Нас часто озадачивают объявления о новых батареях, которые, как говорят, предлагают очень высокую плотность энергии, обеспечивают 1000 циклов заряда / разряда и имеют толщину как бумага. Они настоящие? Возможно - но не в одном аккумуляторе. Хотя один тип батарей может быть рассчитан на небольшой размер и длительную работу, этот аккумулятор не прослужит долго и преждевременно изнашивается. Другой аккумулятор может быть рассчитан на долгий срок службы, но его размер большой и громоздкий. Третья батарея может обеспечить все желаемые качества, но цена будет слишком высокой для коммерческого использования.

Производители аккумуляторов хорошо осведомлены о потребностях клиентов и в ответ предлагают пакеты, которые лучше всего подходят для конкретных приложений. Индустрия мобильных телефонов - пример умной адаптации. Акцент делается на небольшие размеры, высокую удельную энергию и невысокую цену. На втором месте - долголетие.

Надпись  NiMH  на батарейном блоке не гарантирует автоматически высокую плотность энергии. Призматический никель-металлогидридный аккумулятор для мобильного телефона, например, имеет тонкую форму. Такой пакет обеспечивает плотность энергии около 60 Втч / кг, а количество циклов составляет около 300. Для сравнения, цилиндрический NiMH аккумулятор обеспечивает плотность энергии 80 Втч / кг и выше. Тем не менее, количество циклов этой батареи от умеренного до низкого. NiMH аккумуляторы повышенной прочности, выдерживающие 1000 разрядов, обычно упаковываются в громоздкие цилиндрические элементы. Плотность энергии этих элементов составляет скромные 70 Втч / кг.

Компромиссы существуют и в отношении литиевых батарей. Литий-ионные блоки производятся для оборонных приложений, плотность энергии которых намного превышает их коммерческий эквивалент. К сожалению, эти литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой емкости считаются небезопасными в руках населения, а высокая цена делает их недоступными для коммерческого рынка.

В этой статье мы рассмотрим преимущества и ограничения серийного аккумулятора. Так называемые чудо-батареи, которые просто живут в контролируемой среде, исключены. Мы тщательно изучаем батареи не только с точки зрения плотности энергии, но и с точки зрения долговечности, характеристик нагрузки, требований к техническому обслуживанию, саморазряда и эксплуатационных расходов. Поскольку никель-кадмиевые батареи остаются стандартом, с которым сравнивают другие батареи, мы сравниваем альтернативные химические составы с этим классическим типом батарей.

Никель-кадмий  (NiCd) - зрелый и хорошо изученный, но с относительно низкой плотностью энергии. NiCd используется там, где важны долгий срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Основные области применения - двусторонняя радиосвязь, биомедицинское оборудование, профессиональные видеокамеры и электроинструменты. NiCd содержит токсичные металлы и не наносит вреда окружающей среде.

Никель-металлогидрид  (NiMH) - имеет более высокую плотность энергии по сравнению с NiCd за счет сокращения срока службы. NiMH не содержит токсичных металлов. Приложения включают мобильные телефоны и портативные компьютеры.

Свинцово-кислотный  - наиболее экономичный для мощных систем, где вес не имеет значения. Свинцово-кислотная батарея является предпочтительным выбором для больничного оборудования, инвалидных колясок, аварийного освещения и систем ИБП.

Литий-ионный  (Li ‑ ion) - самая быстрорастущая аккумуляторная система. Литий-ионный аккумулятор используется там, где важны высокая плотность энергии и легкий вес. Технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают портативные компьютеры и сотовые телефоны.

Литий-ионный полимер  (литий-ионный полимер) - предлагает атрибуты литий-ионного аккумулятора в сверхтонкой геометрии и упрощенной упаковке. Основное применение - мобильные телефоны.

На рисунке 1 сравниваются характеристики шести наиболее часто используемых систем аккумуляторных батарей с точки зрения плотности энергии, срока службы, требований к упражнениям и стоимости. Цифры основаны на средних номиналах имеющихся в продаже батарей на момент публикации.

