№4 / 2016 / articolul 6

Litiu surse chimice curent: unele caracteristici ale aplicației

Serghei Mironov (KOMPEL)

Este posibil să se calculeze sarcina reziduală a unei surse de curent chimic (CHS)? Pentru ce aplicații este de preferat? clorură de litiu tionil baterii și pentru care - dioxid de litiu mangan? Ce s-a întâmplat pasivare, de ce se întâmplă și cum să tratăm cu ea? Despre toate acestea cu un exemplu surse de energie chimică cu litiu cei mai mari producători din lume EEMBŞi SAFT Acest articol vă va spune.

Concomitent cu dezvoltarea rapidă a tehnologiilor wireless, numărul dispozitivelor industriale care conțin elemente galvanice pe bază de litiu a crescut brusc (dispozitive de măsurare a energiei și senzori de control cu ​​colectare de informații de la distanță, trackere/navigatoare GPS, sisteme de securitate auto, senzori de incendiu și securitate etc. .) . Acest lucru se explică prin faptul că în ceea ce privește parametrii energetici, aceste baterii sunt semnificativ superioare altor produse. tipurile existente, cum ar fi alcalin, argint, clorură de zinc. Dispozitivele industriale, de regulă, sunt proiectate pentru o durată lungă de viață și funcționează pe o gamă largă de temperaturi, iar din acest motiv, sursele de curent enumerate nu mai sunt în multe cazuri alegerea optimă. Au o densitate energetică scăzută, autodescărcare mare, termen de valabilitate/durată de viață scurtă, nu tolerează temperaturi negative (sub -20...-30°C), iar tensiunea lor are o dependență notabilă de valoarea capacitate reziduala. Prin urmare, în dispozitivele industriale, cele mai populare sunt sursele de curent chimic cu litiu (LCC), care nu prezintă astfel de dezavantaje, sau sunt slab exprimate.

Sursele de curent chimic cu litiu au o densitate maximă de energie și se caracterizează printr-o tensiune nominală mai mare în comparație cu alte tipuri de baterii. Tensiunea unei celule galvanice cu litiu, dacă le luăm în considerare pe cele mai comune, are o valoare de 2,9...3,6 V față de 1,2...1,5 V pentru alte tipuri, în timp ce tensiunea are o dependență slabă de gradul de descărcare ( Figura 1). Prin urmare, în multe dispozitive te poți descurca cu un singur element. Un factor suplimentar care contribuie la utilizarea mai largă a LHIT este tendința de reducere a costurilor ca urmare a dezvoltării tehnologiilor de producție.

Bateriile cu litiu voltaice în diferiți factori de formă (cilindrice, „tabletă”, prismă) sunt produse la scară industrială de aproximativ 25-30 de ani. Pe piață puteți găsi surse de curent pentru multe sisteme electrochimice, în special, printre sursele primare de curent (pile galvanice; baterii) aceasta va fi clorură de litiu tionil (Li-SOCl2), dioxid de sulf de litiu (Li-SO2), argint de litiu cromat (Li -Ag2CrO4), sulfură de litiu cupru (Li-CuS), dioxid de litiu mangan (Li-MnO2), monofluorură de litiu de carbon (Li-CFx) și altele. Unele dintre aceste sisteme sunt cunoscute doar în segmente înguste specializate, de exemplu, în medicină pentru utilizare în stimulatoare cardiace sau în produse militare speciale.

Pe piata de masa Dintre sursele primare de curent, cele mai cunoscute sunt clorura de litiu-tionil și dioxidul de litiu-mangan. Luând în considerare caracteristicile tehnice, economice și operaționale împreună, nu există încă o sursă de curent chimic absolut ideală pentru orice aplicație. Putem vorbi doar despre optimitatea parametrilor în fiecare aplicație specifică.

În ciuda faptului că LHIT sunt emise perioadă lungă de timpși sunt destul de bine cunoscute, totuși, există unele caracteristici ale utilizării lor cărora trebuie să li se acorde o atenție deosebită. Neglijarea acestor caracteristici sau ignorarea lor duce adesea la faptul că LHIT-ul selectat nu îndeplinește resursa pentru care a fost proiectat, nu poate furniza curentul de impuls necesar și nu menține tensiunea; dispozitivul refuză să funcționeze atunci când este instalat un nou element în el sau, după o perioadă lungă de așteptare, brusc nu funcționează, deși bateria nu a fost încă descărcată.

Toate aceste caracteristici pot fi împărțite în caracteristici generale care nu depind de sistemul electrochimic, dar sunt legate de corectitudinea calculelor preliminare și de capacitatea dezvoltatorului de a citi specificațiile și caracteristici care sunt direct legate de sistemul electrochimic al bateriei.

Tabelul 1 prezintă câteva valori tipice ale parametrilor principali ai celui mai comun LHIT primar produs de EEMB și SAFT. Parametri precum costul și intensitatea energiei sunt afișați condiționat (cu asteriscuri) numai în scopuri comparative.

Tabelul 1. Valori tipice ale parametrilor LHIT produși de EEMB și SAFT

După cum se poate observa din tabel, clorura de litiu-tionil are cei mai buni parametri tehnici și economici dintre elementele cilindrice. Acest tip de sistem electrochimic are cea mai mare tensiune, cea mai bună capacitate energetică, cea mai mică autodescărcare și cel mai mic cost (comparație între produse de la același producător, dar nu între producători). Pe baza acestui sistem, puteți găsi o baterie pentru aproape orice interval de temperatură cu o suprapunere de la -60 la 150 ° C și cu un curent de descărcare maxim de la câteva zeci de miliamperi la câțiva amperi (în funcție de designul elementului - „bobina ” (de mare capacitate) sau „spirală” „(de mare putere) - și dimensiunile sale). S-ar părea că aceasta este bateria ideală, dar nu totul este atât de simplu. Dacă avem caracteristici excepționale, atunci cu siguranță va fi ceva nu foarte plăcut.

ÎN în acest caz, necazul este asociat cu efectul de pasivare. În principiu, toate celulele de clorură de litiu-tionil de la toți producătorii au un efect de pasivare, dar în unele este mai pronunțat, iar în altele este mai slab. De exemplu, în produsele producătorului francez SAFT, acest efect este mult mai puțin pronunțat în comparație cu producătorul EEMB sau alții. Pe de altă parte, produsele SAFT au un cost semnificativ mai mare. Diferența de cost poate ajunge la 2,5...3 ori.

Deoarece majoritatea covârșitoare a revendicărilor împotriva elementelor de clorură de tionil sunt legate de pasivare, să luăm în considerare acest efect mai detaliat. Să observăm imediat că acest proces este reversibil, iar elementul pasivat nu este defect, dar trebuie depasivat (activat) înainte de utilizare. Cum se face acest lucru este descris mai jos.

Efectul pasivării este formarea unui film izolator (clorură de litiu) pe suprafața anodului de litiu în timpul procesului de producție al celulei. Filmul se formează datorită unei reacții chimice care are loc în timpul asamblarii elementului. Pelicula rezultată oprește reacția chimică și reduce drastic curentul de autodescărcare, drept urmare avem un element cu o durată lungă de valabilitate (până la 15-20 de ani în condiții normale) fără deteriorare practic a parametrilor. Dar există și latura negativă acest proces. Dacă la element este conectată o sarcină care consumă un curent suficient de mare, atunci în momentul inițial de timp va exista subtensiune aproximativ 2,3...2,7 V (și chiar mai puțin), deși la la ralanti tensiunea va fi normală 3,3...3,6 V. Acest lucru se datorează faptului că pelicula rezultată are o conductivitate scăzută și nu se poate prăbuși instantaneu, împiedicând curgerea curentului.

Gradul de pasivizare a unui element (grosimea peliculei) depinde de timpul și condițiile de depozitare a acestuia, precum și de modul de funcționare. Cu cât perioada de păstrare este mai lungă și temperatura este mai mare, cu atât filmul este mai gros. Manifestările negative semnificative ale efectului de pasivare încep după 5-6 luni de depozitare în condiții normale sau ca urmare a utilizării prelungite a elementului în modul microcurent (unități de microamperi).

ÎN viata reala Adesea există dispozitive care funcționează de cele mai multe ori în modul standby (microcurent) (de exemplu, senzori). Dispozitivele consumă un curent de câțiva microamperi sau zeci de microamperi pentru o perioadă lungă de timp, iar după ce are loc un eveniment trebuie să treacă la modul de consum mediu sau mare de energie. În acest caz, dacă o baterie este instalată în dispozitiv după o stocare pe termen lung sau modul de micro-consum a durat foarte mult timp, este posibil să nu aibă loc trecerea la modul de consum mare de energie. Elementul va produce tensiune joasă și dispozitivul nu se va porni.

Tensiunea redusă are un efect mai mic asupra dispozitivelor cu consum redus de curent. Când o astfel de sarcină este conectată, tensiunea pe element va scădea ușor, iar dispozitivul va funcționa, totuși, dacă curentul este foarte mic (mai mulți microamperi), atunci procesul de pasivare poate continua și, la un moment dat, funcționarea dispozitivul va deveni instabil.

