Батарейки литиумные – литий-ионный аккумулятор на 1,5 В в формате «мизинчиковой» батарейки AAA / Зарядки, пауэрбанки, провода и переходники / iXBT Live

Литиевый элемент питания — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 марта 2018; проверки требуют 7 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 марта 2018; проверки требуют 7 правок. Литиевый (Li/FeS₂) гальванический элемент формфактора АА, 1,5 В^[1] Литиевые гальванические элементы формфактора CR123A, 3 В Миниатюрный литиевый гальванический элемент ДМЛ-120 (МЛ2325, аналог CR2325) Устройство миниатюрного литиевого элемента CR2032

Литиевый элемент — одиночный неперезаряжаемый гальванический элемент, в котором в качестве анода используется литий или его соединения. Катод и электролит литиевого элемента может иметь много видов, поэтому термин «литиевый элемент» объединяет группу элементов с одинаковым материалом анода. Отличается от других элементов питания высокой продолжительностью работы и высокой стоимостью. В зависимости от выбранного типоразмера и используемых химических материалов, литиевый элемент питания может производить напряжение от 1,5 В (совместим с щелочными элементами) до 3,7 В. Литиевые элементы питания широко распространены в современной портативной электронной технике.

К достоинствам литиевых элементов можно отнести^[2]:

• меньшую, чем у серебра и ртути, дефицитность;
• возможность выполнения особо плоских элементов (толщиной 1-1,5 мм), позволяющих производить особо плоские устройства, такие как наручные часы;
• возможность получения различных рабочих напряжений (1,5: 2,8; 3 и 3,5 В), что невозможно реализовать в других видах гальванических элементов;
• исключительно малые токи саморазряда и высокая степень герметичности, что позволяет хранить литиевые элементы до начала эксплуатации 5-7 лет без нарушения герметичности;
• возможность хранения и работы в широком диапазоне отрицательных и положительных температур.

В качестве катода в литиевом элементе могут использоваться:

и другие

Литиевые элементы нашли применение в устройствах, предъявляющих высокие требования к элементам питания на протяжении длительного срока службы, таким как электрокардиостимулятор и другие имплантируемые медицинские устройства. Такие устройства могут работать автономно до 15 лет. Применение литиевых элементов в устройствах с небольшим сроком службы не всегда оправдано. Так, литиевый элемент может прослужить дольше, чем детская игрушка, для которой он был приобретен. Диапазон применения литиевых элементов практически аналогичен применению щелочных элементов — это большое количество различных устройств, таких как часы или фотокамера.

Типоразмеры[править | править код]

Небольшие («таблеточные») литиевые элементы часто используются в портативных электронных устройствах с малым энергопотреблением (часы, калькуляторы), а также в компьютерах для питания энергозависимой памяти CMOS и часов.

Это какие, Характеристики и чем отличаются

Главным источником питания на сегодняшний день остаются литиевые батарейки. Чтобы они прослужили долго, стоит учитывать их особенности и применять в соответствующей аппаратуры. Для выбора правильного размера и емкости стоит учитывать особенности устройства.

Что из себя представляет литиевые батарейки

В корпусе находится несколько соединённых  элементов. Два контакта выводятся наружу, чтобы подсоединиться к потребляющему устройству. Элемент постоянного тока обеспечивает работу многих устройств.

На корпусе элемента питания указывается название бренда, обозначение к какому виду принадлежит — «ALKALINE», «LITHIUM». На ней же прописывается технические составляющие: вольтаж, емкость.

Согласно правилам Международной Электрической Комиссии литиевые батарейки маркируются латинскими буквами CR. Затем указывается емкость.

Чем отличаются литиевые батарейки от солевых или щелочных

• Солевые относятся к самым слабым. Они подходят устройствам, не требующих большого заряда, долговременных нагрузок. Например, используются для пульта управления, таймера, калькулятора. Срок хранения солевых приборов составляет 1-3 года.
• Куда больший срок годности у щелочных — 3-5 лет. Их можно отнести к среднему запасу прочности. В народе их прозвали «алкалиновыми», их часто используют для детских игрушек, фонариков, плееров.
• Дольше всех работают и выдерживают нагрузки литиевые батарейки. Их используют для более мощных устройств – фотоаппаратов, приборов для измерения давления.

Все вышеперечисленные источники питания отличаются сроком службы, емкостью, поэтому подходят разным устройствам.

Солевая R6, Щелочная LR6, Литиевая FR6

Разновидности и типоразмеры литиевых батарей

Литиевые батарейки имеют несколько маркировок: CR, FR, Li-FeS2 и отличаются по форме – могут быть цилиндрическими или в форме параллелепипеда, дисков. Выпускаются элементы питания разного типоразмера, согласно существующей классификации США:

• CR. Таблетки или монетки;
• и . Цилиндрические бочонки;
• CR-V9 (Lithium PP3). – Крона;
• FR03 (AAA). В народе называются ;
• (AA). .

Состоит литиевая батарейка из разных компонентов. Определить этот показатель можно просто на корпусе, где указан также ее размер, емкость, класс, напряжение.

Преимущества и недостатки литиевых батареек

Элементы питания такого типа отличаются большой емкостью на единицу массы. В ее составе сразу же несколько компонентов — катод, анод. Разделены материалы диафрагмой, пропитанной органическим электролитом.

К преимуществам можно отнести:

• Легкость изделия.
• Долгий срок хранения.
• Поскольку в составе отсутствует вода, то и батарея устойчива к температурным перепадам.
• Постоянное напряжение.
• При разных показателях разрядного тока обеспечиваются стабильные характеристики.
• Высокая энергоемкость и энергоплотность.
• Емкость не зависит от тока нагрузки, подходит для мощных устройств.
• Простота в уходе и применении.

Единственный недостаток такого элемента питания заключается в высокой стоимости. Но лучше один раз заплатить, чем постоянно менять их. Важно следовать рекомендациям по эксплуатации источников питания.

Можно ли заряжать литиевые батарейки

Аккумуляторы от обычных батареек отличаются указателем емкости, которая измеряется в миллиамперах в час. Напряжение обычной батарейки составляет 1,6 вольт, а аккумуляторной 1,2 v.

CR123

Обычные литиевые батарейки нельзя заряжать. В лучшем случае все закончиться обычным шипящим звуком, в другой ситуации возможен взрыв батареи, сопровождающийся всеми вытекающими последствиями. Изделие предназначено для однократного использования, не пытайтесь восстановить.

Изделия, которые можно зарядить обозначаются как rechargeable – перезаряжаемый. Если на ней указано do not recharge, то устанавливать на зарядку их нельзя.

Где применяется литиевые батареи

Такие источники питания подойдут для любого электронного устройства. Разумеется, ее можно установить и в пульт, но использование такого типа изделия будет совсем нецелесообразно. Эффективнее она себя покажет при работе с электроникой, цифровыми устройствами с высоким энергопотреблением.

Поэтому литиевые элементы нашли свое применение в игрушках, фототехнике, компьютерной технике, медицинской аппаратуре и даже в военной промышленности, заменив ртутные и серебряные источники питания.

Остались вопросы по Литиевым Батарейкам или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Литиевые батарейки

Литиевые батарейки используются во многих современных устройствах. Это компьютерная и фототехника, материнские платы и т. п. На сегодняшний день можно встретить несколько видов и типоразмеров литиевых АКБ. Как и другие типы аккумуляторов, литиевые имеют свои плюсы и минусы. Подробно о них будет сказано в статье ниже. Сейчас достаточно сказать, что их преимущества позволили широко распространиться этим батареям в различной потребительской электронике. Они заняли некоторые ниши на рынке, которые раньше занимали никель─кадмиевые и никель─металлогидридные аккумуляторы. В этом материале предлагаем поговорить о батарейках литиевого типа, их особенностях, характеристиках, разновидностях, маркировке и т. п.

 

Содержание статьи

Основные особенности

В своё время для создания электрохимических источников тока с большой энергетической плотностью учёным пришлось отказаться от использования в них водного электролита. Исследования велись в разных направлениях, но самыми успешными стали литиевые батарейки с твёрдым и органическим электролитом. Разработки начались ещё в начале XX столетия, а в активную фазу они перешли в 60-е годы прошлого века. Специалисты предлагали в качестве катодных материалов MnO₂, FeS₂, CuO, CF_x, I₂ (твердофазные) и SO₂, SOCl₂ (жидкофазные) соединения. Можете подробнее прочитать про литиевые аккумуляторы по указанной ссылке.