NiCd NiMH Свинцово-кислотный Литий-ионный Литий-ионный полимер Многоразовые
щелочные
Гравиметрическая плотность энергии (Втч / кг) 45-80 60–120 30-50 110–160 100–130 80 (начальная)
Внутреннее сопротивление 
(включая периферийные цепи) в мОм
От 100 до 200 1
упаковка 6 В
От 200 до 300 1
упаковка 6 В
<100 1
упаковка 12 В
От 150 до 250 1
упаковка 7,2 В
От 200 до 300 1
упаковка 7,2 В
От 200 до 2000 1
упаковка 6 В
Срок службы  (до 80% от начальной емкости) 1500 2 От 300 до 500 2,3 От 200 до 
300 2
От 500 до 1000 3 От 300 до 
500
50 3 
(до 50%)
Время быстрой зарядки 1 час типично 2-4ч 8-16ч 2-4ч 2-4ч 2-3 часа
Допуск перезарядки умеренный низкий высоко очень низкий низкий умеренный
Саморазряд / месяц  (комнатная температура) 20% 4 30% 4 5% 10% 5 ~ 10% 5 0,3%
Напряжение ячейки (номинальное) 1,25 В 6 1,25 В 6 3,6 В 3,6 В 1,5 В
Ток нагрузки
- пик
- лучший результат

20С

5C
0,5C или ниже

5C 
0,2C

> 2C
1C или ниже

> 2C
1C или ниже

0,5C
0,2C или ниже
Рабочая температура (только разряд) От -40 до 
60 ° C
От -20 до 
60 ° C
От -20 до 
60 ° C
От -20 до 
60 ° C
От 0 до 
60 ° C
От 0 до 
65 ° C
Требования к обслуживанию От 30 до 60 дней От 60 до 90 дней От 3 до 6 месяцев 9 не требуется не требуется не требуется
Типичная стоимость батареи
(в долларах США, только для справки)
50 долларов
(7,2 В)
60 долларов США
(7,2 В)
25 долларов США
(6 В)
100 долларов
(7,2 В)
100 долларов
(7,2 В)
5 долларов США
(9 В)
Стоимость цикла (долл. США) 11 0,04 доллара США 0,12 доллара США 0,10 доллара США 0,14 доллара США 0,29 доллара США 0,10–0,50 долл. США
Коммерческое использование с 1950 1990 г. 1970 (герметичный свинцово-кислотный) 1991 г. 1999 г. 1992 г.

Рисунок 1: Характеристики обычно используемых аккумуляторных батарей

  1. Внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи зависит от номинала ячеек, типа схемы защиты и количества ячеек. Схема защиты из литий-ионных и литий-полимерных добавляет около 100 мОм.
  2. Срок службы зависит от регулярного обслуживания батареи. Несоблюдение периодических циклов полной разрядки может сократить срок службы в три раза.
  3. Срок службы зависит от глубины разряда. Мелкие разряды обеспечивают больше циклов, чем глубокие разряды.
  4. Разряд достигает максимума сразу после зарядки, затем спадает. Емкость NiCd уменьшается на 10% в первые 24 часа, а затем снижается примерно до 10% каждые 30 дней. Саморазряд увеличивается с повышением температуры.
  5. Цепи внутренней защиты обычно потребляют 3% накопленной энергии в месяц.
  6. 1,25 В - напряжение открытого элемента. 1,2 В. Обычно используется значение. Между ячейками нет разницы; это просто метод оценки.
  7. Способен к сильным импульсам тока.
  8. Относится только к разряду; диапазон температур заряда более ограничен.
  9. Техническое обслуживание может быть в форме «выравнивающего» или «добавочного» заряда.
  10. Стоимость аккумулятора для имеющихся в продаже портативных устройств.
  11. Получено из цены батареи, разделенной на срок службы. Не включает стоимость электричества и зарядных устройств.

