літієві батарейки

1. Основні особливості
2. Електрохімічні системи літієвих АКБ
3. Акумулятори на базі Li / CuO (літій / оксид міді)
4. АКБ на основі Li / SO2 (літій / діоксид сірки)
5. Батарейки на базі Li / I2 (літій / йод)
6. Акумуляторні батареї Li / FeS2 (літій / дисульфид заліза)
7. Акумуляторні елементи літій / поліфторуглерод
8. Акумуляторні батареї Li / SOCl2 (літій / тіонілхлорид)
9. розміри батарейок
10. Область застосування
11. маркування
12. Переваги та недоліки літієвих батарей
13. переваги
14. недоліки

Наша сеть партнеров Banwar

Літієві батарейки використовуються в багатьох сучасних пристроях. Це комп'ютерна та фототехніка, материнські плати і т. П. На сьогоднішній день можна зустріти кілька видів і типорозмірів літієвих АКБ. Як і інші типи акумуляторів, літієві мають свої плюси і мінуси. Детально про них буде сказано в статті нижче. Зараз досить сказати, що їх переваги дозволили широко поширитися цим батареям в різній споживчій електроніці. Вони зайняли деякі ніші на ринку, які раніше займали нікель─кадміевие і нікель─металлогідрідние акумулятори. У цьому матеріалі пропонуємо поговорити про батарейках літієвого типу, їх особливості, характеристики, різновиди, маркування і т. П.

Зміст статті

Основні особливості

Свого часу для створення електрохімічних джерел струму з великою енергетичною щільністю вченим довелося відмовитися від використання в них водного електроліту. Дослідження велися в різних напрямках, але найуспішнішими стали літієві батарейки з твердим і органічним електролітом. Розробки почалися ще на початку XX століття, а в активну фазу вони перейшли в 60-і роки минулого століття. Фахівці пропонували в якості катодних матеріалів MnO2, FeS2, CuO, CFx, I2 (твердофазні) і SO2, SOCl2 (Рідкофазний) з'єднання. Можете докладніше прочитати про літієві акумулятори за вказаним URL.

Літієві акумуляторні елементи в деяких нішах складають конкуренцію АКБ, що використовують водний електроліт. Виробники різної електроніки використовують літієві АКБ в тих випадках, коли необхідно постійне робоче напруга і стабільна робота протягом довгого часу. Серед Li батарейок можна зустріти моделі, які здатні віддавати високий розрядний струм. Але це, швидше, виняток. В основному літієві акумулятори застосовуються там, де потрібні низькі і середні розрядні струми.

Одне з основних вимог безпеки до літієві типу батарейок - це надійна герметизація. Потрібно повністю виключити ймовірність витоку електроліту і попадання в акумулятор елементів з навколишнього середовища. Розгерметизація може стати причиною пожежі через високу активність літію. Навіть якщо цього не відбудеться, розгерметизувався батарейка непридатна для подальшого використання. Виробництво таких АКБ ведеться в приміщення з контролем вологості і в герметичних боксах з аргоновой атмосферою.

Форма літієвих акумуляторних елементів може бути дискової, циліндричної, призматичної. Розміри в більшості випадків відповідають габаритам інших електрохімічних джерел струму. У зв'язку з цим потрібно звертати увагу на робоче напругу, яка у літієвих батарей, як правило, вище за інших типів АКБ. Щоб виключити плутанину, деякі виробники оснащують літієві елементи нестандартними висновками для підключення.

У таблиці нижче можна подивитися параметри різних літієвих акумуляторних елементів.

Характеристики акумуляторних батарей Li / MnO2 Li / SO2 Li / SOCl2 Li / CFx Li / CuO Li / I2 Характеристики акумуляторних батарей Li / MnO2 Li / SO2 Li / SOCl2 Li / CFx Li / CuO Li / I2 Робоча напруга, В 3,0 2 , 6-2,9 3,3-3,5 - 1,2-1,5 - Кінцеве напруга, В 2,0 2,2 2,2 2,0 0,9-1,0 2,2 напруга розімкненого ланцюги, В 3,5 3,0 3,67 3,3 1,6 2,8 Вагова питома енергія, Втч / кг до 250 300-340 до 600 250 300 - Об'ємна питома енергія, Втч / кг 500 500-560 до 1100 600 600 до 1000 Діапазон робочих температур, С від -20 до +55 від -60 до +70 від -50 до +70 (до +130) від -20 до +60 від -10 до +70 від -10 до + 60 Саморозряд, відсотків на рік 2-2,5 1-2 1,5-2 1-2 1-2 1

У наступному розділі вони розглядаються докладніше.