Литиевые аккумуляторные элементы в некоторых нишах составляют конкуренцию АКБ, использующими водный электролит. Производители различной электроники используют литиевые АКБ в тех случаях, когда необходимо постоянное рабочее напряжение и стабильная работа в течение долгого времени. Среди Li батареек можно встретить модели, которые способны отдавать высокий разрядный ток. Но это, скорее, исключение. В основном литиевые аккумуляторы применяются там, где требуются низкие и средние разрядные токи.

Одно из основных требований безопасности к литиевому типу батареек – это надёжная герметизация. Нужно полностью исключить вероятность утечки электролита и попадания в аккумулятор элементов из окружающей среды. Разгерметизация может привести к возгоранию из-за высокой активности лития. Даже если этого не произойдёт, разгерметизированная батарейка непригодна для дальнейшего использования. Производство таких АКБ ведётся в помещения с контролем влажности и в герметичных боксах с аргоновой атмосферой.

Форма литиевых аккумуляторных элементов может быть дисковой, цилиндрической, призматической. Размеры в большинстве случаев соответствуют габаритам прочих электрохимических источников тока. В связи с этим нужно обращать внимание на рабочее напряжение, которое у литиевых батареек, как правило, выше остальных типов АКБ. Чтобы исключить путаницу, некоторые производители оснащают литиевые элементы нестандартными выводами для подключения.

В таблице ниже можно посмотреть параметры различных литиевых аккумуляторных элементов.

Характеристики аккумуляторных батарей	Li/MnO2	Li/SO2	Li/SOCl2	Li/CFx	Li/CuO	Li/I2
Характеристики аккумуляторных батарей	Li/MnO2	Li/SO2	Li/SOCl2	Li/CFx	Li/CuO	Li/I2
Рабочее напряжение, В	3,0	2,6-2,9	3,3-3,5	—	1,2-1,5	—
Конечное напряжение, В	2,0	2,2	2,2	2,0	0,9-1,0	2,2
Напряжение разомкнутой цепи, В	3,5	3,0	3,67	3,3	1,6	2,8
Весовая удельная энергия, Втч/кг	до 250	300-340	до 600	250	300	—
Объёмная удельная энергия, Втч/кг	500	500-560	до 1100	600	600	до 1000
Диапазон рабочих температур, С	от -20 до +55	от -60 до +70	от -50 до +70(до +130)	от -20 до +60	от -10 до +70	от -10 до +60
Саморазряд, процентов в год	2-2,5	1-2	1,5-2	1-2	1-2	1

В следующем разделе они рассматриваются подробнее.

Вернуться к содержанию
 

Электрохимические системы литиевых АКБ

Батареи на основе Li/MnO₂ (литий/диоксид марганца)

Этот тип элементов с литием был разработан одним из первых. При обозначении литиевых батарей в маркировке используются символы «CR».

Литиевая батарейка Li/MnO₂

Внутри этой электрохимической системы протекает следующая реакция:

Li + Mn + 4O₂ → Mn + 3O₂ (Li⁺)

Согласно реакции, диоксид марганца при взаимодействии с литием восстанавливается до трехвалентного состояния из четырёхвалентного. При этом ионы лития внедряются в кристаллическую решётку оксида. В качестве электролита в этих системах используется перхлорат лития, который находится в органическом растворителе. Напряжение разомкнутой цепи аккумуляторной батарейки литий/диоксид марганца составляет 3,5, а номинал 3 вольта. Конечное напряжение равно 2 вольта. Эти батареи сохраняют работоспособность в интервале температур от -20 до +55 градусов Цельсия. Хранится батарейка Li/MnO₂ до десяти лет, если саморазряд не превышает 2,5%.
Этот тип батареек часто можно встретить в материнских платах и часах в дисковом форм-факторе («таблетка»).

Дополнительно можете прочитать подробную статью про литий-ионные аккумуляторы.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторы на базе Li/CuO (литий/оксид меди)

Li/CuO батареи имеют рабочее напряжение, которое сопоставимо с марганцево-цинковыми элементами щелочного типа. При этом энергетическая плотность у литиевых в три раза больше.
Разряд этого типа батареек описывается следующими реакциями:

2Li + CuO → Li₂O + Cu

CuO → Cu₂O → Cu

Интервал рабочего напряжения составляет от 1,2 до 1,5 вольта и зависит разрядного тока. На разомкнутой АКБ напряжение равно 2,5 вольта. Аккумуляторные элементы литий/оксид меди сохраняют работоспособность при температурах от -10 до +70 градусов Цельсия. Батареи хранятся до 10 лет (при 20 градусах по Цельсию). Источники тока на основе Li/CuO мало распространены на рынке.

 

АКБ на основе Li/SO₂ (литий/диоксид серы)

Разновидность батарей на основе литий/диоксид серы имеет жидкофазный материал катода. Эти АКБ достаточно хорошо изучены и широко применяются в народном хозяйстве. Роль катода в их случае выполняет графит с сажей плюс пластификатор. Смесь этих элементов наносится на металл. В качестве электролита использует диоксид серы SO₂ с некоторыми добавками. Объёмная доля самого оксида серы составляет 70─75 процентов. Дополнительные добавки в электролите обеспечивают требуемую электропроводность.

Литиевая батарейка Li/SO₂

В аккумуляторном элементе литий/диоксид серы при разряде протекает следующая электрохимическая реакция:

2Li + 2SO₂ → Li₂S₂O₄

Напряжение при разомкнутой цепи составляет 3 вольта, рабочее от 2,6 до 2,9. Рабочая температура составляет от -60 до +70 градусов Цельсия. К плюсам Li/SO₂ стоит отнести высокую удельную мощность. Среди недостатков батареек литий/диоксид серы специалисты отмечают серьёзное внутреннее давление, а также сильный разогрев в случае короткого замыкания. По этой причине, конструкция таких аккумуляторов включает предохранитель для сброса избыточного давления. Он срабатывает при нагреве батарейки до 100 градусов по Цельсию.

Аккумуляторные элементы этого типа выпускаются цилиндрической конструкции. Она подразумевает наличие литиевого анода по периферии и угольного катода в центре. Такая сборка обеспечивает высокие электрические характеристики АКБ. Храниться аккумуляторы Li/SO₂ могут до десяти лет при саморазряде 1─2 процента в год (данные при 20 Цельсия).

Вернуться к содержанию
 

Батарейки на базе Li/I₂ (литий/йод)

В этих аккумуляторных элементах жидкий электролит отсутствует, как и сепаратор.

Внутри батареек Li/I₂ идёт следующая реакция:

2Li + I₂ → 2LiI

Катод с содержанием йода взаимодействует с литием, в результате чего образуется йодид лития LiI. Это твёрдое вещество, которое одновременно выступает в роли электролита и сепаратора, разделяя активные вещества.

Напряжение разомкнутой цепи Li/I₂ батарейки равно 2,8 вольта. Его величина зависит от сопротивления слоя LiI. Это вещество накапливается в пространстве между электродами. Этот процесс сопровождается линейным снижением напряжения до 2,2 вольта. Причём оно резко падает, когда запас I подходит к концу.

Аккумуляторы этого типа могут храниться от 10 до 15 лет при величине саморазряде 10 процентов за всё это время. Процесс саморазряд в этом случае обусловлен взаимодействием йода и лития. Это происходит в результате диффузия I через слой LiI. Величина саморазряда во многом определяется толщиной этого слоя. Этим объясняется активное прохождение саморазряда в самом начале хранения.

Литиевые батарейки литий/йод не выделяют газ в процессе работы. Поэтому объём АКБ сохраняется постоянным в процесс эксплуатации. Кроме того, они довольно устойчивы к нарушениям правил использования. Эти батарейки нашли применение в тех областях, где требуется высокая надёжность работы. В частности, это аккумуляторы для питания кардиостимуляторов в медицине. Работоспособность АКБ литий/йод сохраняется при температурах от -10 до +60 по Цельсию.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/FeS₂ (литий/дисульфид железа)

Эти элементы стоят довольно дорого, но благодаря некоторым преимуществам, они востребованы на рынке.

