Развитие технологий идет все быстрее и быстрее с каждым годом. Только недавно появились в продаже первые сотовые телефоны и портативные компьютеры, а сегодня нет человека без современного сенсорного смартфона. Современные портативные гаджеты: планшеты, ноутбуки, телефоны, — используются не только для связи и развлечений, но и для работы. Те, кто использует подобные средства в течении всего дня, очень тщательно подходят к выбору батареи, который в нем используется. Ведь срок беспрерывной эксплуатации напрямую зависит от качества накопителя.
Изначально применялись аккумуляторы NiCd , которые позже заменили более усовершенствованные NiMH. Сегодня все носители работают на Li — ion, LiFePO4, Li — Polymer аккумуляторы. В большинстве случаев применяются литий-ионные и литий-полимерные батареи. Для того чтобы разобраться что лучше Li-polymer или Li-ion, необходимо понимать технологию их работы, а также сравнить все достоинства и недостатки.
Li-ion технология
Литиевые аккумуляторы стали выпускаться в 90х годах. Функции активного электролита на начальном этапе выполняли кобальт и марганец. Сейчас в Li-ion аккумуляторах в качестве катода используются кобальтат лития, литий-марганцевая шпинель, литий-феррофосфат и другие составы. Но основным является особенность расположения вещества в блоке.
В них электроды (катодная база на фольге из алюминия и анод из меди) разделяются пористым сепаратором, который пропитывается электролитом. Катод и анод в блоке соединены токоснимающими клеммами. Обслуживание заряда обеспечивают положительно заряженные ионы Li. Они с легкостью проходят в кристаллические решетки различных веществ, создают связи, инициируют протекание реакций и вызывают выход энергии. По принципу работы Li-ion накопители энергии схожи с гелевыми АКБ полного формата.
Преимущества и недостатки Li- ion аккумуляторов
Как и любая другая технология литий-ионные батареи совершенствуются постоянно. Производители пытаются изготовить товар по более низкой себестоимости, но с улучшенными качествами и наиболее высокой степенью безопасности.
Достоинства и недостатки Li-Pol источников тока
Как было понятно из информации выше, Li-Pol накопители энергии отличаются выгодным соотношением массы и емкости. Благодаря этому качеству Li-Pol источники тока применяются при оснащении квадрокоптеров и других радиоуправляемых моделей, в мобильных телефонах и цифровой технике.
Отличия между Li-ion и Li-polymer
Li-polymer источники — это усовершенствованные Li-ion аккумуляторы. В новых источниках питания на смену пористому электролиту приходи полимерный электролит. Ранее его применяли в качестве пленки для проводимости напряжения. В Li-pol накопителях энергии толщина элемента стартует от 1 мм, что позволяет получать изделия всевозможных форм и габаритов. Литий полимерный аккумулятор отличие от ионного зависит напрямую от сферы применения.
Главным и самым важным отличием литий-полимерных батарей в том, что они менее воспламеняемы нежели их предшественники. Этот эффект достигнут путем исключения из состава жидких и гелевых электролитов, их заменили на твердую пластину. Такой элемент не допускает образование дендридов в области соприкосновения с литием. Так что риск взрыва или самовозгорания.
Но принципиальный ответ на вопрос, в чем разница Li-Pol аккумуляторов от Li-ion моделей, – это неиспользование электролита в жидком состоянии и сведение к минимуму риска воспламенения. В литий-полимерных АКБ нет ни жидких, ни гелевых электролитов. Активное вещество представляет собой твердую пластину и в области соприкосновения с литием не допускает образования дендритов при циклировании. Благодаря этому устраняется риск взрывов и возгораний литий-полимерных АКБ.
