Типы литий-ионных аккумуляторов (часть 1).
1. Литий-кобальтовый аккумулятор (LiCoO2)
Один из самых высоких показателей удельной энергоемкости у литий-кобальтового аккумулятора, чаще всего, его устанавливаю в мобильные телефоны, ноутбуки и фотокамеры. В аккумуляторе графитовый анод и катод из оксида кобальта. Катод по структуре слоистый и во время разряда ионы лития передвигаются к нему от анода. А с зарядом стремится в противоположную сторону. Минусом литий-кобальтовых аккумуляторов считается сравнительно недолгий срок службы, низкая термическая стабильность и малая удельная мощность.
При разрядке ионы лития передвигаются от анода к катоду, а на заряде - от катода к аноду. Литий-кобальтовая батарейка не имеет возможности заряжаться или же разряжаться при коэффициенте мощности выше его C-рейтинга. Значит аккум. 18650 с ёмкостью 2400мАч проведёт заряд и разряд с силой тока не больше 2400 мА. Вынужденный быстрый заряд или же дополнительны нагрузки, требующие больше чем 2400 мА, приведёт к избыточному стрессу и перегреву. Но всё же батарейки рекомендуется быстро заряжать, только если C-рейтинг у них 0,8C или около 2000 мА. Когда срабатывает система защиты аккума, она автоматом сдержит заряд/разряд с показателем ближе к к 1C.
Тех. характ. литий-кобальтового аккума: высокая производительность, удельная энергоемкость - с продолжительным временем работы, гарантия большой силы тока, безопасность, эффективность в высоких и низких t°, долгослужащий и нормальная цена.
2. Литий-марганцевый аккумулятор (LiMn2O4)
Невысокое внутреннее сопротивление такой ячейки добавляет возможность быстрой зарядки и реально выше показатель силы тока разряда. В типовом размере 18650 литий-марганцевый аккумулятор заряжается с силой тока в 20-30 А с умеренным нагревом. Притом, он сможет выдержать импульсы до 50 А в течение 1 или 2 сек. Постоянное напряжение в 50 А может перегреть аккумулятор, температура которого не должна заходить за 80°С иначе он начнет "деградировать". Литий-марганцевые аккумуляторы применяются в строительных инструментах, медицинском оборудовании, гибридном/электротранспорте.
Ёмкость литий-марганцевого аккумулятора где-то на 1/3 меньше ёмкости литий-кобальтового. А гибкая конструкция даёт оптимизировать батарею под различные решения и создавать модели более долговечные, удельной мощности или удельной энергоёмкости. К примеру улучшенный вариант типового размера 18650 с улучшенным индексом мощности и ёмкостью 1100 мАч, а у оптимизированной, ёмкость - 1500 мАч.
Так же, бывает, что литий-марганцевые аккумуляторы объединяют с литий-никель-марганец-кобальтовыми (NMC) для наращивания удельной энергоёмкости и увеличивая срок службы с сохранением сильных сторон обоих типов аккумуляторов, именуемых как LMO (NMC). Такой вид аккумуляторов устанавливают в электромобили, а сама система распределяет способности электродвигателя в разные части; в которых где-то 30 % - ускоряют авто(LMO), а, уже за автономность хода отвечает(NMC) секция.
И хоть возникают споры среди ученных в опытах исследования работы в комбинации литий-марганцевых ячеек с никель-марганец-кобальтовыми, тем не менее эти
три активных металла, доказывают свою эффективность в достижении нужных всем разработок аккумуляторных систем. Все эти процессы комбинаций, в итоге увеличивают срок службы, повышают удельную мощность и нагрузочные характеристики аккумуляторов. Эти батареи безопасны даже в промышленных инструментах, а, их технология, охватывает достаточную часть рынка потребителей аккумуляторных систем.
3. Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор (LiNiMnCoO2 или NMC)
Один из самых удачных способов создания литий-ионной электрохимич. системы, служит соединение никеля, марганца и кобальта (NMC) в катоде. В сравнении с литий-марганцевыми батареями могут быть отрегулированы под ёмкость либо мощность. Вот возьмём, NMC аккумулятор в типовом размере ячейки 18650 для средней нагрузки с ёмкостью в 2800 мАч сможет гарантировать силу тока в 4-5 А; другой вариант в том же типовом размере, но оптимизированный под показатели мощности, имеет ёмкость в размере 2000 мАч, но макс. сила тока разряда у неё - 20 А. Показатель ёмкости вполне реально поднять даже до 4000 мАч, если дополнить состав анода кремнием. Но тогда, это сильно повлияет на снижение нагрузочных характеристик и cоотвственно на его долговечность. Причиной этому является сам кремний, точнее его свойство менять свой размер когда происходит заряд или разряд, что создаёт механическую неустойчивость всё конструкции аккумулятора.
Никель славится достаточной энергоёмкостью, но он не самый стабильный; плюс марганца - шпинельная структура с низким внутренним сопротивлением, хотя и имеет изъян с - низкой удельной энергоёмкостью. Но вместе, эти металлы могут возместить их несовершенство, и за счёт комбинирования оставят только преимущества.
NMC аккумуляторы распространены в строительных инструментах, электробайках и разных силовых агрегатах. Состав катода, обычно, комбинирует никель, марганец и кобальт, в равной мере для каждого, т.е. треть от общего объема. Проще говоря I-I-I. Что сильно экономит денежный ресурс и делает аккумулятор доступным для большинства. Есть разные способы комбинировать хим. элементы для нужного результата, и, до сих пор проводятся эксперименты в поиске лучших комбинаций. Выглядит одна из них примерно так: NMC = никель (5 частей), кобальт (3 части), марганец (2 части) и считается очень успешной.
NMC подкупает своей сбалансированной производительностью, отличной удельной энергоемкостью и низким самонагревом. Идеально подходит для электротранспорта.
В последние годы, как раз таки NMC родство литий-ионных аккумуляторов стало занимать большую часть рынка, ведь можно комбинируя активные вещества, создать более хороший эконом. модель с хорошими показателями в производительности. Никель, марганец и кобальт просто совместимы, и могут выполнить желаемые требования для электротранспорта или систем накопления энергии, находящихся в постоянной циклической работе. NMC аккумуляторы активно прогрессируют в своей эффективности и функционале.
(Часть 2, читать продолжение...)