Наблюдение:  интересно отметить, что NiCd имеет самое короткое время зарядки, обеспечивает самый высокий ток нагрузки и предлагает самую низкую общую стоимость цикла, но при этом предъявляет самые высокие требования к обслуживанию.

Никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор

NiCd предпочитает быструю зарядку медленной зарядке и импульсную зарядку постоянному току. Все остальные химические соединения предпочитают неглубокий разряд и умеренные токи нагрузки. NiCd - сильный и тихий работник; тяжелый труд не представляет проблемы. Фактически, NiCd - это единственный тип батарей, который хорошо работает в суровых условиях работы. Он не любит, когда его балуют, сидя в зарядном устройстве в течение нескольких дней и используя лишь изредка в течение коротких периодов времени. Периодический полный разряд настолько важен, что, если его не использовать, на пластинах элементов образуются большие кристаллы (также называемые  памятью ), и NiCd постепенно теряет свои характеристики.

Среди перезаряжаемых батарей никель-кадмиевые батареи остаются популярным выбором для таких приложений, как двусторонняя радиосвязь, оборудование для оказания неотложной медицинской помощи и электроинструменты. Батареи с более высокой плотностью энергии и менее токсичными металлами вызывают переход от никель-кадмиевых к более новым технологиям.

Преимущества и недостатки никель-кадмиевых батарей

Преимущества

Быстрая и простая зарядка - даже после длительного хранения.

Большое количество циклов заряда / разряда - при правильном обслуживании NiCd обеспечивает более 1000 циклов заряда / разряда.

Хорошая нагрузочная способность - NiCd позволяет заряжаться при низких температурах.

Длительный срок хранения - в любом состоянии заряда.

Простое хранение и транспортировка - большинство авиагрузов принимают никель-кадмиевый металл без особых условий.

Хорошие низкотемпературные характеристики.

Простите, если злоупотребляли - NiCd - одна из самых прочных аккумуляторных батарей.

Экономичная цена - NiCd - это самый дешевый аккумулятор с точки зрения стоимости цикла.

Доступен в широком диапазоне размеров и вариантов исполнения - большинство никель-кадмиевых элементов имеют цилиндрическую форму.

Ограничения

Относительно низкая плотность энергии - по сравнению с более новыми системами.

Эффект памяти - необходимо периодически тренировать NiCd, чтобы предотвратить память.

Экологичность - NiCd содержит токсичные металлы. Некоторые страны ограничивают использование никель-кадмиевых батарей.

Имеет относительно высокий саморазряд - после хранения требует подзарядки.

Рисунок 2: Преимущества и недостатки никель-кадмиевых батарей. 

Никель-металлогидридная (NiMH) батарея

Исследование системы NiMH началось в 1970-х годах как средство обнаружения того, как хранить водород для  никель-водородной  батареи. Сегодня никель-водородные батареи в основном используются для спутниковой связи. Они громоздкие, содержат стальные баллончики высокого давления и стоят тысячи долларов за элемент.

В первые дни экспериментов с никель-металлгидридными батареями металлогидридные сплавы были нестабильны в окружающей среде элемента, и желаемые рабочие характеристики не могли быть достигнуты. В результате разработка NiMH замедлилась. В 1980-х годах были разработаны новые гидридные сплавы, которые были достаточно стабильны для использования в электролизере. С конца 1980-х годов NiMH неуклонно совершенствовалась.

Успех NiMH обусловлен его высокой плотностью энергии и использованием экологически чистых металлов. Современные никель-металлгидридные аккумуляторы обеспечивают на 40 процентов более высокую плотность энергии по сравнению с никель-кадмиевым. Есть потенциал для еще более высоких возможностей, но не без некоторых отрицательных побочных эффектов.

NiMH менее долговечен, чем NiCd. Езда на велосипеде под большой нагрузкой и хранение при высокой температуре сокращает срок службы. NiMH страдает высоким саморазрядом, который значительно больше, чем у NiCd.

