סוללות ליתיום או מקורות חשמל עמידים לאורך זמן

מקורות כוח ליתיום נדרשים עבור מכשירים אלקטרוניים רבים. מאמר זה ידון בסוללות ליתיום-יון הנפוצות.

הרכב של סוללת ליתיום

סוללת ליתיום פועלת באמצעות תגובת חמצון בלתי הפיכה. ליתיום מתכתי משמש כאנודה, בעוד שתחמוצת מנגן, ברזל דיסולפיד או תחמוצת נחושת יכולים לשמש כקתודה מוצקה. תחמוצות נוזליות כוללות תחמוצת גופרית ותיוניל כלוריד. ליתיום פעיל, המסיר אלקטרונים ביעילות, הוא חומר החמצון בו נעשה שימוש.

סוגי סוללות ליתיום

אחד מקריטריוני הסיווג של התקני אחסון הוא סוג החומר הפעיל העיקרי:

• סוללות ליתיום-ניקל-קובלט-אלומיניום-אוקסיד (NCA)
• סוללות ליתיום-מנגן
• סוללות ליתיום-קובלט.
• סוללות ליתיום ברזל פוספט
• מקורות ליתיום טיטנאט
• סוללות ליתיום-פולימר
• סוללת ליתיום-תיוניל כלוריד

אחד המדדים החשובים בבחירת סוללה הוא מתח ההפעלה.

בואו נסתכל רק על כמה מהם.

סוללות ליתיום 3V משמשות רק בגאדג'טים שתוכננו במיוחד; לא ניתן להשתמש בהן בשלטים רחוקים או בשעונים ביתיים רגילים.

ניתן להשתמש בסוללת ליתיום 6V באספקת חשמל ללא הפרעה, במכוניות צעצוע המופעלות על ידי סוללות וביישומים רבים אחרים.

סוללת הליתיום של 12 וולט משמשת בנוסף להתקנה ב UPSבכלים עצמאיים, כגון מַברֵג.

צִיוּן

אילו סימונים צריכים להיות על סוללות ליתיום-יון? על פי דרישות IEC, יש לסמן את המחוונים הבאים על מארז הסוללה:

1. יְכוֹלֶת סוללת ליתיום
2. גדלי סוללות ליתיום
3. תִרכּוֹבֶת
4. מַחלָקָה
5. מֶתַח

סוללות ליתיום מסומנות באותיות "CR". המספר הבא מציין את גודל הסוללה. הטבלה שלהלן מציגה את הכיול שלהן.

שֵׁם	צִיוּן	מתח, וולט
עגול גדול, D	20	1.5
עגול קטן, C	14	1.5
אֶצבַּע, AA	6	1.5
מיקרו-אצבע, AAA	03	1.5
«כֶּתֶר», RR3	22/6	9.0

טעינת התקני אחסון אנרגיה

אנשים רבים תוהים האם ניתן לטעון סוללות ליתיום-יון. ברור שרק סוללות שתוכננו במיוחד, המכונות סוללות נטענות, ניתנות לטעינה.

סוגים אופייניים של מקורות סוללה ואילו סוללות טובות יותר?

סוגי הסוללות כוללים סוללות יוניות (Li-ion) וסוללות פולימר (Li-polymer). טבלה השוואתית של מאפייני סוללות ליתיום תעזור לכם לנתח אותן ביתר פירוט.

מאפיינים	סוללות ליתיום-יון	סוללות ליתיום פולימר
מאפייני עיצוב	הפרודוקטיביות תלויה במיקום האלמנטים בתוך הבלוק	נוכחות של אלקטרוליט נוזלי אינה נשללת
גדלי סוללות ליתיום	סט קטן של אפשרויות	מבחר רחב ללא קשר לפורמט התא
עוצמת האנרגיה	גָבוֹהַ	נמוך, מספר הטעינות נמוך יותר
מִשׁקָל	מעט גבוה יותר	קָצָר
יְכוֹלֶת	לא גדול	פי שניים עם אותו נפח
חיי שירות	אין סטיות משמעותיות	אין סטיות משמעותיות
זמן טעינה	לטווח ארוך	פחות באופן ניכר
לִלבּוֹשׁ	גבוה יותר באופן יחסי	לְהַלָן
בטיחות (סיכון אש)	נמוך (סיכון לפיצוץ)	למעלה (עם הגנה מובנית)
מְחִיר	לְהַלָן	גבוה יותר

כיום, פיתוחם של תאי ליתיום-מתכת חדשים (li-metal) בעלי בטיחות מוגברת וחיי שירות ארוכים נמצא בעיצומו.

