Yếu tố quan trọng tạo nên tính di động của các thiết bị điện tử là pin có thể sạc lại (ACB). Nhu cầu ngày càng tăng để đảm bảo quyền tự chủ lâu dài nhất của họ kích thích nghiên cứu liên tục trong lĩnh vực này và dẫn đến sự xuất hiện của các giải pháp công nghệ mới.
Pin niken-cadmium (Ni-Cd) và niken-kim loại hyđrua (Ni-MH) được sử dụng rộng rãi có một giải pháp thay thế - đầu tiên là pin lithium, sau đó là pin lithium-ion (Li-ion) cao cấp hơn.
Nội dung
Lịch sử xuất hiện
Những loại pin đầu tiên như vậy xuất hiện vào những năm 70. thế kỷ trước. Họ ngay lập tức đạt được nhu cầu do các đặc tính cao cấp hơn. Cực dương của các nguyên tố được làm bằng kim loại liti, các đặc tính của nó làm cho nó có thể tăng năng lượng riêng. Đây là cách pin lithium ra đời.
Các loại pin mới có một nhược điểm đáng kể - tăng nguy cơ nổ và bắt lửa.Nguyên nhân là do sự hình thành màng liti trên bề mặt điện cực, dẫn đến vi phạm độ ổn định nhiệt độ. Tại thời điểm tải tối đa, pin có thể phát nổ.
Việc cải tiến công nghệ đã dẫn đến việc loại bỏ lithium nguyên chất trong các thành phần pin để chuyển sang sử dụng các ion tích điện dương của nó. Pin lithium-ion được chứng minh là một giải pháp tốt.
Loại pin ion này được đặc trưng bởi độ an toàn cao hơn, có được với chi phí giảm một chút mật độ năng lượng, nhưng tiến bộ công nghệ liên tục đã giúp giảm thiểu tổn thất trong chỉ số này đến mức tối thiểu.
Thiết bị
Việc đưa pin lithium-ion vào ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng đã nhận được một bước đột phá sau sự phát triển của loại pin có cực âm bằng vật liệu carbon (graphite) và cực dương là oxit coban.
Trong quá trình phóng điện của pin, các ion liti bị loại bỏ khỏi vật liệu cực âm và được bao gồm trong oxit coban của điện cực đối diện; khi sạc, quá trình này diễn ra theo chiều ngược lại. Do đó, các ion liti tạo ra một dòng điện, di chuyển từ điện cực này sang điện cực khác.
Pin Li-Ion được sản xuất dưới dạng hình trụ và hình lăng trụ. Trong cấu trúc hình trụ, hai dải băng điện cực phẳng, ngăn cách nhau bằng vật liệu tẩm chất điện phân, được cuộn lại và đặt trong một hộp kim loại kín. Vật liệu cực âm được lắng trên lá nhôm, và vật liệu cực dương được lắng trên lá đồng.
Thiết kế pin hình lăng trụ có được bằng cách xếp chồng các tấm hình chữ nhật lên nhau. Hình dạng này của pin có thể làm cho bố cục của thiết bị điện tử trở nên dày đặc hơn. Pin lăng trụ với các điện cực cuộn xoắn thành hình xoắn ốc cũng được sản xuất.
Hoạt động và tuổi thọ
Pin lithium-ion có thể hoạt động lâu dài, đầy đủ và an toàn nếu tuân thủ các quy tắc vận hành, bỏ qua chúng không chỉ làm giảm tuổi thọ của sản phẩm mà còn có thể dẫn đến những hậu quả tiêu cực.
Khai thác
Yêu cầu quan trọng đối với hoạt động của pin Li-Ion liên quan đến nhiệt độ - không được phép quá nóng. Nhiệt độ cao có thể gây ra tác hại tối đa và nguyên nhân gây ra hiện tượng quá nhiệt có thể là cả một nguồn bên ngoài và các chế độ sạc và xả pin căng thẳng.
Ví dụ, nhiệt độ lên đến 45 ° C dẫn đến khả năng sạc pin giảm đi 2 lần. Nhiệt độ này dễ dàng đạt được khi thiết bị tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong thời gian dài hoặc khi chạy các ứng dụng tiêu tốn nhiều năng lượng.
Nếu sản phẩm quá nóng, nên đặt sản phẩm ở nơi thoáng mát, tốt hơn hết bạn nên tắt máy và tháo pin.
