Μπαταρίες πολυμερούς λιθίου

Στις αρχές της δεκαετίας του 90, όταν η βιομηχανική χρήση των μπαταριών ιόντων λιθίου είχε ήδη αποκτήσει ορμή, αναπτύχθηκαν οι πρώτες μπαταρίες λιθίου με τη μορφή συσκευασιών - μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς (ονομασία "Li-Pol" ή "Li-Po").

Έτσι, οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου έχουν μετατραπεί σε μεταγενέστερη έκδοση μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αλλά εάν ένας υγρός ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται σε μπαταρίες ιόντων λιθίου, τότε σε όμοια με λιθιο-πολυμερές αυτό είναι ήδη μια σύνθεση πολυμερούς, με συνέπεια είναι μια πηκτή. Λόγω της βάσης του πολυμερούς, οι μπαταρίες αυτού του τύπου έχουν υψηλότερη ειδική ενεργειακή ένταση από άλλες.

Για το λόγο αυτό, οι μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς σήμερα εφαρμόζονται ιδιαίτερα σε πολλές κινητές συσκευές, όπου το χαμηλό βάρος είναι εξαιρετικά σημαντικό (gadgets, ραδιοελεγχόμενα παιχνίδια κ.λπ.)

Μια τυπική μπαταρία λιθίου-πολυμερούς περιέχει τέσσερα βασικά μέρη στο σχεδιασμό του: θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος), αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος), διαχωριστή και ηλεκτρολύτη. Ένα πολυμερές όπως ένα φιλμ μικροπορώδους πολυαιθυλενίου ή πολυπροπυλενίου μπορεί να δρα ως διαχωριστής. Συνεπώς, ακόμη και αν ο ηλεκτρολύτης είναι ουσιαστικά υγρός, το πολυμερές συστατικό της μπαταρίας είναι πάντα παρόν.

Το θετικό ηλεκτρόδιο, με τη σειρά του, μπορεί να χωριστεί σε τρία μέρη: ένα υλικό μετάπτωσης λιθίου (οξείδιο λιθίου κοβαλτίου ή οξείδιο λιθίου μαγγανίου), ένα αγώγιμο πρόσθετο και ένα πολυμερές συνδετικό - φθοριούχο πολυβινυλιδένιο. Όσο για το αρνητικό ηλεκτρόδιο, περιέχει επίσης τρία μέρη, μόνο ο άνθρακας (γραφίτης) υπάρχει πάνω του αντί των οξειδίων.

Η αρχή λειτουργίας μιας μπαταρίας λιθίου-πολυμερούς, καθώς και η αρχή της λειτουργίας μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, βασίζονται στην αναστρέψιμη ενσωμάτωση ιόντων λιθίου στο υλικό των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, ενώ ο ηλεκτρολύτης χρησιμεύει ως αγώγιμο μέσο για ιόντα λιθίου και απαιτείται ένας μικροπόρος διαχωριστής εδώ για να εμποδίσετε τα αντίθετα ηλεκτρόδια να ακουμπούν το ένα το άλλο.

Ο διαχωριστής, επομένως, εξαλείφει τη μετανάστευση σωματιδίων των ίδιων των ηλεκτροδίων, περνώντας μόνο ιόντα λιθίου. Στην κατάσταση εκφόρτισης, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων κυμαίνεται από 2,7 έως 3 βολτ και στην φορτισμένη κατάσταση φτάνει τα 4,2 βολτ (για μπαταρία λιθίου-οξειδίου του κοβαλτίου). Για το φωσφορικό λίθιο σιδήρου (ένας τύπος μπαταρίας ιόντων λιθίου), αυτές οι τιμές θα είναι διαφορετικές - από 1,8 έως 2,0 βολτ σε κατάσταση εκφόρτισης και από 3,6 έως 3,8 βολτ σε φορτισμένη κατάσταση.

Για κάθε μπαταρία, οι χαρακτηριστικές τιμές των τάσεων λειτουργίας επισημαίνονται στην τεκμηρίωση, επιπλέον, κάθε μπαταρία πρέπει να είναι εφοδιασμένο με ένα κύκλωμα προστασίας που δεν επιτρέπει την τάση να υπερβαίνει το επιτρεπτό εύρος. Εάν τα κελιά συναρμολογηθούν σε μπαταρίες αφού συνδεθούν σε σειρά, είναι επιτακτική ανάγκη να υπάρχει ένας ελεγκτής εξισορρόπησης ο οποίος θα διατηρεί τη φόρτιση κάθε κυψέλης σε αποδεκτό επίπεδο.

Οι μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς διαφέρουν παραδοσιακά από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου σε ένα εύκαμπτο και όχι σε άκαμπτο πλαίσιο. Ως αποτέλεσμα, η κυψέλη όχι μόνο αποδεικνύεται 20% πιο ελαφριά, αλλά έχει και ένα τεράστιο πλεονέκτημα, δηλαδή την ικανότητα να παράγει μπαταρίες σχεδόν οποιουδήποτε επιθυμητού σχήματος (για φορητούς υπολογιστές, tablet και άλλες κινητές συσκευές, αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό). Επιπλέον, το επίπεδο αυτοεκφόρτισης των μπαταριών λιθίου-πολυμερούς είναι μόνο περίπου 5% ανά μήνα.

Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ο αριθμός των κύκλων λειτουργίας, οι οποίοι για τις μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς φτάνουν τα 900. Και στα ρεύματα εκφόρτισης 2C (διπλάσια από την ονομαστική χωρητικότητα), η χωρητικότητα των οικιακών συσσωρευτών αυτού του τύπου μειώνεται μόνο κατά 20% καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής τους.Για ειδικές εφαρμογές, με άτυπα μεγάλα ρεύματα λειτουργίας, αναπτύσσονται ειδικές μπαταρίες λιθίου-πολυμερούς που μπορούν να μεταφέρουν με ασφάλεια τα ρεύματα στο φορτίο με τάξη μεγέθους υψηλότερο από την ονομαστική.