Литиевая батарейка Li/FeS₂

При разряде в аккумуляторах Li/FeS₂ протекает следующая реакция:

4Li + FeS₂ → 2Li₂S + Fe

Интересной особенностью является сохранение работоспособности системы Li/FeS₂ при -40 по Цельсию. Это по силам только батареям с катодами в жидком виде. Батарейки Li/FeS₂ имеют стабильные характеристики при работе с потребителями, требующими большой мощности.

Аккумуляторы литий/дисульфид железа имеют в своей конструкции защиту по току. При непрерывном потреблении она составляет 2 ампер (форм-фактор АА). Кроме того, есть предохранитель, отключающий нагрузку при температуре элемента 85─95 градусов Цельсия. Если батарейка разогревается до 130─160 градусов, то открывается клапан для сброса давления.

Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные элементы литий/полифторуглерод

Стоимость этих батареек выше Li/MnO₂. Но они имеют более широкий диапазон рабочих температур. По этой причине они применяются в различных устройствах, испытывающих нагрев в процессе работы.
Реакция внутри этих аккумуляторов описывается следующим уравнением:

nLi + (CF_x)_n → nLiF_x + nC

Напряжение элемента без нагрузки равно 3,2─3,3 вольта. Конечное напряжение около 2 вольт. Интервал рабочих температур от -40 до +85 градусов. При хранении в течение 10 лет эти батарейки теряют примерно 1/5 от номинальной ёмкости.
Первые коммерческие образцы батареек литий/полифторуглерод были выпущены 25─30 лет назад. Главное применение они находят в различной портативной электронике. При отрицательных температурах и высоком разрядном токе они проигрывают по показателям аккумуляторам типа Li/MnO₂. По сравнению с Li/I₂ аккумуляторные элементы Li/CF_x имеют более высокую мощность. Поэтому их также используют в медицинских кардиостимуляторах и дефибрилляторах.
Вернуться к содержанию
 

Аккумуляторные батарейки Li/SOCl₂ (литий/тионилхлорид)

Эти аккумуляторные системы имеют жидкофазный катод и самые высокие удельные электрические параметры среди литиевых батареек.

Литиевая батарейка Li/SOCl₂

В них протекает следующая реакция:

4Li + 2SOCl₂ → 4LiCl + SO₂ + S

Существенная доля SO₂ растворяется в электролите без изменения давления в корпусе батарейки. Напряжение без нагрузки равно 3,67, при работе 3,3─3,5 вольта. На величину напряжения сильно влияет разрядный ток.

Рабочая температура составляет от -60 до +85─130 градусов Цельсия. По конструкции аккумуляторные батарейки Li/SOCl₂ близки к Li/SO₂. Электролит тионилхлорид – это агрессивное вещество. Поэтому конструкция батарей разрабатывалась с учётом повышенных требований к пожарной и взрывобезопасности. Аккумуляторы литий/тионилхлорид хранятся до десяти лет. Саморазряд при этом составляет до 2 процентов в год (данные при 20 градусах Цельсия). При понижении температуры до -50 сильно падает ёмкость батарейки (в несколько раз).

Если элемент из холода перенести в тёплое место, то внутри будет продолжаться процесс разряда. За счёт того, что разлагаются промежуточные продукты реакции, может быть сильный разогрев и даже взрыв. Поэтому для обеспечения безопасности Li/SOCl₂ имеют аварийный клапан для сброса давления, плавкие предохранители, термовыключатели.

Вернуться к содержанию
 

Размеры батареек

Как уже говорилось выше, литиевые батарейки выпускаются в соответствии с распространёнными типоразмерами. Есть, к примеру, литиевые пальчиковые батарейки. Форма элементов может быть цилиндрической, призматической и дисковой. Ниже приведена таблица с элементами питания по классификации, принятой в США.

Название	Напряжение, В	Высота, мм	Диаметр, мм
Название	Напряжение, В	Высота, мм	Диаметр, 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

Помимо обозначений, приведённых в таблице, есть ещё сленговые названия этих батареек:

• AAA – «мизинчиковые»;
• AA – «пальчиковые»;
• C – «дюймовочка»;
• D – «бочка»;
• PP3 – «крона».

На изображениях ниже вы можете посмотреть фотографии этих батареек.

AAA

AA

C

Кроме того, ещё существует большое количество дисковых литиевых батареек разных форм-факторов.

D

PP3

Вернуться к содержанию
 

Область применения

Литиевые батарейки имеют достаточно длительный срок эксплуатации в сравнении с другими видами. Чаще всего они используются в различных устройствах, которые имеют существенное потребление энергии. Ниже перечислены некоторые из них:

• Фототехника;
• Компьютеры;
• Медицинское оборудование;
• Игрушки;
• Военная промышленность;
• Авиация;
• Космическая отрасль.

Вернуться к содержанию
 

Маркировка

Правила маркировки батареек разрабатывает, устанавливает и контролирует организация IEC. Это международная электротехническая комиссия. Согласно их требованиям, на корпусе элемента должны быть указаны:

• Состав;
• Энергоёмкость;
• Размер;
• Класс;
• Напряжение.

На изображении ниже приведена маркировка батарейки.

Для расшифровки вам пригодятся следующие две таблицы:

Таблица буквенных обозначений различных элементов.

Маркировка	Тип батарейки
Маркировка	Тип батарейки
R	Солевая
LR	Щелочная
SR	Серебряная
CR	Литиевая
PR	Воздушно-цинковая

Маркировка типоразмера батареек.

Типоразмер	Маркировка
Типоразмер	Маркировка
D	20
C	14
AA	6
AAA	03
PP3	6/22

Используя эти данные можно расшифровать маркировку батарейки на изображении. LR6 – означает, что это щелочная батарейка типоразмера AA. Номинальное напряжение составляет 1,5 вольта.

Вернуться к содержанию
 

Преимущества и недостатки литиевых батареек

 

Преимущества

• Высокая энергоёмкость;
• Стабильность характеристик при разной величине разрядного тока;
• Длительный срок эксплуатации;
• Постоянное напряжение;
• Небольшие габариты и вес;
• Достаточно широкий диапазон рабочих температур.

Вернуться к содержанию
 

Недостатки

• Стоимость выше, чем у остальных видов элементов;
• При нарушении правил эксплуатации и целостности могут воспламеняться.

В заключение стоит сказать пару слов о безопасности. Нужно чётко понимать, что литиевые батарейки и аккумуляторы, представляют собой разные источники тока. Если аккумулятор работает определённое количество циклов, то батарейки являются первичными источниками тока. Они предназначены для однократного использования. Не пытайтесь вскрывать литиевые батарейки и проводить какие-то мероприятия по их восстановлению. Это не АКБ и восстановлению они не подлежат. При этом на рынке есть и аккумуляторы указанных выше типоразмеров. Например, AA. Так, что будете внимательны при покупке, изучайте маркировку.

Если материал был для вас полезен, делайте репост в социальных сетях. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте статью! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

экономим вместе с Aliexpress / Подборки, перечисления, топ-10, и так далее / iXBT Live

Подборка качественных и недорогих современных аккумуляторов и батарей. На Aliexpress найдутся хорошие элементы питания — все, что нужно для игрушек и гаджетов. Это перезаряжаемые литиевые АА и ААА аккумуляторы, с мощным стабилизированным выходом 1.5В (без просадок напряжения), брендовые аккумуляторы Eneloop от Panasonic, известные бренды KENTLI и SORBO с Алиэкспресс. Эти батарейки не требуют «раскачки», подходят для мощных потребителей (вспышки, машинки р/у), экономичные (отбиваются за 2-3 заряда), не имеют саморазряда и могут храниться и эксплуатироваться долгое время. Выбор простой — не берите дешевые элементы, в основной своей массе это подделки. На Алиэкспресс есть признанные бренды с подтвержденным качеством, например, Eneloop (подороже) или PKCELL (подешевле). А если вам нужны действительно современные варианты, то выбирайте литиевые элементы питания с преобразователем DC-DC внутрии контроллером заряда-разряда. Эти батарейки в свое время нашумели на Кикстартере (успешный стартап), а сейчас массово продаются на Алиэкспресс. 

nanfu tenavolts литиевые аккумуляторы 1,5 В

Лучшие вечные аккумуляторы — современные элементы питания на основе литиевой батареи и DC-DC преобразователя. Внутри установлен контроллер питания и заряда, который выдает длительное время максимальный ток без просадки напряжения и без эффекта разряда. Есть смысл взять комплект в виде специализированного зарядного устройства на 4 слота, четыре АА (пальчиковых) аккумулятора и четыре ААА (мизинчиковых) аккумулятора, а также взять дополнительно лот из нескольких отдельных элементов.

