Lithium-iontová baterie: výhody a nevýhody, klady a zápory

Lithium-iontová baterie (Li-Ion baterie) může být jak mimořádně užitečný díky svým bezkonkurenčním výhodám, tak i v některých aplikacích škodlivý nebo dokonce nebezpečný kvůli svým nedostatkům. V průběhu let se technologie zlepšuje, počet nevýhod klesá a výhody se stávají dostupnějšími.

Jak co nejlépe využít technologii Li-Ion?

Například při převodu elektroniky z niklových baterií na lithiové baterie je nutné dobře porozumět silným a slabým stránkám technologie s ohledem na všechny změny a vylepšení v poslední době. Těmto vlastnostem jsme věnovali podrobný popis. Výhody a nevýhody Li-Ion baterií.

Výhody lithium-iontových baterií

Chytré telefony, notebooky, chytré hodinky, elektromobily – to vše je jen malá část trhu, která je stále více závislá na výhodách lithium-iontových baterií. Technologie nachází stále více uplatnění, čím je dostupnější. Proto se do lithium-iontových baterií investuje obrovské množství výzkumu.

1. Hustota energie je vysoká

Vysoká hustota energie umožňuje elektronickým zařízením (chytrým telefonům, notebookům, elektromobilům) pracovat déle bez dobíjení s baterií skromné velikosti. Čím více energie zařízení vyžaduje, tím vyšší by měla být hustota energie baterie.

Například elektrické nářadí a elektromobily mají mnohem vyšší měrný výkon než chytré telefony. Lithium-iontové baterie jsou pro tyto typy úkolů ideální, což je jejich hlavní výhoda právě díky vysoké energetické hustotě.

2. Samovybíjení – nízké (sotva znatelné)

Klíčovým problémem baterií je ztráta nabití bez použití (samovobíjení). Lithium-iontové články mají sotva znatelné samovybíjení.

Ztrácejí mnohem méně energie než jiné dobíjecí články (jako například Ni-Cd a NiMH). Obecně se uznává, že Li-Ion samovybíjení je 5 % poprvé 4 hodin po nabití a poté klesá až 1–2 % měsíčně.

3. Napětí – 3,6 V (stačí jeden prvek)

Napětí každého článku lithium-iontové baterie je přibližně 3,6 voltu. To má několik výhod.

• • Vyšší napětí než standardní NiCd a NiMH baterie, stejně jako standardní alkalické baterie (1,5 V);
• • napětí je vyšší než u olověných článků (asi 2 V na článek);
• • to znamená, že zařízení vyžadují méně komponent.

Je levnější, jednodušší a bezpečnější na používání. Například u chytrých telefonů stačí jeden článek. U některých modelů však výrobci používají dva články lithium-iontové baterie.

K čemu? K rychlému nabíjení – dvojitá baterie se nabíjí bezpečněji a rychleji než jedna baterie se stejnou kapacitou. To ale komplikuje správu napájení a zvyšuje náklady na konstrukci. A i s touto sadou nevýhod je lithium-iontová technologie stále výhodnější než použití ještě většího počtu článků s polovičním napětím.

4. Zatížení – stabilně drží 3,6 V až do vybití

Zátěžové charakteristiky lithium-iontové baterie se vyznačují stabilním provozem od okamžiku nabití až do okamžiku úplného vybití. To jsou dobré ukazatele na pozadí všech konkurenčních technologií.

To znamená, že napětí na prvek je konstantní 3,6 V.

Samozřejmě dochází ke změnám. Napětí klesá těsně před úplným vybitím baterie. Výrobci se mohou spolehnout na stabilitu této charakteristiky. To se o jiných typech výkonových prvků říci nedá.

5. Použitelnost – ve velkém měřítku (podle typu produktu)

Existuje několik typů lithium-iontových článků. Tato výhoda se hodila k tomu, aby baterie získala speciální vlastnosti pro svůj zamýšlený účel.

• • Například některé možnosti poskytují vysokou proudovou hustotu a jsou ideální pro dlouhodobý provoz domácích spotřebičů a gadgetů.
• • Jiné jsou schopny dodávat mnohem vyšší proudy, což je činí ideálními pro elektrické nářadí.
• • Třetí se vyznačují vysokou bezpečností a dlouhou životností, což ocenili výrobci elektromobilů.

