Літій-полімерний акумулятор - відміну від літій-іонного

Наши партнеры ArtmMisto

Літій-іонні акумулятори дуже популярні і займають на даний момент до 80% кількості всіх побутових акумуляторів невеликого розміру. Літій-полімерні - наступний еволюційний крок розвитку літієвих акумуляторів. Давайте спробуємо розібратися, в чому головні відмінності між двома групами цих акумуляторів.

Для початку згадаємо принцип роботи літій-іонного акумулятора.

Пристрій літій-іонного акумулятора

Електричний заряд переноситься позитивно зарядженими іонами лужних металів літію. Іон цього металу володіє відносними невеликими розмірами (оскільки знаходиться вгорі таблиці Менделєєва) і здатний впроваджуватися в кристалічні решітки інших речовин з утворенням хімічних зв'язків. Наприклад, графіту або оксидів (або солей) металів (наприклад, оксиду кобальту або фосфату заліза). І, що дуже важливо, ці процеси зворотні. Спрощено принцип роботи акумулятора можна описати так.

Коли акумулятор заряджається, іони літію рухаються до негативно зарядженого електроду (катоду) і утворюють з графітом з'єднання з умовною формулою LiC6. Але енергетично вигідніше літію перебувати в зв'язку з оксидом кобальту, тому після зняття зовнішнього електричного поля (відключення зарядки), іони літію прагнуть переміститися до анода і утворити кобальтат літію (LiCoO2). На аноді виникає позитивні заряд, на катоді негативний - акумулятор готовий до роботи.

Для того щоб іони літію могли подорожувати від одного електрода до іншого, необхідне середовище, де таке буде можливо. Цією середовищем і є електроліт, який з'єднує електродні відсіки всередині акумулятора.

У класичному літій-іонному акумуляторі використовується рідкий електроліт (точніше, гелеобразний) на основі органічних розчинників. Оскільки електроліт швидше рідкий, необхідний сепаратор, який би не давав змішуватися активних компонентів електродних відсіків.

Очевидно, було б добре, якби вдалося обійтися без рідкого електроліту і сепаратора. В ході досліджень такі тверді літій-провідні електроліти були знайдені. Їх можна поділити на три групи - сухі полімерні електроліти (наприклад, на базі полиетиленоксиду з додатками солей літію), гель-полімерні електроліти, які виходять впровадженням в сухі полімерні електроліти пластифікаторів-розчинників. І неводні розчини солей літію, які абсорбуються мікропористої полімерною матрицею. На практиці найчастіше використовуються акумулятори з гель-полімерним електролітом.

У відмінності електроліту і полягає принципова відмінність літій-іонного від літій-полімерного акумулятора.

Робочі параметри обох типів акумуляторів дуже близькі - напруга, ємність, динаміка зарядки практично однакові.

Один з силових літій-полімерних акумуляторів

Але відсутність рідкого електроліту дозволяє робити літій-полімерні акумулятори будь-якої форми товщиною від 1мм! Тоді як звичайні літієві акумулятори мають форму звичних банок. Також, оскільки витікати нічому, корпус не обов'язково повинен бути металевим, можна обійтися і пластиком. Рідкий електроліт літій-іонних акумуляторів є пальним органічною речовиною, тому літій-полімерні акумулятори, в яких нічого особливо пального немає, більш безпечні в роботи. Проте, на них поширюються ті ж самі правила експлуатації, що і для літій-іонних акумуляторів (докладніше - читайте в статті "Використання літій-іонних акумуляторів" ).

Є й невелика ложка дьогтю - електропровідність твердого електроліту гірше, ніж електроліту рідкого. Тому звичайні літій-полімерні акумулятори не здатні видавати великі струми (більше 3С). Але випускаються, так звані, силові моделі таких акумуляторів, які здатні видати струм в більш ніж 10С (С - чисельне значення ємності акумулятора в ампер-годинах). Це в значній мірі визначає область використання акумулятора - звичайні там, де особливо великі струми не потрібні - мобільні телефони, фотоапарати і т.д., силові - навпаки, там, де очікується харчування потужних споживачів електрики - двигуни моделей, електроінструментів і т.д . Також, електропровідність твердого електроліту сильно знижується при зниженні температури, сильно зростає внутрішній опір акумулятора і, як наслідок, тут же сильно погіршуються його характеристики. Все, напевно, стикалися з тим, як швидко сідає мобільний телефон на морозі? Правда, при прогріванні до робочої температури, все відновлюється.

Дуже часто до твердого полімерного електроліту для поліпшення електропровідності додають невелику кількість гелеобразного електроліту, який використовується в звичайних літій-іонних акумуляторах. Виходить, що значна частина акумуляторів є свого роду гібридами двох типів акумуляторів.

Доведено можливість створення літій-полімерних акумуляторів в широкому діапазоні ємностей, абсолютно точно можна говорити, що використання акумуляторів цього типу більш безпечно, ніж традиційних літій-іонних акумуляторів. Все це не залишає ніяких сумнівів, що виробництво літій-полімерних акумуляторів буде тільки розширюватися.

Отже, принципова відмінність літій-полімерних акумуляторів від літій-іонних - в типі використовуваного електроліту. На сьогодні практичне застосування знаходять обидва типи. І при дотриманні правил експлуатації кожен з них здатний сповна відпрацювати вкладені в нього кошти.