FAQ по Li-Ion-батареям

Наличие в том или ином приборе аккумулятора с буковками «Li» на бирке – уже фактически стандарт. Даже мой шуруповерт крутится «на литии», чему я несказанно радуюсь. Но за комфорт полагается платить, и источники тока не исключение из этого правила.

  • И чем же так хороши эти литиевые аккумуляторы?

Они относительно дороги, капризны, как кисейные барышни, и сколько за ними ни ухаживай, все равно теряют емкость.
Производителям техники виднее: раз они не стесняются прятать «литий» внутрь устройств (взять пресловутый iPhone 4 или планшеты, тысячи их), значит, они считают, что при нынешнем уровне развития технологий аккумулятор физически прослужит дольше, чем девайс будет хоть сколько-нибудь актуален. Поскольку смена линеек происходит примерно раз в год, полное обновление модельного ряда случается через два, максимум три года. Вуаля, вот и фокус: практика подтверждает, что предельный срок службы литийионной батареи – 36 месяцев (плюс-минус большая поправка на эксплуатацию, угробить можно все). Ситуация всех устраивает. Юзеры выкидывают свои гаджеты, производители клепают новые, изготовление сайтов под новую продукцию идет полным ходом. «Капитализм», сказал бы капитан милиции Иван Данко.
А хорошего у Li-Ion много. Начнем с того, что эти батарейки позволили перевести устройства на питание не от смешных 1,2 В на банку, характерных для перезаряжаемых Ni-xx-элементов. а от 3,6-3,8 В на банку (зависит от внутренней «химии»), например, электронные часы ходят годами во многом благодаря компактным и долговечным источникам тока, в основе которых литий. Многие устройства, те же мобильники, питаются от одного элемента – нет нужды городить цепочки, соединяя их в батареи. Еще достоинства: полное отсутствие «эффекта памяти» (литий передаст пламенный привет никелю и его другу кадмию), энергоэффективность до примерно 180 Втч на килограмм массы, возможность создания топкой батареи необходимой формы…

  • Любой, кто в детстве плющил батарейки молотком или поездом, знает, что и щелочные элементы бывают тонкими…

Но работали ли они после этого? Скорее всего, нет. А представьте себе планшешик на пальчиках типоразмера АА,
Наверное, это будет выглядеть как военная радиостанция.

 

  • Вы отвлеклись, ответьте-таки на вопрос про кисейных барышень.

Секундочку, литиевые батареи не то чтобы капризны, скорее, они имеют свой характер. Не выживают в мороз, могут ба-бахнуть при перегреве, коротком замыкании выводов. При глубоком разряде уходят «в кому», из которой их не всегда удается вывести. Но эти трудности решаются предупредительными мерами технологов. От самопроизвольного внутреннего замыкания и последующего взрыва (ох, и был скандальчик как-то давно!) ушли, применяя умную электронику – контроллер, тщательно выдерживающий нужные параметры заряда и хранения банок. Еще один способ не допустить бадабума и продлить жизнь источнику питания – изменение структуры анода, дабы избежать опасных химических реакций. Да и разновидностей литиевых элементов слишком много, чтобы собирать их в одно стадо. Существуют литий-полимерные, литий-железофосфатные / сульфидные аккумуляторы (Li-Pol, LiFeP04, Li-Fe соответственно), это как двоюродная родня в нашем человеческом мире: родство есть, но оно достаточно далекое.

 

  • А поподробнее, пожалуйста, про всю эту чудо-семейку можно?

Можно, но чуть-чуть. Литий-полимерники де-факто самый популярный тип аккумуляторов. Отличие их от литий-ионных в структуре электролита, который в первых находится в полимерной «губке», а не в виде геля, как в старых экземплярах Li-Ion. Ввиду модернизаций и инноваций удельная энергоемкость может быть выше, чем у «ионного» прародителя. И нужно помнить, что Li-Pol на сегодняшний день самые тонкие источники питания, что и обусловило их широчайшее распространение в технике. Недостатки все те же, родовые. Мерзлявость, склонность к пироэффектам, относительно скромная нагрузочная способность, самовольная потеря емкости с течением времени.
«Железные» братья, с буковками «Fe» в названии, отличаются от традиционных литиевых элементов главным образом катодом. Если в первых литиевых элементах встречался даже токсичный металлический питий, то теперь все чаще обходятся угольными электродами с пропиткой. Но загвоздка даже не в этом. Во всех литиевых элементах есть соединения кобальта. Имеешь кобальт – имеешь деньги, но эта схема устраивает далеко не всех. Да и месторождений никелевых руд, из которых буквально выжимается по крупицам этот металл, не так много. Кандидат-преемник, феррофосфат лития, позволил слезть с «кобальтовой иглы», но по массо-энергетическим параметрам батарея на его основе пока уступает своему «прадеду» Li-Ion. Минус элемента Li-Fe – зарядка его производится по другому алгоритму, нежели Li-Ion, плюсы технологии – холодоустойчивость получаемых источников питания и их высокая нагрузочная способность. Да и корпус элемента прочнее, больше всего он напоминает обычный располневший «пальчик». Из-за терпимости к нагрузкам эти батареи все чаще встречаются в электроинструментах, моделях самолетов, а разработчики посматривают в будущее и пытаются построить дешевые электромобили. Надеюсь, информации достаточно.

