Elemen kunci mobilitas perangkat elektronik adalah baterai isi ulang (ACB). Tuntutan yang berkembang untuk memastikan otonomi terpanjang mereka merangsang penelitian berkelanjutan di bidang ini dan mengarah pada munculnya solusi teknologi baru.
Baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) dan nikel-metal hidrida (Ni-MH) yang banyak digunakan memiliki alternatif - baterai lithium pertama, dan kemudian baterai lithium-ion (Li-ion) yang lebih canggih.
Isi
Sejarah penampilan
Baterai seperti itu pertama kali muncul di tahun 70-an. abad terakhir. Mereka segera mendapatkan permintaan karena karakteristik yang lebih maju. Anoda elemen terbuat dari lithium metalik, yang sifat-sifatnya memungkinkan untuk meningkatkan energi spesifik. Ini adalah bagaimana baterai lithium lahir.
Baterai baru memiliki kelemahan yang signifikan - peningkatan risiko ledakan dan pengapian.Alasannya terletak pada pembentukan film lithium pada permukaan elektroda, yang menyebabkan pelanggaran stabilitas suhu. Pada saat beban maksimum, baterai bisa meledak.
Penyempurnaan teknologi telah menyebabkan ditinggalkannya lithium murni dalam komponen baterai demi penggunaan ion bermuatan positif. Baterai lithium-ion terbukti menjadi solusi yang baik.
Jenis baterai ion ini dicirikan oleh keamanan yang lebih tinggi, yang diperoleh dengan mengorbankan sedikit penurunan kepadatan energi, tetapi kemajuan teknologi yang konstan telah memungkinkan untuk mengurangi kerugian pada indikator ini seminimal mungkin.
Perangkat
Pengenalan baterai lithium-ion ke dalam industri elektronik konsumen mendapat terobosan setelah pengembangan baterai dengan katoda bahan karbon (grafit) dan anoda kobalt oksida.
Dalam proses pelepasan baterai, ion litium dikeluarkan dari bahan katoda dan dimasukkan ke dalam oksida kobalt dari elektroda yang berlawanan; saat pengisian, proses berlangsung dalam arah yang berlawanan. Jadi, ion lithium menciptakan arus listrik, bergerak dari satu elektroda ke elektroda lainnya.
Baterai Li-Ion diproduksi dalam versi silinder dan prismatik. Dalam struktur silinder, dua pita elektroda datar, dipisahkan oleh bahan yang diresapi elektrolit, digulung dan ditempatkan dalam wadah logam tertutup. Bahan katoda diendapkan pada aluminium foil, dan bahan anoda diendapkan pada foil tembaga.
Desain baterai prismatik diperoleh dengan menumpuk pelat persegi panjang di atas satu sama lain. Bentuk baterai ini memungkinkan untuk membuat tata letak perangkat elektronik lebih padat. Baterai prismatik dengan elektroda gulung yang dipilin menjadi spiral juga diproduksi.
Operasi dan masa pakai
Pengoperasian baterai lithium-ion yang lama, penuh, dan aman dimungkinkan jika aturan pengoperasian dipatuhi, mengabaikannya tidak hanya akan mempersingkat masa pakai produk, tetapi juga dapat menyebabkan konsekuensi negatif.
Eksploitasi
Persyaratan utama untuk pengoperasian baterai Li-Ion menyangkut suhu - tidak boleh terlalu panas. Suhu tinggi dapat menyebabkan kerusakan maksimum, dan penyebab panas berlebih dapat menjadi sumber eksternal dan mode pengisian dan pengosongan baterai yang membuat stres.
Misalnya, memanaskan hingga 45°C menyebabkan penurunan kemampuan untuk menahan daya baterai sebanyak 2 kali. Suhu ini mudah dicapai saat perangkat terpapar sinar matahari dalam waktu lama atau saat menjalankan aplikasi yang boros energi.
Jika produk terlalu panas, disarankan untuk meletakkannya di tempat yang sejuk, lebih baik matikan dan lepaskan baterai.
