В чём отличие литий─полимерного аккумулятора от ионного?

Литий─полимерные и литий─ионные аккумуляторы — два распространённых типа аккумуляторов, используемых в устройствах от смартфонов до электромобилей. Несмотря на схожесть в названии и принципе работы, между ними есть значительные различия, влияющие на производительность, срок службы и область применения. В этой статье рассмотрим ключевые отличия между литий─полимерными и литий─ионными аккумуляторами, включая электролит, физические характеристики и гибкость в дизайне, что поможет читателям выбрать подходящий тип аккумулятора.

Li─Ion аккумулятор

Работы по разработке аккумуляторов на основе лития начались довольно давно. Однако первые функциональные образцы для использования в бытовой технике появились лишь в 70-х годах XX века. В то время это были довольно примитивные устройства с электродами из металлического лития, эксплуатация которых вызывала серьезные проблемы с безопасностью. Существовало множество нерешенных вопросов, касающихся процессов зарядки и разрядки таких батарей.

Металлический литий отличается высокой активностью и значительным электрохимическим потенциалом. Его применение в аккумуляторах позволяет существенно повысить энергетическую плотность. Первые литиевые аккумуляторы с электродами из металлического лития обладали высоким напряжением и большой ёмкостью. Однако постоянная работа таких батарей в режиме зарядки и разрядки приводит к изменениям в литиевом электроде.

Это, в свою очередь, нарушает стабильность работы и создает риск воспламенения из-за неконтролируемых реакций внутри батареи. Аккумулятор быстро нагревается, и при достижении температуры плавления лития начинается бурная реакция с возгоранием. Именно с этим были связаны негативные отзывы о первых литиевых аккумуляторах в потребительской электронике в начале 90-х годов.

В результате ученые начали разрабатывать аккумуляторы на основе ионов лития. Хотя использование металлического лития было исключено, что немного снизило энергетическую плотность, это позволило решить проблемы безопасности при эксплуатации. Новые устройства стали известны как литий-ионные аккумуляторы.

Рекомендуем также ознакомиться с материалом о правильной зарядке аккумуляторных батарей типа li-polymer.

Энергетическая плотность литий-ионных аккумуляторов в 2-3 раза (в зависимости от используемых материалов) превышает таковую у никель-кадмиевых. При разряде литий-ионные аккумуляторы демонстрируют характеристики, схожие с Ni-Cd.

Единственное, в чем они уступают, так это в работе при очень высоких токах разряда (более 10С).

На сегодняшний день выпущено множество различных модификаций литий-ионных аккумуляторов.

Они различаются по материалу катода, форм-фактору и другим параметрам. Все они имеют общую конструкцию, в которую входят электроды, погруженные в жидкий электролит с ионами лития. Этот аккумуляторный элемент помещен в герметичную металлическую оболочку (из стали или алюминия). Для управления процессами зарядки и разрядки в литий-ионных аккумуляторах используется печатная плата, известная как контроллер.

Чтобы получить полное представление о литий-ионных батареях, рассмотрим их преимущества и недостатки.

Эксперты отмечают, что основное отличие литий-полимерных аккумуляторов от литий-ионных заключается в их конструкции и химическом составе. Литий-ионные аккумуляторы используют жидкий электролит, что делает их более чувствительными к повреждениям и утечкам. В отличие от них, литий-полимерные аккумуляторы применяют полимерный электролит, что обеспечивает большую гибкость в дизайне и позволяет создавать более тонкие и легкие устройства.

Кроме того, литий-полимерные аккумуляторы имеют меньшую вероятность утечки и взрыва, что делает их более безопасными. Однако, литий-ионные аккумуляторы, как правило, обладают большей ёмкостью и сроком службы. Таким образом, выбор между этими типами аккумуляторов зависит от конкретных требований к устройству и его применения.

https://youtube.com/watch?v=zevfOXFVBIY

Преимущества Li─Ion

• Небольшой саморазряд;
• Высокая энергетическая плотность и ёмкость по сравнению со щелочными;
• Один аккумуляторный элемент имеет напряжение около 3,7 вольта. Для кадмиевых и металлогидридных это значение 1,2 вольта. Это позволяет значительно упростить конструкцию. В телефонах, например, используются батареи, имеющие в своём составе только одну банку;
• Отсутствует эффект памяти, а значит, упрощается обслуживание АКБ.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о различиях между литий-полимерными и литий-ионными аккумуляторами:

1. Структура и форма: Литий-ионные аккумуляторы обычно имеют жесткий металлический или пластиковый корпус, что делает их более тяжелыми и менее гибкими в плане дизайна. Литий-полимерные аккумуляторы, в свою очередь, используют гелевый электролит и могут иметь более тонкую и гибкую конструкцию, что позволяет им занимать различные формы и размеры, что особенно полезно в мобильных устройствах.

2. Безопасность и стабильность: Литий-полимерные аккумуляторы считаются более безопасными, так как они менее подвержены утечкам электролита и взрывам при повреждении. Однако они могут быть более чувствительными к перегреву и требуют более тщательного контроля за зарядкой. Литий-ионные аккумуляторы, хотя и более распространены, могут быть более подвержены риску перегрева и взрывов, если не соблюдаются правила эксплуатации.