סוללות ליתיום-מתכת הן די מבטיחות להחליף מקורות ליתיום-יון וליבוליפול.

תכונות של טעינת סוללת ליתיום פולימר

כדי לשמור על קיבולת מלאה מתמדת של מקור הכוח, יש לטעון אותו בהתאם ללוח הזמנים, כלומר, לאחר פריקה לאחר 500 שעות של פעולת הציוד.

סוללת פולימר רגישה לנזק מכני, היפותרמיה, כמו גם תנודות מתח ועומסי יתר, לכן יש לחבר אותה רק לאספקת חשמל יציבה.

כיצד לשחזר סוללת ליתיום-יון

אורך החיים של סוללת ליתיום הוא די ארוך, אך במוקדם או במאוחר היא מאבדת את הקיבולת המקורית שלה. יְכוֹלֶתזו הסיבה שאנשים רבים מודאגים משיקום סוללה.

בואו נבחן שתי דרכים לשחזר כונן.

השיטה הראשונה נראית מפוקפקת, אך היא הפשוטה ביותר, ולדברי מומחים, לרוב עובדת. אתם צריכים:

1. הכניסו את ספק הכוח למקפיא למשך 30-40 דקות
2. לאחר הסרתו, טען אותו מיד למשך מספר דקות.
3. לאחר מכן יש להניח לטמפרטורת החדר להגיע
4. ורק אז להמשיך לטעון.

הבקר מפסיק לעתים קרובות לחסום את פעולת הרכיב.

כדאי לנסות את השיטה השנייה אם נהלי טעינה והקפאה סטנדרטיים אינם עוזרים. שיטה זו כוללת ניתוק לוח המגן באמצעות השלבים הבאים:

1. השתמשו במכשיר מדידה למדידת מתח הסוללה (אם הקריאה היא אפס, תוכלו להמשיך)
2. נתק בזהירות את לוח ההגנה
3. מדוד שוב את המתח (הוא אמור לעלות למקסימום של 2.5 וולט)
4. חבר למטען (עם זרם מתכוונן) והגדר את הזרם ל-100 מיליאמפר ואת המתח ל-4.2 וולט למשך 10-15 דקות
5. הקפידו לפקח על המתח (הוא לא אמור לעלות על 3.2 וולט). אם הרכיב מתחמם, הפסיקו את הטעינה מיד.
6. לאחר הגעה לערכי הזרם והמתח הנדרשים, יש להחזיר את הלוח למקומו המקורי ולטעון אותו במצב רגיל.

כמה זמן לוקח לטעון סוללות ליתיום?

מטענים עם מחווני רמת טעינה נמצאים בשימוש נרחב בימינו, אך אם אין לכם אחד, תוכלו לחשב את הזמן הנדרש באמצעות הנוסחה הבאה:

T (זמן) = 1.4*Y(mAh)/X (mA), כאשר 1.4 הוא מקדם העברת החום.

איך לבדוק את ספק הכוח?

הדרך הקלה והמהירה ביותר לבדוק את רמת הטעינה של מקור מתח היא באמצעות רב-מודד.

ישנן שתי דרכים לבדוק:

1. בדיקה ללא עומס. קריאות של 1.35 וולט ומעלה מצביעות על כך שהרכיב תקין לחלוטין.
2. בדיקת עומס מאפשרת דחייה מדויקת יותר של מנועי מתח נמוך. זה דורש ביצוע המדידה בזמן שהסוללה פועלת.

כיצד להחליף את הסוללה?

החלפת סוללות חד פעמיות חלשות מהווה נטל כלכלי משמעותי. לכן רבים שוקלים לרכוש סוללות נטענות. סוללות ליתיום הן ללא ספק המתאימות ביותר למטרה זו.

חיפושים במנועי חיפוש באינטרנט פופולריים במיוחד להמרת דגמים ישנים יותר של מברגים לסוללות ליתיום. לשם כך, כל שעליכם לעשות הוא למצוא את הסוללות הנכונות. מַברֵגאנלוגי ליתיום באותו גודל ומתח.

כמה עולה סוללת ליתיום?

סוללות כפתור ליתיום הן בין הסוללות הזולות ביותר. הידועות בדרך כלל כסוללות כפתור ליתיום, הן משמשות להפעלת שעונים, משקלים, מעבדים וגאדג'טים אחרים בעלי צריכת חשמל נמוכה. מחירי הסוללות הללו מתחילים ב-10 רובל ומוגבלים רק על ידי תיאבון היצרנים והמפיצים.

