Un elemento clave de la movilidad de los dispositivos electrónicos es la batería recargable (ACB). Las crecientes demandas para garantizar su mayor autonomía estimulan la investigación continua en esta área y dan lugar a la aparición de nuevas soluciones tecnológicas.
Las baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd) e hidruro de níquel-metal (Ni-MH) ampliamente utilizadas tienen una alternativa: primero baterías de litio y luego baterías de iones de litio (Li-ion) más avanzadas.
Contenido
Historia de la apariencia
Las primeras baterías de este tipo aparecieron en los años 70. el siglo pasado Inmediatamente ganaron demanda debido a características más avanzadas. El ánodo de los elementos estaba hecho de litio metálico, cuyas propiedades permitían aumentar la energía específica. Así nacieron las baterías de litio.
Las nuevas baterías tenían un inconveniente importante: un mayor riesgo de explosión e ignición.La razón residía en la formación de una película de litio en la superficie del electrodo, lo que condujo a una violación de la estabilidad de la temperatura. En el momento de máxima carga, la batería podría explotar.
El refinamiento de la tecnología ha llevado al abandono del litio puro en los componentes de la batería a favor del uso de sus iones cargados positivamente. La batería de iones de litio resultó ser una buena solución.
Este tipo de batería de iones se caracteriza por una mayor seguridad, que se obtiene a expensas de una ligera disminución de la densidad de energía, pero el progreso tecnológico constante ha permitido reducir al mínimo la pérdida en este indicador.
Dispositivo
La introducción de las baterías de iones de litio en la industria de la electrónica de consumo recibió un gran avance después del desarrollo de una batería con un cátodo de material de carbono (grafito) y un ánodo de óxido de cobalto.
En el proceso de descarga de la batería, los iones de litio se eliminan del material del cátodo y se incluyen en el óxido de cobalto del electrodo opuesto; cuando se carga, el proceso avanza en la dirección opuesta. Así, los iones de litio crean una corriente eléctrica, moviéndose de un electrodo a otro.
Las baterías de iones de litio se producen en versiones cilíndricas y prismáticas. En una estructura cilíndrica, dos cintas de electrodos planos, separados por un material impregnado de electrolito, se enrollan y se colocan en una caja de metal sellada. El material del cátodo se deposita sobre papel de aluminio y el material del ánodo se deposita sobre papel de cobre.
Un diseño de batería prismática se obtiene apilando placas rectangulares una encima de la otra. Esta forma de la batería permite hacer más densa la disposición del dispositivo electrónico. También se producen baterías prismáticas con electrodos enrollados retorcidos en espiral.
Funcionamiento y vida útil
Es posible un funcionamiento prolongado, completo y seguro de las baterías de iones de litio si se observan las reglas de funcionamiento; descuidarlas no solo acortará la vida útil del producto, sino que también puede tener consecuencias negativas.
Explotación
El requisito clave para el funcionamiento de las baterías de iones de litio se refiere a la temperatura: no se debe permitir el sobrecalentamiento. Las altas temperaturas pueden causar el máximo daño, y la causa del sobrecalentamiento puede ser tanto una fuente externa como modos estresantes de carga y descarga de la batería.
Por ejemplo, el calentamiento hasta 45 °C conduce a una disminución de 2 veces en la capacidad de mantener la carga de la batería. Esta temperatura se alcanza fácilmente cuando el dispositivo se expone al sol durante mucho tiempo o cuando se ejecutan aplicaciones que consumen mucha energía.
Si el producto se sobrecalienta, se recomienda colocarlo en un lugar fresco, es mejor apagarlo y quitarle la batería.
Para obtener el mejor rendimiento de la batería en el calor del verano, debe usar el modo de ahorro de energía, que está disponible en la mayoría de los dispositivos móviles.
Las bajas temperaturas también tienen un efecto negativo en las baterías de iones; a temperaturas inferiores a -4 °C, la batería ya no puede entregar toda su potencia.
Pero el frío no es tan dañino para las baterías de iones de litio como las altas temperaturas y, en la mayoría de los casos, no causa daños permanentes. A pesar de que después de calentarse a temperatura ambiente, las propiedades de trabajo de la batería se restablecen por completo, no debe olvidarse de la disminución de la capacidad en el frío.
Otra recomendación para el uso de baterías de Li-Ion es evitar que se descarguen profundamente. Muchas baterías de generaciones anteriores tenían un efecto de memoria que requería que se descargaran a cero y luego se cargaran por completo.Las baterías de iones de litio no tienen este efecto, y los casos aislados de descarga completa no tienen consecuencias negativas, pero la descarga profunda constante es perjudicial. Se recomienda conectar el cargador cuando el nivel de carga sea del 30%.
Toda la vida
El funcionamiento inadecuado de las baterías de iones de litio puede reducir su vida útil entre 10 y 12 veces. Este período depende directamente del número de ciclos de carga. Se cree que las baterías de tipo Li-Ion pueden soportar de 500 a 1000 ciclos, teniendo en cuenta la descarga total. Un mayor porcentaje de carga restante antes de la próxima carga aumenta significativamente la duración de la batería.
Dado que la duración de la vida útil de la batería de iones de litio está determinada en gran medida por las condiciones de funcionamiento, es imposible dar una vida útil exacta para estas baterías. En promedio, se puede esperar que una batería de este tipo dure entre 7 y 10 años si se siguen las normas requeridas.