 

  • А как узнать нагрузочную способность элемента, которую превышать не рекомендуется?

Если батарея универсальная, то на ее корпусе должно быть число с буквой С, то бишь емкость, и множитель рядом, например 3С. Значит, ток отдачи не должен превышать трех величин емкости: для аккумулятора 1 А ч (1000 мА ч), соответственно, получится 3 А. Если же батарея от какого-нибудь телефона с заковыристым наименованием, то узнать данный параметр можно только из ее паспорта.

 

  • А что происходит при перегрузке литиевого аккумулятора?

Поскольку это химический источник тока, то в нем проходят цепочки химических реакций. Заставляя элемент питания выполнять ту работу, на которую он не рассчитан, можно получить неуправляемую реакцию с бурным выделением газов, усиливающуюся с нагревом батареи. И хорошо, если газоотводящие клапаны справятся и не допустят взрыва.

А каков алгоритм зарядки «лития» и почему говорят, что его нельзя заряжать не от специализированного зарядного устройства?
Зарядить литиевый элемент не очень просто, это делается в три этапа. Сначала проводится предзаряд малым током, во время которого процессор зарядника может вычислить состояние аккумулятора и «понять», пригоден ли элемент к использованию или нет. Затем производится заполнение батареи сильным током, порядка 1С-3С (как мы помним, С – это емкость), а для силовых элементов – до 5С. При этом необходимо контролировать напряжение на выводах каждого элемента с точностью до сотых вольта, как только оно подойдет к черте 4.2 В. ток надо снижать. Как только напряжение поднимется выше 4,2 В, зарядку следует прекратить.

Эта схема заряда существенно отличается от таковой для всех прочих батарей, поэтому литиевые зарядники своего рода «элита». На коленке такое вполне можно исполнить, имея градусник, амперметр, вольтметр, но это небезопасно. Электроника гораздо ловчее управляется со всем этим, и риск разрушения банки практически нулевой.

 

  • Вольты, амперы, элементы – все это здорово, но вот как мне правильно заряжать свой планшет, в основе которого литиевый аккумулятор? Как продлить срок службы батарейки?

Продлить срок службы малореально, я в начале уже писал, что вне зависимости от условий работы литиевый элемент через два-три года приходит в негодность. Так что советую расслабиться. Самый правильный способ ухода за батареей – держать ее заряженной, нужно довериться производителю электронной схемы и заряжать аккумулятор, пока планшет не сообщит, что он «сыт» (погаснет ли лампочка или появится окошко на экране – неважно). Ну и не забывать про старину Мороза, который особенно неравнодушен к литиевым источникам тока и истребляет их тысячами.

 

  • А можно пи сохранить литиевую батарею, которой я практически не пользуюсь? Законсервировать?

Взять закаточную машинку, стеклянную банку, откачать в ней воздух? Нет, не так надо. Зарядите аккумулятор на 40-70%, оберните в любой влагопоглощающий материал, например газету «Пионерская правда», и уберите аккум в овощной отсек холодильника с температурой +4… +6 С современным представлениям, именно такие условия хранения наиболее оптимальны для аккумуляторов с литиевыми элементами.

  • А можно ли как-то восстановить «севший» аккумулятор?

Если он состоит из одного элемента (видно по напряжению, 3,6 В – одна банка, 7,2 В – две и так далее), не мучайте себя, купите новый. Можно приобрести похожую батарейку и переселить ее потроха в корпус умершего аккума. Только аккуратнее, пожалуйста. Например, паять проводки к корпусу элемента категорически не рекомендуется.

Если гаджет отказывается включаться после многомесячного перерыва в работе, рано его отправлять в контейнер с мусором. Вспомните, что внутри девайса расположен шибко умный контроллер, который отключает аккумулятор от схемы, едва его напряжение снизится до уровня примерно ниже 3,0-2,8 В, считая его нежизнеспособным.
Согласитесь, обидно выкидывать на ветер несколько десятков долларов, зная, что родной аккум еще жив.
Попробую рассказать, что делать, но помните про «правило трех бум!».
Для одного элемента (Li-Pol – 3,7 В) возьмите пятивольтовый источник питания (сгодится и адаптер от «андроидного» устройства, и китайская зарядка от хрестоматийной «Ноклы») и тестер. Убедившись, что на выводах оживителя не 9 и не 12 В, подготовьте простую цепь от питальника к пациенту, плюс к плюсу и минус к минусу через резистор около 10 Ом, но пока не соединяйте. Короткими тычками длительностью в секунду, не больше, с перерывами подключайте больного. Контролируйте напряжение на аккумуляторе тестером и его нагрев. Если процесс проходит штатно, можно оставить элемент включенным, постоянно контролируя напряжение. Как только оно поднимется до 3,2 В, можете смело собирать свой телефон и немедленно заряжать его штатной зарядкой.