NiMH заменяет NiCd на таких рынках, как беспроводная связь и мобильные вычисления. Во многих частях мира покупателю рекомендуется использовать никель-металлогидридные, а не никель-кадмиевые батареи. Это связано с заботой об окружающей среде из-за небрежной утилизации использованной батареи.

Эксперты сходятся во мнении, что NiMH значительно улучшился за эти годы, но ограничения остаются. Большинство недостатков присущи никелевой технологии и присущи никель-кадмиевым батареям. Широко признано, что NiMH - это промежуточный этап в технологии литиевых батарей.

Преимущества и недостатки NiMH аккумуляторов

Преимущества

На 30-40% больше емкости по сравнению со стандартным NiCd. NiMH обладает потенциалом для еще более высокой плотности энергии.

Менее подвержен памяти, чем NiCd. Периодические циклы упражнений требуются реже.

Простое хранение и транспортировка - условия транспортировки не подлежат нормативному контролю.

Экологичность - содержит только легкие токсины; выгодно для вторичной переработки.

Ограничения

Ограниченный срок службы - при многократном глубоком цикле, особенно при высоких токах нагрузки, производительность начинает ухудшаться после 200–300 циклов. Предпочтительны мелкие, а не глубокие циклы разряда.

Ограниченный ток разряда - хотя никель-металлгидридная батарея способна обеспечивать высокие токи разряда, повторяющиеся разряды с высокими токами нагрузки сокращают срок службы батареи. Наилучшие результаты достигаются при токах нагрузки от 0,2 до 0,5 ° C (от одной пятой до половины номинальной мощности).

Требуется более сложный алгоритм зарядки - NiMH выделяет больше тепла во время зарядки и требует более длительного времени зарядки, чем NiCd. Капельный заряд имеет решающее значение и требует тщательного контроля.

Высокий саморазряд - саморазряд NiMH примерно на 50% выше, чем у NiCd. Новые химические добавки улучшают саморазряд, но за счет более низкой плотности энергии.

При хранении при повышенных температурах производительность ухудшается - NiMH следует хранить в прохладном месте и при уровне заряда около 40 процентов.

Высокое техническое обслуживание - аккумулятор требует регулярной полной разрядки для предотвращения образования кристаллов.

Примерно на 20 процентов дороже, чем NiCd - NiMH батареи, рассчитанные на большой ток, дороже, чем обычная версия.

Рисунок 3: Преимущества и ограничения NiMH аккумуляторов

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретенный французским врачом Гастоном Планте в 1859 году, стал первым перезаряжаемым аккумулятором для коммерческого использования. Сегодня свинцово-кислотные аккумуляторные батареи используются в автомобилях, вилочных погрузчиках и крупных системах бесперебойного питания (ИБП).

В середине 1970-х годов исследователи разработали необслуживаемую свинцово-кислотную батарею, которая могла работать в любом положении. Жидкий электролит был преобразован в увлажненные сепараторы, и корпус был герметизирован. Были добавлены предохранительные клапаны, позволяющие выпускать газ во время зарядки и разрядки.

Под влиянием разных приложений появилось два обозначения батарей. Это небольшая герметичная свинцово-кислотная система (SLA), также известная под торговой маркой Gelcell, и свинцово-кислотная кислота с большим клапаном (VRLA). Технически обе батареи одинаковые. (Инженеры могут возразить, что слово «герметичный свинцово-кислотный» употребляется неправильно, потому что ни одна свинцово-кислотная батарея не может быть полностью герметичной.) Из-за того, что мы делаем упор на портативные батареи, мы ориентируемся на SLA.

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, SLA и VRLA спроектированы с низким потенциалом перенапряжения, чтобы не дать аккумулятору достичь своего газогенерирующего потенциала во время зарядки. Чрезмерная зарядка вызовет газообразование и истощение воды. Следовательно, эти батареи никогда не могут быть полностью заряжены.