קשה לקבוע את הגבול העליון עקב המגוון העצום. עם זאת, ברור שכמו בכל החידושים הטכנולוגיים, העלויות יורדות עקב יעילות הייצור המוגברת ומספר היצרנים הגדל.

ייצור סוללות

סוללות ליתיום בעלות קיבולת גבוהה משמשות בייצור כלי רכב חשמליים. עקב הפופולריות הגוברת של כלי רכב חשמליים, צפויה פתיחתם של מפעלים רבים המייצרים סוללות אלו. על פי חברות ייעוץ שונות, כ-26 מפעלים גדולים כאלה יפעלו בקרוב. חלקם כבר פועלים, בעוד שהשאר מתוכננים להיפתח עד 2021.

מידע נוסף על סוללות ליתיום

סוללות אלו הן היעילות ביותר ויכולות לעמוד בעומסים כבדים. משתמשים מדגישים מספר יתרונות: קיבולת אנרגיה מוגברת, מתח יציב וקיבולת גבוהה. כמו סוללות אחרות, סוללות ליתיום מורכבות מאנודה, קתודה, מפריד ודיאפרגמה. שני האלמנטים האחרונים משמשים כדיאלקטרי. מקור כוח זה משתמש בספיגה מיוחדת עבור הדיאפרגמה.

ההבדל העיקרי בין סוללות ליתיום-יון לסוללות אלקליין הוא חיי השירות הארוכים שלהן. זה מושג באמצעות שימוש בטכנולוגיה מיוחדת המבטלת את התלות בזרם העומס של סוללות ליתיום-יון. אין להן את זה. לכן, ניתן לאחסן אותן עד 12 שנים. למרות מורכבות תהליך הייצור, יצרנים למדו לייצר סוגים שונים של סוללות ליתיום. סוללות אלו עומדות בקלות בתנודות טמפרטורה ויכולות לפעול במשך זמן רב תחת עומסים רציפים.

אלקטרוליט המשמש בסוללות ליתיום

1. תיוניל כלוריד.
2. מנגן דו-חמצני;
3. תרכובות פוליפלואורוקרבון;
4. גופרית דו-חמצנית;
5. יוֹד;
6. תחמוצת נחושת;
7. ברזל דיסולפיד;

המתח הנומינלי של סוללה כזו הוא 3.7 וולט. ליתיום מייצר תאים קלים ודקים מאוד. בעיקרו של דבר, זוהי מתכת רכה וגמישה.

מקורות כוח אלה החלו להיות מיוצרים בתחילת שנות ה-70. ניסויים ראשוניים עם סוללות אלו לא צלחו, ולעתים קרובות הם הסתיימו בפיצוצים. עם זאת, לאחר זמן מה, כל הפגמים בוטלו. למרות זאת, יש להשתמש בסוללות ליתיום בהתאם להוראות ההפעלה.

כדי ליצור מקור אנרגיה בטוח מליתיום, היה צורך לשלב אותו עם אלקטרוליטים אורגניים מוצקים. התוצאה הייתה תא סוללה חזק וקומפקטי יותר. שתי סוללות ליתיום של 3 וולט יכולות בקלות להחליף סוללות אלקליין של 4-5 וולט.

הֲגָנָה

כדי להבטיח פעולה יציבה ואמינה של סוללות ליתיום, מעגל הגנה מיוחד שולב בתכנון שלהן. מפני אלה הוא מגן:

1. חימום חזק.
2. טען מחדש.
3. קצר חשמלי.
4. פריקת יתר.

הוא מולחם למסופים. יש לו בקר מובנה שמנטר את טעינת הסוללה. אם הסוללה נטענת יתר על המידה מעל 4.25 וולט, היא תנתק אותה מהמטען.

איך לטעון סוללות ליתיום?

בעיקרון, לא ניתן לטעון סוללות, במיוחד אם הן מתויגות כ"אין לטעון". אם התא שלך הוא סוללה נטענת, הטעינה מחדש פועלת לפי דפוס זה.

הטעינה מתרחשת ב-2 שלבים.

1. זרם ישר עם פרמטרים של 0.2-0.5 מעלות צלזיוס. האות "C" מציינת קיבולת. מכיוון שלסוללה יש לוח מעגל מגן מובנה, מתח המעגל הפתוח לא יעלה על 7 וולט. כאשר רמת המתח עולה ל-4.2 וולט, משמעות הדבר היא שהסוללה טעונה ב-80%.
2. טעינה מתבצעת במתח קבוע. רמת הזרם אמורה לרדת. המטען צריך לשמור על מתח של 4.1-4.2 וולט. הוא גם מווסת את הזרם, אשר יורד בהדרגה. כאשר הוא יורד ל-0.05-0.01 מעלות צלזיוס, תהליך הטעינה הושלם. בשלב זה, הסוללה נטענת במלואה ל-100%.

