Приветствую Вас Гость | RSS
Главная » Литиевые источники тока » Регистрация » ВходСреда
2019-Май-22
08:00
Литий - наиболее легкий металл, он вдвое легче воды и всплывает даже в керосине. Одновременно с этим, литий обладает огромным электрохимическим потенциалом, что делает его одним из самых активных металлов. Это свойство лития дает возможность создавать на его основе батареи и аккумуляторы с очень высокой плотностью энергии при минимальных размерах и массе.

Еще одно преимущество литиевых батарей - очень низкий ток саморазряда. Это означает, что батарея может пролежать "на полке" или в выключенном приборе на годы дольше щелочных батареек. Для литиевых аккумуляторов это означает, что в малопотребляющих приборах не придется периодически подзаряжать аккумулятор (что придется сделать с никель-металлгидридными (NiMh), никель-кадмиевыми (NiCd) или свинцовокислотными (Lead Acid) аккумуляторами), или придется это делать намного реже.

Литиевые неперезаряжаемые батареи также обладают еще одним важным преимуществом - они практически не теряют емкость при отрицательных температурах: большинство выпускаемых батарей спокойно работают от -40° а некоторые типы - от -60°. В условиях русской зимы и особенно Крайнего севера - литиевые батареи незаменимы.

Все эти параметры становятся особенно важными при использовании в устройствах выживания - к примеру, в фонарях, аварийных маячках или рациях.
Можно один раз "заправить" фонарь комплектом литиевых батарей, и более десяти лет не беспокоиться о том, что батареи (или аккумуляторы) разрядились, и требуют замены.

При этом, они легче других батарей, работают дольше, и не теряют емкость при отрицательных температурах.

Литиевые батареи и аккумуляторы производятся с разнообразными химическими формулами, что дает разное рабочее напряжение и энергоемкость.

Наиболее распространены:
Li-MnO2 (батареи с префиксом "CR").
Номинальное напряжение: 3В.

Наиболее распространенный вид литиевых батарей. К батареям такого типа относятся, например, батареи CR123 или CR2. Батарея такой системы обладает большой емкостью, может отдавать большой ток, обладает широким температурным диапазоном (от -40 до +60).
К батареям этого типа относится также совместимая батарея типа "Корунд" (тип ISO "1604") напряжением 9В, которая физически состоит из трех элементов (обычные щелочные - из 6)

Li-FeS2 (литий-железодисульфидные батареи)
Номинальное напряжение: 1.5В.

Современные литиевые батареи, призванные заменить традиционные щелочные и солевые батарейки.
Напряжение 1.5В позволяет напрямую вставлять их в приборы, предназначенные для работы с обычными батарейками.

При этом за счет литиевой химии, они обладают преимуществами по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами:
Работают до 3-4 раз дольше. Литиевые батареи АА обладают эффективной емкостью 2900 мАч. 
Имеют массу на 35% меньше. 
Могут отдавать большой ток, что делает их применение возможным в "прожорливых" устройствах. 
Рабочий температурный диапазон - от -40° до +60° 
Низкий саморазряд: срок хранения - более десяти лет. 

К недостаткам можно отнести сравнительно высокую цену, но наращивание объемов производства таких батарей с каждым годом сокращает разрыв цены с щелочными батареями, и для работы в устройствах с большим энергопотреблением покупать такие батареи выгоднее, чем щелочные. 

Li-Ion (литий-ионные батареи (аккумуляторы))
Номинальное напряжение: 3.6-3.7В.

В этих элементах металлический литий заменен на ионы лития, что сделало батарею более безопасной. Эти батареи являются перезаряжаемыми (аккумуляторами).

В отличие от аккумуляторов других систем, они не подвержены "эффекту памяти", и обладают превосходными энергетическими характеристиками.
Саморазряд этих батарей - около 5% в месяц, по сравнению с 30% Ni-Mh аккумуляторов (новейшие типы Ni-Mh аккумуляторов имеют более низкие, чем 30%, токи саморазряда), и 10% Ni-Cd.
Однако, литий-ионные аккумуляторы теряют емкость по мере старения, вне зависимости от заряда и количества циклов заряда-разряда. В среднем, это старение составляет около 20-30% в год, и усиливается при высоких температурах.

