Плюсы и минусы литий-полимерного аккумулятора

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 пе­ре­счи­тать 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 ста­ло 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

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


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.