Vlastnosti lithium-polymerových baterií a pravidla jejich provozu

Lithium-polymerová baterie je upravená verze lithium-iontových baterií. Hlavním rozdílem je použití polymerního materiálu, který funguje jako elektrolyt. K tomuto polymeru se přidávají vodivé inkluze se sloučeninami lithia. Takové baterie byly v posledních letech aktivně vyvíjeny a používají se v mobilních telefonech, tabletech, noteboocích, rádiem řízených modelech a dalších zařízeních. Přestože lithiové baterie nejsou schopny dodávat vysoké vybíjecí proudy, některé speciální typy polymerových baterií mohou dodávat proudy, které výrazně převyšují jejich kapacitu. Vzhledem k tomu, že lithium-polymerové baterie se rychle šíří na trhu, musíte při manipulaci s nimi rozumět jejich konstrukci, provozním pravidlům a bezpečnostním opatřením. O tom bude řeč v našem dnešním materiálu.

Výhodou náhrady kapalného organického elektrolytu polymerním je zvýšení bezpečnosti provozu baterie. To je u lithiových baterií velmi důležité. Právě bezpečné využití pro komerční účely brzdilo jejich vývoj od samého počátku. Polymerový elektrolyt navíc dává mnohem větší volnost při volbě tvaru baterie.

Konstrukce Li─Pol baterií byla založena na procesu přechodu řady polymerů do polovodičového stavu, kdy jsou do nich vnášeny ionty elektrolytu. V tomto případě se vodivost několikrát zvýší. Výzkumníci byli zaneprázdněni především výběrem polymerního elektrolytu pro baterie s kovovými lithiovými a Li-Ion modely. Teoreticky lze hustotu energie polymerních baterií zvýšit několikrát ve srovnání s lithium-iontovými. Dnes lze rozlišit několik skupin Li─Pol baterií, které se liší složením elektrolytu:

• S gelovitým homogenním elektrolytem. Získává se v důsledku zavedení solí lithia do struktury polymeru;
• Se suchým polymerním elektrolytem. Tento typ je vyroben z polyethylenoxidu s různými lithnými solemi;
• Elektrolyt ve formě mikroporézní polymerní matrice, ve které jsou sorbovány nevodné roztoky solí lithia.

Pokud porovnáme polymerní a kapalné elektrolyty, stojí za zmínku nižší iontová vodivost prvního z nich. Při teplotách pod nulou výrazně klesá. Jedním problémem tedy bylo vybrat složení pro elektrolyt s vysokou vodivostí. A druhým důležitým úkolem bylo rozšířit rozsah provozních teplot polymerových baterií. Modely lithium-polymerových baterií používaných v moderní technologii nejsou ve svých vlastnostech horší než Li-Ion.

Vzhledem k tomu, že v polymerové baterii není žádný tekutý elektrolyt, je jejich provozní bezpečnost mnohem vyšší. Navíc je lze vyrobit téměř v jakémkoli tvaru a konfiguraci.

Nádoby některých modelů, které obsahují samotnou sklenici, jsou vyrobeny z metalizovaného polymeru. Díky krystalizaci polymerního elektrolytu se parametry těchto baterií při nízkých teplotách výrazně snižují.

Dochází k vývoji polymerních baterií s kovovou anodou. Vědcům se podařilo dosáhnout vysoké proudové hustoty a výrazného rozšíření rozsahu provozních teplot. Tyto typy baterií lze také použít v různé přenosné elektronice a domácích spotřebičích. Takové baterie již vyrábí mnoho předních společností.

Kromě toho mohou mít různí výrobci různé materiály elektrod, složení elektrolytu a samotnou technologii montáže. Z tohoto důvodu jsou parametry těchto baterií velmi odlišné. Všichni výrobci se však shodují, že stabilita provozu Li─Pol je silně ovlivněna homogenitou polymerního elektrolytu. A záleží na teplotě polymerace a poměru složek.