Când conectați o sarcină care consumă câțiva miliamperi (sarcină medie), tensiunea va scădea și apoi, după un timp, își va reveni la valoarea normală. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când curentul specificat este consumat, pelicula existentă se va prăbuși în timp, iar un curent care curge constant sau care curge la intervale de timp destul de scurte va împiedica formarea acestuia, iar dispozitivul va funcționa stabil.

O tensiune scăzută pe element la conectarea unei sarcini care consumă un curent mare (zeci de miliamperi) poate perturba funcționarea acestuia sau pur și simplu nu se va porni. Înlocuirea elementului cu unul nou (doar achiziționat și neutilizat) nu va corecta situația, dar verificarea sarcinii va arăta că totul este în ordine cu circuitul său.

Un caz similar a avut loc în practica autorului articolului. În timp ce lucram la una dintre întreprinderi, a trebuit să pregătesc produsul pentru producția în serie. Produsul a constat din mai multe dispozitive individuale, dintre care unul avea o particularitate - modul său de funcționare era pulsat cu un consum de curent destul de mare (comanda de la distanță). Sursa de energie din produs au fost celulele cu litiu. La acea vreme (începutul anilor 90), astfel de elemente nu erau deosebit de comune, iar departamentul de achiziții a achiziționat un lot de produse cu tensiuni similare. Aceste elemente au fost instalate în dispozitive și s-a dovedit că toate dispozitivele, deja testate și configurate, au avut o reducere bruscă a razei de comunicare. S-a considerat că elementele au fost depozitate de mult timp și și-au pierdut o parte din capacitate (de fapt au fost depozitate destul de mult timp). A fost achiziționat un alt lot de elemente (mai „proaspete”) - situația nu s-a îmbunătățit semnificativ. Când au început să se uite în el, s-a dovedit că aceste elemente sunt clorură de tionil și au un efect de pasivare. Problema a fost rezolvată printr-o modificare a circuitului. Câteva în plus condensatoare electrolitice paralel cu conectorul de alimentare. Prima pornire a dispozitivului a început să aibă loc datorită unei părți din energia acumulată în condensatoare și, în același timp, impulsurile de curent au depasivat elementul.

Celulele de clorură de litiu-tionil care au fost depozitate timp de șase luni sau mai mult înainte de utilizare trebuie să fie depasivate, adică să distrugă filmul izolator de clorură de litiu cu un impuls de curent. Figura 2 prezintă un grafic care explică depasivarea surselor de curent primar de clorură de litiu tionil. Există patru zone pe grafic.

I: arată tensiunea pe element în gol (în gol; 3,6 V);

II: atunci când o sarcină este conectată la momentul t0, are loc un impuls de curent, care duce la o scădere bruscă a tensiunii pe element la un nivel de 2,4 V.

III: partea principală a zonei filmului izolator este distrusă și tensiunea pe element crește la 3 V. Când tensiunea ajunge la 3,0 V cu o sarcină conectată, se consideră că depasivarea este încheiată.

IV: are loc distrugerea în continuare a părții rămase a zonei filmului și tensiunea crește treptat până la valoarea nominală.

Pentru activare, în niciun caz nu trebuie să scurtcircuitați bornele bateriei. Această metodă va duce la defectarea elementului. Există moduri de depasivare permise (curent și timp) recomandate de producător. Tabelul 2 prezintă modurile de depasivare pentru unele elemente EEMB.

Tabelul 2. Moduri de depasivare pentru LHIT produs de EEMB

» target=»_blank»>er-1″ style=»text-align: center; culoare de fundal: alb; latime: 100%; border-colaps: colaps; chenar: #989DA7 2px solid;»>

Deoarece trecerea curentului duce la distrugerea peliculei dielectrice, pentru a evita pasivarea elementului dintr-un dispozitiv care funcționează mult timp în modul standby sau în modul microcurent, este necesar să se furnizeze un algoritm pentru pornirea periodică a acestui dispozitiv sau conectarea periodică a unei sarcini suplimentare la baterie. Dacă dispozitivul are un microcontroler, atunci acest lucru nu este dificil de organizat și se poate face la nivel de software. Dacă din anumite motive acest lucru nu este posibil, atunci trebuie implementată descărcarea continuă a elementului cu un curent mic. De exemplu, pentru un element depasivat anterior ER14505(tip AA) producătorul EEMB recomandă un curent de descărcare constant de 7...10 µA. În orice caz, pentru un dispozitiv care funcționează în modul microcurent sau în modul pulsat cu perioade lungi de așteptare, ar trebui să vă consultați mai întâi cu producătorul sau cu reprezentantul acestuia pentru profilul de descărcare privind pasivarea și să primiți recomandări despre cum să o evitați dacă poate apărea cu profilul selectat.

Particularitatea comportamentului elementului după depasivare

Mai există o nuanță asociată cu pasivarea/depasivarea. Se întâmplă să încerce să testeze un element depasivizat conectând la acesta o sarcină aproape de maxim. De exemplu, dacă specificația indică un curent constant maxim de 200 mA, atunci conectați sarcina corespunzătoare și, observând citirile dispozitivului în modul de măsurare a tensiunii, vedeți într-o perioadă de timp o scădere treptată a tensiunii cu câteva zecimi de volt. . Pe baza acesteia, se ajunge la concluzia că elementul este descărcat și are capacitate insuficientă. Cu toate acestea, verificările ulterioare au arătat că acest lucru nu este întotdeauna cazul.

Când conectați o sarcină pentru o perioadă mai lungă de timp (15...20 minute), după scăderea tensiunii, puteți vedea creșterea ulterioară a acesteia la 3,2 V și chiar mai mare. Dacă sarcina este comutată într-un mod de impuls cu curentul maxim pentru elementul selectat, atunci în momentul conectării există o ușoară scădere a tensiunii cu o recuperare ulterioară în momentul în care sarcina este deconectată și după un anumit număr de astfel de la comutații tensiunea are o valoare de 3,2 ... 3,3 V și aproape nu se schimbă. Testarea la un curent de câteva ori mai mare decât cel nominal a arătat o tensiune stabilă de 3,4 V cu o ușoară creștere la 3,5 V.

Au fost efectuate mai multe experimente similare cu diferite elemente de clorură de tionil. Unul dintre rezultatele experimentului este prezentat în figurile 3 și 4. În toate experimentele efectuate, bateriile au dat o capacitate apropiată de cea care ar trebui să fie la curentul de descărcare selectat al unui anumit element. Conform informațiilor de la producător, atunci când este descărcat DC, având o valoare comparabilă cu cea maximă, capacitatea elementului poate fi redusă la 40...50% în raport cu cea specificată în caietul de sarcini (Figura 5). Pentru elementele care participă la experiment (trei elemente ER26500(EEMB) și un element LS26500(SAFT)) curent nominal Descărcarea specificată în specificație este de 2 mA (EEMB) și 4 mA (SAFT), iar curentul maxim de descărcare este de 200 mA și, respectiv, 150 mA. Capacitatea elementelor EEMB este de 9,0 Ah (la un curent de 2 mA), SAFT 7,7 Ah (la un curent de 4 mA). Mai mult, elementul SAFT era practic nou și nu fusese supus unei depasivări preliminare, în timp ce elementele EEMB aveau o durată de valabilitate de aproximativ un an și au fost anterior depasivate în conformitate cu datele din Tabelul 2.

Desigur, reducerea tensiunii pe elementul 1 la 1,7 V la curent constant maxim este semnificativ mai mică decât tensiunea de tăiere a multor dispozitive, iar la această tensiune dispozitivele pur și simplu nu funcționează. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare punct important. La valoarea curentă selectată, elementul/dispozitivul va funcționa doar o zi, ceea ce este foarte puțin. Acest lucru arată că descărcarea sau testarea pe termen lung a elementului la curent maxim este în majoritatea cazurilor lipsită de sens, deoarece în practică nu este utilizat un astfel de mod (bateria din dispozitiv ar trebui schimbată în fiecare zi).

În practică, modul puls sau modul de descărcare cu curent scăzut este mai des utilizat. Și anume, în astfel de regimuri, elementele depasivate, care ar fi putut fi inițial respinse, s-au comportat acceptabil.

Rezultatele acestui experiment pot fi explicate prin faptul că în timpul primei depasivări elementul poate să nu fi fost complet restaurat (inițial a existat o pasivare profundă). Și descărcarea ulterioară pur și simplu a restaurat-o complet. Numai când a fost descărcat cu un curent crescut, elementul a trecut din nou prin procesul de activare și am văzut asta și când a fost descărcat. curent de impuls sau un curent relativ mic (curba 2), acest proces a trecut neobservat de noi.

Rezultatele experimentelor nu înseamnă că așa va fi întotdeauna cazul. Multe pot depinde de lotul specific de elemente și de condițiile de depozitare ale acestuia. Cu toate acestea, rezultatul este semnificativ prin faptul că toate bateriile, care conform datelor preliminare ar putea fi considerate moarte, s-au dovedit a fi încărcate. Prin urmare, dacă în practică depasivat sau element nou atunci când conectați o sarcină cu un curent apropiat de valoarea maximă, aceasta va arăta mai întâi o scădere a tensiunii, apoi nu ar trebui să o respingeți imediat, ci ar trebui să încercați să o descărcați, observând comportamentul tensiunii și pe baza acesteia, faceți o concluzie finală ținând cont de algoritmul de funcționare prevăzut al dispozitivului.