 Аккумуляторные батареи SORBO аА и ААА 1,5 В

Самые популярные и одни из недорогих аккумуляторных батарей формата АА и ААА со встроенным контроллером заряда. В больших аккумуляторах типа АА встроен USB-разъем для питания напрямую от компьютера или от USB-зарядного устройства, а в элементах ААА есть гнездо для подключения MicroUSB провода. Подходит любой стандартный зарядник от смартфона. Батарейки SORBO выдают мощный ток до 1 А длительное время без просадки по напряжению.

 

Элементы 18650 Varicore HE4, 2500 мАч

Размер чуть больше, чем пальчиковые батарейки — элементы формата 18650, которые будут уместны в вейпе, шуруповерте, фонарях, игрушках и прочих устройствах. Выгодные литий-ионные аккумуляторы Varicore HE4 с емкостью 2500 мА/ч,. При желании можно найти элементы 18650 со встроенной USB зарядкой (но наличие дополнительной платы преобразователя снижает емкость на размер DC-DC модуля), или с уже припаянными лепестками для самосборных батарей. Цена отличная ($2 за качественный элемент питания).  

 Аккумуляторы Ni-Mh PKCELL AA 2600Mah 1,2 V

 Аккумуляторы Ni-Mh PKCELL AAA 1000Mah 1,2 V

Самые недорогие из доступных аккумуляторов с честной емкостью. В магазине PKCELL большой выбор аккумуляторов Ni-Mh c напряжением 1.2В. В зависимости от размера (АА или ААА) отличается и емкость батарей, также часть ассортимента есть в наличии на складе в России. Выбирайте необходимое количество с учетом сменного комплекта (например, 4 аккумулятора в игрушку или устройство, и 4 запасных-сменных).

 

 Аккумуляторные батареи KENTLI аА и ААА 1,5 В

Лучшие аккумуляторные элементы KENTLI. Дело в том, не просто выгодно взять лот с зарядкой и комплектом 4+4 АА и ААА аккумуляторами, но очень выгодно одновременно докупить сверху необходимое количество дополнительных аккумуляторов (например, АА и ААА). В магазине есть выгодные лоты без зарядок, до 20 аккумуляторов. В этом случае срабатывают купоны магазина (и купоны Алиэкспресс). А комплекта из 20+ аккумуляторов хватит на долгое время, и вы забудете о покупке обычных щелочных батарей.

 Аккумуляторные батареи GTF аА и ААА 1,5 В

Если лучшие бренды KENTLI или NANFU вы считаете дорогим приобретением, попробуйте сначала недорогие предложения от GTF, SORBO или ZNTER. Эти аккумуляторы на основе литий-ионных элементов с преобразователем и встроенной зарядкой внутри будут очень удобны для любых применений — хоть в фотоаппарат, хоть в игрушки. Аккумуляторы развивают ток до 1А без просадки по напряжению, имеют защиту от переразряда и короткого замыкания, а также их легко заряжать (встроенный USB или MicroUSB разъем).

Аккумуляторы Panasonic Eneloop АА 1.2 В 2550 мАч

Аккумуляторы Panasonic Eneloop PRO ААА 1.2 В 950 мАч

Оригинальные аккумуляторы размеров АА и ААА от Панасоник — линейки Eneloop и Eneloop Pro с малым саморазрядом и повышенной емкостью. Тип аккумуляторов — Ni-Mh c напряжением 1.2В. При выборе будьте внимательны, старайтесь не брать лоты без отзывов и с малым количеством заказов. Сами по себе Pаnasonic Eneloop — одни из самых популярных на Алиэкспресс.

 

 Батарейки-таблетки LR10/LR11/LR41/LR44/CR2032

Практически для всех детских игрушек и для ряда инструментов и устройств требуется частая смена батареек типа «таблетка» («button» battery). Даже компьютерный BIOS требует замены батарейки (СR2032). В этом случае аккумуляторы советовать сложно, просто нужно запасти нужное количество батареек в запас. Прежде всего посмотрите типы батарей, которые вам могут понадобиться — на корпусе батарейки всегда выбит номер или тип, например, AG3, 392A, L736, LR41,  SR41SW, CX41, ag4, LR10, LR11, LR41, LR44, CR2032. Обычно я беру большими лотами — по  10/20/30 штук сразу, это экономит время и деньги.

Литиевые батарейки

СОДЕРЖАНИЕ

Свойства, обусловленные литием.
Типы батареек с положительными электродами из различных материалов.
-Железодисульфидные.
-Диоксид марганца.
-Тионилхлорид.
-Диоксид серы.
-Полимонофторуглерод.
Депассивация
Правила обращения и меры предосторожности.

СВОЙСТВА, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ЛИТИЕМ

Батарейки с литиевым отрицательным электродом выпускаются в цилиндрическом, дисковом и призматическом корпусах.

Производство литиевых батареек началось в семидесятых годах в нескольких странах. Наилучшие результаты удалось получить при использовании лития в сочетаниях с твердыми и органическими электролитами. Улучшить эксплуатационные и энергетические параметры позволил отказ от водного электролита.

Литий в слитках в виде секторной формы. При обычных условиях литий реагирует с кислородом и азотом воздуха, покрываясь пленкой темного цвета.

Литий – мягкий, пластичный металл, расположен первым в ряду электродных потенциалов. Его электродный потенциал составляет – 3,045 вольта. Подробнее об электродных потенциалах рассказано в статье “Разность электродных потенциалов – возможность работы батарейки”. Это позволяет создавать батарейки напряжением около трех вольт, что упрощает реализацию питания многих приборов. Одна литиевая батарейка может заменить две щелочных или солевых. Напряжение 3 вольта литиевой батарейки, вместо привычных 1,5 вольт кроме преимуществ имеет недостатки в виде некоторых особенностей применения. Литиевые батарейки производятся в стандартных корпусах, поэтому с их появлением требуется внимательно проверять напряжение устанавливаемых батареек. Литий самый легкий металл. Батарейки, имеющие литиевые электроды на одну треть легче щелочных батареек. Химически литий очень активен. Эти свойства лития позволяют создавать химические источники тока минимальных размеров и массы. Главное преимущество литиевых источников тока – очень высокая плотность энергии, гарантирующая большой заряд. Это позволяет литиевым батарейкам обеспечивать наибольшую продолжительность работы по сравнению с другими химическими элементами. Также среди преимуществ этого типа батареек работа в условиях экстремальных температур.

Литиевые электроды во всех электролитах покрываются пассивной пленкой толщиной несколько нанометров. Пленка обладает свойствами твердого электролита, проводящего ионы лития. Образование пленки предотвращает самопроизвольную реакцию литиевого электрода с электролитом, поэтому литиевые элементы имеют низкий саморазряд. Снижения заряда составляет 1-2 % в год. Срок хранения литиевых батареек составляет 10 лет, а некоторых типов до пятнадцати лет. При различных токах разряда емкость батареек почти не изменяется. В начале работы батарейки желательно провести депассивацию, разрушающую пленку на литиевом электроде.

Недостатком батареек является высокая цена из-за используемого лития, но с течением времени потребление этого типа батареек будет возрастать, а с увеличением добычи и переработки лития цена будет снижаться. Большая часть лития добывается в восьми странах.

 

Добыча лития.

Объем запасов лития на территории России приблизительно оценивается как 1 миллион тонн. Более половины сосредоточенно в месторождениях Мурманской области. Производителями лития и его солей в Росси являются Новосибирский завод химконцентратов и Красноярский химико-металлургический завод.