Nyní bylo provedeno mnoho experimentů, které dokazují vyšší úroveň bezpečnosti polymerových baterií ve srovnání s iontovými. To platí pro přebíjení, zrychlené vybíjení, vibrace, kompresi, zkrat, proražení lithium-polymerových baterií. Tento typ baterie má tedy nejlepší vyhlídky na vývoj. Níže jsou uvedeny výsledky testů bezpečného provozu Li─Pol baterií.

Typ testu
Typ testu	Baterie s gelovým polymerovým elektrolytem	Baterie s tekutým elektrolytem
Propíchněte jehlou	Nedošlo k žádným změnám	Výbuch, kouř, únik elektrolytu, zvýšení teploty až na 250°C
Zahřívání až na 200°C	Nedošlo k žádným změnám	Výbuch, únik elektrolytu
Zkratový proud	Nedošlo k žádným změnám	Únik elektrolytu, zvýšení teploty o 100°C
Dobít (600 %)	Nadýmání	Výbuch, únik elektrolytu, zvýšení teploty o 100°C

Existují příklady lithium-polymerových baterií, které mají tloušťku 1 milimetr. Takové modely umožňují návrhářům mobilních zařízení vytvářet velmi kompaktní zařízení. To otevírá nové možnosti pro zmenšení velikosti elektronických zařízení. Pro snížení vnitřního odporu Li-Pol baterií se přidává gelový elektrolyt. Baterie používané v mobilních telefonech používají tento typ elektrolytu. Kombinují vlastnosti polymerových a iontových baterií.

Jaký je rozdíl mezi Li─Ion a Li─Pol bateriemi. Týkají se a jsou si blízké svými elektrickými charakteristikami. Ale polymerové modely používají pevný elektrolyt. Gelová složka se přidává do elektrolytu pro snížení vnitřního odporu baterie a stimulaci procesů iontové výměny.

Lithium-polymerové baterie mají z hlediska energetické náročnosti měrnou energetickou náročnost 4-5x vyšší a 3-4x vyšší. Oba tyto typy patří do . Srovnání je provedeno s nimi, protože lithiové baterie ve velké míře nahradily alkalické baterie v mobilní elektronice.

Li-Pol baterie mají zdroj 500-600 cyklů nabití-vybití (při vybíjecím proudu 2C). Podle tohoto ukazatele jsou horší než kadmiové (1 tisíc cyklů) a přibližně odpovídají kovovým hydridům. Výrobní technologie a design se neustále zdokonalují a v budoucnu se snad i vlastnosti zlepší. Za zmínku také stojí, že za 1–2 roky ztratí polymerová baterie přibližně 20 % své kapacity. V tomto parametru odpovídají iontovým bateriím.

Je třeba poznamenat, že mezi polymerovými bateriemi pro komerční použití existují 2 velké kategorie. Jedná se o pravidelné a rychlé vybíjení. Ty druhé se často nazývají Hi výboj. Rozdíl mezi těmito skupinami je maximální přípustný vybíjecí proud. Může být uveden v absolutní hodnotě nebo jako násobek jmenovité kapacity.

Například 3C. U běžných baterií není maximální vybíjecí proud vyšší než 3-5C. Modely s rychlým vybíjením mají maximální vybíjecí proud 8─10C. Hmotnost rychlo vybíjecích baterií je přibližně o 20 procent vyšší než u standardních modelů. Označení takových baterií obsahuje symboly HC nebo HD.

KKM2500 označuje běžný model s kapacitou 2500 mAh a označení KKM2000HD znamená rychlo vybíjecí baterii s kapacitou 2000 mAh. Modely s rychlým vybíjením se nepoužívají v domácích spotřebičích a spotřební elektronice. Baterie z mobilních telefonů a tabletů nesnesou vysoké vybíjecí proudy, a proto jsou vybaveny ochranou proti takovýmto provozním režimům.

Oblasti použití lithium-polymerových baterií vyplývají z úkolů, které byly kladeny při jejich vývoji. To zvyšuje provozní dobu zařízení a snižuje jeho hmotnost. Standardní Li─Pol modely pracují v různé elektronice s nízkou spotřebou proudu. Jedná se o notebooky, chytré telefony, elektronické čtečky, tablety.