Capacitatea celulei galvanice

În practică, dezvoltatorii și utilizatorii au întotdeauna o întrebare cu privire la capacitatea reală a unei baterii galvanice. Capacitatea bateriei împreună cu tensiunea acesteia sunt cei mai importanți parametri. știind capacitate realăși un algoritm precis pentru funcționarea dispozitivului, ar fi întotdeauna posibil să se prezică cu exactitate durata de viață a dispozitivului sau momentul în care bateria trebuie înlocuită. Acest lucru este extrem de important atunci când utilizați LHIT. După cum se poate observa din Figura 1, este foarte dificil să se prezică timpul de descărcare al unui element prin monitorizarea tensiunii, deoarece curba de descărcare este plată. Și chiar înainte de descărcarea în sine, tensiunea celulei scade rapid și pur și simplu este posibil să nu aveți timp să înlocuiți bateria la timp.

Este posibil să aflați cu exactitate sau cu un grad suficient de acuratețe capacitatea reală reziduală (disponibilă în fiecare moment) a bateriei? Din păcate, nu poți! Puteți afla capacitatea exactă a unei baterii doar descarcând-o complet, dar aceste informații nu vor mai fi relevante, deoarece elementul nu poate fi reutilizat. Chiar dacă pornim de la faptul că producătorul nu minte și indică sincer capacitatea bateriei în specificație, iar dispozitivul implementează calculul energiei consumate, atunci chiar și în acest caz este imposibil să se prezică cu exactitate capacitatea reziduală. De ce? – Acest lucru poate fi înțeles dacă luăm în considerare graficul dependenței capacității elementului de curentul de descărcare la diferite temperaturi (Figura 5).

Din grafic rezultă că la un consum de curent diferit la constant temperatura normala Capacitatea celulei variază de la 7,7 Ah la 3,9 Ah. Mai mult, trebuie amintit că astfel de grafice sunt luate la un curent de descărcare continuu. Într-un dispozitiv de lucru, un astfel de mod este practic imposibil. De regulă, consumul de curent în dispozitiv este variabil. O parte din timp, dispozitivul funcționează la un curent scăzut, chiar mai mic de 1 mA (limitare pe graficul de mai sus), iar o parte din timp la o valoare de curent diferită, până la maxim. În plus, dispozitivul funcționează pe o gamă largă de temperaturi, iar capacitatea elementului depinde și de aceasta. Mai mult, la o anumită valoare a temperaturii capacitatea crește odată cu creșterea curentului (70°C pe grafic), iar la o anumită temperatură scade. De exemplu, dacă un dispozitiv consumă constant un curent de 20 mA, atunci în intervalul de temperatură de -40...70°C capacitatea sa se va schimba de la 3,4 Ah la 7 Ah - atât scad, cât și cresc. Și apropo, nu este clar la ce temperatură capacitatea începe să crească odată cu creșterea curentului. În graficul dat, această temperatură este de 70°C și poate același caracter va fi la 60°C? Pentru a ști acest lucru, trebuie să eliminați o familie de curbe cu un pas foarte mic și încă beneficiu practic asta nu o va face.

Pe lângă dependența de curent și temperatură, există factori suplimentari, de exemplu, după un impuls de curent, când dispozitivul intră în modul de micro-consum, parțial substanta activa Bateriile sunt cheltuite pe pasivare (formarea de noi pelicule) și cu cât sunt mai multe impulsuri, cu atât această substanță este cheltuită și, prin urmare, energie. Chiar dacă dispozitivul, împreună cu calculul energiei, are și controlul temperaturii pentru a introduce factori de corecție, este totuși imposibil să se determine cu exactitate capacitatea rămasă a bateriei. Prin urmare, există un astfel de lucru precum eficiența (rata) bateriei.

Factorul de utilizare a bateriei arată ce parte din energie va fi utilizată și care va merge pur și simplu în pierderi asociate cu dependența de consumul de curent, temperatură, autodescărcare, curenți de scurgere pe placa de circuit imprimat, pasivizare/depasivare, umiditate ambientală (ciudat). suficient) și alți factori. Utilizarea bateriei este întotdeauna mai mică de 100%.

Producătorii de surse de energie chimică recomandă utilizarea aproximativă a următoarelor valori ale coeficientului:

• pentru dispozitive cu curent ridicat ( curent mediu câteva zeci de mA) – resursă 3-6 luni, până la 95% poate fi luată din baterie.
• pentru dispozitive cu consum mediu (unități mA) - resursă 2-3 ani, până la 85-90% pot fi luate din baterie
• pentru dispozitive cu consum redus (sub 1 mA) - o resursă de 3-5 ani, până la 60-70% poate fi luată din baterie
• pentru dispozitivele cu microconsum (unități și zeci de μA) - o resursă de 5-10 ani, nu se poate lua mai mult de 50-60% din baterie.

Atunci când alegeți o celulă galvanică, trebuie să vă concentrați pe valoarea curentă la care este indicată capacitatea acesteia și să selectați elementul în care această valoare va fi mai aproape de modul de funcționare prevăzut al dispozitivului, ținând cont de alți parametri.

Un exemplu de alegere a tipului de chimie al unei celule galvanice

Din Tabelul 1 este clar că cel mai avantajos din punct de vedere economic și tehnic este elementul clorură de tionil. Ar fi interesant de văzut dacă acest lucru este adevărat pentru orice aplicație? Să ne uităm la exemplu simplu. Să presupunem că avem nevoie de o celulă galvanică pentru a alimenta memoria CMOS din dispozitiv. Curent de consum 5 µA, tensiune de alimentare 1,8...5,5 V, durată de viață 10 ani (90 mii ore). Să considerăm că curentul de scurgere de pe placă este de 0,2 µA.

Să selectăm mai întâi elementul de clorură de tionil. Pentru a preveni pasivarea elementului în dispozitiv, acesta trebuie încărcat constant astfel încât curent total a fost mai mare de 10 µA. Să acceptăm, cu o marjă mică, un curent de 12 μA. Apoi, pe durata de viață necesară, elementul trebuie să livreze o capacitate de 90.000 h × 12 μA = 1,08 A h Ținând cont de curentul de scurgere (0,2 μA) și de autodescărcare (1% pe an), constatăm că capacitatea necesară va fi de 1,21 Ah Având în vedere rata de utilizare a bateriei (60%), ar trebui să alegem un element cu o capacitate de cel puțin 2,01 Ah ER14505(2,4 Ah) costă aproximativ 1,77 USD (pentru un anumit volum de achiziție).

Efectuând un calcul similar pentru o celulă de litiu-dioxid de mangan, constatăm că trebuie să selectați un element cu o capacitate de cel puțin 0,88 Ah Aici nu mai luăm în considerare curentul suplimentar de depasivare. Presupunând același factor de utilizare a bateriei, avem că putem selecta un element

Exemplul de mai sus arată că în acest caz este mai profitabilă utilizarea unui element bazat pe sistemul electrochimic cu bioxid de litiu-mangan, deși conform datelor preliminare (Tabelul 1) a fost mai puțin profitabilă. Acest lucru s-a întâmplat deoarece atunci când folosim o celulă de clorură de litiu-tionil, am fost forțați să includem pierderi suplimentare pentru a preveni pasivarea elementului. Aceste pierderi (curent 7 μA) sunt în esență chiar mai mari decât curentul de alimentare cu memorie (5 μA). Din aceasta putem concluziona că elementele de clorură de tionil sunt mai rentabile de utilizat atunci când energia utilă consumată este mai mare decât pierderile suplimentare pentru a preveni pasivarea.

Concluzie

Există o gamă largă de producători pe piața LHIT, cunoscuți pe scară largă și nu atât de cunoscuți. De regulă, parametrii specificați în specificațiile acestor producători sunt foarte asemănători între ei dacă sunt luate în considerare elemente de același factor de formă și tip. Cu toate acestea, costul elementelor diverși producători poate diferi de mai multe ori. Pe baza experienței de utilizare a acestor elemente, putem spune că dacă sunt operate de cele mai multe ori în condiții normale într-un mod nu foarte diferit de cel nominal, atunci comportamentul lor va fi similar. În acest caz, puteți alege un element mai puțin costisitor, de exemplu, produs de EEMB. Această companie este prezentă pe piața LHIT de mai bine de 20 de ani, dintre care 15 ani în piata ruseasca, și cu recenzii pozitive. Cu toate acestea, dacă dispozitivul trebuie să funcționeze în moduri apropiate de cele limitative în ceea ce privește parametrii electrici și condițiile de funcționare, dacă dispozitivul este de așteptat să funcționeze pentru o perioadă lungă de timp (mai mult de 10-12 ani), există cerințe sporite pentru fiabilitate. și siguranța dispozitivului, atunci ar trebui să alegeți produse de la astfel de companii, cum ar fi SAFT. Această companie operează în domeniul LHIT de mai bine de 50 de ani și este un standard global recunoscut în general.

