Им характерны значительные ограничения, они небезопасны, недолговечны. Главная проблема литий-ионных аккумуляторов — несовершенство.
🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ База знаний ➡ Li-Ion | Li-Poly
Поскольку создать что-то получше пока не удаётся, производители стремятся нивелировать недостатки технологии. Например, прибегают к различного рода ухищрениям, инженерным новациям и новым материалам электродов, сепараторов, электролитов.
🔎 Кстати взгляните, что внутри аккумулятора телефона/смартфона.
Предположим, Вы как пользователь идеально эксплуатируете аккумулятор литий-ионного (Li-Ion) или литий-полимерного (Li-Polymer) типа. Так мы исключаем человеческий фактор. Тогда главным негативным фактором для него будет время.
👉 В аккумуляторе продолжают происходить химические реакции даже если он извлечён.
Другими словами, износ происходит постоянно в любом режиме. Но что именно вызывает старение и сопутствующие проблемы с литий-ионным аккумулятором (и литий-полимерным, так как они эквивалентны)?
Главный источник износа (проблемы) литий-ионных аккумуляторов
Из-за низкой устойчивости к высокому напряжению на поверхности углеродной матрицы отрицательного электрода возможно осаждение металлического лития. Он обладает большой реакционной способностью к электролиту. На положительном электроде активно выделяется кислород.
- Катод выделяет избыток кислорода.
- Кислород вступает в реакцию с электролитом.
- В процессе реакции образуется диэлектрическая оксидная плёнка.
- Плёнка заполняет поверхность катода.
- Уменьшение количества передаваемой энергии снижает производительность* всей батареи — падает ёмкость, увеличивается внутреннее сопротивление.
⭐- узнайте, что означает термин «производительность аккумулятора» в отношении технологии Li-Ion.
Любопытен факт, что дальнейшее движение электронов в плёнке под воздействием поля изучено недостаточно хорошо. Исследования проводятся по сей день.
Как решают проблему литий-ионных аккумуляторов?
С помощью нанесения на катод специальных покрытий. У всех производителей они разные, что влияет и на качество изделия, в общем-то. Сейчас в основном это токопроводящие полимеры [источник].
I. Какие задачи выполняет такой материал?
В основном он уменьшает скорость образования плёнки. В ряде проектов даже препятствует её образованию.
Повторимся, у разных производителей отличаются решения. Исследования в этой области не останавливаются уже 30 лет.
II. Универсального решения нет
К сожалению, универсального материала нет. Их присутствие на катоде неизбежно замедляет вход и выход ионов лития. Общая эффективность аккумулятора снижается.
🔥 Производитель вынужден выбирать — или долгий срок службы, или хорошие характеристики сразу после покупки?
Ухудшение характеристик всё еще может происходить. Катод аккумулятора покрывается не полностью и не всегда качественно. А если он работает ещё и при высокой температуре или на высоком напряжении, то полезный эффект такого материала может быть минимальным.
III. Увеличить срок службы или выделиться на фоне конкурентов?
Как вы думаете, с экономической точки зрения, что выгоднее?
- Долгий срок службы, но дорогой материал.
То есть нанести дорогостоящий материал на катод и получить долгий срок службы (напомним, литий-ионные аккумуляторы служат в среднем два-три года). - Сразу дать хорошие характеристики и сэкономить на материале.
При острой конкуренции, как например, сейчас на смартфонном рынке, сразу выдать изделие с отменными характеристиками, а там, когда плёнка образуется на всём катоде, изделие уже будет устаревшим.
IV. Всё зависит от цели аккумулятора
В электроинструменте, электромобилях и другой электронике длительной эксплуатации, разумеется, играет значительную роль срок службы. Он нужен как раз для получения конкурентных преимуществ.
В смартфонах, мелкой бытовой электронике с жизненным циклом не более пяти лет аккумуляторы со сроком службы два-три года вполне вписываются в концепцию. Нет смысла применять покрытие, которое ещё и не покрывает всю поверхность катода.
***
Один из самых последних примеров разработки токопроводящего полимера для нанесения на катод — PEDOT [описание]. Но таких проектов сотни.
- Любой токопроводящий полимер для нанесения на катод не универсален и подходит только к определённым решениям.
- Но любой из них стремится пропустить через себя как можно больше ионов и электронов лития, максимально препятствуя образованию плёнки.
В разных исследованиях учёные смогли при помощи токопроводящих полимеров поднять рабочее напряжения на аккумуляторе литий-ионного типа с 4,2 В до 4,6 В [научная публикация]. Это значительно увеличивает запас энергии в нём, либо продлевает срок службы (зависит от выбора производителя).
🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ База знаний ➡ Li-Ion | Li-Poly