Modely, které poskytují rychlé vybíjení, se také nazývají „výkon“. Používají se v zařízeních, kde je vyžadován vysoký odběr proudu. Nejznámější oblastí použití „výkonových“ baterií jsou rádiem řízené modely. Tento trh je pro výrobce polymerových baterií nejatraktivnější. V oblasti provozu zařízení s velmi vysokými vybíjecími proudy (až 50 C) jsou lithium-polymerové baterie horší než alkalické. Snad v budoucnu lithiové modely toto omezení překonají. Cenově jsou přibližně stejné jako nikl-metal hydrid.

Provoz lithium-polymerových baterií

Bezpečnost

Lithiové baterie obecně a polymerové baterie zvláště vyžadují během provozu poměrně jemné zacházení. Na co je třeba pamatovat při používání Li─Pol baterií:

• Nadměrné nabíjení baterie je škodlivé (nad 4,2 V na článek baterie);
• Zkraty nesmí být povoleny;
• Je nepřijatelné vybíjet proudy, které vedou k zahřátí baterie o více než 60 stupňů Celsia;
• Baterii nelze odtlakovat;
• Nevybíjejte baterii pod 3 volty;
• Zahřívání nad 60 stupňů je nepřijatelné;
• Vybité skladování není povoleno.

Nedodržení těchto pravidel může mít za následek v nejhorším případě požár a v lepším případě významnou ztrátu kapacity.

V tomto ohledu můžeme dát několik doporučení pro bezpečné používání lithium-polymerových baterií. Nejprve byste si měli zakoupit kvalitní nabíječku a nastavit na ní správná nastavení. Kromě toho se doporučuje používat konektory, které neumožňují zkrat. Nezapomeňte sledovat proud spotřebovaný zařízením.

Za zmínku také stojí, že musíte dodržovat teplotní režim a zabránit přehřátí polymerové baterie. To je slabá stránka všech lithiových baterií. Pokud se baterie zahřeje na 70 stupňů, začne v ní samovolná reakce, která přemění energii na teplo. Výsledkem je vznícení a někdy i výbuch. Pokud je možné ovládat napětí baterie, pak by mělo být zvláště pečlivě sledováno na konci vybíjení.

Dalším důvodem selhání lithiových baterií je odtlakování. Vzduch by za žádných okolností neměl proniknout dovnitř plechovky s polymerovou baterií. Zpočátku je pouzdro utěsněno a nemělo by být vystaveno nárazům nebo pádu. Pokud pájete vodiče, musíte to udělat velmi opatrně.

Před uložením polymerové baterie se doporučuje nabít ji do poloviny. Baterie by měla být skladována na chladném místě mimo přímé sluneční světlo. Jako všechny baterie mají lithium-polymerové baterie samovybíjení, ale je menší než u olověných nebo alkalických baterií.

Téměř všechny moderní elektronické přístroje jsou vybaveny lithium-polymerovými bateriemi. Jsou široce používány u létajících rádiem řízených modelů, kvadrokoptér, vrtulníků a letadel. Lithium-polymerové baterie mají mnoho výhod, včetně vysoké hustoty energie, nízkého samovybíjení a absence takzvaného „paměťového efektu“.

V důsledku toho pro modely s pohonnými jednotkami Li Pol prakticky neexistuje žádná důstojná alternativa k baterii. Očekává se, že budou stále více využívány, zejména v oblastech, jako jsou bezpilotní letouny, elektromobily atd.

Navzdory všem výhodám mají LiPol baterie pověst vrtošivých, nebezpečných a krátkodobých zdrojů energie. Ve skutečnosti jsou tyto nedostatky poněkud přehnané. Při správném použití budou problémy omezeny na minimum.

Pravidla účtování

Aby nedocházelo k problémům s provozem napájecího zdroje, je nutné LiPo baterie správně nabíjet. V opačném případě hrozí vysoké riziko poškození a dokonce i samovznícení. Podívejme se, jak správně nabíjet lithium-polymerovou baterii, abyste se vyhnuli možným problémům:

• LiPo baterii není možné nabíjet žádnou nabíječkou, to vyžaduje speciální nabíječky. To je způsobeno vlastnostmi procesu dvoufázového nabíjení.