Proprietăți datorate litiului.
Tipuri de baterii cu electrozi pozitivi din diverse materiale.
- bisulfură de fier.
- Dioxid de mangan.
-Clorura de tionil.
- Dioxid de sulf.
- Polimonofluorocarbon.
Depasivare
Reguli de manipulare și precauții.

PROPRIETATI DATORATE LITIULUI

Bateriile cu electrod negativ cu litiu sunt disponibile în carcase cilindrice, cu discuri și prismatice.

Producția de baterii cu litiu a început în anii șaptezeci în mai multe țări. Cele mai bune rezultate a fost obținut prin utilizarea litiului în combinație cu electroliți solizi și organici. Eliminarea electrolitului apos a făcut posibilă îmbunătățirea parametrilor operaționali și energetici.

Lingouri de litiu sub formă de sector. În condiții normale, litiul reacționează cu oxigenul și azotul din aer, devenind acoperit cu o peliculă de culoare închisă.

Litiul este un metal moale, ductil, situat primul în seria potențialelor electrozilor. Potențialul electrodului său este de 3,045 volți. Mai multe detalii despre potențialele electrodului sunt descrise în articolul „Diferența potențialelor electrodului - posibilitatea de funcționare a bateriei”. Acest lucru face posibilă crearea bateriilor cu o tensiune de aproximativ trei volți, ceea ce simplifică implementarea sursei de alimentare pentru multe dispozitive. O baterie cu litiu poate înlocui două baterii alcaline sau saline. Tensiunea de 3 volți a unei baterii cu litiu, în loc de obișnuitul 1,5 volți, pe lângă avantaje, are dezavantaje sub forma unor caracteristici de aplicație. Baterii cu litiu sunt produse in cutii standard, asa ca odata cu aspectul lor este necesar sa se verifice cu atentie tensiunea bateriilor instalate. Litiul este cel mai ușor metal. Bateriile cu electrozi de litiu sunt cu o treime mai ușoare decât bateriile alcaline. Din punct de vedere chimic, litiul este foarte activ. Aceste proprietăți ale litiului fac posibilă crearea de surse de curent chimic de dimensiuni și greutate minime. Principalul avantaj al surselor de curent cu litiu este densitatea lor foarte mare de energie, care garantează o încărcare mare. Acest lucru permite bateriilor cu litiu să ofere cea mai lungă durată de viață a bateriei în comparație cu alte tipuri de baterii. Printre avantajele acestui tip de baterie se numara si functionarea la temperaturi extreme.

Electrozii de litiu din toți electroliții sunt acoperiți cu o peliculă pasivă de câțiva nanometri grosime. Filmul are proprietățile unui electrolit solid care conduce ionii de litiu. Formarea peliculei previne reacția spontană a electrodului de litiu cu electrolitul, astfel încât celulele cu litiu au auto-descărcare scăzută. Reducerea taxei este de 1-2% pe an. Durata de valabilitate a bateriilor cu litiu este de 10 ani, iar unele tipuri de până la cincisprezece ani. La diferiți curenți de descărcare, capacitatea bateriei rămâne aproape neschimbată. La începutul funcționării bateriei, este recomandabil să se efectueze depasivarea, care distruge filmul de pe electrodul de litiu.

Dezavantajul bateriilor este prețul ridicat din cauza litiului folosit, dar în timp consumul acestui tip de baterie va crește, iar pe măsură ce exploatarea și prelucrarea litiului crește, prețul va scădea. Majoritatea litiului este extrasă în opt țări.

Exploatarea litiului.

Volumul rezervelor de litiu din Rusia este estimat la aproximativ 1 milion de tone. Mai mult de jumătate este concentrată în câmpurile din regiunea Murmansk. Producătorii de litiu și sărurile sale din Rusia sunt Uzina de concentrate chimice din Novosibirsk și Uzina chimică și metalurgică din Krasnoyarsk.

Litiul poate provoca arsuri din cauza umezelii prezente constant pe piele. Puteți lucra cu litiu numai în îmbrăcăminte și ochelari de protecție. Activitatea ridicată a litiului complică tehnologia de producție a bateriilor. Litiul poate fi depozitat doar sub un strat de ulei mineral. Pentru a distruge deșeurile de litiu, acestea sunt tratate cu alcool etilic.

Bateriile cilindrice cu litiu folosesc electrozi tip panglică. Avantajele designului electrodului laminat: rezistență scăzută și încălzire redusă. Acest design vă permite să creșteți curentul de descărcare a bateriei.

Electrozi laminati ai unei baterii cilindrice cu litiu. Folia de litiu este folosită pentru electrodul negativ.

Bateriile au grad înalt etanșeitate, pentru a crește siguranța în funcționare, designul include supape care împiedică o creștere critică a presiunii. Producția are loc în volume sigilate într-o atmosferă uscată de gaze inerte. Aceste baterii nu conțin substanțe nocive găsite în alte tipuri. Fără conținut de mercur, cadmiu sau plumb.

Folosit în calculatoare, automatizări industriale, dispozitive medicale, diverse portabile și dispozitive portabile, ceas electronicși jocuri, instrumente de măsurare, contoare de gaz, echipamente foto și video și în multe alte domenii în care etanșarea și funcționarea bateriilor de mulți ani sunt solicitate.

TIPURI DE BATERIE CU ELECTROZI POZITIVI DIN DIFERITE MATERIALE

DISULFURĂ DE FIER

ÎN ultimii ani Există un interes din ce în ce mai mare pentru bateriile cu litiu care au un electrod pozitiv solid fabricat din disulfură de fier FeS2 (pirită). Datorită compoziției chimice a acestui tip de baterie, aceasta are o tensiune de 1,5 volți, spre deosebire de alte surse de alimentare cu litiu, ceea ce îi permite să fie folosit în locul unor tipuri învechite de baterii apoase. Când este descărcat, litiul electrodului negativ se transformă în sulfură de litiu. O baterie cilindrică conține electrozi cu un design tip rolă. La realizarea unui electrod pozitiv, pirita naturală, zdrobită și amestecată cu grafit, este plasată pe un conductor de film. După instalarea electrozilor de bandă a bateriei în carcasa bateriei, aceștia sunt umpluți cu electrolit și carcasa este sigilată. Bateria include un termistor care limitează curentul prin baterie atunci când se încălzește. Durata de viață a bateriei este de 15 ani sau mai mult. Performanța este menținută atunci când temperatura scade la – 40 °C.

Baterie Energizer L91 cu sulfură de fier și curentul său de descărcare de 1 amper la o temperatură de 21 ° C.

Baterie cu sulfură de fier Duracell LF1500 și curentul său de descărcare de 1 amper la o temperatură de 21 ° C.

Bateriile cu disulfură de litiu-fier sunt concepute pentru a fi utilizate în modul curent de descărcare de 0,5 amperi și sunt disponibile în carcase cilindrice și cu discuri. Designul discului bateriilor cu litiu este descris în articolul „Designul bateriei”.

DIOXID DE MANGAN

Cea mai frecventă și mai studiată baterii cu litiu este tipul care are un electrod pozitiv solid format din dioxid de mangan MnO2 tratat termic. Ca rezultat al reacției de descărcare, se formează oxid de litiu. Acest tip de baterie are literele CR în numele său. Tensiunea este de 3 volți. Bateriile rămân operaționale până la zece ani, pot furniza un curent ridicat și au o capacitate semnificativă. Acest tip include o baterie Corindum de 9V, formată din trei elemente.

Carcasa bateriei este realizata din otel inoxidabil. Membrana care separă electrozii este realizată din polipropilenă.

Design cu dioxid de mangan Design cu dioxid de bobină
baterii cu electrozi spiralati, baterii cu mangan, etansare, etansare a capacului prin rulare. capace sudate cu laser

Bateriile cu electrozi spiralati au capac rulat sau sudat cu laser, bateriile tip bobina au capac sudat cu laser.

Capac de baterie rulat. Capacul bateriei este sudat cu laser.
Interval de temperatură Bateriile funcționează în intervalul respectiv
funcționare de la – 20 până la 60 °C. temperaturi de la – 40 la 85 °C.

Pentru a proteja împotriva supraîncălzirii și scurtcircuitelor, designul bateriei rulate conține un termistor cu o caracteristică de temperatură pozitivă. Când este încălzită, rezistența sa crește ușor, dar când temperatura ajunge la 85 °C, rezistența crește brusc, ceea ce duce la o scădere a curentului prin baterie până la o valoare minimă.

Locația termistorului în designul polului pozitiv al bateriei.

Bateriile de tip bobină cilindrice sunt recomandate pentru utilizarea în dispozitive cu consum redus putere: 5 miliamperi cu consum continuu și 20 miliamperi în modul pulsat. Acestea pot fi dispozitive de stocare de rezervă, ceasuri, calendare, contoare de apă, contoare de gaz, electronice auto. Bateriile cu electrozi spiralati sunt proiectate pentru un consum de curent continuu de 1,5 amperi, iar in modul impuls 4 amperi.

Baterie Varta CR AA cu dioxid de mangan cu bobine și descărcare cu sarcini de diferite rezistențe la o temperatură de 21 °C.