Сильная электрохимическая активность лития, наряду с огромным энергетическим потенциалом, создает дополнительные инженерные проблемы производителям батарей. Например, литий вступает в сильную реакцию с водой, с образованием щелочи и водорода.

Как известно, водород в смеси с кислородом воздуха, при определенной пропорции смеси, становится взрывоопасным. А тепло, выделяющееся при реакции, может воспламенить эту смесь.
Впрочем, эта проблема присуща также и свинцовокислотным аккумуляторам.
По этой причине все литиевые элементы упаковываются в герметичную оболочку.

В высокоэнергетических литиевых батареях и литий-ионных аккумуляторах при коротком замыкании или неправильной эксплуатации повышается температура и давление. Поэтому в конструкцию элементов добавляют предохранительные клапаны и контакты ("PTC" - Positive Temperature Coefficient), размыкающиеся при повышении температуры. Эти меры позволяют предотвратить взрыв батарей, при неправильном с ними обращении.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы очень чувствительны к процессу заряда и разряда, поэтому в 99% случаев вместе с собственно элементом питания в батарее присутствует также и плата электроники, которая следит за "здоровьем" батареи, контролирует процесс заряда, разряда, а также предотвращает взрыв при коротком замыкании или превышении тока заряда.

Именно поэтому большинство литий-ионных аккумуляторов имеет не два, а три или четыре контакта - через дополнительные контакты микроконтроллер платы защиты общается с основным устройством.

Использование незащищенных литий-ионных аккумуляторов не рекомендуется по следующим причинам: 
Короткое замыкание, неправильная полярность, превышение напряжения или тока заряда могут вызвать взрыв. 
Слишком сильный разряд аккумулятора "убьет" его, сделав невозможным его дальнейшее использование. Не все устройства содержат защиту от глубокого разряда вставленных в них аккумуляторов. Обычно критическое напряжение глубокого разряда составляет 2.4-2.7В, в зависимости от химической формулы. 
Меры предосторожности при работе с литиевыми аккумуляторами.

Проведенные исследования режимов эксплуатации на пожаро- и взрывобезопасность, а также миллиарды использованных литиевых батарей (в том числе батареи Вашего мобильного телефона, плеера, компьютера и т.п.), установили, что современные конструкции литиевых элементов практически безопасны при их правильной эксплуатации, и более того - вполне рассчитаны на "дурака". 

Но, следуя принципу "предупрежден - значит вооружен", мы публикуем основные моменты работы с литиевыми батареями. В общем-то все, написанное ниже, применимо и обязательно для выполнения при использовании и обычных щелочных батареек. (и всегда пишется на упаковке)

Используя в бытовой технике батареи и аккумуляторы литиевой системы, вы должны осознавать, что их повышенные по сравнению с щелочными батареями и Ni-Mh аккумуляторами потребительские свойства - энергоемкость, масса - взяты не "с потолка", а являются следствием использования более активного материала.

Как показывает практика, потребители редко читают инструкцию по эксплуатации батарей и аккумуляторов, и еще реже её соблюдают, надеясь на русский "авось". 

И хотя правила эксплуатации литиевых батарей ничем не отличаются от правил эксплуатации щелочных батарей и других аккумуляторов, их соблюдение особенно важно, т.к. несоблюдение может привести к более серьезным последствиям.

Итак:
Не перезаряжать, не нагревать.
В литиевой батарее есть т.н. пассивирующий слой на литиевом аноде. Эта защитная пленка соединений лития, в обычных условиях, препятствует прямым химическим реакциям металлического лития с электролитом и основными продуктами реакции. Зарядка литиевых батарей (не аккумуляторов, а именно неперезаряжаемых батарей, к примеру CR123) разрушает эту пленку и категорически запрещена. Это приводит к высвобождению и накоплению в батарее металлического лития, его реакции с электролитом, росту температуры и давления, и, как следствие, утечке токсичного газа (через предохранительный клапан), электролита, и может привести к воспламенению или взрыву батареи.
К этому также может привести закорачивание батареи или её нагревание. К батарее нельзя припаивать провода бытовыми паяльниками и паяльными станциями - это нарушит или сплавит защиту от перегрева батареи, и она станет небезопасна. Нельзя оставлять батарею под прямыми солнечными лучами.
То же самое относится к превышению тока заряда и напряжения заряда литиевых аккумуляторов. Используйте только качественные зарядные устройства, не стоит подключать "вот эту батарейку" к "вон тому заряднику" от "вон того прибора". Это опасно.