• Nabíjení Li Pol baterií probíhá dvoufázově (metoda CC-CV). V první fázi se zvyšuje napětí na všech bateriových bateriích. Na konci fáze dosáhne 4,2 V. Ve skutečnosti v tomto okamžiku nabití Li Pol baterií dosahuje 95 %. Poté začíná druhá fáze. Aby se zabránilo přebíjení, které je škodlivé pro lithium-polymerovou baterii, je proud snížen. Pokud napětí překročí 4,25 V, zvyšuje se riziko samovznícení.
• Nedoporučuje se nechat napájecí zdroj úplně vybít, před dobitím by v něm mělo zůstat asi 10-20%, jinak rychle selže.
• Je důležité zajistit, aby napětí na každém bloku nekleslo pod 3 volty. Při takovém poklesu napětí je vysoké riziko, že baterie může nabobtnat. V tomto případě nabobtnalá LiPo baterie ztratí více než 50 % své kapacity. Pokud je LiPo baterie nafouknutá, stačí ji vyhodit – ztráta kapacity je nevratná.

Skutečnost, že lithium-polymerové napájecí zdroje bobtnají, je jedním z vážných problémů jejich provozu. Všechny banky by měly být účtovány a vybíjeny rovnoměrně. Nabíječka pro lithium-polymerové baterie v tomto případě sleduje pouze celkové napětí, ale s velkým rozptylem indikátorů se výrazně zvyšuje pravděpodobnost nabobtnání LiPo baterie. To také vede k přeplňování jednotlivých plechovek, čímž se zvyšuje riziko samovznícení.

K vyřešení tohoto problému je nutné nabíjení Li Pol baterií provádět pomocí balanceru, který je schopen monitorovat napětí na každé bance, nebo nabíječky s vestavěným balancérem. Nenabíjejte napájecí zdroj nabíječky s časovačem. Pokud je proud nedostatečný, nabíječka se vypne, aniž by ji plně nabila. Nabíjecí proud by neměl překročit 1 C a být menší než 0,5 C. Také je třeba mít na paměti, že čím větší je kapacita LiPo baterie, tím déle bude nabíjení trvat.

Vykořisťování

Aby se životnost Li Pol zařízení prodloužila, nebo alespoň nezkrátila, je důležité i správné používání baterií. Když zdroj nabíjíme, nesmíme dovolit, aby se zahřál nad 60 stupňů. Pokud dojde k přehřátí, je třeba baterii před použitím nechat vychladnout. Také byste neměli nabíjet přehřátý disk.

Zcela vybitá baterie by neměla být ponechána ke skladování. Nezapomeňte jej nabít. Nejoptimálnější ukazatele jsou 60 %. Obecně platí, že při dodržení těchto jednoduchých pravidel nejsou s používáním lithium-polymerových baterií žádné problémy.

Telefony jsou dnes víc než jen komunikační prostředek.

Pomocí chytrých telefonů přistupují na internet, poslouchají hudbu, sledují filmy, hrají hry, fotí a natáčí videa – takové příležitosti vyžadují kvalitní baterii, která zajistí zařízení dlouhodobou výdrž. Lithium-polymerové baterie jsou považovány za jedny z nejoblíbenějších a nejmodernějších. Jaké jsou jeho vlastnosti, výhody a nevýhody?

Vlastnosti lithium-polymerových (Li-pol) baterií

Lithium je nejlehčí z kovů a má nejvyšší elektrochemický potenciál, poskytuje vysokou hustotu energie. Během provozu taková baterie používá lithiové kovové elektrody.

Polymerové i iontové baterie jsou výrazně účinnější než jejich předchůdci – nikl-kadmiové a nikl-metalhydridové baterie. Moderní baterie mají mnohem vyšší kapacitu, větší kapacitu, nemají „paměťový efekt“ a jsou kompaktnější.

Z hlediska kompaktnosti zaujímají první místo polymerové baterie (Li-pol). Tyto baterie využívají polymer – tenkou a pružnou desku napuštěnou elektrolyty. Díky své kompaktnosti má baterie tloušťku pouze 1 mm. Takto kompaktní baterie umožňují designérům navrhovat menší a lehčí smartphony.