3. Энергетическая плотность: Литий-ионные аккумуляторы обычно имеют более высокую энергетическую плотность, что означает, что они могут хранить больше энергии в меньшем объеме. Это делает их предпочтительными для использования в устройствах, где важна компактность и длительное время работы, таких как смартфоны и ноутбуки. Литий-полимерные аккумуляторы, хотя и менее энергоемкие, могут предложить преимущества в весе и форме, что делает их популярными в некоторых портативных устройствах и дронов.

https://youtube.com/watch?v=qpV645unMjg

Недостатки Li─Ion

• Для работы литий-ионной аккумуляторной батареи необходим контроллер. Это специализированная печатная плата, которая управляет напряжением одного или нескольких аккумуляторных элементов. Она также следит за максимальным током разряда и, в некоторых случаях, температурой аккумулятора. Без этого контроллера безопасное использование литий-ионной батареи невозможно;
• Деградация литий-ионных систем происходит даже в процессе хранения. То есть, спустя год, ёмкость батареи значительно снижается, даже если она не используется. Аккумуляторы других типов, таких как щелочные или свинцово-кислотные, также теряют свои характеристики со временем, но этот процесс у них менее заметен;
• Стоимость литий-ионных аккумуляторов выше, чем у кадмиевых или никель-металлогидридных.

Потенциал литий-ионной технологии ещё не исчерпан. Поэтому регулярно появляются новые модели батарей, которые решают различные проблемы, связанные с этим типом аккумуляторов. Более подробно о том, что собой представляет литий-ионный аккумулятор, вы можете узнать в статье по указанной ссылке.

Li─Pol аккумулятор

Из-за проблем с обеспечением безопасности при заряде-разряде Li─Ion аккумуляторов стали вестись дальнейшие разработки модификаций этих батарей. В результате были разработаны литий─полимерные аккумуляторы. Их отличие от ионных в применяемом электролите. Стоит сказать, что первые разработки в этом направлении велись одновременно с Li─Ion технологией. Ещё в прошлом столетии был впервые использован сухой электролит из твёрдого полимера. По внешнему виду он похож на плёнку из пластика. Этот полимер не проводит ток, но не препятствуйте ионному обмену, который подразумевает движение заряженных атомов или их групп. Помимо содержания в нём электролита, полимер ещё выступает как пористый сепаратор между электродами.

Новая конструкция позволила повысить безопасность и упростить производство аккумуляторов.

И ещё более важно то, что литий─полимерные аккумуляторы могут быть выпущены практически любой формы и очень малой толщины (до 1 миллиметра).

Это позволяет делать различные устройства, работающие от Li─Pol аккумуляторных батарей, тонкими, компактными и изящными. Некоторые литий─полимерные аккумуляторные батареи могут быть даже вшиты в одежду.

Естественно, что есть и недостатки. В частности, Li─Pol аккумуляторы с сухим электролитом имеют низкую электрическую проводимость в условиях комнатной температуры. Это объясняется тем, что при этой температуре их внутреннее сопротивление большое, что препятствует выдаче разрядного тока, необходимого для работы портативной электроники.

Если нагреть литий─полимерный аккумулятор до 60 градусов Цельсия, то проводимость увеличивается. Понятно, что это не годится для использования в телефонах или планшетах. Однако аккумуляторы с сухим полимером нашли свою нишу на рынке. Их используются в роли запасных источников питания в условиях повышенных температур. Есть варианты, когда ставятся нагревательные элементы для обеспечения температуры, необходимой для нормальной работы аккумулятора.

Здесь стоит пояснить ещё один важный момент. Наверняка все видели, что в смартфонах, планшетах и ноутбуках уже давно используются аккумуляторы с пометкой Li─Pol. Это литий─полимерные аккумуляторы гибридного типа, если так можно выразиться. Они представляют собой нечто среднее между Li─Ion и батареями с сухим полимером. Производители, выпускающие литий─полимерные аккумуляторы, используют в них в роли электролита гелеобразное вещество с ионами лития.

Так, что практически все литий─полимерные аккумуляторы в современных мобильных гаджетах используют гелеобразный электролит. По своей конструкции они представляют собой гибрид ионных и полимерных батарей. В чём же отличие между ионными и полимерными АКБ с гелеобразным электролитом? Их основные электрохимические параметры примерно одинаковы. Отличие таких гибридных АКБ заключается в том, что в них вместо пористого сепаратора используется твёрдый электролит. Он, как говорилось выше, ещё и выполняет роль пористого сепаратора. А электролит в гелеобразном состоянии используется для того, чтобы увеличить электропроводимость ионов.

Литий─полимерные аккумуляторы всё больше распространяются на рынке и за ними будущее. По крайней мере, в сегменте бытовой техники и потребительской электроники. Но пока их внедрение идёт не очень активно. Некоторые эксперты на рынке объясняют это тем, что слишком много средств было вложено в разработку Li─Ion батарей. И инвесторы просто хотят «отбить» вложенные деньги. Подробнее о литий─полимерных аккумуляторах читайте по ссылке.

https://youtube.com/watch?v=vhhyaNG6mSk

Отличие литий─полимерного от литий─ионного аккумулятора

Теперь давайте подытожим, в чем заключаются основные различия между аккумуляторами Li─Pol и Li─Ion.