Некоторые компании даже выпускают спец. оболочки-пакеты для зарядки литиевых элементов на предельных режимах:
 
Не смешивать бывшие в употреблении и новые батареи; батареи разных типов или производителей.

Установка элементов с разным напряжением (например, новый и бывший в употреблении) приведет к тому, что один элемент (новый) будет стремиться отдавать больший ток, и станет заряжать другой (старый). Батареи разных производителей, во-первых, могут иметь разное внутреннее сопротивление, а во-вторых, незначительно отличающийся химический состав. По описанной в п.1 схеме, и то, и другое может привести к взрыву.
Согласно исследованиям, смешивание Б/У и новых батарей или батарей разных производителей, явилось причиной №1 случаев возгорания и взрыва литиевых батарей в фонарях и других приборах. Наихудшее с точки зрения безопасности соотношение - это использование новой батареи и на 20% использованной. И хотя таких случаев зарегистрировано менее десяти на сотни тысяч случаев беспроблемного использования, делать этого не стоит. 

Не разбирать, не сжигать, не использовать батареи со следами повреждений или протечек.
Прокол элементов или смятие может привести к внутреннему короткому замыканию, с последующим возгоранием и взрывом; Расплавление лития от высокой температуры также приводит к взрыву.
При разгерметизации внутрь элемента может попасть вода или сконденсироваться атмосферная влага, что может привести к реакции с выделением водорода и возгоранию.

Не закорачивать. Соблюдать полярность.

При разряде большими токами или коротком замыкании из-за некоторой неоднородности структуры батареи и наличия примесей могут возникать локальные "горячие точки", которые лавинообразно вызывают разогрев всей батареи.
Результат - взрыв.

Не утилизировать с бытовыми отходами.
Хотя это общепринятая практика в нашей стране, но, вопреки ей, элементы питания нельзя выкидывать вместе с бытовым мусором.

К примеру, остатки соленой воды в кухонных отходах могут закоротить элемент.

И хотя у нас не создано никаких условий для правильной утилизации таких отходов - позаботьтесь хотя бы о том, чтобы литиевый элемент не контактировал с другими отходами.
Например, поместив его в индивидуальный полиэтиленовый пакет, и завязав его.


Хранить в сухом, прохладном месте.
Влага, кроме прямого закорачивания контактов, может вызвать коррозию внешней оболочки батареи, заткнуть вентиляционные клапаны или нарушить герметичность. Батарею с признаками коррозии использовать нельзя.
Высокая температура, близость к батареям отопления, духовым шкафам, печным трубам или прямые солнечные лучи могут вызвать повышение давления внутри батареи.

Современные литиевые батареи содержат множество элементов конструкции, которые призваны повысить степень защиты - сбросить нарастающее давление, разъединить электрическую цепь при превышении тока или температуры, а также разнообразную защитную электронику, но их лучше рассматривать как средства "последнего эшелона", и надеяться не на них, а на разумное соблюдение правил безопасности.

Соблюдение этих правил почти наверняка избавит вас от неприятных моментов использования литиевых батарей. И хотя случаи возгорания или взрыва батарей в фонарях очень редки (в Интернет-сообществе описано менее 10 случаев за все время на весь мир), мы считаем важным упомянуть основные сценарии развития событий.