Untuk kinerja baterai terbaik di musim panas, Anda harus menggunakan mode hemat energi, yang tersedia di sebagian besar perangkat seluler.
Suhu rendah juga memiliki efek negatif pada baterai ion; pada suhu di bawah -4°C, baterai tidak dapat lagi memberikan daya penuh.
Tapi dingin tidak berbahaya bagi baterai Li-Ion seperti suhu tinggi, dan paling sering tidak menyebabkan kerusakan permanen. Terlepas dari kenyataan bahwa setelah pemanasan hingga suhu kamar, sifat kerja baterai sepenuhnya pulih, Anda tidak boleh melupakan penurunan kapasitas dalam cuaca dingin.
Rekomendasi lain untuk penggunaan baterai Li-Ion adalah untuk mencegahnya dari kehabisan daya. Banyak baterai generasi lama memiliki efek memori yang mengharuskannya dikosongkan hingga nol dan kemudian terisi penuh.Baterai Li-Ion tidak memiliki efek ini, dan kasus pelepasan total yang terisolasi tidak menyebabkan konsekuensi negatif, tetapi pelepasan dalam yang konstan berbahaya. Disarankan untuk menghubungkan pengisi daya saat tingkat pengisian daya adalah 30%.
Seumur hidup
Pengoperasian baterai Li-Ion yang tidak benar dapat mengurangi masa pakainya hingga 10-12 kali lipat. Periode ini secara langsung tergantung pada jumlah siklus pengisian. Diyakini bahwa baterai jenis Li-Ion dapat bertahan dari 500 hingga 1000 siklus, dengan mempertimbangkan debit penuh. Persentase sisa daya yang lebih tinggi sebelum pengisian berikutnya secara signifikan meningkatkan masa pakai baterai.
Karena durasi masa pakai baterai Li-Ion sangat ditentukan oleh kondisi pengoperasian, tidak mungkin memberikan masa pakai yang tepat untuk baterai ini. Rata-rata, baterai jenis ini dapat diharapkan bertahan 7-10 tahun jika peraturan yang disyaratkan diikuti.
Proses pengisian
Saat mengisi daya, hindari sambungan baterai yang terlalu lama ke pengisi daya. Pengoperasian normal baterai lithium-ion berlangsung pada tegangan tidak melebihi 3,6 V. Pengisi daya memasok 4,2 V ke input baterai selama pengisian. Jika waktu pengisian terlampaui, reaksi elektrokimia yang tidak diinginkan dapat dimulai pada baterai, yang akan menyebabkan panas berlebih dengan segala konsekuensinya.
Pengembang memperhitungkan fitur seperti itu - keamanan pengisian baterai Li-Ion modern dikendalikan oleh perangkat built-in khusus yang menghentikan proses pengisian ketika tegangan naik di atas tingkat yang diizinkan.
Untuk baterai lithium, metode pengisian dua tahap sudah benar.Pada tahap pertama, baterai harus diisi, memberikan arus pengisian yang konstan, tahap kedua harus dilakukan dengan tegangan konstan dan penurunan arus pengisian secara bertahap. Algoritma semacam itu diimplementasikan dalam perangkat keras di sebagian besar pengisi daya rumah tangga.
Penyimpanan dan pembuangan
Baterai lithium-ion dapat disimpan untuk waktu yang lama, self-discharge 10-20% per tahun. Tetapi pada saat yang sama, penurunan bertahap dalam karakteristik produk (degradasi) terjadi.
Disarankan untuk menyimpan baterai tersebut di tempat yang terlindung dari kelembaban, pada suhu +5 ... + 25 ° . Getaran yang kuat, benturan, dan kedekatan dengan nyala api terbuka tidak dapat diterima.
Proses daur ulang sel lithium-ion harus dilakukan di perusahaan khusus yang memiliki lisensi yang sesuai. Sekitar 80% bahan dari baterai daur ulang dapat digunakan kembali dalam pembuatan baterai baru.
Keamanan
Baterai lithium-ion, bahkan dengan ukuran mini, penuh dengan risiko pembakaran spontan yang eksplosif. Fitur jenis baterai ini memerlukan kepatuhan terhadap langkah-langkah keamanan di semua tahap, mulai dari pengembangan hingga produksi dan penyimpanan.