מומלץ להשתמש במטען עם דירוג מתח.

סוללות ליתיום אינן סובלות טעינת יתר היטב, לכן יש לנתק אותן בזמן.

היכן משתמשים בסוללות ליתיום?

היישומים למקורות כוח כאלה מגוונים. לדוגמה, ניתן להתקין אותם בשעוני מעורר, שלטים רחוקים ומשקלים אלקטרוניים. אך הם שימושיים במיוחד במכשירים בעלי צריכת חשמל גבוהה, כגון מצלמות, פלאשים, צעצועים, ציוד רפואי, ציוד צבאי וציוד מחשבים.

יתרונות וחסרונות של סוללות ליתיום

היתרון העיקרי שלהם הוא שהם יכולים להיות בעלי קיבולת גדולה בגודל קטן.

רשימת יתרונות

1. קל לתחזוקה.
2. פרמטרים יציבים מובטחים עם נתוני זרם פריקה שונים.
3. עמיד בפני שינויי טמפרטורה עקב חוסר מים.
4. מתח קבוע.
5. משקל קל.
6. קיבולת אנרגיה וצפיפות אנרגיה גבוהה.
7. הקיבולת אינה תלויה בזרם העומס, מתאימה למכשירים בעלי הספק גבוה.
8. חיי מדף ארוכים.

החיסרון העיקרי של סוג זה של התקן אחסון אנרגיה הוא עלותו. עם זאת, הוא לא ידרוש החלפה במשך זמן רב.

סוגים וגדלים של סוללות ליתיום

ניתן למצוא את האפשרויות הבאות במבצע:

• צרפת
• ליתיום-FeS2.
• CR

הם נבדלים זה מזה בצורתם ויכולים להיות גליליים, מרובעים או בצורת דיסק.

סיווג ארצות הברית של אמריקה

• FR6 (AA).CR. תאי טבליה שטוחים.
• FR03 (AAA).
• CR-V9 (ליתיום PP3). סוללה של תשעה וולט כֶּתֶר.
• CR2 ו-CR123. מיוצרים בצורת חביות עגולות.

ניתן למצוא חלק מהפרמטרים על גוף המכשיר. לדוגמה, אלה עשויים לכלול מתח, קיבולת, סוג ושנת ייצור.

ההבדל בין סוללות ליתיום לסוללות מלוחות וסוללות אלקליין

• סוללות אלקליין מחזיקות מעמד עד 3-5 שנים. מבין שלושת הסוגים הללו, הן החזקות ביותר. הן ידועות גם כסוללות אלקליין. הן הוכיחו את עצמן כמצוינות בשלטים רחוקים, צעצועים, פנסים, מכשירי רדיו ומכשירים אחרים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה.
• סוללות ליתיום מחזיקות מעמד זמן רב יותר מסוללות תמיסת מלח וסוללות אלקליין. הן אידיאליות לציוד צילום ומכשירים רפואיים.
• סוללות מבוססות מלח הן הזולות ביותר, אך גם החלשות ביותר. ניתן לאחסן אותן כשלוש שנים. הן אידיאליות לשלטים, פנסים, צעצועים, מחשבונים, טיימרים ומשקלים.

בעיקרון, הסוללות המפורטות לעיל נבדלות זו מזו מבחינת חיי השירות והקיבולת.

כללי בטיחות

• אין להלחים את החוט למגעים.
• סוללות ליתיום מועברות במיכל/מארז מיוחד.
• אין צורך לשמור אותו בשמש.
• אין להניח את הסוללה בכיס עם חפצי מתכת.

מכשיר סוללת ליתיום

ישנן שתי אפשרויות עיצוב:

1. סְלִילִי.
2. סְלִיל.

לתאי ספירלה יש שטח פנים גדול של ליתיום. הם מספקים עד 4 אמפר בזרם פועם ועד 0.1-1.8 אמפר בזרם רציף. סוללות אלו מאבדות 10% מהקיבולת ההתחלתית שלהן בשנה. סוללות פריזמטיות, כפתור או סוגים דומים של סוללות זמינות בחנויות.

יצרנים עיקריים:

1. ורטה,
2. מינאמוטו,
3. טקסל
4. רוביטון,
5. זפט,
6. עֶרֶב,

ספקי כוח מסוג Bobbin יכולים להחזיק מעמד עד 20 שנה ומשמשים במכשירים עם צריכת זרם של לא יותר מ-150 מיליאמפר.