Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду. Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4).
Разновидностилитиевых аккумуляторов
В современном мире существует огромное число модификаций литиевых аккумуляторных батарей. На данный момент наибольшее распространение в производстве получили только некоторые из них:
· литий-железо-фосфатные, славящиеся износоустойчивостью, высокой термостабильностью, эксплуатационной безопасностью и длительным периодом работы;
· литий-кобальтовые, выделяющиеся на фоне аналогов показательной удельной энергоемкостью, но малой термостабильностью и непродолжительным жизненным циклом;
· литий-марганцевые, чье главное преимущество заключается в умеренной удельной энергоемкости, хотя и при низком сопротивлении;
· литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные с хорошей плотностью и энергоемкостью, многообещающей продолжительностью функционирования;
· литий-титанатные, обеспечивающие быструю зарядку, хорошую производительность, способность не терять свою емкость при критических температурах;
· литий-никель-марганец-кобальт-оксидные дают низкое внутреннее сопротивление, высокую удельную емкость.
· + LiCoO2 (кобальт лития);
· LiMn2O4 (литий-марганцевая шпинель);
· LiFePO4 (литий-феррофосфат).
они самые долговечные и меньше теряют ёмкость со временем, их напряжение практически не меняется в процессе разряда, а учитывая тот факт, что одна ячейка такого «аккума» выдаёт около 3,2 В, то, соединив четыре штуки, получим практически стандартное напряжение бортовой сети большинства автомобилей — 12,8 В. Помимо этого, они выдают хорошие пиковые токи.
Преимущества
· Долговечность, батарея очень медленно теряет свою ёмкость. На длительном промежутке времени это очень заметно.
· Стабильно держит напряжение разряда
· Разряжается медленнее
· выдача более высокого напряжения
· отсутствие «эффекта памяти» – возможность регулярной небольшой подзарядки
· возможность создания Li-Ion аккумуляторов различных форм и размеров
· легкий вес
· большой эксплуатационный ресурс порядка
· существенный запас рабочих циклов разряд-заряд
Недостатки
· Дороговизна
· низкая устойчивость к избыточному заряду и полному разряду
· небезграничный диапазон рабочих температур (от -20 до + 50 С) ухудшение работы при высоких температурах, снижение емкости при использовании на морозе;
· затрудненность зарядки при отрицательных температурах
· взрывоопасность при повреждении корпуса проколе или другом нарушении герметичности
· необходимость использовать дополнительные электронные компоненты — такие батареи нельзя просто напрямую подсоединить к бортовой сети, нужно запитывать их через устройства защиты и специальные балансиры, контролирующие распределение заряда по ячейкам
Рекомендации по эксплуатации литиевых аккумуляторов
Чтобы продлить срок службы литиевого аккумулятора и повысить эффективность его работы, нужно следовать простым рекомендациям:
· избегать полного разряда АКБ, регулярно подзаряжать ее при падении уровня заряда до 20%;
· не допускать перегрева батареи и воздействия на нее прямых солнечных лучей;
· не использовать аккумулятор на сильном морозе, для эксплуатации зимой утеплить его;
· хранить литий-ионный аккумулятор с 50% уровнем заряда, при температуре 0 С;
· беречь АКБ от ударов, повреждений и сильной вибрации, при установке на электротранспорт подкладывать мягкую прослойку.
Утилизации
После сдачи в пункт приема или утилизации в надлежащих местах батарейки попадают на завод по вторичной переработке. Перед тем, как начать этот процесс, элементы питания сортируют вручную по составу и уровню заряда, а затем отправляют на производственную линию.
На первом этапе батарейки измельчают в дробилке. С помощью магнита из полученной смеси извлекают крупные частички металлов. Оставшуюся часть повторно отправляют на измельчение и отделение железа. В итоге получается цинково-марганцево-графитная смесь с электролитом.
Ее отправляют на гидрометаллургический процесс, где происходит нейтрализация электролита. Завод по переработке батареек В результате вторичной переработки выходят расфасованные по пакетикам соли цинка, марганца, графит и металл.
Полученные элементы с успехом используются в производстве минеральных добавок, в черной металлургии, машиностроении, фармацевтике, косметологии, химической отрасли.
