Основные преимущества литиевых аккумуляторов

Первый литиевый аккумулятор разработала корпорация Sony еще в 1991 году. С тех пор их производство было значительно расширено в связи с возросшими рыночными потребностями.

Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP) — тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий-ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода, обладают рядом уникальных преимуществ, как по сравнению с уже устаревшими типами литий-ионных АКБ, так и с современными свинцово-кислотными аккумуляторами.

Аккумуляторы отличаются не только большой емкостью, но и быстротой зарядки. Всего за 15 минут можно полностью зарядить аккумулятор. Идея Li-Fe аккумулятора заключается в активизации литиево-ионного обмена между электродами. С помощью наночастиц удалось развить обменную поверхность электродов и получить более интенсивный ионный поток. Чтобы исключить слишком сильное нагревание и возможный взрыв электродов, авторы разработки применили в катодах вместо лития/оксида кобальта литий/фосфат железа. Недостаточная электропроводность нового материала компенсируется введением наночастиц алюминия, марганца или титана.

Главные преимущества:

• Сверхбыстрый заряд
• Безопасный прочный корпус, в отличие от оболочек Li-Po аккумуляторов
• Выход с высоким КПД: стандартный разряд: 2-5C, непрерывный сильноточный разряд: 10С, мгновенный импульсный разряд (10с): 20C
• Высокой температурой (до 160 ℃ после разряда)
• Безопасны в процессе эксплуатации, практически невоспламеняемы, невзрывоопасны в случае неправильного обращения.

Обладают длительным сроком службы. Батарея, находившаяся в рабочем цикле до 500 раз, по-прежнему сохраняет высокую разрядную мощность (более 95%)

Защита против чрезмерного разряда.

Низкая стоимость, безопасность для окружающей среды.

Применение:

Большие электротранспортные средства: электромобили, автобусы, автомобили с гибридным приводом и пр.

Небольшие электротранспортные средства: электровелосипеды, гольф-мобили, электропогрузчики, электрические инвалидные коляски и пр.

Электроинструмент: электродрели, электропилы, косилки и т.д.

Игрушки: машины, катера, самолеты с дистанционным управлением и т.д.

ИБП, проблесковые маячки, сигнальные лампы, шахтерские лампы и т.д

Будущее LiFePO4 поистине многообещающее. Литий-железо фосфатные батареи с длительным сроком эксплуатации и высоким уровнем безопасности - это самый перспективный вид аккумуляторов в области современного электротранспорта, обладающий хорошими, стабильными электрохимическими свойствами. Аккумуляторы позволяют не только облегчить конструкцию электрического транспортного средства, но и значительно увеличить пробег на одном заряде. Компактные литий-железо-фосфатные аккумуляторы на сегодняшний день являются самым мощным типом батарей с наиболее долгим сроком службы.

Литий-полимерный аккумулятор (Li-pol или Li-polymer) — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал с включениями гелеобразного литий-проводящего наполнителя.

Литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости NiCd в 4-5 раз, NiMH в 3-4 раза. Количество рабочих циклов 500- 600, при разрядных токах в 2С до потери емкости в 20% (для сравнения - у NiCd- 1000 циклов, у NiMH – 500). Вообще говоря, каких–либо данных по количеству рабочих циклов пока еще очень мало и к приведенным в данном случае их характеристикам необходимо относиться критически. Кроме того, технология их изготовления совершенствуется, и возможно, что в данный момент цифры по этому типу аккумулятора уже другие.

Из всего многообразия силовых литий-полимерных аккумуляторов, имеющихся в продаже, можно выделить две основные группы - быстроразрядные (Hi discharge) и обычные. Отличаются они между собой максимальным разрядным током - его указывают или в амперах, или в единицах емкости аккумулятора, обозначаемой букой «С». Например, если ток разряда 3С, а емкость аккумулятора – 1 Ач, то ток будет равен 3 А.

Применение литий-полимерных аккумуляторов позволяет решить две важные задачи - увеличить время работы мотора и снизить вес батареи.