Полимерные аккумуляторы (Li─Pol) используют гелеобразный электролит, содержащий ионы лития, в то время как в литий-ионных (Li─Ion) батареях применяется жидкий электролит.

Литий-полимерные аккумуляторы могут быть изготовлены без металлической оболочки, что невозможно для литий-ионных. Кроме того, Li─Pol могут иметь любую форму и толщину до 1 миллиметра, что является значительным преимуществом полимерных батарей.

Энергоемкость аккумуляторов Li─Pol немного ниже, чем у ионных.

Тем не менее, у этих двух типов аккумуляторов есть и общие черты:

• Принцип передачи заряда основан на движении ионов лития;
• Отсутствие «эффекта памяти»;
• Низкий уровень саморазряда;
• Оба типа аккумуляторов подвержены деградации при длительном хранении.

Области применения

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы находят широкое применение в различных сферах, однако их особенности делают их более подходящими для определённых задач.

Литий-ионные аккумуляторы, благодаря своей высокой плотности энергии и долговечности, часто используются в мобильных устройствах, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки. Они обеспечивают длительное время работы и способны быстро заряжаться, что делает их идеальными для портативной электроники. Кроме того, литий-ионные батареи применяются в электромобилях и системах хранения энергии, где важна высокая эффективность и надежность.

С другой стороны, литий-полимерные аккумуляторы, обладая более гибкой конструкцией и меньшим весом, находят применение в устройствах, где критически важна компактность и легкость. Они часто используются в дронов, радиоуправляемых моделях и носимой электронике, такой как фитнес-трекеры и смарт-часы. Литий-полимерные аккумуляторы также могут быть изготовлены в различных формах и размерах, что позволяет производителям адаптировать их под специфические требования устройств.

В области медицины литий-ионные аккумуляторы применяются в портативных медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы и мониторы здоровья, благодаря своей надежности и долговечности. Литий-полимерные аккумуляторы, в свою очередь, могут использоваться в медицинских носимых устройствах, где важна легкость и удобство использования.

В целом, выбор между литий-ионными и литий-полимерными аккумуляторами зависит от конкретных требований к устройству, включая размер, вес, стоимость и ожидаемую производительность. Оба типа аккумуляторов продолжают развиваться, и их применение будет расширяться с учетом новых технологий и потребностей рынка.

Вопрос-ответ

Каковы основные преимущества литий-полимерных аккумуляторов по сравнению с литий-ионными?

Литий-полимерные аккумуляторы обладают несколькими преимуществами, включая более легкий вес, гибкость в форме и размере, а также меньшую вероятность утечки электролита. Они также могут обеспечивать более высокую плотность энергии, что позволяет использовать их в компактных устройствах.

Какой срок службы литий-полимерных аккумуляторов в сравнении с литий-ионными?

Срок службы литий-полимерных аккумуляторов обычно составляет от 300 до 500 циклов зарядки и разрядки, что может быть меньше, чем у литий-ионных, которые могут выдерживать до 1000 циклов. Однако срок службы может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации и качества производства.

Как литий-полимерные аккумуляторы влияют на безопасность устройств?

Литий-полимерные аккумуляторы считаются более безопасными, поскольку они менее подвержены перегреву и взрывам по сравнению с литий-ионными. Однако, как и любые аккумуляторы, они требуют правильного обращения и защиты от механических повреждений, чтобы избежать короткого замыкания и других опасностей.

Советы

СОВЕТ №1

При выборе аккумулятора для вашего устройства, обратите внимание на его назначение. Литий-ионные аккумуляторы лучше подходят для устройств с высокой нагрузкой, таких как смартфоны и ноутбуки, в то время как литий-полимерные аккумуляторы могут быть предпочтительнее для более легких и тонких устройств, таких как дроны и некоторые модели планшетов.

СОВЕТ №2

Изучите характеристики аккумулятора, такие как ёмкость, напряжение и срок службы. Литий-ионные аккумуляторы обычно имеют большую ёмкость и более длительный срок службы, но литий-полимерные аккумуляторы могут предложить более гибкие формы и меньший вес, что может быть критично для портативных устройств.

СОВЕТ №3

Обратите внимание на условия эксплуатации аккумулятора. Литий-полимерные аккумуляторы более чувствительны к температурным изменениям и могут требовать более тщательного обращения, в то время как литий-ионные аккумуляторы более устойчивы к различным условиям, что делает их более универсальными.

СОВЕТ №4

Не забывайте о безопасности. Литий-ионные аккумуляторы могут быть подвержены перегреву и взрывам при неправильной эксплуатации, поэтому важно использовать только сертифицированные зарядные устройства и следить за состоянием аккумулятора. Литий-полимерные аккумуляторы также требуют осторожности, особенно при повреждении корпуса.