Плюсы и минусы литий-полимерного аккумулятора

19 Фев 2013

Плюсы и минусы литий-полимерного аккумулятора

Когда речь заходит об аккумуляторах, хотелось бы, чтобы они как мож­но дольше работали без подзарядки. На первый взгляд, научно-тех­ни­че­скому прогрессу это вполне по силам. Но, правды ради, его дости­же­ния можно перечислить по пальцам. Никель-кадмиевый аккумулятор, никель-металл-гидридный, литий-ионный — вот и все успехи, ка­са­ю­щи­е­ся разности потенциалов на полюсах контактов, погруженных в элек­т­ро­лит. Как результат, обидно малая емкость батарей, питающих пор­та­тив­ную технику.

Курс на ультраминиатюризацию последних лет дал новый импульс ис­сле­до­ва­ни­ям и раз­ра­бот­кам в области автономных источников питания. Одним из достижений стала дальнейшее усовершенствование литий-ионных батарей в сторону замены элек­тро­ли­та желейной массой. Так появились литий-полимерные ак­ку­му­ля­то­ры. Прежде, чем мы попытаемся проанали­зи­ро­вать их достоинства и недостатки, хотелось бы сделать небольшое отступление.

Зависимость ёмкости литий-полимерного аккумулятора от его веса
Зависимость ёмкости литий-полимерного аккумулятора от его веса

В силу замечательного соотношения ёмкости и веса литий-полимерных ис­точ­ни­ков тока, они сразу нашли свое при­ме­нение в нише радиоуправляемых мо­де­лей — забаве взрослых и детей. Слово «модель» имеет и другое (фи­ло­соф­ское) значение. Человеку свойственно двигаться к цели методом проб и ошибок, и не­отъемлемая часть это­го процесса — моделирование. То, что сегодня реализовано в детский игрушках (или по другому — во взрослых фантазиях) завтра станет эквивалентом другой реальности.

Вопросы эксплуатации: зарядка, раскачка, балансировка

Итак, рассмотрим радиоуправляемые игрушки, как полигон, на котором обкатываются новые технологии хра­не­ния электрического заряда. Отметим преимущества и недостатки литий-полимерных аккумуляторов, нако­пив­ши­еся в процессе их эксплуатации.

erollLi-Pol батарея требует особого режима зарядки. Время, ког­да ее можно было просто подключить к первому по­пав­ше­му­ся источнику тока не только безвозвратно прошло, но, по большому счету, и не начиналось.

Еще один фактор, связанный с восстановлением кондиций батареи – балансировка. Это означает, что батарея по­сле­до­ва­тель­но включенных элементов питания заряжается не чо­хом. Каждому элементу уделяется особое внимание: мо­ни­то­рит­ся ток зарядки и готовность элемента принять его.

Несоблюдение этих правил приведет к ухудшению характеристик аккумулятора, в крайнем и самом неприятном случае – к взрыву или возгоранию. Неплохой иллюстрацией к этому служит отчет Федерального управления гражданской авиации США об инцидентах с батареями.

Последнее замечание – весомый аргумент к тому, что не оставлять без присмотра литий-полимерный ак­ку­му­ля­тор. Естественный нагрев может стать миной замедленного действия, если устройство расположить в непро­вет­ри­ва­е­мом, теплом или закрытом месте. К счастью, батарея приходит в готовность к новому циклу эксплуатации достаточно быстро. Это несомненный плюс для устройств с таким электрохимическим процессом.

Еще одно следствие, связанное с нагревом в процессе заряда, – необходимость охлаждения аккумулятора перед началом эксплуатации. Дать остыть до температуры окружающей среды – это не только хороший тон, но и удо­воль­ствие от батареи в процессе работы, которое увеличивается пропорционально времени остывания :)

Игрушечный вертолет в разборе перед ремонтомПо большому счету Li-Pol аккумулятор – лакомство для ис­ку­шён­ных. Он не «любит» полного разряда, ему не «нра­вит­ся» длительное время нахождения под напряжением, когда, по сути, зарядка уже состоялась. Так называемая «пере­за­ряд­ка» неимоверное зло для него. При первых признаках то­го, что батарея начинает «садится», стоит прервать ее ис­поль­зо­ва­ние, отключить, дать остыть и только затем по­ста­вить ее заряжаться.

Наивно предполагать, что использование литий-по­ли­мер­ных батарей не влечёт за собой никаких обязательств. Но уж точно среди них нет того, что называется «раскачкой» ак­ку­му­ля­тора. Под этим процессом понимается несколько цик­лов полной разрядки с последующей полной зарядкой. Если для батарей с NiCd и/или NiMH гальваникой такие трю­ки были оправданы, то Li-Pol процесс только ухудшится после подобного «улучшения».

Будущее литиевых аккумуляторов

Батарея – это дело не «будущего завтра», а «сегодняшнего вечера», потому что в исследовательских ла­бо­ра­то­ри­ях неустанно ведется поиск новых технологий хранения электричества.

Компания SolidEnergy анонсировала компактный литий-металлический аккумулятор с полимерно-ионной жидкостью (Polymer Ionic Liquid, PiL)
Компания SolidEnergy анонсировала литий-металлический аккумулятор
 Polymer Ionic Liquid — полимерно-ионной жидкостью

Кроме литиевого компонента кар­ди­наль­ное улучшение может наступить при использовании пористых наночастиц кремния. Резко увеличивается ко­ли­че­ство циклов перезарядки, растет емкость аккумуляторов, существенно уменьшается время их зарядки. И если производство пористых структур пока еще далеко не индустриальное, совершенно очевидно, что функ­ци­о­наль­ность и жизненный цикл новой электрохимии обеспечит работу не только смартфонов, планшетов и игрушечных машинок, но и настоящих автомобилей.

Необходимым условием успешной эксплуатации электрохимических источников энергии является расширение функциональности и интеллектуализация применяемых контроллеров. В их обязанности входят: стабилизация напряжений и токов посредством высокоточных широтно-импульсных модуляторов, мониторинг электрических и температурных режимов батареи, аварийное отключение.

Игрушки на боевом дежурстве

Пока настоящие электромобили далеки от совершенства, игрушечные вертолеты превращаются из забавы для са­мых маленьких в серьезное оружие для военных. В начале нашей статьи говорилось о том, моделирование для де­тей скрывает потаенные чаяния взрослых. Но, как известно, то, что безмолвствует в первой части произведения — стреляет в третьей.

Мы специально оставили для заключительной третьей главы сюжет о недетском использовании игрушек. Не бу­дем пересказывать устройство крошечного беспилотника весом всего лишь 16 граммов. Лучше нас об этом по­вест­вует Хабра. Отметим лишь — до подзарядки боевой вертолет может летать почти 30 минут, что не­ре­аль­но без клас­сных литий-полимерных аккумуляторов.