В трёх условиях никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd, NiCd) превосходят литий-ионные (Li-ion/Li-polymer) при использовании шуруповёрта.
💬 Обновлено 13.09.2022: добавлена информация из комментариев и дискуссии с читателями.
От автора.
Помните, статья сделана не для рекламы NiCd, она не утверждает, что нужно отказываться от Li-ion, а приводит научные исследования и практическую базу, ссылки на которые мы указали в [квадратных скобках].
Наша задача помочь разобраться в этих технологиях, чтобы пользоваться ими эффективно в работе и делах.
Для ремонтов, дачи, работы шуруповёрты с литий-ионной батареей удобнее. Не забывай заряжать и всего-то! Хватит на несколько лет (особенно если пользоваться редко).
Никель-кадмиевые доставляют заботы — требуют обслуживания, иначе через несколько месяцев перестают держать заряд. Быстро разряжаются или даже совсем отказываются работать.
🔻 И это правда. Однако она не полная, если забыть о следующем.
📃 Основные ситуации, когда Li-ion хуже NiCd:
- длительное хранение — разряженные Li-ion до напряжения 2,6В на элемент и ниже уходят в блокировку из-за глубокого разряда, а NiCd наоборот нужно хранить разряженными;
- эксплуатация в экстремальных условиях — в отличие от устойчивой химии NiCd в технологии Li-ion утончённые материалы сепаратора и поверхностных материалов подвержены быстрому износу:
- при повышении температуры;
- ускорении химических реакций;
- изменениям при вибрации перфоратора, падениях, заморозке;
- из-за чего требуют усиленных мер защиты, которая также может отказывать в экстремальных условиях.
👇 Подробнее остановимся на каждом.
1. Старые Ni-Cd лучше старых Li-ion
При покупке беспроводного электроинструмента в б/у-состоянии (старого на Авито или с рук) аккумулятор технологии Ni-Cd вероятнее всего окажется в лучшем состоянии.
✅ Старая батарея NiCd:
- выше мощность, с годами держит те же самые импульсные токи и низкое внутреннее сопротивление;
- служит с десяток лет (зависит от активности применения шуруповёрта) — есть примеры, когда они служат 28 лет с ёмкостью >83% [реальный пример].
Батарея Li-ion отлично работает пока новая и практически не снижает мощность при использовании в отличие от Ni-Cd. Но когда она стареет, минусы становятся слишком существенными.
❌ Старая батарея Li-ion:
- выросло внутреннее сопротивление, уменьшилась ёмкость;
- ионы лития пробегают свой путь всё хуже;
- электроды снижают способность заряжаться и разряжаться;
- нежелательные химические процессы ускоряют необратимый износ;
- через 2-3 года* срок службы литий-ионных ячеек при активном применении подходит к концу.
Они ещё работают у некоторых и по 7-8 лет до отказа. Но держат заряд только на 60-70% от номинальной ёмкости.
Скорее всего в б/у инструменте вы получите именно такой изношенный экземпляр. Когда как никель-кадмиевые сохраняют ёмкость выше 70% номинальной 7-10 лет* регулярных нагрузок.
* - темп сокращения ёмкости зависит от эксплуатационных нагрузок, температурного режима, попыток заряжать на морозе, хранение в полностью заряженном (у NiCd и Li-ion) или разряженном (у Li-ion) состоянии и так далее.
2. В хранении Ni-Cd надёжнее Li-ion
Ni-Cd аккумулятор в режиме использования раз в несколько месяцев прослужит на 3-5 лет дольше, чем Li-ion. Он способен практически останавливать окислительно-восстановительные реакции при хранении.
- Никель-кадмиевый АКБ хорошо сохраняется с годами.
Шуруповёрт с такой батареей тяжелее и больше в размерах, теряет мощность по мере снижения процента заряда. Зато через годы он сбережёт свои номинальные характеристики. - Литий-ионные ячейки компактны и удобны, но изнашиваются и стареют даже когда просто лежат.
Они способны неприятно удивить износом (ухудшением характеристик), когда вы достанете их из гаража спустя год простого хранения. При повреждениях небезопасны из-за относительно хрупкой системы защиты (могут загореться).
❌ Li-ion сложнее сохранить
Чтобы сохранить работоспособность литий-ионной батареи в шуруповёрте, которым редко пользуются, вам нужно:
- хранить её с зарядом желательно между 40% и 60%;
- периодически проверять (раз в 3-6 месяцев) заряд и дозаряжать (к сожалению вопреки рекламе они всё-таки имеют саморазряд, но небольшой — 2-6% в месяц в зависимости от t°);
- старайтесь хранить их при температуре +15°C (идеально), но не выше +30°C и не в морозильнике (риск коррозии на электродах).
Для следования мерам безопасности исключаются источники тепла. Например, прямые солнечные лучи, радиатор отопления и так далее.
📃 Источник: исследование Университета штата Иллинойс (Чикаго, США).
✅ Ni-Cd проще сберечь
Сохранить работоспособность никель-кадмиевой батареи легче:
- нужно извлечь и положить на хранение в сухом месте;
- хранить разряженным;
- после хранения выполнить несколько циклов заряд-разряд;
- всё.
📃 Источник: в научной работе из книги «Электрохимическое хранение энергии для возобновляемых источников и балансировка сети».