CLORURĂ DE TIONIL

Bateriile Li/SOCl2 au cele mai bune caracteristici specifice. Clorura de tionil este un lichid foarte activ din punct de vedere chimic. Când o baterie se descarcă, se formează clorură de litiu, dioxid de sulf și sulf. Electrolitul este o soluție de tetracloroaluminat în clorură de tionil. Dioxidul de sulf este în mare parte dizolvat în electrolit, astfel încât presiunea din baterie nu crește. Componenta principală a filmului pasiv format pe electrodul de litiu este clorura de litiu. Materialul electrodului pozitiv este carbon poros impregnat cu clorură de tionil, astfel încât acest tip de baterie are un electrod pozitiv lichid. Bateriile sunt disponibile cu diferite tipuri de cabluri: axiale, cuțite, fire flexibile. Datorită acestui electrod pozitiv, bateriile cu clorură de tionil au cea mai mare valoare densitatea energiei între bateriile cu litiu. De exemplu, energia specifică a greutății unei baterii cilindrice într-un design cu bobină AA poate ajunge la 1000 de wați-oră pe litru. Tensiunea bateriei este în intervalul de la 3,3 la 3,6 volți, stocare până la 10 ani cu o autodescărcare de 1,5...2% pe an la o temperatură de 20 ° C. Bateriile tip bobină sunt proiectate să funcționeze în modul de curent scăzut și sunt destinate sursei de alimentare de rezervă a dispozitivelor de stocare. Temperatura de funcționare de la – 55 la 85 °C, folosind un electrolit special de la – 50 la 150 °C. La o temperatură de aproximativ – 50 °C, capacitatea scade de câteva ori sub valoarea nominală.

Electrodul negativ este realizat prin depunerea de litiu pe suprafața interioară a carcasei. Cea mai mare parte a volumului corpului bateriei este ocupată de catodul poros. Bateriile sunt proiectate pentru a alimenta dispozitivele cu curent scăzut pentru o perioadă lungă de timp.

Baterie cu clorură de tionil EEMB ER14250 bobina de proiectare și descărcare cu diverși curenți la o temperatură de 21 ° C.

Baterie cu clorură de tionil Saft LS14500 bobina design și descărcare cu diverși curenți la o temperatură de 21 ° C.

Utilizarea electrozilor de bandă ambalate în spirală face posibilă utilizarea bateriilor în modul de curent ridicat. Bateria conține o supapă de presiune de urgență și o siguranță pentru a proteja împotriva suprasarcinii.

Baterie Saft LSH 14 cu clorură de tionil care conține un design spiralat intern și caracteristici de descărcare variabile la 21°C.

Bateriile de înaltă performanță conțin triclorura de aluminiu, care dizolvă filmul pasiv de clorură de litiu de pe electrodul negativ, dar acest lucru accelerează coroziunea litiului.

Bateriile sunt utilizate în dispozitive de stocare, alarme, iluminat, electronice auto, în echipamente de foraj, în măsurători geotermale, comunicații radio și multe altele.

După depozitare, poate fi necesară depasivarea. Dacă, după funcționarea în condiții de temperaturi extrem de scăzute, bateria intră într-o încăpere încălzită și descărcarea continuă, atunci încălzirea este posibilă datorită descompunerii produselor de reacție, care poate duce la o explozie.

DIOXID DE SULF

Bateriile pe bază de SO2 sunt cele mai versatile datorită potrivirii lor pentru diferite cerințe tehnice, cunoștințe bune, experiență acumulată în producție și mecanizare ridicată a proceselor tehnologice. Au o tensiune stabilă aproape până la sfârșitul descărcării. Au o capacitate specifică mare și sunt capabile să funcționeze într-un interval larg de temperatură de la – 60 la 70 °C. Unele modele ale acestor baterii pot funcționa la temperaturi de până la – 70 °C. Electrodul pozitiv este un compus din politetrafluoretilenă și negru de acetilenă. Electrolitul bateriei este dioxid de sulf cu aditivi. Ca rezultat al reacției de descărcare, se formează Li2S2O4. Bateriile sunt fabricate în carcase foarte etanșe. Starea lichidă a dioxidului de sulf este asigurată de o presiune în interiorul bateriei de două atmosfere. Designul conține o supapă de siguranță care reduce presiunea atunci când temperatura crește la aproximativ 105 °C. Bateriile sunt produse într-o carcasă cilindrică care conține electrozi bobină sau spirală. Tensiunea bateriei variază de la 2,5 la 2,8 volți, durata de valabilitate poate ajunge la zece ani la o temperatură de 20 °C sau 1 an la o temperatură de 70 °C. Scăzut rezistență internă chiar si la temperaturi scazute permite folosirea acestui tip in conditii care exclud utilizarea altor tipuri de baterii: spatiu, oceanografie, zone reci. Bateriile cu dioxid de sulf sunt utilizate pe scară largă în aplicații civile și militare.

Baterie cu dioxid de sulf EEMB LSS26500 și descărcare cu diverși curenți la o temperatură de 21 °C.

POLIMONOFLUOROCARBON

Principalul avantaj al acestui tip de baterie cu litiu este Li/(CF x)n este un potențial energetic ridicat la temperaturi de 85 °C și chiar 125 °C. Bateriile sunt utilizate în principal în dispozitivele care se încălzesc în timpul funcționării. Capacitatea scade abia vizibil după un an de depozitare la 21°C, iar la o temperatură de depozitare de 90°C pierderea de capacitate este de aproximativ 2% pe an. Când sunt depozitate timp de 10 ani, bateriile nu pierd mai mult de o cincime din capacitatea lor. Aceste baterii sunt printre primele cu electrod pozitiv solid care au apărut pe piața industrială. Energia specifică a unei baterii cu litiu polimonofluorocarbon ajunge la 600 de wați-oră pe litru. Tensiunea de funcționare a acestor baterii variază de la 2,5 la 2,8 volți. În timpul reacției, carbonul fluorurat este transformat în carbon obișnuit, iar conductivitatea electrică crește, îmbunătățind condițiile de descărcare. Folosit pentru consum de curent scăzut și moderat.

Electrodul pozitiv este format din polimonofluorocarbon. Producerea sa are loc la temperaturi de la 300 la 600 °C într-o atmosferă de fluor.
Electrolitul este o soluție de hexafluoroarsenat de litiu în dimetil sulfoxid. În bateriile fabricate într-o carcasă de disc, folia de litiu este amplasată pe o rețea de cupru, iar un electrod pozitiv din politetrafluoretilenă și acetilenă neagră este amplasat pe o rețea de nichel. Bateriile sunt proiectate pentru o putere redusă, vin într-o varietate de forme de pachet și sunt utilizate cu succes în dispozitive de memorie, stimulatoare cardiace și defibrilatoare implantabile. Bateriile cu discuri de înaltă temperatură sunt utilizate în electronica auto, automatizarea barierelor și în alte domenii ale ingineriei electrice.

Dacă intenționați să operați la temperaturi sub zero și să consumați curenți medii, atunci din punct de vedere al prețului acest tip de baterie nu poate concura cu bateriile cu litiu mai ieftine care au un electrod pozitiv din dioxid de mangan.

Sursa de alimentare chimică primară din polimonofluorocarbon Panasonic BR1220 și descărcarea acesteia la diferite temperaturi.

DEPASIVARE

Numeroasele avantaje ale bateriilor cu litiu sunt umbrite de formarea unei pelicule pasive pe electrodul de litiu. Dacă utilizați baterii cu litiu de 1,5 volți cu un curent nominal de funcționare de 0,5 amperi pentru a alimenta un ceas sau o telecomandă a televizorului, atunci este posibil ca dispozitivul să nu funcționeze corect după instalarea unor surse de alimentare foarte scumpe. Pentru astfel de dispozitive, trebuie să utilizați baterii cu litiu concepute pentru a funcționa în modul de curent scăzut, dar bateriile cu litiu de 1,5 volți de putere redusă pentru aparatele de uz casnic sunt greu de găsit. Soluția pare să fie depasivarea la instalarea elementelor sau de fiecare dată când porniți dispozitivul, dacă dispozitivul nu a fost folosit de mult timp. Pentru a depasiva, trebuie să supuși bateriile unui impuls de scurtă durată de curent de descărcare de 10-20 miliamperi. Această acțiune ar trebui să distrugă sau să slăbească filmul pasiv de pe electrodul de litiu. Dacă bateriile special concepute sunt instalate în compartimentul de alimentare al unui dispozitiv cu un curent de zeci de miliamperi, atunci filmul pasiv va fi distrus în perioada inițială de funcționare a bateriei. Pentru a asigura depasivarea, există recomandări de la producătorii de baterii cu litiu sub formă de circuite care conțin condensatori. Un condensator este conectat în paralel la baterie. Când condensatorul este încărcat, are loc o încărcare a impulsului pe termen scurt a bateriei. Pentru versatilitate în utilizarea diferitelor sisteme de baterii chimice, dispozitivele alimentate cu baterii pot fi echipate cu condensatoare cu o capacitate de 0,22...0,68 μF conectate în paralel cu bateriile. Dacă depasivarea nu este efectuată, atunci în timpul primei funcționări se va observa o scădere de tensiune. Acest lucru poate fi observat atunci când instalați o nouă baterie cu litiu placa de baza computer personal. Bateria începe să accepte memoria ceasului în timp real la 2-3 zile de la instalare. Acest timp este necesar pentru distrugerea filmului pasiv.