В большинстве редких случаев возгорания литиевых батарей в фонарях, фонарь "тухнет" или теряет яркость на сравнительно свежем комплекте батарей. В любом случае, это должно вас насторожить.
Часто после этого, иногда через значительное время (20-30 мин.) слышится шипение клапана сброса давления батареи. Если вы слышите шипение этого клапана или фонарь неожиданно потускнел или нагрелся - ни в коем случае не направляйте фонарь стеклом или торцом к себе.
Настороженность также должно вызвать ненормальное для данного режима работы фонаря нагревание батарейного отсека, особенно в выключенном состоянии (выше 60-70 градусов).
При возникновении описанных симптомов - если фонарь у вас в руках - немедленно выключите его и положите подальше от людей, домашних животных и легковоспламеняемых предметов.
Если фонарь не в руках - не подходите к нему как минимум 3-4 часа.

Шипение клапана сброса давления часто сопровождается выделением едкого белого дыма с характерным "электрическим" запахом. Этот дым токсичен - старайтесь не вдыхать его и проветрить помещение.
Если из батареи вылился электролит - не допускайте его контактов с кожей.
Пролитый электролит следует засыпать пищевой содой или опилками, и вытереть насухо.
Взрыв батареи иногда происходит через 1-2 секунды, а иногда через 20-30 минут после шипения клапана.
При возгорании и взрыве литиевых батарей запрещается тушить их углекислотными огнетушителями: литий бурно реагирует с углекислотой.
Эффективно применение порошковых огнетушителей (напр. ОП-10).

Тушение горящих элементов и их обломков можно производить, накрывая очаги горения плотной термостойкой тканью (асбестовым полотном).
Можно тушить сухим песком, покрывалом, сухой поваренной солью.
Вода неэффективна при тушении горящего лития, и предотвращает главным образом распространение пожара. Наоборот, реакция лития с водой может вызвать выделение водорода, который усилит горение.

Не берите в руки фонарь, обломки или батареи ранее, чем через несколько часов после прекращения любых проявлений реакции. Не приближайтесь к взорвавшимся или вытекшим батареям, пока они не остынут.

Защищайте кожу от контактов с электролитом резиновыми перчатками.

Засыпьте батареи, а также обломки, пищевой содой, для нейтрализации электролита. Поместите в полиэтиленовый пакет и утилизируйте.

Помните телефон пожарной охраны: В России это 01, или 112 или 911 с мобильного телефона

Чаще взрываются фонари на двух CR123-элементах (в большинстве случаев ксеноновые, а не светодиодные), чем на одном. Поэтому при использовании фонаря, работающего на двух элементах, старайтесь или использовать защищенный аккумулятор 18650 или 17670, если он допустим конструкцией фонаря, или особенно тщательно подходите к вопросу выбора пары батарей. Старайтесь ставить вместе батареи из одной партии.
Если у вас есть возможность измерить внутреннее сопротивление батарей - старайтесь совмещать батареи по внутреннему сопротивлению.

Естественно, ни в коем случае не ставьте разные батареи или использованные совместно с новыми. 
Чаще взрываются фонари на галогеновых (ксеноновых галогенных) лампах без электроники, чем светодиодные с электроникой. Причина - описанные выше в п.4 "горячие точки", которые возникают при неконтролируемом разряде большим током. 
Старайтесь использовать качественный фонарь, нежели безымянный. 
Плохая конструкция и используемые материалы могут служить причиной закорачивания батарей. Особенно это относится к дешевым галогеновым фонарям на элементах CR123. 
Старайтесь использовать водонепроницаемый фонарь - это также предотвратит нештатные ситуации при использовании литиевых батарей.
Старайтесь использовать алюминиевый фонарь, нежели пластиковый. 
Пластиковый фонарь может разлететься в непредсказуемых направлениях. 
У алюминиевых фонарей "вышибает" стекло и торцевую кнопку (если такая есть). Так что, при взрыве в руке в большинстве описанных случаев (3 случая) обошлось без травм. 
Одновременно, пластиковый корпус менее стоек к разогреву батарей и может обеспечить меньше защиты батареям от внешнего тепла.
А остальные миллиарды успешного использования литиевых батарей без эксцессов - подтверждают: за этими элементы ближайшее будущее. И если век топливных или био-элементов еще не наступил - то для лития - самое время.


ссылка на источник

Меню сайта
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Май 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031
Архив записей
Наш опрос
Зачем нужен мобильник?
Всего ответов: 190
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0
    Copyright my 155 © 2019