При первых попытках создать литий-полимерные источники питания были получены батареи со слабой проводимостью, что делало невозможным их применение в гаджетах и других портативных аппаратах. Усовершенствованные Li-polymer АКБ имеют мембрану с электролитом, для изготовления которой применяется пропиленовый разделитель или пористый полиэтилен с содержанием полимера. Взаимодействуя с жидкостью-электролитом, он становится гелеобразным, что не допускает его утечки.
| Характеристика | Li-ion батарея | Li-Pol батарея |
|---|---|---|
| Количество циклов | Больше | Меньше |
| Выбор типоразмеров | Узкий, есть модели в форме цилиндра и призмы, самый популярный цилиндрический размер – 18650. | Широкий, без стандартных рамок формата элементов питания, возможно создание элементов толщиной от 1 мм. |
| Вес | Немного больше | Легкий – за счет применения гелеобразного электролита и сокращения элементов из металла. |
| Емкость при идентичных размерах | Ниже | Выше, почти вдвое. |
| Плотность энергии на единицу массы | От 100 до 190 Втч/кг, в зависимости от материала катода. | От 130 до 200 Втч/кг. |
| Эксплуатационный ресурс | Приблизительно одинаковый: у литий-ионных – от 500 до 2000 циклов заряд-разряд, в зависимости от материала катода, у литий-полимерных – 800 – 1000 циклов. | |
| Риск взрыва или возгорания | Присутствует, но использование платы защиты исключает такой риск. | Минимизирована – благодаря невозможности утечки электролита и использованию интегрированной защиты от избыточного заряда. |
| Допустимые температуры | От -20 до +60 °С, оптимально – от 0 до +30 °С. | |
| Длительность подзарядки | Больше | Меньше |
| Напряжение (номинал) | 3,6 В | 3,7 В |
| Граничное напряжение разряда | 2,8 В | 3 В |
| Оптимальный и пиковый ток нагрузки | <1С и ˃2С, где С – значение емкости. | |
| Особенности заряда | Током величиной 0,1…1С до достижения 4,1…4,2 В, а затем при неменяющемся напряжении. | |
| Степень износа (естественное старение) | Порядка 0,1% в месяц. | Ниже, 20% за 2 года. |
| Скачки напряжения при разряде | Малые | Малые |
| Ценовая категория | Ниже | Выше |
Литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы
Оба типа накопителей энергии схожи по принципиальным характеристикам, разница лишь в области их использования. Литий-ионные зарядные устройства будут хорошо функционировать при температурных показателях от -20 до 60 °С. При других температурах старение источника питания будет происходить быстрее. Срок службы соответственно сократиться.
Li-Pol аккумуляторы производятся всевозможной геометрии, отличаются значительной плотностью энергии и безопасны. Они востребованы в условиях, когда требуется компактный и надежный источник тока. Промежуток рабочих температур у выпускаемых сейчас Li-Pol батарей идентичен температурному диапазону Li-ion.
Выводы
Технические характеристики обоих элементов такие, что в обычной жизни разница между двумя этими ионными и полимерными накопителями будет не заметна для пользователя, так как выбор в пользу одного или другого не значительно влияет на время работы ноутбука или телефона. Тут большое имеет значение их размеры, потому как использование литий-ионных АКБ в слишком маленьком корпусе проблематично. Поэтому они находят свое применение для оснащения цифровой электроники, персонального электрического транспорта, роботов, аккумуляторных инструментов, инвалидных колясок и множества других устройств. Размер таких батарей может быть только стандартный. В виду высокой проводимости чаще всего их устанавливают в устройства, которые расходуют большой заряд, но в течение короткого цикла.
Из-за используемого при изготовлении специального материала, литий-полимерные элементы питания дают возможность получить нужную емкость при меньших размерах и массе источника тока, поэтому востребованы в портативных устройствах, квадрокоптерах, игрушках, ружьях для страйкбола. То есть в тех аппаратах, конструкция которых предполагает наличие очень тонкой или маленькой батареи. Принципиальные отличия аккумуляторов типа Li-polymer заключаются в более высокой цене, большой вариативности форм и меньшем количестве внутренних нагрузок.
На практике аккумуляторы обоих типов имеют схожие характеристики, поэтому предпочтения по выбору зависят преимущественно от сферы использования.