MANIPULARE ŞI PRECAUŢII

Bateriile nu trebuie deschise, încălzite sau arse. Evitați scurtcircuitarea bornelor bateriei. În niciun caz nu trebuie să încercați să încărcați o baterie cu litiu. Într-un dispozitiv care are un compartiment pentru mai multe baterii pot fi instalate doar baterii de un singur tip și marcă. Dacă se detectează o încălcare a carcasei, înlocuiți bateriile și nu le utilizați pe viitor. La instalare, verificați polaritatea folosind marcajele. Celulele chimice cu litiu pot avea modele de poli care diferă de designul tradițional.

Lumea este plină de dispozitive și jucării care sunt moarte dacă nu există o sursă de energie - o baterie. Toată lumea cunoaște celula galvanică, care transformă energia chimică în energie electrică. Dispozitiv de unică folosință– baterie, cu posibilitate de încărcare ciclică – baterie reîncărcabilă. Sursele de energie cu litiu au o densitate mare de încărcare, funcționează mai mult și îndeplinesc aceleași sarcini ca și cele cu sare și cele alcaline.

Celulele galvanice care funcționează pe o reacție de oxidare ireversibilă sunt descrise aici. Încărcarea dată nu este restabilită, bateria se numește de unică folosință. Elementul este format dintr-un anod din litiu metalic, un catod din MnO 2 solid, Fes 2, Cuo, CF x, SO 2 lichid, SOCl 2. Continuă căutarea altor săruri cu afinitate mare pentru reducere. Agentul de oxidare este litiul activ, care donează electroni. Carcasa bateriei este sigilată, cu terminale și marcajele acestora. Inscripția „nu reîncărcați” - nu încărcați din nou, va avertiza că bateria cu litiu este de unică folosință.

Există 2 tipuri de baterii după design:

• tambur;
• spirală.

Bateriile cu litiu tip bobina durează până la 20 de ani și sunt folosite de consumatori care nu depășesc o cerere de 150 mA. Durata de viață a elementelor este de până la 20 de ani.

Modelele spiralate au o suprafață mare de litiu, puls de până la 4 A și la curent constant - 0,1-1,8 A. Dar autodescărcarea acestor dispozitive ajunge la 10% pe an din capacitatea inițială. Elementele cu orice compoziție catodică sunt produse în două tipuri. Bateriile cu litiu pot fi rotunde, prismatice sau în formă de buton.

Mare și producători recunoscuți bateriile cu litiu sunt considerate EVE, Minamoto, SAFT, Robiton, Varta, Tekcell. Există mici facilități de producție în China.

Proprietățile bateriilor cu litiu cu perechi de anozi diferite

În funcție de compoziția chimică a catodului în combinație cu metalul de litiu, capacitatea și tensiunea la bornele elementului, autodescărcarea și capacitatea lor de a funcționa într-un interval de temperatură se modifică.

1. Li/MnO 2 - bateria cu litiu este marcată cu „CR”. Electrolitul este perclorat de litiu. Tensiune nominală 3 V, autodescărcare 2,5% pe an, termen de valabilitate până la 10 ani. Temperatură mediu de lucru-20 +55 0 C. Predomină formă – tabletă.
2. Li/CuO, cu o tensiune de funcționare de 1,2-1,5 V, este identic cu alcalin, dar păstrează de 3 ori mai multă sarcină. Interval de temperatură de funcționare -10 +70. Durata de viata 10 ani.
3. Li/SO 2 sunt unul dintre cele mai comune tipuri de baterii cu litiu. Catodul este un plastifiant cu grafit și negru de fum. Electrolitul este dioxid lichid cu componente pentru conductivitatea electrică. Tensiunea de funcționare este de 2,6-2,9 V. Designul nu a putut evita o creștere a presiunii în carcasă și încălzirea puternică în timpul unui scurtcircuit a fost necesară instalarea unei siguranțe de presiune. Bateriile cu litiu funcționează bine la temperaturi scăzute de până la -60 °C și la căldură de +70 °C și păstrează încărcarea până la 10 ani.
4. Li/I 2 este un tip de baterie fără electrolit. Reacția chimică 2Li+I 2 >2LiI are loc într-o compoziție solidă prin difuzie. Sarea rezultată este, de asemenea, solidă și acționează ca un separator. Bateria durează până la 15 ani, este fiabilă și este utilizată în stimulatoare cardiace.
5. Li/FeS 2 - cele mai bune baterii cu litiu, la cerere, în ciuda pret mare. Astfel de elemente funcționează cu dispozitive putere mare, au protectie la curent, o siguranta care functioneaza la 85-90 0 si o supapa de limitare a presiunii. Cel mai des folosit în factorul de formă AA.
6. Li/CF x este un tip de baterie cu litiu care funcționează la temperaturi ridicate, până la +85 0. Peste 10 ani, 20% din capacitate este cheltuită pentru autodescărcare. Folosit în defibrilatoare, stimulatoare cardiace și electronice portabile.
7. Li/SOCl 2 este cea mai consumatoare baterie cu litiu. Tensiunea fără sarcină este mai mare de 3,6 V. În timpul funcționării, se menține 3,3-3,5 V ca electrolit, clorură de tionil, o componentă agresivă. Limita superioară de performanță este +(85-130) 0 C. Limita inferioară este minus 60, dar cu o capacitate a elementului mult redusă. Protecția împotriva exploziilor este asigurată sub forma unui comutator termic, siguranțe și o supapă de suprapresiune.

Dimensiunile bateriilor cu litiu

Pentru a alege corect sursa potrivită energie, trebuie să o știi dimensiuni geometriceși formă. Indicatorii sunt standardizați, să ne uităm la dimensiunile standard ale bateriilor cu litiu de unică folosință. Se folosește clasificarea SUA.

Tipuri individuale de baterii cu litiu pot fi văzute în fotografie.

pușcașul lui Crohn

Atunci când alegeți o baterie cu litiu, marcarea este importantă, poate fi folosită pentru a determina tipul de element. Pentru baterie cu litiu pe carcasă cu majuscule se va imprima CR, pe LR alcalin, pe R salin.

Sunt bateriile cu litiu întotdeauna preferabile bateriilor alcaline? Produsele funcționează excelent în orice condiții. Dar este întotdeauna rentabil din punct de vedere economic să cumperi o baterie cu litiu de 5 ori mai scumpă dacă la curent scăzut sunt de 1,5-2 ori superioare celor alcaline? Care este mai bine se decide în fiecare caz, în raport cu sarcinile care se rezolvă.

Este necesar să se țină cont de faptul că rezerva de energie a tuturor tipurilor de baterii cu litiu este de câteva ori mai mare. Pentru a nu încurca dispozitivele, producătorii produc baterii Li cu terminale speciale.

baterii cu litiu AAA

Ne vom uita la o baterie de unică folosință cu un anod de litiu AAA. Dispozitivul compact are un strat pasiv pe anod care previne o reacție. Chiar și o sursă de curent pe termen scurt va distruge stratul și va face bateria inutilizabilă. Spre deosebire de bateriile de sare roz, bateriile cu litiu se vor încinge atât de mult încât pot exploda. Încărcarea bateriilor cu litiu de unică folosință este interzisă!

Dacă scurtcircuitați plusul și minusul unei baterii cu litiu, poate lua și foc. Prin urmare, trebuie respectate următoarele reguli:

• firele nu sunt atașate la contacte cu un fier de lipit;
• nu purtați bateria într-un buzunar unde pot fi prezente accidental obiecte metalice mici;
• articolele trebuie transportate într-un caz sau cutie specială;
• Nu lăsați bateria în lumina directă a soarelui.

Merită să cumpărați o baterie cu litiu AAA, care costă de 5 ori mai mult decât o baterie alcalină? Avand in vedere ca functioneaza de 7 ori mai mult si este cu 35% mai usor, merita.

Durată de viață a bateriei cu litiu

La depozitare adecvată, Bateriile cu litiu AA vor funcționa impecabil dacă sunt conectate timp de 10 ani. Adesea, rata de autodescărcare este de 2% pe an atunci când este depozitată în condiții de cameră, t = 20 0 C.

Data lansării și data expirării pot fi găsite pe carcasă sub forma unui cod alfanumeric. Criptat în diferite moduri, doar în cifre, 5 caractere înseamnă ziua, luna și anul (40615), iar codul 9A14 trebuie citit 9 ianuarie 2014. Data de expirare este dată separat. Data de expirare este valabilă dacă bateria este în ambalajul său și nu a fost niciodată folosită.

Baterii cu litiu sau alcaline, care este mai bine?

Bateriile alcaline și bateriile alcaline sunt același lucru. Vom folosi testarea de către specialiștii Roskontrol a bateriilor AAA și le vom compara cu bateriile cu litiu. Intrucat nu exista elemente ideale pentru cazurile de incarcari moderate si slabe pulsate si constante, se propune sa se determine unde este de preferat sa se foloseasca baterii alcaline si unde baterii cu litiu si care sunt mai bune.