Основные преимущества:

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы при одинаковом весе превосходят по энергоемкости никелевые  аккумуляторы

Низкий саморазряд

Высокое напряжение единичного элемента (3.6-3.7V против 1.2V-1.4  у NiCd и NiMH), что упрощает конструкцию — зачастую аккумулятор состоит только из одного элемента. Многие производители применяют в различных компактных электронных устройствах (сотовые телефоны, коммуникаторы, навигаторы и пр.) именно такой одноэлементный аккумулятор.

Толщина элементов от 1 мм

Возможность получать очень гибкие формы

Применение:

Применение Li-Po аккумуляторов позволяет решить две важные задачи — увеличить время работы устройств и снизить вес батареи

Обычные Li-Po аккумуляторы применяются в качестве источников питания в электронных устройствах с относительно небольшим токопотреблением (мобильные телефоны, коммуникаторы, ноутбуки и т.д.).

Быстро-разрядные литий-полимерные аккумуляторы часто называют «силовыми» — такие аккумуляторы применяются для питания устройств с высоким токопотреблением. Ярким примером применения «силовых» Li-Po аккумуляторов являются радиоуправляемые модели с электродвигателями и современные гибридные автомобили. Именно в этом сегменте рынка происходит основная конкурентная борьба различных производителей Li-Po аккумуляторов.

Единственная область, где пока литий-полимерные аккумуляторы уступают никелевым — это область супервысоких (40-50С) разрядных токов. По цене, в пересчете на емкость, литий-полимерные аккумуляторы стоят примерно столько же, сколько NiMH. Но в этом сегменте рынка уже появились конкуренты — литий-фосфатные аккумуляторы (Li-Fe), технология производства которых развивается с каждым днём.

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» аккумуляторы из существующих, то есть требуют обязательного соблюдения нескольких несложных, но обязательных правил, из-за несоблюдения которых случается или пожар, или аккумулятор «умирает».

Перечислим их в порядке убывания опасности:

• Заряд до напряжения, превышающего 4.20 вольт/банку.
• Короткое замыкание аккумулятора.
• Разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С.
• Разряд ниже напряжения 3.00 вольта/банку.
• Нагрев аккумулятора выше 60°С.
• Разгерметизация аккумулятора.
• Хранение в разряженном состоянии. 

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит свое применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах.

У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов. Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете аккумулятор. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить аккумулятор на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100.Аккумуляторы крайне чувствительны к превышению напряжения при заряде, аккумулятор может загореться. Поэтому в корпус аккумуляторов встраивают специальную миниатюрную электронную плату, которая защищает аккумулятор от превышения напряжения заряда. Не допускайте полного разряда.

Ну а злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура – перегрева они напрочь не переносят. Поэтому не допускайте попадания на аккумуляторные батареи прямых солнечных лучей, а также не оставляйте их в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –40°C до +50°C.Не допускайте перегрева.

Преимущества:

• Увеличение количества циклов заряд/разряд (400-600 циклов)
• Высокая энергетическая плотность (ёмкость).
• Низкий саморазряд.
• Не требуют обслуживания

Применение:

Первоначально Li-ion батареи находили широкое применение лишь в компактных устройствах, таких как сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты, камеры и ноутбуки. Но с недавнего времени литий-ионными аккумуляторами заинтересовались авто производители. Современные li-ion обладают высокими удельными характеристиками: 100-180 Вт*ч/кг и 250-400 Вт*ч/л. Рабочее напряжение может составлять 3,5-3,7 В. Именно поэтому Li-ion батареи считаются лучшей альтернативой никель-металлогидридным.

Если еще несколько лет назад разработчики считали достижимой емкость Li-ion аккумуляторов не выше нескольких ампер-часов, то сейчас большинство причин, ограничивающих увеличение емкости, преодолено и многие производители стали выпускать аккумуляторы емкостью в сотни ампер-часов.

Накопители энергии являются одним из ключевых направлений применения нанотехнологий в обширной области энергетики, энергоэффективности и энергосбережения. При этом наиболее перспективными и близкими к коммерциализации в среднесрочной перспективе признаются применения нанотехнологий и наноматериалов в компонентах литий-ионных аккумуляторов и батарей (катод, анод, электролит, сепаратор), которые должны вывести характеристики данных накопителей на новый уровень.