Літій-полімерний акумулятор: відміну від іонного, термін служби, пристрій. Li-pol або Li-ion: який краще

Зростання споживчого інтересу до мобільних гаджетів і технологічною портативної техніки в цілому змушує виробників удосконалювати свою продукцію в самих різних напрямках. При цьому існує цілий ряд загальних параметрів, робота над якими ведеться в одному руслі. До таких можна віднести спосіб енергозабезпечення. Всього кілька років тому активні учасники ринку могли спостерігати процес витіснення нікель-кадмієвих акумуляторів NiCd більш досконалими елементами нікель-металлгидридного походження NiMH. Сьогодні ж ведуть суперництво між собою вже нові генерації батарей. Широко поширену літій-іонну технологію в деяких сегментах успішно витісняє літій-полімерний акумулятор. Відміну від іонного в новому блоці не так помітно для рядового користувача, але в деяких аспектах воно істотно. При цьому, як і у випадку конкуренції елементів NiCd і NiMH, що заміщає технологія далеко не бездоганна і по деяких показниками поступається аналогу.

Пристрій акумулятора Li-ion

Перші моделі серійних акумуляторів на основі літію стали з'являтися ще на початку 1990 років. Однак в якості активного електроліту тоді використовувався кобальт і марганець. У сучасних же літій-іонних батареях важливо не стільки речовина, скільки конфігурація його розміщення в блоці. Такі акумулятори складаються з електродів, які поділяються з сепаратором порами. Маса сепаратора, в свою чергу, як раз і просочується електролітом. Що стосується електродів, то їх є катодна основа на алюмінієвій фользі і мідний анод. Всередині блоку катод і анод з'єднуються між собою клемами-токосъемникам. Обслуговування заряду виконує позитивний заряд іон літію. Цей матеріал вигідний тим, що має здатність легко проникати в кристалічні решітки інших речовин, формуючи хімічні зв'язки. Втім, позитивних якостей таких батарей все частіше виявляється недостатньо для сучасних завдань, що і зумовило появу елементів Li-pol, які мають чимало особливостей. В цілому ж варто відзначити і схожість літій-іонних джерел живлення з гелієвими повноформатними АКБ для автомобілів. В обох випадках батареї розробляються з розрахунком на фізичну практичність у використанні. Почасти це напрям розвитку продовжили і полімерні елементи.

Пристрій літій-полімерного акумулятора

Поштовхом для вдосконалення літієвих акумуляторів стала необхідність боротьби з двома недоліками існуючих батарей Li-ion. По-перше, вони небезпечні в експлуатації, а по-друге, досить дорого обходяться за ціною. Позбавлятися від даних мінусів технологи вирішили шляхом зміни електроліту. У результаті на зміну просякнутих пористому сепаратору прийшов полімерний електроліт. Треба зазначити, що полімер і раніше використовувався в електротехнічних потреби в якості пластикової плівки, що проводить струм. У сучасній батареї товщина елемента Li-pol досягає 1 мм, що також знімає з розробників обмеження по використанню різних форм і розмірів. Але головне полягає у відсутності рідкого електроліту, завдяки чому виключається ризик займання. Тепер варто докладніше розглянути відмінності від літій-іонних елементів.

У чому головна відмінність від іонної батареї?

Принципова відмінність полягає у відмові від гелієвих і рідинних електролітів. Для більш повного розуміння цієї різниці варто звернутися до сучасним моделям автомобільних акумуляторів. Потреба в заміні рідкого електроліту була обумовлена, знову ж таки, інтересами безпеки. Але якщо у випадку з автомобільними АКБ прогрес зупинився на тих же пористих електролітах з просоченням, то літієві моделі отримали повноцінну тверду основу. Чим же такий хороший твердотільний літій-полімерний акумулятор? Відміну від іонного полягає в тому, що активна речовина у вигляді пластини в зоні контакту з літієм перешкоджає формуванню дендритів при циклировании. Саме цей фактор виключає ймовірність вибухів і займань таких батарей. Це лише те, що стосується переваг, але також є і слабкі місця в нових елементів живлення.

Термін служби літій-полімерного акумулятора

У середньому такі акумулятори витримують близько 800-900 циклів зарядки. Даний показник є скромними на тлі сучасних аналогів, але навіть не цей фактор можна розглядати як визначальний ресурс елемента. Справа в тому, що такі акумулятори схильні інтенсивному старінню незалежно від характеру експлуатації. Тобто навіть якщо батарея зовсім не використовується, її ресурс буде скорочуватися. Причому не має значення, це літій-іонний акумулятор або літій-полімерний елемент. Усі джерела живлення, що базуються на літієвої основі, характеризуються даним процесом. Істотну втрату в обсязі можна помітити вже через рік після придбання. Через 2-3 деякі батареї і зовсім виходять з ладу. Але багато залежить від виробника, оскільки всередині сегмента теж є відмінності в якості виконання акумулятора. Аналогічні проблеми притаманні й елементів NiMH, які піддаються старінню при різких температурних коливаннях.