Rezultatele cercetării au arătat că pentru pulsate sarcinile curente cu putere mare, este mai bine să cumpărați o baterie cu litiu - va dura cât 3 alcaline, dar cântărește mult mai puțin decât o sursă de urgență de alte câteva tipuri.

Este optim să folosiți bateriile alcaline în telecomenzi și ceasuri, iar în jucăriile pentru copii sunt mai rentabile. Curenții scăzuti epuizează rapid încărcarea unei baterii cu litiu și va dura aproape la fel de mult ca una alcalină.

Bateriile cu litiu pot fi încărcate?

Bateriile cu litiu de unică folosință nu pot fi încărcate! baterii reîncărcabile folosit cu special încărcător. Ele pot rezista până la 1000 de reîncărcări, economisind semnificativ bugetul pentru achiziționarea de elemente de unică folosință.

Cum să determinați ce aveți în față, o baterie reîncărcabilă sau o baterie de unică folosință? Informații în fața ochilor tăi. Capacitatea în mAh este indicată pe baterie nu există astfel de informații pe bateria cu litiu. Prețul va indica bateria, este mare. Produsul va fi cu siguranță marcat „reîncărcabil” - reîncărcabil.

Dacă lucrați profesional cu bliț și alte echipamente puternice, cumpărați un polimer plat sau o baterie cu litiu reîncărcabilă cilindrică. Acest lucru este mai profitabil decât achiziționarea unor cantități mari de articole de unică folosință.

Incarcator baterie cu litiu

Nu orice dispozitiv poate încărca bateriile cu litiu. Este mai bine să cumpărați unul special, care în sine efectuează 2 etape de încărcare, afișează indicatorii de curent și deconectează la timp bateria de la sursa de alimentare. Cum se încarcă o baterie cu litiu dacă este polimer? Nu există diferențe, au același principiu de funcționare. Un astfel de încărcător este ieftin, aproximativ 20 USD, este bine dacă funcția de măsurare a capacității este disponibilă.

Orice încărcător trebuie să convertească și să stabilizeze tensiunea rețelei, furnizând 5 V la ieșire. Puterea curentului este reglabilă 0,5 -1,0 * C. C este capacitatea bateriei în Ah, MAh, în termeni digitali. Încărcarea se asigură după o schemă accelerată, până la 80% din capacitate, iar după o schemă completă, în 2 etape, aproximativ 3 ore. După set complet energie, încărcătorul se oprește.

Video

Întreaga varietate de surse moderne de energie cu litiu și modul de încărcare a unei baterii cu litiu sunt prezentate în videoclip.

au performante ridicate capacitate și pot dura mult mai mult decât alte baterii, dar au și caracteristici specifice proprii care trebuie luate în considerare atât în ​​timpul funcționării, cât și în timpul procesului de încărcare.

Principalii indicatori și diferențe față de bateriile alcaline

ÎN schiță generală, principalele caracteristici ale bateriilor Li-Ion sunt constanța indicatorilor de tensiune, un nivel ridicat de capacitate și o resursă energetică mare, datorită specificului compoziției lor chimice. Toate bateriile cu litiu constau dintr-un catod și un anod, separate între ele printr-o diafragmă și un separator. Diafragma are o impregnare organică specială (foto de mai jos).

În plus, capacitatea bateriilor Li Ion nu depinde de curentul de sarcină, iar acesta este ceea ce le asigură cea mai lungă durată de viață – mult mai lungă decât bateriile alcaline care au aceleași caracteristici de capacitate. Bateriile sunt diferite perioade lungi depozitare și funcționare (în cel mai bun caz, până la 12 ani), rezistență la temperaturi ridicate și scăzute și posibilitatea fabricării lor în diferite forme.

Mai ieftine și nu mai puțin populare în rândul consumatorilor sunt „predecesorii” bateriilor Li Ion - bateriile alcaline obișnuite, numite (pe baza etichetării modelelor importate). Ele sunt încă folosite astăzi în jucării pentru copii, unele modele de jucători și lanterne de uz casnic. Cu toate acestea, fac față mai puțin bine sarcinilor mai mari, iar într-o cameră sau laptop, elementele alcaline nu vor mai fi eficiente din cauza faptului că vor exploda foarte repede.

Sunt bateriile cu litiu care sunt capabile să funcționeze la sarcini constante și mari: piesele de tehnologie îndrăgite de umanitate în stadiul actual sunt utilizate aproape continuu.

Există multe exemple de baterii litiu-ion care sunt stocate pentru perioade lungi de timp, fără a fi utilizate intens, fără a deteriora performanța utilizatorilor. De exemplu, vechi telefon mobil Cu Li Ion, o baterie care a stat într-o cutie de câțiva ani poate funcționa în continuare dacă bateria este bine încărcată. Desigur, în timp, capacitatea acestor elemente scade considerabil. Dar, din moment ce au o resursă de energie foarte puternică, nu este de mirare că caracteristicile lor le-au depășit de mult pe omologii lor alcalini populari.

Tipuri de baterii cu litiu

Pe lângă elementul principal (litiu), aceste baterii pot conține și alte substanțe chimice.

„Umplerea” unei celule cu litiu-ion poate conține:

• dioxid de mangan;
• oxid de cupru;
• dioxid de sulf;
• iod;
• disulfură de fier;
• compuși polifluorocarbonici;
• clorură de tionil.

Pentru utilizare pe scară largă, aceste diferențe electrochimice nu joacă un rol decisiv. Important este că oricare dintre acești compuși poate oferi performanță optimă sursă de energie electrochimică.

De asemenea, bateriile litiu-ion pot avea aspecte diferite, în funcție de designul și scopul utilizării lor. De exemplu, bateriile 18650 au forma obișnuită a carcasei sub formă de „cutii” metalice. Sunt utilizate pe scară largă în șurubelnițe și laptopuri. Există elemente dreptunghiulare care pot fi complet plate (sunt instalate în vederi moderne smartphone-uri și iPhone), și există și baterii gel-polimer realizate sub formă de pungi strălucitoare cu un nivel crescut de etanșare (se pot vedea la tablete și iPad-uri).

Tensiunea nominală a oricărei baterii litiu-ion, indiferent de compoziția sa, este de 3,7 volți.

Un pic despre litiu

Litiul în sine este un metal cu moliciune și ductilitate foarte ridicate. Acesta este ceea ce a făcut posibilă în cele din urmă producerea de elemente subțiri și ușoare, atât de ușor de utilizat și de mare putere.

Producția de baterii pe bază de litiu a început încă din anii 70 ai secolului XX. Se știe că primele experimente în astfel de producție au fost adesea pline de pericol - multe baterii au explodat, adesea din cauza supraîncălzirii sau a altor incidente asociate cu funcționarea necorespunzătoare. De-a lungul timpului, experții au învățat să producă baterii cu caracteristici îmbunătățite. Cu toate acestea, astfel de baterii trebuie totuși manipulate cu mare atenție.

Există un număr mare de fotografii și videoclipuri online în care amatorii de senzații tari au surprins momentele exploziei. telefoane mobile sau tablete. Repetarea unor astfel de experimente, desigur, nu este recomandată.

„Litiu sigur” sub formă de baterii fiabile și încăpătoare a fost obținut prin combinarea litiului cu electroliți organici solizi. Mai mult, ideea refuz complet dintr-un electrolit pe bază de apă a făcut posibilă obținerea celor mai încăpătoare și puternice modele. De exemplu, două baterii cu litiu de 3V înlocuiesc cu succes patru sau cinci baterii alcaline, ceea ce face funcționarea multor dispozitive de uz casnic mult mai ușoară. Desigur, reactivitatea chimică ridicată a litiului rămâne încă un potențial „amestec exploziv”. Mai ales în cazul unei atitudini neglijente față de astfel de baterii. Dar, în general, articolele sunt destul de sigure și încă foarte fiabile.

Rolul comisiei de protecție

Un rol important în prevenirea supraîncălzirii și aprinderii bateriei îl joacă placa de protecție încorporată în fiecare element. Previne scurtcircuitele, supradescărcarea și supraîncărcarea, dar cel mai important - posibila supraîncălzire. Desigur, toate celulele cu litiu de la producători de încredere și de încredere sunt echipate cu o astfel de placă pe care sunt amplasate terminalele celulei.

În fotografie: placă de protecție a bateriei litiu-ion.

Orice placă are un controler de încărcare-descărcare cu șase niveluri, care va deconecta întotdeauna bateria de la sarcină dacă este complet descărcată sau, dimpotrivă, dacă nivelul său de încărcare ajunge la 4,25 volți.

Cele mai bune baterii

Uneori se întreabă despre care baterii Li Ion sunt cele mai moderne. Recent, celulele cu litiu Ultimate de la Energizer au fost promovate pe scară largă drept cele mai bune baterii cu litiu ultima generatie. Au fost dezvoltate pentru aparate electrocasnice cu consum mare de energie ( lanterne puternice, aparate foto, jucării mari vorbitoare pentru copii). Agenții de publicitate susțin că Ultimate lithium nu este nici măcar o baterie, ci „celule care nu vor trebui niciodată reîncărcate” - datorită faptului că puterea lor durează mai mult de 12 ani.