6. Údržba – není nutná

Jednou z výhod lithium-iontových baterií je, že nevyžadují žádnou speciální údržbu. Baterie se například dodávají v provozuschopném stavu a připraveny k použití ihned po vybalení z krabice.

Varování! Výdrž baterie můžete prodloužit pouze provedením několika manipulací.

Například ihned po zakoupení nové Li-Ion baterie se s jejím vybíjením nespěchejte. Doporučuje se ji plně nabít a teprve poté vybít, než ji odpojíte, a poté ji nabít na 100 %. Tímto způsobem baterie získá kapacitu a řídicí jednotka zařízení se „naučí“ správnou indikaci.

7. Provoz – žádné náklady

Protože není nutná žádná speciální údržba, nevznikají žádné náklady na provoz, testování ani kontroly. Jednou z výhod lithium-iontových baterií je, že nevyžadují žádnou aktivní údržbu, doplňování paliva ani technickou podporu.

Například nikl-kadmiové články je třeba pravidelně vybíjet, aby se zabránilo paměťovému efektu předchozího nabití. Stejně tak olověné články vyžadují údržbu. Některé z nich se pravidelně plní kyselinou z baterie.

Nevýhody lithium-iontových baterií

Stejně jako u jakékoli technologie má i používání lithium-iontové baterie značné nevýhody. Zvažte je oproti výhodám, abyste získali jasnou představu o omezeních použití.

Varování! Unikátní vlastností lithium-iontových baterií spočívá ve schopnosti překonat nedostatky technologie způsobené:

• – triky a vylepšení,
• – změny v typu chemie,
• – vylepšení designu,
• — nastavení regulátoru a ochrany.

1. Zabezpečení – ochrana je nutná

Hlavní nevýhodou lithium-iontových baterií je jejich nespolehlivost ve srovnání s jinými technologiemi baterií.

Pro snížení rizik a zajištění bezpečnosti vyvinuli výrobci možnosti ochrany proti:

• • přebíjení,
• • příliš silný výboj,
• • zkrat,
• • nebezpečné proudové limity atd.

Úplný seznam nebezpečných projevů, před kterými lithium-iontová baterie vyžaduje ochranu, jsme sestavili samostatně.

Moderní integrované obvody umožňují relativně snadnou integraci řídicího systému – regulátoru – do baterie nebo do zařízení (pokud baterie není vyměnitelná). Díky tomu jsou lithium-iontové baterie bezpečné a umožňují použití článků bez jakýchkoli speciálních znalostí.

Například můžete nechte svůj smartphone nabíjet přes noc nebo i na celý víkend – nic špatného se nestane, protože nabíječka včas vypne napájení.

Ochranný obvod zabudovaný do lithium-iontové baterie monitoruje řadu aspektů jejího provozu:

• – omezuje špičkové napětí každého článku během nabíjení, protože nadměrné napětí je může poškodit;
• – u vícečlánkových baterií se články nabíjejí postupně přes jeden napájecí konektor, takže žádný článek nevykazuje vyšší napětí, než je nutné (různé články mohou vyžadovat různé úrovně nabití a existuje možnost, že jeden bude přebit);
• – zabraňuje přílišnému poklesu napětí článku během vybíjení (hluboké vybití);
• — je zabráněno situaci, kdy jeden článek v baterii (například v šroubováku) uchovává méně náboje než ostatní;
• – Dalším aspektem ochranného schématu je teplota (článek se může podchladit nebo přehřát).

Maximální nabíjecí a vybíjecí proud je u většiny baterií omezen zvýšením teploty o 1–2 °C. Některé z nich se však při rychlém nabíjení trochu zahřívají.

2. Omezená životnost – 500-1000 cyklů

Odpisy — Toto je jedna z nejnepříjemnějších nevýhod lithium-iontových baterií. Počet cyklů nabíjení a vybíjení je omezen na 500–1000 cyklů, po kterých kapacita klesá a degradace se zvyšuje.

Zjistěte, co určuje počet cyklů před kritickým opotřebením.