Литий способен вызвать ожоги из-за постоянно присутствующей на коже влаги. Работать с литием можно только в защитной одежде и очках. Высокая активность лития усложняет технологию производства батареек. Хранить литий можно только под слоем минерального масла. Для уничтожения отходов лития их обрабатывают этиловым спиртом.

В литиевых батарейках цилиндрической формы используются электроды ленточного типа. Преимущества рулонной конструкции электродов: низкое сопротивление и сниженный нагрев. Такая конструкция позволяет увеличить ток разряда батарейки.

Рулонные электроды цилиндрической литиевой батарейки. Для отрицательного электрода используется литиевая фольга.

Батарейки обладают высокой степенью герметичности, для повышения безопасности эксплуатации в конструкцию входят клапаны, предотвращающие критическое повышение давления. Производство происходит в герметичных объемах в сухой атмосфере инертных газов. В этих батарейках нет вредных веществ, содержащихся в других типах. Исключено содержание ртути, кадмия, свинца.

Применяются в компьютерах, промышленной автоматике, медицинских приборах, различных переносных и карманных устройствах, электронных часах и играх, измерительных приборах, счетчиках расхода газа, фото и видеотехнике и во многих других областях, где востребована герметичность батареек и эксплуатация в течении многих лет.

ТИПЫ БАТАРЕЕК С ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЖЕЛЕЗОДИСУЛЬФИДНЫЕ

В последние годы усиливается интерес к литиевым батарейкам, имеющим твердый положительный электрод, изготовленный из дисульфида железа FeS2 (пирит). Благодаря химическому составу этот тип батареек имеет напряжение 1,5 вольта, в отличии от других литиевых источников питания, что позволяет их использовать вместо устаревших типов батареек с водным электролитом. При разряде литий отрицательного электрода превращается в сульфид лития. Цилиндрическая батарейка содержит электроды рулонной конструкции. При изготовлении положительного электрода натуральный пирит, размельченный и смешенный с графитом размещается на пленочном токоотводе. После установки в корпус батарейки ленточных электродов производят заполнение электролитом и герметизируют корпус. В состав батарейки входит терморезистор, ограничивающий ток через батарейку при ее нагреве. Сохранность батареек 15 лет и более. Работоспособность сохраняется при понижении температуры до – 40 °С.

Железосульфидная батарейка Energizer L91 и ее разряд током 1 ампер при температуре 21 °C.

Железосульфидная батарейка Duracell LF1500 и ее разряд током 1 ампер при температуре 21 °C.

Литий-железодисульфидные батарейки предназначены для использования в режиме токов разряда 0,5 ампер, выпускаются в цилиндрическом и дисковом корпусе. О дисковом исполнении литиевых батареек рассказано в статье “Конструкция батареек”.

ДИОКСИД МАРГАНЦА

Наиболее распространен и изучен из литиевых батареек тип, имеющий твердый положительный электрод, изготовленный из термообработанного диоксида марганца MnO2. В результате реакции разряда образуется оксид лития. Этот тип батареек в наименовании имеет буквы СR. Напряжение составляет 3 вольта. Батарейки сохраняют работоспособность до десяти лет, могут отдавать большой ток и имеют значительную емкость. К этому типу принадлежит батарейка «Корунд» напряжением 9В, состоящая из трех элементов.

Корпус батарейки выполнен из нержавеющей стали. Мембрана, разделяющая электроды, выполнена из полипропилена.

Конструкция диоксид марганцевой           Конструкция катушечной диоксид
батарейки со спиральными электродами, марганцевой батарейки, герметизация герметизация крышки закатыванием .      крышки лазерной сваркой

Батарейки со спиральными электродами имеют закатанную крышку или приваренную лазером, батарейки катушечной конструкции имеют крышку, приваренную лазером.

Закатанная крышка батарейки.           Крышка батарейки приварена лазером.
Диапазон температуры                       Батарейки работают в интервале
эксплуатации  от – 20 до 60 °C.           температуры  от – 40 до 85 °C.

Для защиты от перегрева и короткого замыкания в конструкции закатанной батарейки присутствует терморезистор с положительной температурной характеристикой. При нагревании его сопротивление увеличивается незначительно, но при достижении температурой значения 85 °C сопротивление резко возрастает, что приводит к снижению тока через батарейку до минимального значения.

Расположение терморезистора в конструкции положительного полюса батарейки.

Батарейки катушечного типа в цилиндрическом корпусе рекомендуются для применения в устройствах с низким потреблением мощности: 5 миллиампер при непрерывном потреблении и 20 миллиампер в импульсном режиме. Это могут быть резервные запоминающие устройства, часы, календари, счетчики воды, счетчики газа, автомобильная электроника. Батарейки со спиральными электродами предназначены для токов непрерывного потребления 1,5 ампера, а в импульсном режиме 4 ампера.

Диоксид марганцевая батарейка Varta CR AA катушечной конструкции и разряд нагрузками различного сопротивления при температуре 21 °C.

ТИОНИЛХЛОРИД

Батарейки Li/SOCl2 обладают наилучшими удельными характеристики. Тионилхлорид – химически высокоактивная жидкость. При разряде батарейки образуется хлорид лития, диоксид серы и сера. Электролитом является раствор тетрахлоралюмината в тионилхлориде. Диоксид серы большей частью растворяется в электролите, поэтому давление в батарейке не повышается. Основным компонентом пассивной пленки, образующейся на литиевом электроде, является хлорид лития. Материал положительного электрода это пористый углерод, пропитанный тионилхлоридом, таким образом, батарейки этого типа имеют жидкий положительный электрод. Батарейки выпускаются с различными типами выводов аксиальными, ножевыми, гибкими проводами. Благодаря такому положительному электроду батарейки на основе тионилхлорида имеют наибольшее значение удельной энергии среди литиевых батареек. Например, весовая удельная энергия цилиндрической батарейки в корпусе AA катушечной конструкции может достигать 1000 ватт-часов на литр. Напряжение батарейки находится в пределах от 3,3 до 3,6 вольт, хранение до 10 лет при саморазряде 1,5…2 % в год при температуре 20 °С. Батарейки катушечной конструкции предназначены для работы в режиме малых токов и ориентированы на резервное питание запоминающих устройств. Температура работы от – 55 до 85 °C, с применением особого электролита от – 50 до 150 °C. При температуре около – 50 °С емкость снижается в несколько раз ниже номинальной.

Отрицательный электрод изготавливается осаждением лития на внутренней поверхности корпуса. Большую часть объема корпуса батарейки занимает пористый катод. Батарейки предназначены для питания приборов небольшим током в течение длительного времени.

Тионилхлоридная батарейка EEMB ER14250 катушечной конструкции и разряд различными токами при температуре 21 °C.

Тионилхлоридная батарейка Saft LS14500 катушечной конструкции и разряд различными токами при температуре 21 °C.

Применение ленточных электродов, упакованных в виде спирали, дает возможность использовать батарейки в режиме повышенных токов. В батарейку введен аварийный клапан давления и плавкий предохранитель для защиты от перегрузки.

Тионилхлоридная батарейка Saft LSH 14, содержащая внутреннюю спиральную конструкцию и характеристики разряда различными токами при температуре 21 °C.

Высокопроизводительные батарейки содержат трихлоралюминий, который растворяет пассивную пленку хлорида лития на отрицательном электроде, но при этом ускоряется коррозия лития.

Батарейки находят применение в запоминающих устройствах, сигнализации, освещении, автомобильной электронике, в бурильном оборудовании, в геотермальных измерениях, радиосвязи и во многих других.

После хранения может потребоваться депассивация. Если после работы в условиях экстремально низкой температуры батарейка попадает в прогретое помещение и разряд продолжается, то возможен разогрев за счет разложения продуктов реакции, который может привести к взрыву.