Електрохімічні системи літієвих АКБ

Батареї на основі Li / MnO2 (літій / діоксид марганцю)

Цей тип елементів з літієм був розроблений одним з перших. При позначенні літієвих батарей в маркуванні використовуються символи «CR».

Літієва батарейка Li / MnO2

Усередині цієї електрохімічної системи протікає наступна реакція:

Li + Mn + 4O2 → Mn + 3O2 (Li +)

Згідно реакції, діоксид марганцю при взаємодії з літієм відновлюється до тривалентного стану з четирехвалентного. При цьому іони літію впроваджуються в кристалічну решітку оксиду. В якості електроліту в цих системах використовується перхлорат літію, який знаходиться в органічному розчиннику. Напруга розімкненого ланцюга акумуляторної батареї літій / діоксид марганцю становить 3,5, а номінал 3 вольта. Кінцева напруга дорівнює 2 вольта. Ці батареї зберігають працездатність в інтервалі температур від -20 до +55 градусів Цельсія. Зберігається батарейка Li / MnO2 до десяти років, якщо саморазряд не перевищує 2,5%.
Цей тип батарейок часто можна зустріти в материнських платах і годиннику в дисковому форм-факторі ( «таблетка»).

Додатково можете прочитати докладну статтю про літій-іонні акумулятори .

Акумулятори на базі Li / CuO (літій / оксид міді)

Li / CuO батареї мають робочу напругу, яке можна порівняти з марганцево-цинковими елементами лужного типу. При цьому енергетична щільність у літієвих в три рази більше.
Розряд цього типу батарейок описується наступними реакціями:

2Li + CuO → Li2O + Cu

CuO → Cu2O → Cu

Інтервал робочої напруги становить від 1,2 до 1,5 вольта і залежить розрядного струму. На розімкнутої АКБ напруга дорівнює 2,5 вольта. Акумуляторні елементи літій / оксид міді зберігають працездатність при температурах від -10 до +70 градусів Цельсія. Батареї зберігаються до 10 років (при 20 градусах за Цельсієм). Джерела струму на основі Li / CuO мало поширені на ринку.

АКБ на основі Li / SO2 (літій / діоксид сірки)

Різновид батарей на основі літій / діоксид сірки має рідиннофазної матеріал катода. Ці АКБ досить добре вивчені і широко застосовуються в народному господарстві. Роль катода в їхньому випадку виконує графіт з сажею плюс пластифікатор. Суміш цих елементів наноситься на метал. В якості електроліту використовує діоксид сірки SO2 з деякими добавками. Об'ємна частка самого оксиду сірки становить 70─75 відсотків. Додаткові добавки в електроліті забезпечують необхідну електропровідність.

Літієва батарейка Li / SO2

В акумуляторному елементі літій / діоксид сірки при розряді протікає наступна електрохімічна реакція:

2Li + 2SO2 → Li2S2O4

Напруга при розімкнутому ланцюзі становить 3 вольта, робоче від 2,6 до 2,9. Робоча температура становить від -60 до +70 градусів Цельсія. До плюсів Li / SO2 варто віднести високу питому потужність. Серед недоліків батарейок літій / діоксид сірки фахівці відзначають серйозне внутрішнє тиск, а також сильний розігрів в разі короткого замикання. З цієї причини, конструкція таких акумуляторів включає запобіжник для скидання надлишкового тиску. Він спрацьовує при нагріванні батарейки до 100 градусів за Цельсієм.

Акумуляторні елементи цього типу випускаються циліндричної конструкції. Вона має на увазі наявність літієвого анода по периферії і вугільного катода в центрі. Така збірка забезпечує високі електричні характеристики АКБ. Зберігатися акумулятори Li / SO2 можуть до десяти років при саморозряд 1─2 відсотка в рік (дані за 20 Цельсія).

Батарейки на базі Li / I2 (літій / йод)

У цих акумуляторних елементах рідкий електроліт відсутня, як і сепаратор.