Untuk meningkatkan keamanan baterai Li-Ion selama pembuatan, papan elektronik kecil ditempatkan di kasingnya - sistem pemantauan dan kontrol yang dirancang untuk menghilangkan kelebihan beban dan panas berlebih. Mekanisme elektronik meningkatkan resistansi rangkaian ketika suhu naik di atas batas yang telah ditentukan. Beberapa model baterai memiliki sakelar mekanis internal yang memutus sirkuit saat tekanan di dalam baterai meningkat.
Juga, katup pengaman sering dipasang di kotak baterai untuk mengurangi tekanan jika terjadi keadaan darurat.
Pro dan kontra dari baterai lithium
Kelebihan baterai jenis ini adalah:
- kepadatan energi yang tinggi;
- tidak ada efek memori;
- umur panjang;
- tingkat self-discharge rendah;
- tidak perlu pemeliharaan;
- memastikan parameter operasi konstan pada rentang suhu yang relatif luas.
Ini memiliki baterai lithium dan kekurangannya, ini adalah:
- risiko pembakaran spontan;
- biaya lebih tinggi dari pendahulunya;
- kebutuhan akan pengontrol bawaan;
- debit dalam yang tidak diinginkan.
Teknologi untuk produksi baterai Li-Ion terus ditingkatkan, banyak kekurangan secara bertahap menjadi sesuatu dari masa lalu.
Area aplikasi
Kepadatan energi yang tinggi dari baterai lithium-ion menentukan area aplikasi utamanya - perangkat elektronik seluler: laptop, tablet, smartphone, kamera video, kamera, sistem navigasi, berbagai sensor bawaan, dan sejumlah produk lainnya.
Adanya faktor bentuk silinder baterai ini memungkinkan mereka untuk digunakan di senter, telepon rumah dan perangkat lain yang sebelumnya mengkonsumsi daya dari baterai sekali pakai.
Prinsip pembuatan baterai lithium-ion memiliki beberapa jenis, jenisnya berbeda dalam jenis bahan yang digunakan (lithium-kobalt, lithium-mangan, lithium-nikel-mangan-kobalt-oksida, dll). Masing-masing memiliki ruang lingkupnya sendiri.
Selain elektronik seluler, sekelompok baterai lithium-ion digunakan di area berikut:
- perkakas listrik genggam;
- peralatan medis portabel;
- catu daya yang tidak pernah terputus;
- sistem keamanan;
- modul pencahayaan darurat;
- stasiun bertenaga surya;
- kendaraan listrik dan sepeda listrik.
Mempertimbangkan peningkatan konstan teknologi lithium-ion dan keberhasilan dalam menciptakan baterai berkapasitas tinggi dengan ukuran kecil, adalah mungkin untuk memprediksi perluasan aplikasi untuk baterai tersebut.
menandai
Parameter baterai lithium-ion tercetak di badan produk, sedangkan kode yang digunakan mungkin berbeda secara signifikan untuk ukuran yang berbeda. Standar pelabelan baterai tunggal untuk semua produsen belum dikembangkan, tetapi masih mungkin untuk mengetahui parameter terpenting sendiri.
Huruf pada garis penanda menunjukkan jenis sel dan bahan yang digunakan: huruf pertama I berarti teknologi lithium-ion, huruf berikutnya (C, M, F atau N) menentukan komposisi kimia, huruf ketiga R berarti bahwa sel dapat diisi ulang (Rechargeable).
Angka-angka dalam nama ukuran menunjukkan ukuran baterai dalam milimeter: dua angka pertama adalah diameter, dan dua lainnya adalah panjangnya. Misalnya, 18650 menunjukkan diameter 18 mm dan panjang 65 mm, 0 menunjukkan faktor bentuk silinder.
Huruf dan angka terakhir dalam seri adalah tanda wadah khusus untuk masing-masing pabrikan. Juga tidak ada standar seragam untuk menunjukkan tanggal pembuatan.