Батарейки на основе SO2 наиболее универсальны благодаря соответствию различным техническим требованиям, хорошей изученности, накопленному опыту производства и высокой механизации технологических процессов. Обладают стабильным напряжением почти до окончания разряда. Они имеют высокую удельную емкость и способны работать в широком температурном диапазоне от – 60 до 70 °С. Некоторые модели этих батареек могут работать при понижении температуры до – 70 °C. Положительный электрод представляет собой соединение политетрафторэтилена и ацетиленовой сажи. Электролитом батарейки служит диоксид серы с добавками. В результате реакции разряда образуется Li2S2O4. Батарейки выполняются в корпусах с высокой герметичностью. Жидкое состояние диоксида серы обеспечено давлением внутри батарейки в две атмосферы. В конструкции присутствует защитный клапан, снижающий давление, при повышении температуры до значения около 105 °С. Батарейки выпускаются в цилиндрическом корпусе, содержащем катушечное или спиральное исполнение электродов. Напряжение батареек составляет от 2,5 до 2,8 вольта, срок хранения может достигать десяти лет при температуре 20 °С или 1 год при температуре 70 °C. Низкое внутреннее сопротивление даже при низких температурах позволяет использовать этот тип при условиях, исключающих применение других типов батареек: космос, океанология, холодные районы. Батарейки на основе диоксида серы широко применяются в гражданских и военных областях.

Диоксид серная батарейка EEMB LSS26500 и разряд различными токами при температуре 21 °C.

ПОЛИМОНОФТОРУГЛЕРОД

Главным преимуществом этого типа литиевых батареек Li/(CFx)n является высокий энергетический потенциал при температурах 85 °C и даже 125 °C. Батарейки применяются в первую очередь в устройствах, нагревающихся во время работы. Емкость едва заметно снижается после года хранения при температуре 21 °C, а при температуре хранения 90 °C потеря емкости составляет около 2 % в год. При хранении в течение 10 лет батарейки теряют не более одной пятой части емкости. Эти батарейки одни из первых с твердым положительным электродом, появившиеся на промышленном рынке. Удельная энергия полимонофторуглеродной литиевой батарейки достигает 600 ватт-часов на литр. Напряжение работы этих батареек составляет от 2,5 до 2,8 вольта. В процессе реакции фторированный углерод превращается в обычный углерод, происходит рост электропроводности, улучшая условия разряда. Применяются при малых и умеренных токах потребления.

Положительный электрод состоит полимонофторуглерода. Его изготовление происходит при температуре от 300 до 600 °C в атмосфере фтора.
Электролит – раствор гексафторарсената лития в диметилсульфоксиде. В батарейках, выполненных в дисковом корпусе, литиевая фольга расположена на медной решетке, а положительный электрод из политетрафторэтилена и ацетиленовой сажи, находится на решетке из никеля. Батарейки рассчитаны на низкую мощность, выпускаются в корпусах различной формы, успешно используются в запоминающих устройствах, в кардиостимуляторах и в имплантируемых дефибрилляторах. Высокотемпературные дисковые батарейки применяются в автомобильной электронике, в автоматике шлагбаумов и других областях электротехники.

Если предполагается работа в условиях температуры ниже нуля, потребление средних токов, то по цене этот тип батареек не выдерживает конкуренции с более дешевыми литиевыми батарейками, имеющими положительный электрод из диоксида марганца.

Полимонофторуглеродный первичный химический источник питания Panasonic BR1220 и его разряд при различной температуре.

Многочисленные преимущества литиевых батареек омрачает образование пассивной пленки на литиевом электроде. Если для питания часов или пульта телевизора применить литиевые батарейки напряжением 1,5 вольта с расчетным током эксплуатации 0,5 ампер, то возможно прибор будет неуверенно работать после установки весьма дорогих источников питания. Для таких устройств нужно применять литиевые батарейки, предназначенные для работы в режиме малых токов, но на 1,5 вольт маломощные литиевые батарейки для бытовой техники найти сложно. Выход видится в проведении депассивации при установке элементов или каждый раз при включении прибора, если прибор долго не эксплуатировался. Для депассивации нужно подвергнуть батарейки кратковременному импульсу разрядного тока в 10-20 миллиампер. Это мероприятие должно разрушить или ослабить пассивную пленку на литиевом электроде. Если специально предназначенные батарейки устанавливаются в отсек питания прибора с током в десятки миллиампер, то пассивная пленка будет разрушена во время начального периода работы батареек. Для обеспечения депассивации существуют рекомендации производителей литиевых батареек в виде цепей, содержащих конденсаторы. Параллельно батарейке включается конденсатор. При заряде конденсатора происходит кратковременная импульсная нагрузка батарейки. Для универсальности применения различных химических систем батареек, приборы, имеющие батарейное питание можно оснастить конденсаторами, емкостью 0,22…0,68 мкФ, подключенные параллельно батарейкам. Если депассивацию не проводить, то в первое время работы будет наблюдаться провал напряжения. Это приходится наблюдать при установке новой литиевой батарейки в материнскую плату персонального компьютера. Батарейка начинает поддерживать память часов реального времени спустя 2-3 дня после установки. Это время необходимо для разрушения пассивной пленки.

Батарейки запрещается вскрывать, нагревать, сжигать. Следует избегать замыкания полюсов батарейки. Ни в коем случае нельзя пытаться зарядить литиевую батарейку. Устанавливать в прибор, имеющий отсек для нескольких батареек можно батарейки только одного типа и марки. Если обнаружено нарушение корпуса, то батарейки заменить и в дальнейшем не использовать. При установке проверять полярность, ориентируясь на маркировку. Литиевые химические элементы могут иметь конструкцию полюсов, отличающуюся от традиционной конструкции.

какой тип батарей выбрать, LMO или LFP? / Открытые Технологии corporate blog / Habr

На сегодняшний день практически у каждого в кармане находится телефон (смартфон, камерофон, планшет), способный переплюнуть по производительности ваш домашний десктоп, который вы уже несколько лет не обновляли. В каждом гаджете у вас стоит литий-полимерная батарея. Теперь вопрос: кто из читателей вспомнит точно, когда произошёл безвозвратный переход от «звонилок» к мультифункциональным устройствам?

Сложно… Надо напрягать память, вспоминать год покупки первого «умного» телефона. Для меня это примерно 2008-2010 год. На тот момент ёмкость литиевой батареи для обычного телефона составляла порядка 700 мАч, сейчас ёмкость батарей телефонов достигает 4 тысяч мАч.

Увеличение ёмкости в 6 раз, при том, что, грубо говоря, размер батареи увеличился всего в 2 раза.

Как мы уже рассказывали в нашей статье, литий-ионные решения для ИБП стремительно завоёвывают рынок, обладают рядом неоспоримых преимуществ и достаточно безопасны в эксплуатации (тем более в условиях серверной).

Друзья, сегодня попытаемся разобраться и сравнить решения на железо-литий-фосфатных батареях (LFP) и литий-марганцевых (LMO), изучить их достоинства и недостатки, сравнить между собой по ряду удельных показателей. Напомню, что оба вида батарей относятся к литий-ионным, литий-полимерным аккумуляторам, но отличаются химическим составом. Если вас заинтересовало продолжение, прошу под кат.

Перспективы литиевых технологий в области накопления энергии

Текущая ситуация в РФ на 2017 год представляла следующее.

кликабельно

С использованием источника: «Концепция развития систем хранения электроэнергии в РФ», Минэнерго РФ, 21 августа 2017 года.

Как видим, литий-ионная технология на тот момент находилась в лидерах приближения к промышленной технологии производства (подразумевалась в первую очередь LFP технология).

Далее посмотрим на тенденции в США, точнее, рассмотрим свежую версию документа:

Справка: АББМ – энергетические массивы для источников бесперебойного питания, которые используются в электроэнергетике для:

• Резервирования электроэнергии для особо важных потребителей при перебоях в электроснабжении собственных нужд (СН) 0,4 кВ на подстанции (ПС).
  
• Как «буферный» накопитель для альтернативных источников.
  
• Компенсации дефицита мощности в режиме пикового потребления для разгрузки объектов генерации и передачи электричества.
  
• Накопления энергии в течении суток во время её низкой стоимости (ночное время суток).

кликабельно

Как видим, Li-Ion технологии по состоянию на 2016 год прочно удерживали лидирующее положение и показывали стремительный кратный рост и по мощности (МВт), и по энергии (МВт*ч).

