاستخدام

تكلفة أعلى مقارنة ببطاريات NiCd.

بطاريات ليثيوم أيونيتم تحسينها باستمرار، والتكنولوجيا تتحسن. وستكون هذه البطارية مفيدة للجميع لولا مشاكل السلامة المرتبطة باستخدامها وسعرها المرتفع. كل هذه الأسباب أصبحت أساس الخلق بطاريات ليثيوم بوليمر (Li-pol أو Li-polymer). الأكثر وضوحا والأكثر أساسية الفرق بين لي بول و ليثيوم أيونهو نوع المنحل بالكهرباء المستخدم. إن استخدام إلكتروليت البوليمر الصلب يقلل بشكل كبير من تكلفة إنشاء البطارية ويجعلها أكثر أمانًا، كما يسمح لك بإنشاء أجهزة شحن أرق. لماذا لم تحل بطارية الليثيوم بوليمر محل سابقتها بالكامل؟ إحدى الإصدارات المحتملة التي عبر عنها الخبراء هي أن المستثمرين الذين استثمروا مبالغ كبيرة في تطوير بطاريات Li-ion وإدخالها على نطاق واسع يحاولون إعادة الاستثمار.

دعونا نلخص. بشكل عام، بطارية الليثيوم بوليمر هي نسخة أكثر تقدمًا من بطارية الليثيوم أيون. أحكم لنفسك:

مزايا بطاريات Li-pol و Li-ion

لتلخيص، يمكننا أن نقول ذلك، وذلك بفضل التقنيات الحديثة، لدينا نوعين من البطاريات الخارجية الموثوقة. مع التطور تقنيات الهاتف المحمولمع ظهور الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وغيرها الكثير الأدوات الرقميةومع إنشاء تطبيقات كثيفة الاستهلاك للطاقة، يواجه المستخدمون مشكلة "البطارية الفارغة". بالطبع، كلا من ليثيوم أيون و بطاريات لي بولوجدت على الفور تطبيقها في أجهزة الشحن الخارجية.

هذا حل ممتاز ل حياة عصرية. الشيء الأكثر أهمية عند اختيار بنك الطاقة هو عدم الوقوع في المحتالين (كتبنا المزيد عن كيفية التمييز بين المزيف والأصلي) ، ولكن حول كيفية استخدام موقع الويب الخاص بالمتجر لكي تفهم على وجه اليقين بنسبة 100٪ أنهم سيبيعون لك منتجًا مزيفًا -

بدون عملية عاديةتفقد البطارية المغزى الكامل للجهاز المحمول. يجد المستخدم نفسه مقيدًا بشبكة الكهرباء ولا يمكنه الاتصال به أثناء التحرك. في شركة "Magazin-Details.RU" يمكنك شراء بطارية ليثيوم بوليمر وحل المشكلات بها التفريغ السريعالأجهزة.

كيفية طلب بطارية ليثيوم بوليمر من Magazin-Details.RU

هل ترغب في شراء بطاريات Li-Pol بسرعة وعدم انتظار تسليم قطع الغيار؟ اتصل بمتجرنا. نحن الموردين الرائدة مراكز الخدمةومتاجر قطع الغيار، نحن نفضل أيضًا من قبل مشتري التجزئة من جميع أنحاء البلاد.

تقوم شركتنا بالبيع والتعاون مباشرة مع الشركات المصنعة للمعدات لعدة سنوات. نحن متخصصون في توريد قطع الغيار الأصلية جودة عالية. وهذا يضمن العميل عملية دون انقطاعالبطاريات.

ستجد هنا أيضًا بطاريات Li-Ion لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والهواتف والأجهزة اللوحية.

تسعى شركتنا جاهدة لتبسيط إجراءات الطلب قدر الإمكان. لشراء بطارية ليثيوم أيون بوليمر، لا يحتاج العميل إلى إضاعة الوقت والقدوم إلى مكتبنا. سيتم حل جميع الأسئلة بسرعة من خلال الموقع، بريد إلكترونيأو عن طريق الهاتف.

يمكنك معرفة التكلفة الدقيقة للأجزاء على موقعنا. يقوم مديرو المتاجر باستمرار بتحديث النطاق والمعلومات المتعلقة بالأسعار والأرصدة.

تتعاون شركة "Magazin-Details.RU" مع الجهات القانونية و فرادى. يمكن أن يتم الدفع لطلبك عبر الخدمات الشعبيةوأنظمة الدفع دون مغادرة المنزل.

يتم تسليم بطاريات الليثيوم بوليمر للهواتف الذكية من خلال خدمات الشحنأو شركات النقل أو البريد الروسي. يمكنك أيضًا استلام البضائع بنفسك في الوقت المناسب من مستودعاتنا.