Один з найкорисніших електронних пристроїв, доступних нам, також є одним з найпоширеніших. Сучасна батарея використовується в багатьох наших улюблених технологіях, так що ви можете навіть пробачити, що не витрачаєте час на вивчення їх роботи.
Але тепер настав час розширити базу знань, розбираючись в тому, як працює смартфон у вашій кишені., які поширені типи акумуляторів і що ви можете зробити, щоб продовжити термін їх служби термін служби служби.
Коротка історія батарей
Алессандро Вольта продемонстрував першу працюючу електромагнітну батарею в 1800 році. Його стопка мідних і цинкових пластин, розділених просоченими розсолом паперовими дисками, виробляла постійну напругу протягом «розумного» часу. Це було відомо як гальванічний елемент і було попередником для покоління експериментів на батарейках.
У 1836 році Джон Фредерік Даніель стандартизував дизайн батареї. Мідний котел, заповнений розчином сульфату міді, занурений у неглазурований глиняний контейнер, наповнений сірчаною кислотою і цинковим електродом, став стандартом де-факто для батарей, що охоплює незліченні електричні телеграфні мережі.
Перенесемося в Оксфордський університет у 1979 році. Джон Гуденоу і Коічі Мізусіма продемонстрували працюючу перезаряджувану комірку з діапазоном 4 В, в якій оксид літію-кобальту використовувався в якості позитивного електрода, а метал літію - в якості негативного. Попередник літієвого елемента в тому вигляді, в якому ми його знаємо, народився - але був комерціалізований тільки в 1991 році Sony і Asahi Kasei у своїх портативних електронних пристроях.
Що таке сучасна батарея?
Ми використовуємо термін сучасна батарея для опису електрохімічних елементів, які живлять наші портативні технологічні пристрої. Акумулятори діляться на дві загальні категорії:
- Одноразове використання: одноразові батареї з електродами, які незворотно змінюються під час використання.
- Перезаряджувані: багаторазові батареї з електродами, які відновлюються зворотним струмом.
У більшості сучасних портативних електронних пристроїв використовується літієва батарея, найбільш поширеною з яких є літій-іонний (Li-ion) елемент. Ви також можете зіткнутися з літій-полімерним (Li-Po) елементом, який має той же електрохімічний склад і загальну хімію, що і його аналог, але коштує дорожче і має більш низьку щільність енергії.
Тим не менш, Li-Po акумулятори як і раніше популярні завдяки своїм легким, гнучким конструкціям і поліпшеним робочим можливостям при більш високих і більш низьких температурах, з чим Li-ion може боротися.
Літій-іонні батареї зазвичай містять інтеркалйоване з'єднання літію, таке як оксид літію-кобальт (LiCoO 2) в якості одного електрода, графіт для другого і органічний розчинник в якості електроліту. Це з'єднання використовується через його високу питому енергію і повільну втрату заряду, коли він не використовується, а також не вимагає циклічного відновлення пам'яті для продовження терміну служби батареї.
Всі літієві батареї матимуть коефіцієнт тиску і температури. Це відмовостійкий перемикач або датчик, призначений для запобігання перегріву батареї в екстремальних умовах або надмірного використання, процес, який зазвичай робить батарею марною через постійне пошкодження хімічних сполук, які роблять можливим процес зарядки/розрядки.
Процес зарядки
Акумулятори на основі літію стали кращим портативним акумулятором завдяки високій щільності енергії та якості перезаряджуваних акумуляторів. заряджається.
Під час процесу зарядки іони літію проходять через електроліт від позитивного електрода з оксиду літію-кобальту до негативного графітового електроду. При розряді або використанні іони переміщуються назад через електроліт від негативного до позитивного. Цей процес відбувається за відносно високої напруги - 3,7 В порівняно зі лужною батареєю типу АА при 1,5 В - ось чому літієві батареї стали кращим портативним джерелом живлення для багатьох споживчих електронних пристроїв.
