Литий-ионные аккумуляторы невероятно популярны в наши дни. Вы можете найти их в ноутбуках, КПК, мобильных телефонах и iPod. Они так распространены, потому что, это одни из самых мощных доступных перезаряжаемых батарей.
В последнее время в новостях также появились литий-ионные аккумуляторы. Это потому, что эти батареи обладают способностью время от времени загораться. Это не очень распространено — всего два или три аккумулятора на миллион имеют проблемы, — но когда это происходит, это экстремально. В некоторых ситуациях частота отказов может возрасти, и когда это произойдет, об этом узнает весь мир и это может стоить производителям миллионов долларов.
Итак, вопрос в том, что делает эти батареи такими энергичными и популярными? Как они вспыхивают пламенем? И есть ли что-нибудь, что вы можете сделать, чтобы предотвратить проблему или помочь вашим батареям прослужить дольше? В этой статье мы ответим на эти и другие вопросы.
Литий-ионные аккумуляторы популярны, потому что они обладают рядом важных преимуществ перед конкурирующими технологиями:
- Как правило, они намного легче, чем другие типы аккумуляторных батарей того же размера. Электроды литий-ионного аккумулятора изготовлены из легкого лития и углерода. Литий также является высокореактивным элементом, а это означает, что в его атомных связях может храниться много энергии. Это приводит к очень высокой плотности энергии для литий-ионных аккумуляторов. Типичная литий-ионная батарея может хранить 150 ватт-часов электроэнергии в 1 килограмме батареи. Аккумуляторная батарея NiMH (никель-металлгидридная) может хранить, возможно, 100 ватт-часов на килограмм, хотя 60-70 ватт-часов могут быть более типичными. Свинцово-кислотная батарея может хранить только 25 ватт-часов на килограмм. При использовании свинцово-кислотной технологии требуется 6 килограммов для хранения того же количества энергии, которое может выдержать литий-ионный аккумулятор весом 1 килограмм.
- Они держат свой заряд. Литий-ионный аккумулятор теряет всего около 5 процентов заряда в месяц по сравнению с 20-процентной потерей в месяц для NiMH-аккумуляторов.
- Они не обладают эффектом памяти, а это значит, что вам не нужно полностью разряжать их перед зарядкой, как в некоторых других химических элементах питания.
- Литий-ионные аккумуляторы могут выдерживать сотни циклов зарядки/разрядки.
Это не значит, что литий-ионные аккумуляторы безупречны. У них также есть несколько недостатков:
- Они начинают деградировать, как только покидают фабрику. Они прослужат всего два или три года с даты изготовления, независимо от того, используете вы их или нет.
- Они чрезвычайно чувствительны к высоким температурам. Нагрев приводит к тому, что литий-ионные аккумуляторы разлагаются гораздо быстрее, чем обычно.
- Если вы полностью разрядите литий-ионный аккумулятор, он будет испорчен.
- Литий-ионный аккумуляторный блок должен иметь бортовой компьютер для управления аккумулятором. Это делает их еще более дорогими, чем они уже есть.
- Существует небольшая вероятность того, что в случае выхода из строя литий-ионного аккумулятора он загорится.
Многие из этих характеристик можно понять, взглянув на химию внутри литий-ионного элемента. Мы рассмотрим это дальше.
Литий-ионные аккумуляторы бывают разных форм и размеров, но все они выглядят примерно одинаково внутри. Если бы вы разобрали батарейный блок ноутбука (что мы НЕ рекомендуем из-за возможности короткого замыкания батареи и возникновения пожара), вы бы обнаружили следующее:
Литий-ионные элементы могут быть либо цилиндрическими батареями, которые выглядят почти идентично элементам типа АА, либо они могут быть призматическими, что означает, что они квадратные или прямоугольные. Компьютер, который включает:
- Один или несколько датчиков температуры для контроля температуры батареи
- Преобразователь напряжения и схема регулятора для поддержания безопасных уровней напряжения и тока
- Экранированный разъем для ноутбука, который позволяет подключать и отключать питание и информацию от батарейного блока
- Отвод напряжения, который контролирует энергетическую емкость отдельных элементов в батарейном блоке
- Монитор состояния заряда батареи, представляющий собой небольшой компьютер, который обрабатывает весь процесс зарядки, чтобы убедиться, что батареи заряжаются как можно быстрее и полностью.
Если батарейный блок слишком нагреется во время зарядки или использования, компьютер отключит подачу питания, чтобы попытаться охладить его. Если вы оставите свой ноутбук в очень горячей машине и попытаетесь использовать ноутбук, этот компьютер может помешать вам включить его, пока все не остынет. Если элементы когда-либо полностью разрядятся, аккумуляторный блок отключится, потому что элементы испорчены. Он также может отслеживать количество циклов зарядки/разрядки и отправлять информацию, чтобы измеритель заряда батареи ноутбука мог сообщить вам, сколько заряда осталось в батарее.
Это довольно сложный маленький компьютер, и он питается от батарей. Это энергопотребление является одной из причин, по которой литий-ионные аккумуляторы теряют 5 процентов своей мощности каждый месяц, когда они простаивают.