В этом же документе можем прочитать следующее:

«Литий-ионные технологии представляют более чем 80% добавленной мощности и энергии системами АББМ выработанной в США на конец 2016 года. Литий-ионные батареи имеют высокоэффективный цикл (заряда, прим. автора) и быстрее отдают накопленную мощность. В добавок ко всему, они имеют высокую плотность энергии (удельная мощность, прим. автора) и большие токи отдачи, что обусловило выбор их в качестве батарей для портативной электроники и электрических транспортных средств».

Попробуем сравнить две технологии литий-ионных аккумуляторов для ИБП

Сравнивать будем призматические ячейки, построенные на химии LMO и LFP. Именно эти две технологии (с вариациями типа LMO-NMC) сейчас являются основными промышленными образцами для различного электротранспорта, электромобилей. Лирическое отступление по поводу батарей в электромобилях можно прочитать тутСпросите, причём тут электротранспорт? Поясню: активное распространение электротранспорта на Li-Ion технологиях уже давно перешагнуло стадию опытных образцов. А как мы знаем, все новейшие технологии приходят к нам из дорогих, новейших сфер жизни. Например, масса автотехнологий пришла к нам из Формулы-1, множество новейших технологий вошло в нашу жизнь из космической сферы, и так далее… Поэтому, на наш взгляд, сейчас происходит проникновение литий-ионных технологий в промышленные решения.

Рассмотрим таблицу сравнения основных производителей, химии батарей и собственно автомобильных компаний, активно выпускающих электромобили (гибриды).

Выберем исключительно призматические ячейки, которые подходят под форм-фактор использования в ИБП. Как видим, литий-титанат (LTO-NMC) является аутсайдером по удельной запасённой энергии. Остаются три производителя призматических ячеек, пригодных для использования в промышленных решениях, в частности, в батареях для ИБП.

Приведу цитату и перевод из документа «Оценка жизненного цикла и длительности эксплуатации литиевых электродов для батарей электротранспорта — ячейки для LEAF, Tesla и автобусов VOLVO» (Оригинал «Life cycle assessment of long life lithium electrode for electric vehicle batteries- cell for LEAF, Tesla and Volvo bus» от 11 декабря 2017 года от Mats Zackrisson. Здесь исследуются большей частью химические процессы в батареях автотранспорта, влияние вибраций и климатических условий эксплуатации, вред для окружающей среды. Однако имеется одна любопытная фраза на предмет сравнения двух технологий литий-ионных батарей.

В вольном моем переводе выглядит так:

NMC технология показывает меньшее воздействие на окружающую среду в расчёте на километр пробега транспорта, чем LFP технология с металлическим анодом батарейной ячейки, но здесь сложно уменьшить или ликвидировать ошибки. Основной смысл выглядит как: более высокая плотность энергии NMC даёт меньший вес и таким образом меньшее электропотребление.

1) Призматическая ячейка LMO технологии, производитель CPEC, USA, стоимость 400$. Внешний вид ячейки LMO
2) Призматическая ячейка LFP технологии, производитель AA Portable Power Corp, стоимость 160$. Внешний вид ячейки LFP
3) Для сравнения добавим авиационную батарею резервного питания, построенную на технологии LFP и ту самую которая участвовала в нашумевшем скандале возгорания Боинга в 2013 году, производитель True Blue Power.Внешний вид батареи TB44
4) Для объективности добавим стандартную батарею ИБП Lead-acid /Portalac/PXL12090, 12В.
Внешний вид классической батареи для ИБП

Cведём исходные данные в таблицу.

кликабельно

Как видим, действительно, наибольшей энергетической эффективностью обладают LMO ячейки, классический свинец проигрывает по удельной энергии минимум в два раза.

Всем ясно, что система BMS для массива Li-Ion батарей добавит массы этому решению, то есть, снизит удельную энергию примерно на 20 процентов (разница между чистым весом батарей и комплектным решением с учетом систем BMS, оболочки модуля, контроллера батарейного шкафа). Массу перемычек, батарейного выключателя и батарейного шкафа принимаем условно равной для литий-ионных батарей и батарейного массива свинцово-кислотных батарей.

Теперь попробуем сравнить расчётные параметры. При этом примем глубину разряда для свинца – 70%, а для Li-Ion – 90%.

кликабельно

Отметим, что низкая удельная энергия для авиационной батареи связана с тем, что сама батарея (которую можно рассматривать как модуль) заключена в металлический противопожарный кожух, обладает разъёмами и системой обогрева для эксплуатации в условиях низких температур. Для сравнения приведён расчёт для одной ячейки в составе батареи TB44, откуда можно сделать вывод о близких характеристиках с обычной LFP ячейкой. Кроме того, авиационная батарея рассчитана на большие токи заряда/разряда, что связано с необходимостью быстрой подготовки воздушного судна к новому полёту на земле и большим током разрядки в случае аварийной ситуации на борту, например, пропадании бортового питания
Кстати вот как сравнивает разные типы авиационных батарей сам производитель

Как видим из таблиц:

1) Мощность батарейного шкафа в случае LMO технологии выше.
2) Количество циклов работы батарей для LFP больше.
3) Удельный вес для LFP меньше, соответственно, при той же ёмкости батарейный шкаф на железо-литий-фосфатной технологии больше.
4) Склонность к тепловому разгону у технологии LFP меньше, что связано с его химической структурой. Как следствие, он считается относительно безопасным.

Для тех кто желает наглядно понять, как литий-ионные батареи могут соединяться в батарейный массив для работы с ИБП, рекомендую заглянуть сюда.Например, такая схема. В данном случае чистый вес батарей будет 340 кг, ёмкость составит 100 ампер-часов.

кликабельно

Или схема для LFP 160S2P, где чистая масса батарей будет 512 кг, а ёмкость — 200 ампер-часов.

кликабельно

ВЫВОД: Несмотря на то, что батареи с химией железо-литий-фосфат (LiFeO4, LFP) используются большей частью в электротранспорте, их характеристики обладают рядом преимуществ перед химической формулой LMO, позволяют заряжать большим током, менее подвержены риску теплового разгона. Какой тип батарей выбрать, остаётся на усмотрении поставщика готового комплексного решения, который определяет это по ряду критериев, и не в последнюю очередь это стоимость батарейного массива в составе ИБП. В данный момент любой тип литий-ионных батарей всё ещё проигрывает по стоимости классическим решениям, но большая удельная мощность литиевых батарей на единицу массы и меньшие габарита всё чаще будет определять выбор в сторону новых накопителей энергии. В ряде случаев меньшая полная масса ИБП определяет выбор в сторону новых технологий. Этот процесс будет проходить совершенно незаметно, и в данный момент сдерживается высокой стоимостью в низком ценовом сегменте (бытовые решения) и инертностью мышления в отношении пожарной безопасности лития у заказчиков, которые ищут лучшие варианты ИБП в промышленном сегменте ИБП мощностью более 100 кВА. Уровень среднего сегмента мощностей ИБП от 3кВА до 100 кВА возможен к реализации на литий-ионных технологиях, но ввиду мелкосерийного производства достаточно дорог и проигрывает готовым серийным образцам ИБП на VRLA батареях.

Узнать подробности и обсудить конкретное решение с использованием литий-ионных батарей для вашей серверной или ЦОД можно, направив запрос на электронную почту [email protected], либо сделав запрос на сайте компании www.ot.ru.

ОТКРЫТЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – надёжные комплексные решения от мировых лидеров, адаптированные именно под ваши цели и задачи.

Автор: Куликов Олег
Ведущий инженер конструктор
Департамент интеграционных решений
Компания Открытые Технологии

особенности этого типа элементов питания

Современный мир насыщен разнообразными гаджетами, игрушками и приборами, которые требуют для работы элементы питания в виде гальванических батареек либо аккумуляторов. Различные брендовые компании предлагают широкий ассортимент питающих элементов. Наиболее эффективными считаются литиевые батарейки и аккумуляторы. Они отличаются повышенной стоимостью, но это с лихвой компенсируется положительными свойствами.

Принцип работы литиевых элементов основан на реакции окисления, являющейся необратимой. Отрицательный вывод в элементах выполняют из оксида лития, а положительный из оксидов различных металлов. Для катода применяют оксиды железа, марганца, меди. Иногда вместо металла применяют жидкие соединения серы и хлора.

Стоит знать! В процессе реакции оксид лития отдает отрицательные частицы, тем самым протекает ток, и заряд накапливается.