Свинцово-кислотный не подлежит памяти. Если оставить аккумулятор на плавающей зарядке в течение длительного времени, это не приведет к повреждению. У аккумуляторов лучше всего сохраняется заряд. В то время как NiCd самостоятельно разряжает примерно 40 процентов своей накопленной энергии за три месяца, SLA саморазряжает такое же количество за один год. SLA относительно недорого купить, но эксплуатационные расходы могут быть выше, чем у NiCd, если полные циклы требуются на повторяющейся основе.

SLA не предусматривает быстрой зарядки - типичное время зарядки составляет от 8 до 16 часов. Соглашение об уровне обслуживания должно всегда храниться в заряженном состоянии. Оставление аккумулятора в разряженном состоянии вызывает сульфатирование, состояние, при котором аккумулятор трудно, если вообще возможно, перезарядить.

В отличие от NiCd, SLA не любит глубоких циклов. Полная разрядка вызывает дополнительную нагрузку, и каждый цикл лишает аккумулятор небольшой емкости. Эта характеристика износа в той или иной степени применима и к батареям другого химического состава. Чтобы предотвратить перегрузку аккумулятора из-за повторяющейся глубокой разрядки, рекомендуется использовать более крупный аккумулятор SLA.

В зависимости от глубины разряда и рабочей температуры SLA обеспечивает от 200 до 300 циклов разрядки / зарядки. Основная причина относительно короткого срока службы - это коррозия сетки положительного электрода, истощение активного материала и расширение положительных пластин. Эти изменения наиболее распространены при более высоких рабочих температурах. Езда на велосипеде не предотвращает и не обращает вспять тенденции.

Оптимальная рабочая температура для батарей SLA и VRLA составляет 25 ° C (77 ° F). Как показывает практика, повышение температуры на 8 ° C (15 ° F) сокращает срок службы батареи вдвое. VRLA, который прослужит 10 лет при 25 ° C, будет годен только в течение 5 лет при эксплуатации при 33 ° C (95 ° F). Та же батарея проработает чуть больше одного года при температуре 42 ° C (107 ° F).

Среди современных аккумуляторных батарей семейство свинцово-кислотных аккумуляторов имеет самую низкую плотность энергии, что делает их непригодными для портативных устройств, требующих компактных размеров. К тому же производительность при низких температурах оставляет желать лучшего.

SLA рассчитан на 5-часовую разрядку или 0,2C. Некоторые батареи даже рассчитаны на медленную 20-часовую разрядку. Чем больше время разряда, тем выше показания емкости. SLA хорошо работает на высоких импульсных токах. Во время этих импульсов скорость разряда значительно превышает 1С.

С точки зрения утилизации SLA менее опасен, чем NiCd аккумулятор, но высокое содержание свинца делает SLA вредным для окружающей среды.

Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов

Преимущества

Недорого и просто в производстве - с точки зрения стоимости ватт-часов SLA является наименее дорогим.

Зрелая, надежная и хорошо изученная технология - при правильном использовании соглашение об уровне обслуживания является долговечным и обеспечивает надежное обслуживание.

Низкий саморазряд - скорость саморазряда одна из самых низких среди аккумуляторных систем.

Низкие требования к обслуживанию - нет памяти; нет электролита для заполнения.

Способен к высокой скорости разряда.

Ограничения

Нельзя хранить в разряженном состоянии.

Низкая плотность энергии - плохое соотношение веса и плотности энергии ограничивает использование в стационарных и колесных установках.

Допускает лишь ограниченное количество полных циклов разряда - хорошо подходит для приложений в режиме ожидания, требующих лишь периодических глубоких разрядов.

Экологически опасен - электролит и содержащийся в нем свинец могут нанести вред окружающей среде.

Ограничения на транспортировку затопленной свинцовой кислоты - существуют экологические проблемы, связанные с утечкой в ​​случае аварии.

При неправильной зарядке может произойти тепловой пробой.

Рисунок 4: Преимущества и недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов. 

