Устройство литий-полимерного аккумулятора
В литий-полимерном аккумуляторе в качестве электролита используется полимерный материал. Батарея такого типа применяется в цифровой технике, мобильных телефонах, всевозможных гаджетах, радиоуправляемых моделях и пр.
Толчком для совершенствования литий-ионных аккумуляторов стала необходимость борьбы с двумя существующими в них недостатками. Прежде всего, они небезопасны в эксплуатации и к тому же достаточно неэкономичны. Устранять данные минусы инженеры решили с помощью смены электролита.
В итоге появился полимерный электролит. Однако полимер и раньше был известен как проводник. Он давно уже использовался в электротехнических нуждах в качестве проводящей ток пластиковой пленки. В современной же разработке толщина литий-полимерного элемента достигает всего 1 мм, что автоматически устраняет ограничения по использованию разработчиками различных форм и размеров.
Однако главное в новой генерации аккумулятора заключается в отсутствии жидкого электролита, благодаря этому исключается риск воспламенения батареи. Таким образом была устранена проблема ее безопасности. Но чтобы понять, в чем основные отличия Li-pol от литий-ионных аккумуляторов, следует подробнее рассмотреть устройство базовой модели.
Устройство литий-ионного аккумулятора
Первые модели серийных аккумуляторов на основе лития появились еще в начале 90-х годов. Однако в качестве электролита тогда применялся кобальт и марганец. В современных же батареях Li-ion важно не столько само вещество, сколько конфигурация его расположения в блоке.
Литий-ионные аккумуляторы состоят из электродов, которые разделены сепаратором с порами. В свою очередь масса сепаратора как раз и пропитывается веществом электролита. Что касается самих электродов, то они представляют собой катодную основу на алюминиевой фольге с медным анодом.
Внутри блока разнополюсные анод и катод соединяются между собой токосъемными клеммами. Образование заряда обеспечивает положительный заряд иона лития. Литий в данном случае выгоден тем, что располагает возможностью легко проникать в кристаллические решетки других веществ, формируя химические связи.
Однако положительных качеств литий-ионных батарей все чаще оказывалось недостаточно для выполнения задач в современных гаджетах. Именно это обусловило появление новой генерации Li-pol элементов, имеющих немало конструктивных и функциональных особенностей.
В целом необходимо отметить сходство литий-ионных источников питания с гелиевыми полноформатными АКБ для автомашин. В обоих случаях аккумуляторы разрабатываются с расчетом на практичность в использовании. Отчасти это направление развития продолжили и элементы на полимерной основе.
Срок службы литий-полимерного аккумулятора
В среднем литий-полимерные аккумуляторы поддерживают примерно 800-900 циклов зарядки. Данный показатель можно считать очень скромным на фоне остальных современных аналогов. Но вовсе не этот фактор рассматривается специалистами как определяющий ресурс элемента.
Дело в том, что новейшие аккумуляторы подвержены активному старению независимо от интенсивности их эксплуатации. То есть даже если источник питания совсем не используется, его ресурс будет со временем сокращаться. Причем это в равной степени относится как к литий-ионному аккумулятору, так и к литий-полимерным элементам.
Все аккумуляторы, базирующиеся на литиевой основе, характеризуются процессом непрерывного старения. Существенную утрату в энергоемкости батареи можно заметить уже через год после приобретения гаджета. Спустя 2-3 года некоторые источники питания совершенно выходят из строя. Однако здесь многое зависит от производителя, так как внутри данного сегмента имеются различия в качестве исполнения аккумулятора.
Помимо проблем с быстрым устареванием, данный тип аккумуляторов нуждается в дополнительной системе защиты. Это связано с тем, что внутреннее напряжение на разных участках цепи батареи может привести к перегоранию. Поэтому здесь была внедрена особая схема стабилизации, предотвращающая перезаряды и перегревы.
В чем главное отличие литий-полимерного аккумулятора от ионной батареи
Принципиальное отличие Li-pol от Li-ion заключается в отказе от гелиевых и жидкостных электролитов. Для более точного понимания этой разницы необходимо обратиться к современным моделям автомобильных аккумуляторов. Потребность в замене жидкого электролита в данном случае была обусловлена, конечно же, интересами безопасности.
Но если в случае с автомобильными АКБ прогресс остановился на тех же пористых электролитах с пропиткой, то модели на литиевой основе получили полноценную твердую основу. Несомненно, твердотельный литий-полимерный аккумулятор – это большое преимущество. Его отличие от ионного заключается в том, что активное вещество в виде пластины в зоне контакта с литием препятствует образованию дендритов при циклировании.
Данный фактор исключает вероятность взрывов и возгораний таких источников питания. Однако есть и слабые места у новых элементов питания. Подобная система влечет свой ряд недостатков.
Главным из них можно назвать ограничение тока. Однако, с другой стороны, дополнительные защитные системы делают литий-полимерный аккумулятор безопаснее. Отличие от ионной батареи в плане стоимости тоже немаловажный фактор. Полимерные источники питания стоят дешевле, хоть и ненамного. Их ценник все же повышается из-за установки электронных защитных схем.
Какой аккумулятор лучше – Li-pol или Li-ion?
Решать, какой аккумулятор из представленных моделей лучше, в большей степени следует, исходя из планируемых условий эксплуатации и характеристик целевого объекта энергоснабжения. Основные преимущества устройств на полимерной основе ощутимы скорее для самих производителей, благодаря им они могут свободнее использовать новые технологии. Для пользователя такая разница в батареях будет малозаметна.
Например, в вопросе о том, как следует заряжать литий-полимерный аккумулятор, владельцу гаджета придется уделять больше внимания выбору качественного источника энергоснабжения. По продолжительности самого процесса заряда и тот, и другой источник питания будут скорее идентичными элементами.
Что касается вопроса долговечности, то и в этом показателе ситуация тоже неоднозначная. Конечно, эффект старения в большей степени характеризует элементы на полимерной основе, но на практике владельцы наблюдают самые разные ситуации. К примеру, нередки отзывы о литий-ионных аккумуляторах, которые оказываются непригодными для эксплуатации уже спустя 1 год после приобретения. А литий-полимерные батареи вполне могут прослужить в некоторых аппаратах по 6-7 лет, при этом находясь постоянно в активном использовании.
В полимерные элементы с целью повышения электропроводности инженеры все же добавляют гелеобразный электролит. Тем не менее, вопрос о том, какой аккумулятор выбрать, не стоит остро на предприятиях. В местах, где большое влияние оказывает температура, часто используются комбинированные решения. Полимерные элементы в таких случаях обычно применяют в качестве резервных источников питания, подключая их в сеть по мере необходимости.