Данные батареи изготавливаются с восстановлением заряда, а также одноразовые у которых в ходе реакции накопленный заряд не восстанавливается. По конструкции исполнения различают два вида гальванических элементов на основе лития- бобинные и спиральные.

Бобинные батарейки

Бобинные элементы питания на основе реакции оксида лития изготавливают призматической формы. В качестве катода применяется жидкий оксид хлора, он находится в центре и соединен со стеклянно-металлическим герметичным выводом. По кругу расположен литиевый анод, от катода разделяется угольным катализатором.

Сроком службы таких элементов производители объявляют до 20 лет. Номинальный ток батареек не превышает 150 мА.

Спиральные батарейки

Спиральные литиевые элементы питания изготавливают в виде призмы и цилиндра, а также в форме таблеток. В конструкции применяется анод из лития, отделенный от электролита угольным катализатором.

Важно! Производители для защиты от вздутия литиевой батарейки устанавливают предохранительный клапан.

Такое исполнение питающих элементов подразумевает большую активную площадь лития, тем самым заряд быстрее отдается при гальванической реакции. Самостоятельный разряд достигает 10% в год, постоянный номинальный ток имеет значение от 0,1 А до 1,8 А. При импульсе ток может достигать значение 4 А.

Свойства литиевых батареек при разных анодных парах

В зависимости от материала используемого при изготовлении катода технические характеристики литиевых батареек могут изменяться по основным параметрам. Выделяют 7 основных анодных пар:

1. Li/MnO₂— электролитом является соединение хлора с литием. Постоянное напряжение до 3 В, потеря заряда в течение года составляет 2,5%. Сроком годности устанавливается значение до 10 лет. Выполняется в виде таблетки и имеет маркировку «CR». Диапазон рабочих температур от -20°С до +55°С.
2. Li/CuO- соединение меди позволяет сохранять больше заряда в течение срока службы. Номинальное напряжение имеет значение 1,2-1,5 В. Диапазон рабочих температур от -10°С до +70°С. Элемент питания с данной анодной парой может имеет срок годности до 10 лет.
3. Li/SO₂— в качестве электролита применяется диоксид серы, в котором содержатся элементы для повышения проводимости. Катод выполняется из прессованного графита с сажей. Данное исполнение является наиболее распространенным. Номинальное напряжение, вырабатываемое при реакции, составляет 2,6 В- 2,8 В. При эксплуатации возможно возникновение короткого замыкания для этого в конструкции установлен предохранитель давления. Батарейка способна работать при диапазоне температур от -60°С до +70°С, способна сохранять работоспособность в течение 10 лет.
4. Li/I₂— в данных элементах не применяется электролит, химическая реакция происходит при смешивании твердых материалов. Считаются самыми надежными, используются для питания в медицинских аппаратах, где необходим постоянное значение напряжения на длительный срок. Рассчитана на 15 лет работы.
5. Li/FeS₂— имеют завышенную стоимость, что не делает их менее распространенными. Среди потребителей считаются лучшими. Применяются в устройствах с повышенной мощностью, в конструкции есть предохранитель давления и клапан сброса, а также защита при резком увеличении значения тока. Срабатывает предохранитель при температуре от 80 °С. Изготавливаются цилиндрической формы, имеют срок службы до 10 лет.
6. Li/CF_x— элемент питания работает при повышенных значениях температуры до +85°С. Применяется в медицинской технике, имеет саморазряд до 20% в течение 10 лет.
7. Li/SOCl₂— отличается от остальных повышенной емкостью. Номинальное рабочее напряжение составляет значение без подачи нагрузки до 3,8 В, а при нагрузке 3,5В. Электролитом является химическое соединение на основе хлора, считается агрессивным. При падении рабочей температуры ниже нуля емкость начинает падать, и наоборот при повышении значение незначительно увеличивается. Максимальная температуры работоспособности +130°С. В конструкции имеется защита в виде плавкой вставки, а также клапан увеличенного давления.

Габариты и маркировки

Для работы различных приборов необходимо правильно подобрать элемент питания. Для этого следует знать такие параметры как диаметр, длину, значение напряжения и конструкцию исполнения. На элементах питания используется специальная маркировка, зная расшифровку можно легко найти нужную батарейку. Различают несколько видов маркировки:

• Литиевые батарейки ААА- значение напряжения составляет 1,5 В, длина 44,5 мм, диаметр 10,5 мм. Имеет народное название мизинчиковая.
• АА- номинальное рабочее напряжение составляет 1,5 В, имеет длину 50,5 мм и диаметр исполнения 14,5 мм. В быту называют пальчиковой.
• С- имеет рабочее значение напряжения 1,5 В, длину и диаметр 50 мм и 26,2 мм соответственно. Народное название дюймовочка.
• D- рабочее напряжение 1,5 В. Длина батарейки составляет 61,5 мм, а диаметр 34,2 мм. В народе называют бочка.
• РР3- имеет повышенное значение напряжения 9 В. Диаметр составляет 26,5 мм, а длина 48,5 мм. В быту называют крона.

Подбирая элемент питания необходимо учитывать требования к применению. Литиевые отличаются от алкалиновых батареек повышенной стоимостью.

Сроки службы литиевых элементов питания

При соблюдении всех требований по хранению батарейки способны прослужить более 10 лет. Часто бывает, что забытый элемент через несколько лет может отлично справляться с питанием различных приборов. Дата изготовления указывается на корпусе в виде шифра, состоящего из букв и цифр. Срок хранения литиевых батареек указан на упаковке, даже, если она не применялась. Маркировку контролирует всемирная электротехническая комиссия.

Области применения

Данные батарейки имеют длительный срок службы, что делает их распространенными для применения в аппаратах и приборах с увеличенной мощностью потребления. Основными устройствами, где применяются батарейки считают:

• компьютерная техника;
• оптическая и фототехника;
• оборудование, используемое в медицине;
• авиастроение;
• военная промышленность;
• космическая отрасль.

Достоинства и недостатки литиевых батарей

Как и любое электрическое оборудование батарейки на основе лития имеют плюсы и минусы в процессе применения. К достоинствам относятся:

• низкий уровень самостоятельного разряда;
• высокая емкость заряда;
• повышенное значение рабочего напряжения аккумуляторных батарей;
• можно ли зарядить литиевую батарею – да;
• высокая надежность;
• просты в применении.

К недостаткам причисляют:

• Повышенную стоимость. Сложная конструкция аккумуляторов, состоящих из батарей. Невозможность использования без контроля за показателями напряжения и тока. В качестве защиты устанавливают контроллер.
• Наступление срока службы с первого дня изготовления. С течением времени элемент теряет свои полезные свойства.
• Пагубное влияние широкого диапазона перепада температур применения.

Разница между щелочными и литиевыми элементами питания

При выборе между алкалиновыми и литиевыми батарейками следует учитывать условия, при которых они будут использоваться.

Важно помнить, что для приборов и аппаратов в которых необходимо питание повышенной мощности, а также если присутствует вероятность возникновения импульсных токов следует использовать элемент питания либо аккумуляторы на основе реакций лития. Нет необходимости приобретать взамен несколько алкалиновых.

Напротив, оборудование, где нет импульсных потреблений повышенной мощности обычно применяют щелочные элементы.

Внимание! Малые токи пагубно влияют на емкость литиевых батареек, тем самым понижая срок службы.

Заряжать или не заряжать литиевые батарейки

При покупке необходимо обратить внимание на маркировку указывающую возможность многократного перезаряда. Обычно на элементе указывается надпись «rechargeable», что значит перезаряжаемая.

Отсутствие соответствующих указаний на корпусе говорит об одноразовости батарейки. Приобретение заряжаемых элементов может значительно сэкономить затраты на покупку запаса из одноразовых.

Совет! Само восполнение заряда следует производить при помощи специальных приборов, предназначенных для этого.

В их конструкции зарядных устройств используются средства контроля и защиты. Заряд протекает в два этапа и занимает время от 3 до 8 часов.

Появление литиевых элементов значительно упростило использование переносных приборов и аппаратов с отдельным питанием. Соблюдение правил эксплуатации, хранения и перезарядки таких батареек надолго сохранит их работоспособность и срок службы.