Литий-ионный  аккумулятор

Работа Pioneer с литиевыми батареями началась в 1912 году под руководством Г. Н. Льюиса, но только в начале 1970-х годов первые неперезаряжаемые литиевые батареи стали коммерчески доступными. Литий - самый легкий из всех металлов, имеет наибольший электрохимический потенциал и обеспечивает наибольшую плотность энергии на единицу веса.

Попытки разработать перезаряжаемые литиевые батареи последовали в 1980-х годах, но потерпели неудачу из-за проблем с безопасностью. Из-за присущей металлическому литию нестабильности, особенно во время зарядки, исследования переключились на неметаллическую литиевую батарею, использующую ионы лития. Хотя литий-ионный аккумулятор немного ниже по плотности энергии, чем металлический литий, он безопасен при соблюдении определенных мер предосторожности при зарядке и разрядке. В 1991 году корпорация Sony выпустила на рынок первый литий-ионный аккумулятор. Другие производители последовали их примеру. Сегодня литий-ионные аккумуляторы являются наиболее быстрорастущими и многообещающими.

Плотность энергии у литий-ионных аккумуляторов обычно вдвое больше, чем у стандартных никель-кадмиевых. Улучшение электродных активных материалов может увеличить плотность энергии почти в три раза по сравнению с NiCd. Помимо высокой емкости, нагрузочные характеристики достаточно хороши и ведут себя так же, как NiCd с точки зрения разрядных характеристик (аналогичная форма профиля разряда, но другое напряжение). Плоская кривая разряда обеспечивает эффективное использование накопленной мощности в желаемом спектре напряжения.

Высокое напряжение ячеек позволяет использовать аккумуляторные блоки только с одной ячейкой. Большинство современных мобильных телефонов работают от одной ячейки, что упрощает конструкцию батарей. Для поддержания той же мощности потребляются более высокие токи. Низкое сопротивление элемента важно для обеспечения неограниченного протекания тока во время импульсов нагрузки.

Литий-ионная батарея не требует особого обслуживания, а это преимущество, на которое не может претендовать большинство других химикатов. Память отсутствует, и для продления срока службы батареи не требуется регулярных циклов. Кроме того, саморазряд меньше чем наполовину по сравнению с NiCd, что делает литий-ионный аккумулятор хорошо подходящим для современных приложений для измерения уровня топлива. Литий-ионные элементы при утилизации не причиняют большого вреда.

Несмотря на свои общие преимущества, литий-ионный аккумулятор также имеет свои недостатки. Он хрупок и требует схемы защиты для обеспечения безопасной работы. Встроенная в каждую батарею схема защиты ограничивает пиковое напряжение каждой ячейки во время зарядки и предотвращает слишком низкое падение напряжения ячейки при разряде. Кроме того, контролируется температура ячейки, чтобы предотвратить перепады температур. Максимальный ток заряда и разряда ограничен между 1 и 2 градусами. При соблюдении этих мер предосторожности возможность появления металлического литиевого покрытия из-за перезарядки практически исключается.

Старение является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторов, и многие производители умалчивают об этой проблеме. Некоторое ухудшение емкости заметно через год, независимо от того, используется аккумулятор или нет. Через два или, возможно, три года батарея часто выходит из строя. Следует отметить, что другие химические вещества также обладают возрастными дегенеративными эффектами. Это особенно актуально для NiMH при воздействии высоких температур окружающей среды.

Хранение батареи в прохладном месте замедляет процесс старения литий-ионных (и других химических компонентов). Производители рекомендуют хранить при температуре 15 ° C (59 ° F). Кроме того, во время хранения аккумулятор должен быть частично заряжен.

Производители постоянно улучшают химический состав литий-ионных аккумуляторов. Новые и улучшенные химические комбинации вводятся каждые шесть месяцев или около того. При таком быстром прогрессе сложно оценить, насколько долго обновленная батарея устареет.