Proceso de carga
Durante la carga, evite una conexión excesivamente larga de la batería al cargador. El funcionamiento normal de una batería de iones de litio tiene lugar a un voltaje que no supera los 3,6 V. Los cargadores suministran 4,2 V a la entrada de la batería durante la carga. Si se excede el tiempo de carga, pueden comenzar reacciones electroquímicas no deseadas en la batería, lo que provocará un sobrecalentamiento. con todas las consecuencias consiguientes.
Los desarrolladores tuvieron en cuenta esa característica: la seguridad de la carga de las baterías modernas de iones de litio está controlada por un dispositivo especial incorporado que detiene el proceso de carga cuando el voltaje supera el nivel permitido.
Para las baterías de litio, el método de carga en dos etapas es correcto.En la primera etapa, la batería debe cargarse proporcionando una corriente de carga constante, la segunda etapa debe realizarse con un voltaje constante y una disminución gradual de la corriente de carga. Dicho algoritmo se implementa en el hardware de la mayoría de los cargadores domésticos.
Almacenamiento y eliminación
Una batería de iones de litio se puede almacenar durante mucho tiempo, la autodescarga es del 10-20% por año. Pero al mismo tiempo, se produce una disminución gradual de las características del producto (degradación).
Se recomienda almacenar dichas baterías en un lugar protegido de la humedad, a una temperatura de +5 ... + 25 ° С. Las vibraciones fuertes, los impactos y la proximidad a una llama abierta son inaceptables.
El proceso de reciclaje de las celdas de iones de litio debe realizarse en empresas especializadas que cuenten con la licencia correspondiente. Alrededor del 80% de los materiales de las baterías recicladas se pueden reutilizar en la fabricación de baterías nuevas.
La seguridad
Una batería de iones de litio, incluso de un tamaño en miniatura, está plagada de riesgos de combustión espontánea explosiva. Esta característica de este tipo de batería exige el cumplimiento de medidas de seguridad en todas las etapas, desde el desarrollo hasta la producción y el almacenamiento.
Para mejorar la seguridad de las baterías de Li-Ion durante la fabricación, se coloca una pequeña placa electrónica en su caja, un sistema de monitoreo y control que está diseñado para eliminar sobrecargas y sobrecalentamiento. Un mecanismo electrónico aumenta la resistencia del circuito cuando la temperatura sube por encima de un límite predeterminado. Algunos modelos de batería tienen un interruptor mecánico incorporado que abre el circuito cuando aumenta la presión dentro de la batería.
Además, a menudo se instala una válvula de seguridad en las cajas de las baterías para aliviar la presión en caso de emergencia.
Pros y contras de las baterías de litio
Las ventajas de este tipo de batería son:
- alta densidad de energía;
- sin efecto memoria;
- larga vida útil;
- baja tasa de autodescarga;
- sin necesidad de mantenimiento;
- asegurando parámetros de operación constantes en un rango de temperatura relativamente amplio.
Tiene batería de litio y desventajas, estas son:
- riesgo de combustión espontánea;
- mayor costo que sus predecesores;
- la necesidad de un controlador incorporado;
- indeseabilidad de la descarga profunda.
Las tecnologías para la producción de baterías de iones de litio se mejoran constantemente, muchas deficiencias se están convirtiendo gradualmente en una cosa del pasado.
Área de aplicación
La alta densidad de energía de las baterías de iones de litio determina su principal área de aplicación: dispositivos electrónicos móviles: computadoras portátiles, tabletas, teléfonos inteligentes, cámaras de video, cámaras, sistemas de navegación, varios sensores incorporados y una serie de otros productos.
La existencia de un factor de forma cilíndrico de estas baterías permite que se utilicen en linternas, teléfonos fijos y otros dispositivos que antes consumían energía de baterías desechables.
El principio de iones de litio para construir una batería tiene varias variedades, los tipos difieren en el tipo de materiales utilizados (litio-cobalto, litio-manganeso, litio-níquel-manganeso-óxido de cobalto, etc.). Cada uno de ellos tiene su propio alcance.
Además de la electrónica móvil, un grupo de baterías de iones de litio se utiliza en las siguientes áreas:
- herramientas eléctricas de mano;
- equipo médico portátil;
- fuente de poder ininterrumpida;
- sistemas de seguridad;
- módulos de iluminación de emergencia;
- estaciones de energía solar;
- vehículos eléctricos y bicicletas eléctricas.
Teniendo en cuenta la mejora constante de la tecnología de iones de litio y el éxito en la creación de baterías de alta capacidad con tamaños pequeños, es posible predecir la expansión de las aplicaciones de este tipo de baterías.
Calificación
Los parámetros de las baterías de iones de litio están impresos en el cuerpo del producto, mientras que la codificación utilizada puede diferir significativamente para diferentes tamaños. Aún no se ha desarrollado un estándar único de etiquetado de baterías para todos los fabricantes, pero aún es posible descubrir los parámetros más importantes por su cuenta.
Las letras en la línea de marcado indican el tipo de celda y los materiales utilizados: la primera letra I significa tecnología de iones de litio, la siguiente letra (C, M, F o N) especifica la composición química, la tercera letra R significa que el la celda es recargable (recargable).
Los números en el nombre del tamaño indican el tamaño de la batería en milímetros: los primeros dos números son el diámetro y los otros dos son la longitud. Por ejemplo, 18650 indica un diámetro de 18 mm y una longitud de 65 mm, 0 indica un factor de forma cilíndrico.
Las últimas letras y números de la serie son las marcas de contenedores específicas de cada fabricante. Tampoco existen normas uniformes para indicar la fecha de fabricación.