Hlavní výhody Li-pol baterií:

• Flexibilní polymer umožní dosáhnout menších velikostí baterií, což má za následek kompaktní zařízení. V tomto parametru jsou polymerní baterie výhodnější než iontové baterie, protože iontové baterie dosáhly limitu redukce tloušťky.
• Tato baterie je považována za nejpokročilejší, a proto poskytuje vyšší úroveň bezpečnosti, snižuje riziko přebití a úniku elektrolytů.
• Polymerové baterie mají delší životnost, pomalejší stárnutí a samovybíjení.

nedostatky:

• Polymerní baterie mají vyšší náklady na materiál pro výrobu (ve srovnání s iontovými bateriemi). V konečném důsledku to ovlivňuje cenu telefonu.
• Vysoká citlivost na nízké teploty.
• Více se zahřívají.

Jak správně nabíjet lithium-polymerovou baterii?

Ať už je ve smartphonu nainstalována jakákoli baterie, bez řádné péče se rychle začne opotřebovávat a ztrácet kapacitu. Chraňte svůj telefon před přehřátím a podchlazením. Vysoké teploty mohou způsobit požár. Pokud jde o nízké teploty, v chladném počasí klesá proudový výkon baterie v důsledku zpomalení chemických reakcí elektrolytů. Mobilní zařízení jsou proto často takovým druhem sebeobrany.

Chcete-li prodloužit životnost lithium-polymerové baterie, nabijte ji správně a postupujte podle pokynů. Pamatujte, že mnoho baterií je citlivých na změny teploty a...

Moderní baterie mají nainstalovaný speciální ovladač, který chrání smartphone před přebíjením a přebíjením. Zabraňuje tomu, aby zařízení pokračovalo v napájení zařízení po dosažení 100 % obnovené kapacity, i když je kabel nabíječky připojen k síti. Když je telefon zcela vypnutý z důvodu vybití baterie, vždy v baterii zbývá nějaké množství energie, protože ovladač zařízení předem vypne. Poté je však potřeba telefon co nejdříve nabít.

V ideálním případě by se zařízení nemělo nechat úplně vybít. Někteří odborníci doporučují nenabíjet gadget nad 90 % a nevybíjet pod 10 % – to může prodloužit životnost baterie. Výjimkou je preventivní kalibrace jednou za půl roku. Chcete-li to provést, musíte smartphone zcela vybít a poté nabít baterii na 100 %.

Při nákupu nového smartphonu je důležité řídit se těmi jednoduchými.

Výsledek

Lithium-polymerové baterie ve světě mobilních zařízení jsou v současné době považovány za nejmodernější a relevantní díky řadě pozitivních vlastností a kompaktní velikosti. Pamatujte, že se o baterii telefonu musíte starat – v tomto případě vám vydrží mnohem déle.

Technický pokrok je stroj, který se valí bez zastavení! Palivem pro tento stroj je stále více nových problémů našeho moderního světa. Pamatujte, že není to tak dávno, co se používaly nikl-kadmiové (NiCd) baterie, byly nahrazeny nikl-metal hydridovými (NiMH). Ale dnes se lithium-iontové (Li-ion) baterie snaží nahradit lithium-iontové (Li-pol) baterie. Jaký je rozdíl mezi Li-pol a Li-ion? Jaké jsou výhody lithium-polymeru oproti lithium-iontovým bateriím? Zkusme na to přijít.

Když si kupujeme telefon nebo tablet, málokdo si položí otázku – jaká je uvnitř baterie? Teprve později, když čelíme problému rychlého vybití gadgetu, začneme se podrobněji dívat na „vnitřek“ našeho zařízení.

Lithiové baterie se staly známými v roce 1912, kdy začaly první experimenty, ale nebyly široce používány. A teprve v 70. letech, o šest desetiletí později, tyto nabíjecí prvky zaujaly své místo téměř ve všech domácích zařízeních. Zdůrazněme, že se zatím bavíme pouze o bateriích, nikoli o dobíjecích bateriích.