Усередині батарейок Li / I2 йде наступна реакція:

2Li + I2 → 2LiI

Катод з вмістом йоду взаємодіє з літієм, в результаті чого утворюється йодид літію LiI. Це тверда речовина, яке одночасно виступає в ролі електроліту і сепаратора, розділяючи активні речовини.

Напруга розімкненого ланцюга Li / I2 батарейки дорівнює 2,8 вольта. Його величина залежить від опору шару LiI. Ця речовина накопичується в просторі між електродами. Цей процес супроводжується лінійним зниженням напруги до 2,2 вольта. Причому воно різко падає, коли запас I добігає кінця.

Акумулятори цього типу можуть зберігатися від 10 до 15 років при величині саморозряд 10 відсотків за весь цей час. Процес саморазряд в цьому випадку обумовлений взаємодією йоду і літію. Це відбувається в результаті дифузія I через шар LiI. Величина саморазряда багато в чому визначається товщиною цього шару. Цим пояснюється активне проходження саморазряда на самому початку зберігання.

Літієві батарейки літій / йод не виділяють газ в процесі роботи. Тому обсяг АКБ зберігається постійним у процес експлуатації. Крім того, вони досить стійкі до порушень правил використання. Ці батарейки знайшли застосування в тих областях, де потрібна висока надійність роботи. Зокрема, це акумулятори для живлення кардіостимуляторів в медицині. Працездатність АКБ літій / йод зберігається при температурах від -10 до +60 за Цельсієм.

Акумуляторні батареї Li / FeS2 (літій / дисульфид заліза)

Ці елементи стоять досить дорого, але завдяки деяким переваг, вони затребувані на ринку.

Літієва батарейка Li / FeS2

При розряді в акумуляторах Li / FeS2 протікає наступна реакція:

4Li + FeS2 → 2Li2S + Fe

Цікавою особливістю є збереження працездатності системи Li / FeS2 при -40 за Цельсієм. Це під силу тільки батареям з катодами в рідкому вигляді. Батарейки Li / FeS2 мають стабільні характеристики при роботі зі споживачами, які вимагають великої потужності.

Акумулятори літій / дисульфид заліза мають в своїй конструкції захист по струму. При безперервному споживанні вона становить 2 ампер (форм-фактор АА). Крім того, є запобіжник, що відключає навантаження при температурі елемента 85─95 градусів Цельсія. Якщо батарейка розігрівається до 130─160 градусів, то відкривається клапан для скидання тиску.

Акумуляторні елементи літій / поліфторуглерод

Вартість цих батарейок вище Li / MnO2. Але вони мають більш широкий діапазон робочих температур. З цієї причини вони застосовуються в різних пристроях, що зазнають нагрівання в процесі роботи.
Реакція всередині цих акумуляторів описується наступним рівнянням:

nLi + (CFx) n → nLiFx + nC

Напруга елемента без навантаження одно 3,2─3,3 вольта. Кінцева напруга близько 2 вольт. Інтервал робочих температур від -40 до +85 градусів. При зберіганні протягом 10 років ці батарейки втрачають приблизно 1/5 від номінальної ємності.
Перші комерційні зразки батарейок літій / поліфторуглерод були випущені 25─30 років тому. Головне застосування вони знаходять в різній портативній електроніці. При негативних температурах і високому розрядному струмі вони програють за показниками акумуляторів типу Li / MnO2. У порівнянні з Li / I2 акумуляторні елементи Li / CFx мають більш високу потужність. Тому їх також використовують в медичних кардіостимуляторах і дефібрилятора.

Акумуляторні батареї Li / SOCl2 (літій / тіонілхлорид)

Ці акумуляторні системи мають рідиннофазної катод і найвищі питомі електричні параметри серед літієвих батарей.

Літієва батарейка Li / SOCl2

У них протікає наступна реакція:

4Li + 2SOCl2 → 4LiCl + SO2 + S

Істотна частка SO2 розчиняється в електроліті без зміни тиску в корпусі батарейки. Напруга без навантаження одно 3,67, при роботі 3,3─3,5 вольта. На величину напруги сильно впливає розрядний струм.