Літієві батареї також входять до складу більш великих батарейних блоків, наприклад, акумулятор ноутбука. Ці акумуляторні батареї мають ряд літій-іонних елементів, пов'язаних в один більш великий компонент, і будуть містити ряд додаткових компонентів:
- Датчик температури: датчик, що відстежує температуру всередині упаковки, щоб забезпечити безпеку і довговічність комірок.
- Регулятор напруги: датчик і ланцюг для контролю і регулювання вихідної потужності/ємності кожної комірки всередині блоку
- Стан зарядки акумулятора: датчик інформує операційну систему про поточний стан зарядки (наприклад, 47% заповнено)
- Роз'єм: пакет роз'єм для ноутбука, марки.
Літієві батареї можуть виконувати тисячі циклів зарядки/розрядки до того, як якість елемента почне дійсно погіршуватися, але є кілька способів, якими ви можете зіпсувати свою батарею, потенційно наражаючи себе на небезпеку в процесі.
Обслуговування батареї
Позитивний електрод, що зустрічається в більшості літієвих батарей, LiCoO 2, може становити небезпеку, якщо елемент пошкоджено. На відміну від ряду інших варіантів батарей, компрометація легкозаймистого з'єднання під тиском може призвести до екстремальних результатів. Щоб пом'якшити це, елементи батареї на основі літію проходять ряд випробувань на безпеку, багато з яких є більш суворими, ніж їх аналоги на кислотній основі.
Висока температура
Було кілька випадків займання літієвих батарей в умовах екстремальної спеки. Акумулятори, які перебувають під впливом тепла в поєднанні з будь-яким додатковим, несподіваним тиском або коротким замиканням, можуть «вибухнути», залишивши зруйновану батарею. і, найчастіше, пошкодженої частиною портативної технології.
Кожна літієва батарея має вбудований сепаратор, що міститься всередині елемента. Це розрізняє позитивний і негативний електроди під час процесу зарядки/розрядки. Якщо цей сепаратор стає перфорованим або пошкодженим, існує ймовірність контакту електродів. Це призводить до швидкого нагрівання батареї, що може призвести до вибуху.
Батарея має вентиляційний механізм, що запобігає такому виникненню, але, в кінцевому рахунку, через природу хімічної сполуки ймовірність вибухової реакції все ще залишається через тепло, що виділяється хімічною реакцією.
Рейтинг розряду
Літієві батареї віддають перевагу частковій розрядці, а не «глибоко» або «повній». У них немає зарядної пам'яті, тому часткова розрядка не впливає на продуктивність у майбутньому.
Однак «глибокий» розряд, тобто повне виснаження батареї, призведе до падіння напруги на літієвій батареї і може призвести до незворотного пошкодження батареї.
Процес старіння
Літієві батарейки вікові. Передбачається, що їх максимальний термін служби становить від 2 до 4 років. залежності від кількості циклів зарядки/розрядки. Це не означає, що ви повинні стежити за тим, скільки разів ви використовуєте батарею, оскільки це буде досить складно. Але відкладання використання нової батареї і залишення її на полиці не продовжить термін служби батареї - батарея буде працювати тільки ті ж 2-4 роки.
Варто також перевірити, коли батарея була виготовлена під час купівлі нового портативного технічного продукту. Якщо протягом року він перебував на складі без резервування, це вже рік роботи від батареї. Зверніться до виробника продукту і попросіть нову батарею, де це можливо.
Існують сучасні додатки для управління батареями, які стверджують, що вони здатні звернути назад поточну прийнятну деградацію комірок, наприклад batteryOS ", продукт, який буде випущений в лютому 2015 року.
Li-Air
Нове покоління літієвих батарей. буде включати в себе хімію літію і повітря, що забезпечує надзвичайно високу щільність енергії у все більш легких конструкціях. Літій-повітряні батареї отримують перевагу в щільності енергії порівняно зі своїми традиційними аналогами завдяки використанню великої кількості кисню для індукції струму, а не зберіганню необхідного хімічного окислювача всередині.
На жаль, дослідження як і раніше необхідні в ряді ключових областей, перш ніж комерційно життєздатний продукт Li-Air з'явиться в наших портативних пристроях.