• capacitatea de a rezista la schimbări mari de temperatură;
• se lucrează la cele mai scăzute temperaturi - -40-60°C;
• cel mai ușor dintre alți analogi de litiu;
• capacitate mare - 3000 A;
• se pretinde că durata lor de viață poate ajunge la 15 ani.

Fotografia arată o baterie cu litiu Ultimate.

Încărcare corectă

Cea mai sigură modalitate de a maximiza și îmbunătăți performanța acestora este încărcarea în două etape a bateriilor cu litiu. Numai în acest fel bateria poate fi încărcată complet și capacitatea sa poate fi folosită la maximum, fără a-i reduce potențialul pe o perioadă lungă de timp.

Cum să încărcați bateriile cu litiu în prima etapă? Doar cu curent continuu, care nu trebuie să depășească 0,2-0,5 C (unde C este capacitatea bateriei). Ca ultimă soluție, puteți accelera puțin procesul prin creșterea curentului la maximum 1,0 C. De exemplu, dacă capacitatea bateriei este de 3000 mAh, iar curentul inițial este de la 600 la 1500 miliamperi, curentul accelerat ar trebui să să fie în intervalul 1,5-3 amperi. Desigur, în acest caz, ar trebui utilizată o memorie cu opțiune de reglare a tensiunii. În termeni simpli, în stadiu inițial Dispozitivul de încărcare servește ca un stabilizator de curent clasic.

Este important să ne amintim că totul baterii cu litiu echipat cu o placă de protecție. Prin urmare, valoarea U „la ralanti” nu trebuie să depășească 7 volți. Înaltă tensiune poate distruge placa.

În timpul procesului de încărcare, trebuie să monitorizați constant tensiunea. Când se ridică la 4,2 volți, trebuie să știți că bateriile și-au umplut capacitatea cu aproximativ 80 la sută. Acum trebuie să treceți la o altă etapă de încărcare.

Al doilea (și ultimul) pas de încărcare ar trebui să fie efectuat folosind o U constantă, dar un nivel de curent în scădere. Încărcătorul menține U între 4,14-4,24 volți și reglează curentul, care devine treptat mai mic. Când indicatorul de curent scade la 0,05-0,01 C, încărcarea poate fi considerată finalizată. Rămâne de adăugat că bateriile „obțin” procentul lipsă din capacitatea lor, până la 100%, în timpul celei de-a doua etape.

Dacă de bună calitate, trebuie deconectat de la sursa de alimentare după finalizarea procesului de încărcare. Pentru celule cu litiu Supraîncărcarea este inacceptabilă, deoarece le poate determina să piardă un procent mai mare din capacitatea lor, care nu va mai fi reîncărcată. Ar trebui să scoateți bateriile de la încărcare la timp și să nu uitați de ele.

Măsuri de siguranță

După cum sa spus deja, supraîncălzirea nu trebuie permisă baterii litiu-ion , de exemplu, lăsând gadgeturi cu ele la soare sau în locuri unde este posibilă aprinderea. Nu ar trebui să deschideți singur o astfel de baterie și să încercați să le restaurați. - tehnica de recuperare a elementelor nu trebuie aplicată acestora. Ar trebui, de asemenea cumpărați baterii numai de la producători de încredere pentru a nu cumpăra baterii „arse”, cărora le poate lipsi o placă de protecție.

Funcționarea și încărcarea corespunzătoare va asigura că bateriile vor funcționa corect și nu își vor pierde capacitatea în timp.

Compania Time-1 vinde diverse baterii cu litiu de la producători de top baterii - Companie franceza SAFT, companie israeliană TADIRANși producător chinez

Baterii cu litiu SAFT, TADIRAN, MINAMOTO sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii: industriile spațiale și aviatice, medicină, industria militară și marină, alimentarea civilă, etc. Datorită fiabilității și calității excelente, bateriile cu litiu sunt apreciate de producătorii și instalatorii de sisteme de securitate și iluminat complex. Pe lângă vânzarea de baterii pentru tot felul de dispozitive electrice Compania noastra dispune de facilitati de productie care ne permit sa producem cele originale pe baza cerintelor individuale ale clientului, pe baza componentelor existente. baterii orice configuratie.

Puteți obține sfaturi profesionale de la managerii noștri sau puteți comanda bateriile necesare prin telefon sau ICQ (secțiunea „Contacte”).

Din istoria creării bateriilor cu litiu

Prima lucrare privind utilizarea litiului ca material anodic în sursele actuale a apărut la începutul secolului al XIX-lea, dar s-au dezvoltat cu adevărat în anii 1960. Au fost studiate surse de curent cu fază solidă (MnO2, CuO, I2, CFx, FeS2 și multe altele) și materiale catodice în fază lichidă (SO2 și SOCl2).

Celule cu litiuÎn prezent, într-o serie de domenii ale tehnologiei, ei concurează cu succes cu celule mai ieftine cu electrolit apos. Sunt folosite în ceasuri, aparate foto, calculatoare, pentru a proteja memoria circuite integrate, în instrumente de măsură și echipamente medicale, unde este necesară siguranță și stabilitate ridicată a tensiunii de funcționare pe mulți ani de funcționare.

Proiectat și puternic sursele curente, capabil să transmită impulsuri energie mare chiar si dupa 10-12 ani de depozitare.

Spre sigilare celule cu litiu sunt impuse cerințe sporite, deoarece trebuie exclusă nu numai posibilitatea scurgerii de electrolit, ci și pătrunderea aerului și a vaporilor de apă, ceea ce creează pericol de incendiu sau explozie a elementului. Reactivitatea ridicată a litiului și influența umidității aerului asupra stării electrozilor și electrolitului determină, de asemenea, dificultăți crescute în fabricarea elementelor, necesitatea de a efectua operațiuni tehnologice în unități etanșe cu atmosferă de argon și încăperi „uscate”.

Pilele cu litiu, cilindrice și disc, sunt produse la dimensiunile elementelor sistemelor electrochimice tradiționale. Prin urmare, trebuie să aveți grijă să nu faceți greșeli prin înlocuirea accidentală a elementelor cu o tensiune de funcționare de 1,5 V cu altele cu litiu, a căror tensiune este mult mai mare. Multe companii caută adesea să reducă acest pericol și furnizează elemente cu cabluri sudate nestandard sub formă de petale plate, știfturi axiale în formă de ac pentru lipirea elementelor în circuit etc.

Surse de curent bazate pe sistemul litiu/clorură de tionil (Li/SOСl2).

Elementele sunt operaționale în intervalul de temperatură de la -60 la + 85 °C, unele până la +130 °C. Designul celulelor Li/SOСl2 este similar cu cel al celulelor Li/SO2, dar clorura de tionil este mult mai agresivă decât alți electroliți, astfel încât asigurarea siguranței lor la incendiu și explozie a necesitat un efort mare atât din partea dezvoltatorilor, cât și a tehnologilor.

O analiză a mecanismelor care pot duce la explozii ale celulelor Li/SOСl2 arată că siguranța de funcționare a acestor surse de curent este determinată de raportul dintre capacitățile electrodului, concentrația de electroliți, separatoarele utilizate și mulți alți factori. Cele mai potențial periculoase sunt supradescărcările la densități mari de curent. Exploziile pot fi cauzate de dendritele de litiu rezultate și litiul fin dispersat, care este eliberat la catod și poate, în prezența cărbunelui, să intre într-o reacție chimică cu electrolitul, eliberând o cantitate mare de căldură. Elementele limitate de anod sunt destul de stabile în timpul supradescărcării: fiind inversate, pot menține o tensiune stabilă (la nivelul de -1 V) foarte mult timp fără nicio consecință. Elementele limitate de catozi rezistă mult mai rău la inversarea polarității. Depresurizarea are loc mult mai devreme: cu supradescărcare de până la câteva grade Celsius și cu cât este mai rapidă, cu atât densitatea curentului este mai mare.

La temperaturi scăzute (aproximativ -50 °C), elementele produc o capacitate de câteva ori mai mică decât cea nominală. Dacă elementele sunt apoi transferate într-o încăpere caldă, descărcarea continuă și poate apărea o încălzire semnificativă din cauza descompunerii produselor intermediare de reacție până la punctul de explozie.

Pentru a crește siguranța în exploatare, elementele pot fi echipate cu supape de urgență pentru eliberarea gazului, sigurante, întrerupătoare termice.

La proiectarea bateriilor din celule, se recomandă utilizarea unui extern protectie cu dioda fiecare dintre ele, dar trebuie amintit că ar trebui să funcționeze numai atunci când este descărcat. În timpul depozitării pe termen lung, curenții inversi de la diodele nedeconectate pot duce la epuizarea completă a capacității celulei.

Durata de valabilitate a elementelor sistemului Li/SOСl2 este de până la 10 ani, cu o auto-descărcare de 1,5-2% pe an la 20 °C. În timpul depozitării pe termen lung a acestor elemente, poate apărea o scădere a tensiunii, care este apoi restabilită lent (peste câteva minute) la tensiunea de funcționare. Adâncimea și durata căderii inițiale de tensiune cresc la temperaturi mai scăzute.