Робоча температура становить від -60 до + 85─130 градусів Цельсія. За конструкцією акумуляторні батареї Li / SOCl2 близькі до Li / SO2. Електроліт тіонілхлорид - це агресивне речовина. Тому конструкція батарей розроблялася з урахуванням підвищених вимог до пожежної та вибухобезпеки. Акумулятори літій / тіонілхлорид зберігаються до десяти років. Саморозряд при цьому становить до 2 відсотків на рік (дані при 20 градусах Цельсія). При зниженні температури до -50 сильно падає ємність батарейки (в кілька разів).

Якщо елемент з холоду перенести в тепле місце, то всередині буде тривати процес розряду. За рахунок того, що розкладаються проміжні продукти реакції, може бути сильний розігрів і навіть вибух. Тому для забезпечення безпеки Li / SOCl2 мають аварійний клапан для скидання тиску, плавкі запобіжники, Термовимикачі.

розміри батарейок

Як вже говорилося вище, літієві батарейки випускаються відповідно до поширеними типорозмірами. Є, наприклад, літієві пальчикові батарейки. Форма елементів може бути циліндричної, призматичної і дискової. Нижче наведена таблиця з елементами живлення за класифікацією, прийнятою в США.

Назва Напруга, В Висота, мм Діаметр, мм Назва Напруга, В Висота, мм Діаметр, мм AAA 1,5 44,5 10,5 AA 1,5 50,5 14,5 C 1,5 50,0 26,2 D 1,5 61,5 34,2 PP3 9,0 48,5 26,5

Крім позначень, наведених у таблиці, є ще сленгові назви цих батарейок:

• AAA - «мізинчикові»;
• AA - «пальчикові»;
• C - «дюймовочка»;
• D - «бочка»;
• PP3 - «крона».

На зображеннях нижче ви можете подивитися фотографії цих батарейок.

AAA

AA

C

Крім того, ще існує велика кількість дискових літієвих батарей різних форм-факторів.

D

PP3

Область застосування

Літієві батарейки мають досить тривалий термін експлуатації в порівнянні з іншими видами. Найчастіше вони використовуються в різних пристроях, які мають істотне споживання енергії. Нижче перераховані деякі з них:

• фототехніка;
• Комп'ютери;
• Медичне обладнання;
• іграшки;
• Військова промисловість;
• авіація;
• Космічна галузь.

маркування

Правила маркування батарейок розробляє, встановлює і контролює організація IEC. Це міжнародна електротехнічна комісія. Відповідно до їхніх вимог, на корпусі елемента повинні бути вказані:

• склад;
• енергоємність;
• Розмір;
• клас;
• Напруга.

На зображенні нижче приведена маркування батарейки.

Для розшифровки вам знадобляться наступні дві таблиці:

Таблиця літерних позначень різних елементів.

Маркування Тип батарейки Маркування Тип батарейки R Солевая LR Лужна SR Срібна CR Литієва PR Повітряно-цинкова

Маркування типорозміру батарейок.

Типорозмір Маркування Типорозмір Маркування D 20 C 14 AA 6 AAA 03 PP3 6/22

Використовуючи ці дані можна розшифрувати маркування батарейки на зображенні. LR6 - означає, що це лужне батарейка типорозміру AA. Номінальна напруга становить 1,5 вольта.

Переваги та недоліки літієвих батарей

переваги

• Висока енергоємність;
• Стабільність характеристик при різній величині розрядного струму;
• Тривалий термін експлуатації;
• Постійна напруга;
• Невеликі габарити і вага;
• Досить широкий діапазон робочих температур.

недоліки

• Вартість вище, ніж у інших видів елементів;
• При порушенні правил експлуатації та цілісності можуть займатися.

На закінчення варто сказати пару слів про безпеку. Потрібно чітко розуміти, що літієві батарейки та акумулятори, являють собою різні джерела струму. Якщо акумулятор працює певна кількість циклів, то батарейки є первинними джерелами струму. Вони призначені для одноразового використання. Не намагайтеся відкрити літієві батарейки і проводити якісь заходи по їх відновленню. Це не АКБ і відновленню вони не підлягають. При цьому на ринку є і акумулятори зазначених вище типорозмірів. Наприклад, AA. Так, що будете уважні при покупці, вивчайте маркування.

Якщо матеріал був для вас корисний, робіть репост в соціальних мережах. Голосуйте в опитуванні нижче і оцінюйте статтю! Виправлення і доповнення до статті залишайте в коментарях.