Многие при покупке смартфона или другого мобильного устройства не знают, какой аккумулятор находится внутри гаджета. Наиболее подходящий накопитель энергии для каждого изделия выбирается ещё на стадии конструирования. Сейчас завоёвывают популярность литий-полимерные аккумуляторы. Чтобы накопитель не вышел из строя, пользователь должен знать его принцип работы и отличия от других подобных устройств, чтобы правильно эксплуатировать свой гаджет.
Разница между полимерным и ионным аккумулятором
Литий это самый лёгкий из известных металлов. Кроме этого, благодаря большому электрохимическому потенциалу он может обеспечить большую плотность запасаемой энергии. То есть благодаря ему на единицу веса можно запастись большим количеством электрической энергии. Литиевые батареи отличаются большой ёмкостью и высоким напряжением.
Однако использование лития в качестве электрода оказалось невозможным из-за его неустойчивости. Такие батареи часто нагревались и плавились. Поэтому теперь используются накопители с электролитом, сделанным на основе лития. Существует два типа таких аккумуляторов с жидким и твёрдым электролитом.
Батареи с жидким электролитом называются литий-ионными. В них не до конца решена проблема возгорания и взрыва, но они безопаснее, чем батареи с литиевыми электродами. Кроме этого, такие изделия теряют ёмкость, даже если они не используются.
Исследования, проводимые для того, чтобы избавиться от недостатков литий-ионных батарей, привели к появлению li po аккумуляторов. В них стали использовать электролит из твёрдого полимера. Эта конструкция проста в производстве и позволяет производить накопители произвольной формы. Кроме того, отсутствие жидкого электролита исключает возгорания. Появление этих элементов позволило делать аккумуляторы толщиной всего 1 мм, которые можно даже встраивать в одежду.
Однако сегодня полимерный аккумулятор имеет низкую электропроводность. Поэтому не может обеспечить ток, требуемый для большинства современных мобильных устройств. Чтобы повысить электропроводность, в них добавляют жидкий электролит. Значит, те устройства, которые продаются под видом литий-полимерных, на самом деле являются гибридными.
Внимание! Те устройства, которые маркетологи называют литий-полимерными и используются в бытовой технике, на самом деле являются гибридными литий-ионными полимерными.
В чем особенности гибридных литий-полимерных аккумуляторов
Гибридные полимерные батареи имеют такие отличия от литий-ионных:
- риск возгорания и взрыва таких гаджетов ниже, по сравнению с литий-ионными;
- при том же размере и весе имеют большую электрическую ёмкость;
- их габариты не зависят от стандартного формата ячеек, благодаря чему их можно сделать любой формы и размеров.
Устройство гибридного полимерного аккумулятора
Анод li po накопителя делают из углерода, в который внедрены ионы лития. Катод делается из оксидов металлов, например ванадия, кобальта или никеля. Во время разрядки происходит извлечение ионов лития из материала анода (углерода) и внедрение ионов лития в катод. Во время заряда все процессы происходят в противоположном порядке. При зарядке устройства, катод которого сделан из оксида кобальта, происходят такие химические реакции:
на катоде: LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-;
на аноде: C + xLi+ + xe- ->Clix;
Электролиты гибридных зарядных устройств можно разделить на три вида:
- Сухие полимерные электролиты, могут быть сделаны на основе полиэтиленоксида (ПЭО), в который вводятся соли лития;
- Гелиево-полимерные электролиты. В них вместе с солями лития в полимер также внедряется пластификатор-растворитель;
- Электролит третьего вида состоит из полимера, имеющего микропористую структуру, в который при помощи процесса сорбции внедрены неводные растворы солей лития.
Основные характеристики
При одинаковом весе гибридные батареи могут запасти энергии в три-четыре раза больше, чем никель-металлогидридные, и в четыре пять раз больше, чем никель-кадмиевые.
До того, как потеряют 20 % ёмкости, они могут вынести 500–600 циклов зарядки. Кроме этого, они подвержены эффекту старения и, даже если не будут работать, через два года потеряют пятую часть первоначальной ёмкости.
У обычных батарей ток разряда не должен превышать 3С°. Существуют также быстроразрядные накопители, у которых ток разряда может доходить до величины 8–10С°.
Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросВажно! Здесь число С является числовым выражением ёмкости. Например, для батареи ёмкостью 1000 мАч, ток заряда 1С равен 1000 мА. Гаджет считается заряженным, когда зарядный ток становится меньше 0,1–0,2С.
Рассматриваемые изделия могут иметь напряжение на своих выводах от 3,6 до 3,8 вольт.
Особенности эксплуатации и зарядки
Гибридные аккумуляторы достаточно «нежные», и, чтобы они подольше прослужили, нужно выполнять некоторые несложные правила.
Чтобы минимизировать потерю ёмкости, которая происходит при хранении, нужно, чтобы температура в помещении была не выше 20 °С. Также производители рекомендуют хранить свои изделия заряженными на 40 % от их номинальной ёмкости.
Зарядка гибридных аккумуляторов длится примерно 2–3 часа и состоит из двух этапов. На начальном этапе батарея заряжается до 70 % от номинальной ёмкости. Ток заряда на этом этапе равен 1С. На втором этапе он начинает уменьшаться, пока не достигнет 3 % от начального. После этого батарея считается заряженной.
Плюсы, минусы и область применения
Перечислим основные преимущества таких накопителей энергии для пользователей:
- высокий уровень безопасности;
- можно изготовить произвольной формы и толщиной от 1 мм;
- батарея может продолжительное время оставаться работоспособной без подзарядки;
- большая ёмкость при том же весе по сравнению с литий-ионными.
Кроме преимуществ, гибридные батареи имеют и недостатки:
- подвержены эффекту старения, со временем теряют часть ёмкости, даже если не используются;
- высокая себестоимость.
Гибридные аккумуляторы применяются там, где важна ёмкость при небольшом весе. Поэтому их часто ставят на модели самолетов и вертолётов, управляемых по радио. Например, вертолёты фирмы Piccolo могут летать на гибридных батареях в течение 30 минут.
Они также хорошо подходят для устройств, потребляющих сравнительно небольшой ток, таких как планшеты или смартфоны. Однако в устройствах, потребляющих большой ток, преимущественно используются NiCd батареи.