Lithium je nejlehčí kov, poskytuje také nejvyšší hustotu energie a má významný elektrochemický potenciál. Baterie, které jsou založeny na lithiových kovových elektrodách, mají velkou kapacitu a vysoké napětí. V 80. letech se v důsledku četných studií ukázalo, že cyklický provoz lithiových baterií (proces nabíjení/vybíjení) vede k zapálení nabíječek a po nich samotných gadgetů. Takže v roce 1991 bylo v Japonsku staženo několik tisíc telefonů kvůli nebezpečí požáru. Kvůli těmto nebezpečným vlastnostem lithia vědci zaměřili veškeré své úsilí na nekovové lithiové baterie na bázi iontů lithia. A po nějaké době vznikla bezpečnější verze nabíječky, která byla tzv lithium-ion (Li-ion).

Dnes se lithium-iontová baterie nachází téměř ve všech mobilních zařízeních, má velké množství odrůd, má mnoho pozitivních vlastností, ale také nevýhod, o kterých budeme hovořit podrobněji.

Výhody lithium-iontových baterií:

Vysoká hustota energie a v důsledku toho vysoká kapacita

Nízké samovybíjení

Vysoké napětí jednoho prvku. To zjednodušuje konstrukci – často se baterie skládá pouze z jednoho prvku. Mnoho výrobců dnes používá právě takovou jednočlánkovou baterii v mobilních telefonech (vzpomeňte si na Nokii)

Nízké náklady na údržbu (provozní náklady)

Žádný paměťový efekt vyžadující periodické vybíjecí cykly pro obnovení kapacity.

nedostatky:

Baterie vyžaduje vestavěný ochranný obvod (což dále zvyšuje její cenu), který omezuje maximální napětí na každém článku baterie během nabíjení a zabraňuje přílišnému poklesu napětí článku při vybíjení

Baterie podléhá stárnutí, i když se nepoužívá a jen leží na polici. Proces stárnutí je typický pro většinu Li-ion baterií. Z pochopitelných důvodů výrobci o tomto problému mlčí. Mírný pokles kapacity je patrný již po roce, bez ohledu na to, zda byla baterie používána nebo ne. Po dvou až třech letech se často stává nepoužitelným

Vyšší cena ve srovnání s NiCd bateriemi.

Lithium-iontové baterie se neustále zdokonalují, technologie se zdokonalují. A tato baterie by byla dobrá pro každého, nebýt bezpečnostních problémů spojených s jejím používáním a vysoké ceny. Všechny tyto důvody se staly základem pro vznik lithium-polymerové baterie (Li-pol nebo Li-polymer). Nejviditelnější a nejzákladnější rozdíl mezi Li-pol a Li-ion je typ použitého elektrolytu. Použití pevného polymerního elektrolytu výrazně snižuje náklady na vytvoření baterie a činí ji bezpečnější a také umožňuje vytvářet tenčí nabíječky. Proč lithium-polymerová baterie zcela nenahradila svého předchůdce? Jedna z možných verzí vyjádřená odborníky je, že investoři, kteří investovali velké částky do vývoje a masového zavedení Li-ion baterií, se snaží investice vrátit.

Pojďme si to shrnout. Obecně řečeno, lithium-polymerová baterie je pokročilejší verzí lithium-iontové baterie. Posuďte sami:

Výhody Li-pol a Li-ion baterií

Shrneme-li, můžeme říci, že díky moderní technologii máme dva typy spolehlivých externích baterií. S rozvojem mobilních technologií, s nástupem chytrých telefonů, tabletů a mnoha dalších digitálních gadgetů, s vytvářením energeticky náročných aplikací se uživatelé potýkají s problémem „vybité baterie“. Li-ion i Li-Pol baterie si samozřejmě okamžitě našly své uplatnění v externích nabíječkách.

To je skvělé řešení pro moderní život. Nejdůležitější při výběru powerbanky je nenaletět podvodníkům (více jsme psali o tom, jak rozeznat padělek od originálu , ale o tom, jak se 100% jistotou z webu obchodu pochopit, že vám prodají padělek -