Температуры, перепады, относительная влажность, сроки хранения для технологии Ni-Cd практически неважны. Главное после длительного неиспользования или частых подзарядок выполнить тренировочное циклирование из-за эффекта памяти в этом типе химии.
3. Li-ion экстрим переносят хуже Ni-Cd
Экстремальными условиями для аккумуляторной батареи шуруповёрта являются её использование или зарядка:
- при высоких (>+45°С) или низких (<0°С) температурах,
- в режимах избыточной нагрузки (максимальной мощности),
- физическое воздействие (удары, тряска, влага).
❌ Литий-ионные аккумуляторы нежнее
- При высоких (>+45°C) температурах быстро изнашиваются, образуются газы, ускоряются паразитные химические реакции;
- способны отказать в работе, например, при размыкании цепи защитой от перегрева/газообразования (терморезистор и CID);
- при низких температурах ёмкость снижается, но обратимо (пока не вернётся тепло);
- на морозе затруднительна зарядка (аккумулятор просто не берёт заряд);
- в электромобилях, например, даже используется подогрев литий-ионных ячеек, иначе они не будут заряжаться ниже 0°C.
❄ Исключением для Li-ion являются две электрохимические системы:
- литий-железо-фосфатные (LFP или LiFePO4);
- литий-титанатные (LTO).
Они выдерживают более жёсткие условия эксплуатации и значительно дольше служат (LFP от 1500 циклов или 10 лет и выше, LTO от 2000 циклов или 10-20 лет). Однако их изготовление пока ещё непростое для бытовой электроники.
🏭 Для некоторых моделей электроинструмента мы изготавливаем LFP-батареи на нашем производстве. Напишите в комментарии модель электроники, для которой желаете посчитать проект литий-железо-фосфатного аккумулятора.
✅ Никель-кадмиевые надёжнее
- Шуруповёрты с Ni-Cd получают более высокие категории допусков к работам в экстремальных условиях на строительных площадках и предприятиях;
- лучше переносят жестокие температуры и вибрации;
- работают при температурах от -20°C до +50°C в относительной влажности до 95% без потерь в ёмкости и мощности;
- идеально подходят для использования в суровых условиях крайнего Севера.
💬 В комментариях пишут, что NiCd вообще не держит и не работает в морозы.
Друзья, выполните восстановительные циклы заряд-разряд. Без них такая батарея быстро теряет свои характеристики и требует восстановления.
✊ Вибрация и удары
Функции ударной дрели, перфоратора на беспроводном электроинструменте и даже просто вибрации от мотора постепенно убивают литий-ионную батарею:
- процессы углеродистой пассивации на аноде ускоряются;
- образуются ветвистые дендриты с укорачиванием путей переноса ионов лития;
- батарея греется, внутреннее сопротивление растёт, ёмкость и мощность падают.
Никель-кадмиевым подобная участь не грозит. Самое страшное, что с ними может случиться — физическое повреждение и потеря электролита. Народные умельцы заклеивают «бочонки», доливают электролитическую жидкость и продолжают пользоваться инструментом на Ni-Cd-аккумуляторах.
И что в итоге лучше для шуруповёрта?
👍 Ni-Cd долговечны. В начале статьи указали 28-летний экземпляр с ёмкостью >83%.
👎 Чтобы комфортно пользоваться, нужно постоянное обслуживание из-за эффекта памяти. Выходит, что эксплуатация мучительна в быту. А если обслуживание не выполнять, то такая батарея быстро «гибнет» (хоть и обратимо).
👍 Li-ion удобны. Повседневное использование проще. Такие аккумуляторы отлично держат заряд, отдавая всю мощность от 100% до 0% остатка ёмкости.
👎 С другой стороны, технологии характерна хрупкость в суровых задачах, элементы не поддаются восстановлению и при частом использовании, нагреве или некачественном изготовлении умирают за 2-3 года. Да, и 9 лет могут проработать, вот только если редко пользуются. И такие старые ячейки уже не держат заряд, так как от ёмкости осталось менее 60%.
В большинстве ситуаций лучше отказаться от Ni-Cd
Чтобы никель-кадмиевые сохраняли свои характеристики, их нужно циклировать по разряд-заряду. В ином случае они всегда будут работать хуже литий-ионных, и этот выбор окажется бесполезен.
🚨 Если Вы не готовы заниматься лишним обслуживанием, то литий-ионная технология — единственный простой и правильный выбор для Вашего шуруповёрта. Не забывайте только правильно заряжать такой шуруповёрт.
Практика обслуживания Ni-Cd занимает время. И дома, и в профессиональной работе (когда время — деньги) аккумулятор будет расходным материалом: отработал и на замену.
Понадеялся на восстановление и вот уже остановка, срыв работы в середине рабочего дня. Это никому не нужно — ни Вам лично, ни заказчику, ни работнику. Литий-ионные здесь вне конкуренции пока.
🔋 Часто владельцы считают мёртвой никель-кадмиевую батарею в шуруповёрте, потому что быстро разряжается. Это обратимая потеря ёмкости — возвращается она через восстановление с одной-двумя зарядками (инструкция по ссылке).
🔻 Больше интересного про аккумуляторы:
#nicd #ni-cd #электроинструмент #электроинструменты #аккумуляторы #аккумуляторнаябатарея #аккумуляторныйинструмент #научпоп #наукаитехника #наукаитехнологии