Để có hiệu suất pin tốt nhất trong cái nóng mùa hè, bạn nên sử dụng chế độ tiết kiệm năng lượng, chế độ này có sẵn trên hầu hết các thiết bị di động.
Nhiệt độ thấp cũng có tác động tiêu cực đến pin ion; ở nhiệt độ dưới -4 ° C, pin không thể cung cấp đầy đủ năng lượng.
Nhưng nhiệt độ lạnh không gây hại cho pin Li-Ion bằng nhiệt độ cao, và hầu hết thường không gây ra thiệt hại vĩnh viễn. Mặc dù thực tế là sau khi ấm lên đến nhiệt độ phòng, các đặc tính làm việc của pin đã được khôi phục hoàn toàn, bạn cũng không nên quên việc giảm dung lượng khi trời lạnh.
Một khuyến nghị khác đối với việc sử dụng pin Li-Ion là tránh để chúng bị phóng điện sâu. Nhiều loại pin thế hệ cũ có hiệu ứng bộ nhớ yêu cầu chúng phải xả hết pin rồi mới sạc đầy.Pin Li-Ion không có tác dụng này, và những trường hợp cá biệt xả hoàn toàn không dẫn đến hậu quả tiêu cực, nhưng xả sâu liên tục là có hại. Nên kết nối bộ sạc khi mức sạc còn 30%.
Cả đời
Việc vận hành pin Li-Ion không đúng cách có thể làm giảm tuổi thọ sử dụng của chúng từ 10-12 lần. Khoảng thời gian này phụ thuộc trực tiếp vào số chu kỳ sạc. Người ta tin rằng pin loại Li-Ion có thể chịu được từ 500 đến 1000 chu kỳ, có tính đến việc phóng điện hoàn toàn. Phần trăm lượng pin còn lại trước lần sạc tiếp theo cao hơn sẽ làm tăng đáng kể tuổi thọ của pin.
Vì thời lượng sử dụng pin Li-Ion phần lớn được xác định bởi các điều kiện hoạt động, nên không thể đưa ra tuổi thọ sử dụng chính xác cho những loại pin này. Trung bình, một pin loại này có thể kéo dài từ 7-10 năm nếu tuân thủ các quy định bắt buộc.
Quá trình sạc
Khi sạc, tránh kết nối pin quá lâu với bộ sạc. Hoạt động bình thường của pin lithium-ion diễn ra ở điện áp không quá 3,6 V. Bộ sạc cung cấp 4,2 V cho đầu vào của pin trong khi sạc. Nếu vượt quá thời gian sạc, các phản ứng điện hóa không mong muốn có thể bắt đầu trong pin, dẫn đến quá nhiệt với tất cả các hậu quả sau đó.
Các nhà phát triển đã tính đến một tính năng như vậy - sự an toàn khi sạc của pin Li-Ion hiện đại được kiểm soát bởi một thiết bị tích hợp đặc biệt giúp dừng quá trình sạc khi điện áp tăng lên trên mức cho phép.
Đối với pin lithium, phương pháp sạc hai giai đoạn là đúng.Ở giai đoạn đầu tiên, acquy phải được sạc, cung cấp một dòng điện sạc không đổi, giai đoạn thứ hai phải được thực hiện với một điện áp không đổi và giảm dần dòng điện nạp. Một thuật toán như vậy được thực hiện trong phần cứng của hầu hết các bộ sạc gia đình.
Lưu trữ và thải bỏ
Pin lithium-ion có thể lưu trữ trong thời gian dài, khả năng tự xả là 10 - 20% mỗi năm. Nhưng đồng thời, sự suy giảm dần dần các đặc tính của sản phẩm (suy thoái) xảy ra.
Nên bảo quản các loại pin như vậy ở nơi tránh ẩm, ở nhiệt độ +5 ... + 25 ° С. Rung động mạnh, va chạm và gần ngọn lửa là không thể chấp nhận được.
Quá trình tái chế pin lithium-ion phải được thực hiện tại các doanh nghiệp chuyên ngành có giấy phép phù hợp. Khoảng 80% nguyên liệu từ pin tái chế có thể được tái sử dụng trong sản xuất pin mới.
Sự an toàn
Pin lithium-ion, ngay cả với kích thước nhỏ, cũng tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ tự phát. Đặc điểm của loại pin này đòi hỏi phải tuân thủ các biện pháp an toàn ở tất cả các giai đoạn, từ phát triển đến sản xuất và bảo quản.