Недоліки

Крім проблем з швидким старінням, такі акумулятори потребують додаткової системи захисту. Пов'язано це з тим, що внутрішнє напруження на різних ділянках може призвести до перегорання. Тому використовується особлива схема стабілізації, що запобігає перегрівання і перезаряды. Ця ж система спричиняє й інші недоліки. Головним з них є обмеження струму. Але, з іншого боку, додаткові захисні схеми роблять безпечніше літій-полімерний акумулятор. Відміну від іонного в плані вартості теж має місце. Полімерні батареї коштують дешевше, але ненабагато. Їх вартість також підвищується через впровадження електронних захисних схем.

Експлуатаційні особливості гелеобразних модифікацій

З метою підвищення електропровідності в полімерні елементи технологи все ж додають гелеподібний електроліт. Про повний перехід на такі речовини не йдеться, оскільки це суперечить концепції даної технології. Але в портативній техніці часто використовують саме гібридні елементи живлення. Їх особливість полягає в чутливості до температурі. Виробники рекомендують використовувати такі моделі батарей в умовах від 60 °C до 100 °C. Це вимога визначило особливу нішу застосування. Використовувати гелевидні моделі можна лише в місцях з жарким кліматом, не кажучи про необхідність занурення в теплоізольований корпус. Тим не менш питання про те, який вибрати акумулятор – Li-pol або Li-ion, - не так гостро стоїть на підприємствах. Там, де особливий вплив має температура, часто застосовуються комбіновані рішення. Полімерні елементи в таких випадках зазвичай використовують в якості резервних.

Оптимальний метод зарядки

Звичайний час заповнення заряду у літієвих акумуляторів становить в середньому 3 ч. Причому в процесі зарядки блок залишається холодним. Наповнення відбувається в два етапи. На першому напруга досягає пікових величин, і такий режим підтримується до набору 70%. Решта 30% набираються вже в умовах нормального напруги. Цікавим є й інше питання – як заряджати літій-полімерний акумулятор, якщо потрібно в постійному режимі підтримувати його повний обсяг? У такому разі слід дотримуватися графік заряджань. Цю процедуру рекомендується проводити приблизно кожні 500 год експлуатації з повною розрядкою.

Запобіжні заходи

У процесі експлуатації слід застосовувати тільки за характеристиками зарядний прилад, підключаючи його до мережі зі стабільним напругою. Також необхідно перевіряти стан роз'ємів, щоб не відбулося розмикання акумулятора. Важливо враховувати, що, незважаючи на високий ступінь безпеки, це все ж чутливий до перевантажень тип акумулятора. Літій-полімерний елемент не терпить перевищення показників струму, надмірного охолодження зовнішнього середовища і механічних ударів. Втім, за всім цим показника полімерні блоки все ж таки більш надійні, ніж літій-іонні. І все-таки головний аспект безпеки полягає у нешкідливості твердотільних джерел живлення – зрозуміло, за умови підтримання їх герметичності.

Який акумулятор краще – Li-pol або Li-ion?

Дане питання більшою мірою визначається умовами експлуатації і цільовим об'єктом енергопостачання. Основні переваги полімерних пристроїв швидше відчутні для самих виробників, які можуть вільніше використовувати нові технології. Для користувача різниця буде малопомітний. Наприклад, в питанні про те, як заряджати літій-полімерний акумулятор, власнику доведеться більше уваги приділяти якості джерела енергопостачання. З часу заряду це ідентичні елементи. Що стосується довговічності, то в цьому параметрі теж ситуація неоднозначна. Ефект старіння більшою мірою характеризує полімерні елементи, але практика показує різні приклади. Приміром, є відгуки про літій-іонних елементів, які стають непридатними вже через рік користування. А полімерні у деяких апаратах експлуатуються по 6-7 років.

Висновок

Навколо акумуляторів як і раніше зберігається безліч міфів і помилкових суджень, які стосуються різних нюансів експлуатації. І навпаки, деякі особливості батарей замовчуються виробниками. Що стосується міфів, то один з них спростовує літій-полімерний акумулятор. Відміну від іонного аналога полягає в тому, що полімерні моделі відчувають менше внутрішніх навантажень. З цієї причини сеанси зарядки ще не сіли акумуляторів не роблять шкідливого впливу на характеристики електродів. Якщо ж говорити про приховуваних виробниками факти, то один з них стосується довговічності. Як вже говорилося, ресурс акумуляторів характеризується не тільки скромним показником циклів зарядки, а й неминучою втратою корисного об'єму елемента живлення.