Kapacita klesne v každém případě. Při intenzivním používání dříve. Při opatrném používání později. S rozvojem lithium-iontové technologie se toto číslo zvyšuje, ale dříve či později se bez její výměny neobejdete. A to může být problém, pokud je baterie zabudovaná v zařízení.

3. Stárnutí – i když se nepoužívá

Kromě opotřebení během používání podléhá baterie stárnutí i v nepoužívání. Důvodem jsou oxidačně-redukční reakce, které uvnitř ní probíhají nepřetržitě.

Pokud plánujete baterii skladovat delší dobu bez použití, měli byste ji částečně nabít. Rozsah nabíjení je uveden v různé dokumentaci. mezi 40 % a 50 %Optimálně suché, tmavé místo s teplotou ne vyšší než +22°C и ne nižší než +5°CSkladování za těchto podmínek pomůže prodloužit životnost.

4. Doprava je obtížná

V posledních letech mnoho leteckých společností omezilo počet lithium-iontových baterií, které akceptují. Jejich přeprava je ze zákona omezena. I my. Neovolt utrpěl kvůli problémům v logistice hlavních dopravců.

Cestující v letadle jsou podle předpisů většiny leteckých společností povinni mít v příručním zavazadle lithium-iontové baterie. Pravidla se čas od času mění. Počet baterií povolených na palubě je však vždy omezený.

Jakékoli lithium-iontové baterie přepravované samostatně musí mít určitou kapacitu, pokud možno vyjmuté ze zařízení, chráněné před zkratem ochrannými kryty atd. Například velké lithium-iontové baterie (jako ty v UPS) nelze vůbec přepravovat letecky. Před letem si ověřte, zda si s sebou můžete vzít velkou powerbanku.

Někdy jsou požadavky vágní a vy stojíte před volbou:

• • letět letadlem a vyhodit baterii na letišti,
• • nebo odmítnout let a zvolit jiný dopravní prostředek.

5. Cena je vysoká

Výrobní náklady lithium-iontové baterie jsou asi o 40 % vyšší než u nikl-kadmiových článků. Při vývoji masově spotřebních produktů představují jakékoli dodatečné náklady vážný problém.

6. Technologie je nezralá

Li-Ion baterie jsou na trhu již mnoho let a stále se jedná o nezralou technologii. Patří do rozvíjející se oblasti investic a vývoje. Na jednu stranu je to nevýhoda.

Dostáváme nedokončený výrobek., kterou se po mnoho let nikomu nepodařilo vylepšit a dovést k významnému pokroku.

Na druhou stranu se neustále vyvíjejí nové technologie lithium-iontových baterií. Mohla by to být výhoda? Pokud se objeví pokročilejší řešení, pak možná, ale prozatím se dají spočítat na prstech.

Je zajímavé, že výhody a nevýhody lithium-iontových baterií se nacházejí na stejném hřišti:

• • na jedné straně se technologie používá všude, ale zatím není dostatečně rozvinutá;
• • výhodou je, že se dá snadno přizpůsobit různým zařízením, ale nevýhodou je, že je za určitých provozních podmínek nebezpečný;
• • nedochází k samovybíjení a není obtížné používat, ale stárne i bez použití;
• • chráněné ze všech stran a v zásadě bezpečné, ale zakázané pro leteckou přepravu.

Stalo se tak, že se nyní výrobci chytrých telefonů, notebooků, elektromobilů a dalších zařízení, kde se používá Li-Ion, naučili využívat výhod této technologie. Co nejvíce se zbavují jejích nedostatků a snaží se ovlivnit omezení.

Takže my i vy máme nyní možnost používat lithium-iontové baterie, aniž bychom se museli bát o své životy a funkčnost naší elektroniky.

Co si myslíte o výhodách a nevýhodách Li-Ion baterií? Napište do komentářů nebo nám pošlete zprávu na VKontakte @NeovoltRu.

Přidejte se k naší skupině a dozvíte se nejnovější zprávy ze světa autonomie gadgetů, jejich vylepšování a pokroku ve vědeckém výzkumu baterií. Přidejte se k nám na Facebooku a Twitteru. Máme také bohatý blog na platformách Zen a Medium – přijďte se podívat.