Để cải thiện độ an toàn của pin Li-Ion trong quá trình sản xuất, một bảng điện tử nhỏ được đặt trong hộp của chúng - một hệ thống giám sát và điều khiển được thiết kế để loại bỏ tình trạng quá tải và quá nhiệt. Một cơ chế điện tử làm tăng điện trở của mạch khi nhiệt độ tăng lên trên một giới hạn định trước. Một số mẫu pin được tích hợp công tắc cơ học có thể ngắt mạch khi áp suất bên trong pin tăng lên.
Ngoài ra, van an toàn thường được lắp trong hộp pin để giảm áp suất trong trường hợp khẩn cấp.
Ưu và nhược điểm của pin lithium
Ưu điểm của loại pin này là:
- mật độ năng lượng cao;
- không có hiệu ứng bộ nhớ;
- tuổi thọ lâu dài;
- tỷ lệ tự phóng điện thấp;
- không cần bảo trì;
- đảm bảo các thông số hoạt động không đổi trong một phạm vi nhiệt độ tương đối rộng.
Nó có pin lithium và những nhược điểm, đó là:
- nguy cơ cháy tự phát;
- chi phí cao hơn so với những người tiền nhiệm của nó;
- sự cần thiết của một bộ điều khiển tích hợp sẵn;
- không có khả năng xả sâu.
Các công nghệ sản xuất pin Li-Ion không ngừng được cải tiến, nhiều bất cập đang dần trở thành dĩ vãng.
Khu vực ứng dụng
Mật độ năng lượng cao của pin lithium-ion xác định lĩnh vực ứng dụng chính của chúng - các thiết bị điện tử di động: máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh, máy quay video, máy ảnh, hệ thống định vị, các cảm biến tích hợp khác nhau và một số sản phẩm khác.
Sự tồn tại của dạng hình trụ của những viên pin này cho phép chúng được sử dụng trong đèn pin, điện thoại cố định và các thiết bị khác trước đây tiêu thụ năng lượng từ pin dùng một lần.
Nguyên tắc chế tạo pin lithium-ion có nhiều loại, các loại khác nhau về loại vật liệu được sử dụng (lithium-coban, lithium-mangan, lithium-niken-mangan-coban-oxit, v.v.). Mỗi người trong số họ có phạm vi riêng của nó.
Ngoài thiết bị điện tử di động, một nhóm pin lithium-ion được sử dụng trong các lĩnh vực sau:
- dụng cụ điện cầm tay;
- thiết bị y tế xách tay;
- Nguồn cung cấp năng lượng liên tục;
- hệ thống an ninh;
- mô-đun chiếu sáng khẩn cấp;
- trạm năng lượng mặt trời;
- xe điện và xe đạp điện.
Xem xét sự cải tiến không ngừng của công nghệ lithium-ion và sự thành công trong việc tạo ra các loại pin dung lượng cao với kích thước nhỏ, có thể dự đoán sự mở rộng ứng dụng cho các loại pin như vậy.
Đánh dấu
Các thông số của pin lithium-ion được in trên thân của sản phẩm, trong khi mã được sử dụng có thể khác nhau đáng kể đối với các kích thước khác nhau. Một tiêu chuẩn ghi nhãn pin duy nhất cho tất cả các nhà sản xuất vẫn chưa được phát triển, nhưng bạn vẫn có thể tự tìm ra các thông số quan trọng nhất.
Các chữ cái trong vạch đánh dấu cho biết loại tế bào và vật liệu được sử dụng: chữ cái đầu tiên I có nghĩa là công nghệ lithium-ion, chữ cái tiếp theo (C, M, F hoặc N) chỉ định thành phần hóa học, chữ cái thứ ba R có nghĩa là tế bào có thể sạc lại được (Có thể sạc lại).
Các con số trong tên kích thước cho biết kích thước của pin tính bằng milimét: hai số đầu tiên là đường kính và hai số còn lại là chiều dài. Ví dụ, 18650 cho biết đường kính 18 mm và dài 65 mm, 0 cho biết hệ số dạng hình trụ.
Các chữ cái và số cuối cùng trong sê-ri là ký hiệu thùng chứa cụ thể cho từng nhà sản xuất. Cũng không có tiêu chuẩn thống nhất để chỉ ra ngày sản xuất.