Самый экономичный литий-ионный аккумулятор с точки зрения соотношения затрат и энергии - это цилиндрический аккумулятор 18650. Эта ячейка используется для мобильных вычислений и других приложений, не требующих ультратонкой геометрии. Если требуется более тонкий корпус (тоньше 18 мм), призматический литий-ионный элемент является лучшим выбором. По сравнению с 18650 нет увеличения плотности энергии, однако стоимость получения той же энергии может удвоиться.

Для сверхтонкой геометрии (менее 4 мм) единственным выбором является литий-ионный полимер. Это самая дорогая система по соотношению затрат и энергии. Нет увеличения плотности энергии, а долговечность уступает прочному элементу 18560.

Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов

Преимущества

Высокая плотность энергии - потенциал для еще большей мощности.

Относительно низкий саморазряд - саморазряд в два раза меньше, чем у NiCd и NiMH.

Низкие эксплуатационные расходы - периодическая разрядка не требуется; нет памяти.

Ограничения

Требуется схема защиты - схема защиты ограничивает напряжение и ток. Батарея безопасна, если ее не спровоцировать.

Подвержен старению, даже если он не используется - хранение аккумулятора в прохладном месте и при 40-процентном уровне заряда снижает эффект старения.

Умеренный ток разряда.

В соответствии с правилами транспортировки - отправка больших партий литий-ионных аккумуляторов может подлежать нормативному контролю. Это ограничение не распространяется на аккумуляторные батареи для ручной клади.

Дороговизна в производстве - примерно на 40% дороже, чем NiCd. Более совершенные технологии производства и замена редких металлов более дешевыми альтернативами, вероятно, снизят цену.

Не до конца зрелые - изменения в комбинации металлов и химических веществ влияют на результаты тестирования батарей, особенно с некоторыми быстрыми методами тестирования.

Рисунок 5: Преимущества и ограничения литий-ионных батарей

Литий-полимерный аккумулятор

Литий-полимерный аккумулятор отличается от других аккумуляторных систем типом используемого электролита. В оригинальной конструкции 1970-х годов используется сухой твердый полимерный электролит. Этот электролит напоминает пластиковую пленку, которая не проводит электричество, но позволяет обмениваться ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом.

Конструкция из сухого полимера предлагает упрощения в отношении изготовления, прочности, безопасности и тонкопрофильной геометрии. Опасность воспламенения отсутствует, поскольку не используется жидкий или гелеобразный электролит. При толщине ячейки всего один миллиметр (0,039 дюйма) конструкторы оборудования предоставлены самому себе в плане формы, формы и размера.

К сожалению, сухой литий-полимер имеет плохую проводимость. Внутреннее сопротивление слишком велико и не может обеспечить всплески тока, необходимые для современных устройств связи и раскрутки жестких дисков мобильного вычислительного оборудования. Нагревание ячейки до 60 ° C (140 ° F) и выше увеличивает проводимость, но это требование не подходит для портативных приложений.

Чтобы сделать небольшую литий-полимерную батарею проводящей, было добавлено немного гелеобразного электролита. Большинство коммерческих литий-полимерных аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, являются гибридными и содержат гелеобразный электролит. Правильный термин для этой системы -  литий-ионный полимер . В рекламных целях большинство производителей аккумуляторов маркируют их просто как  литий-полимерные . Поскольку гибридный литий-полимерный аккумулятор на сегодняшний день является единственным действующим полимерным аккумулятором для портативного использования, мы сосредоточимся на этой химии.

В чем же тогда разница между классическим литий-ионным и литий-ионным полимером с добавлением гелеобразного электролита? Хотя характеристики и производительность двух систем очень похожи, литий-ионный полимер уникален тем, что твердый электролит заменяет пористый сепаратор. Загущенный электролит просто добавляют для повышения ионной проводимости.

Технические трудности и задержки с массовым производством задержали внедрение литий-ионных полимерных батарей. Кроме того, обещанное превосходство литий-ионного полимера до сих пор не реализовано. Никаких улучшений в увеличении емкости не достигается - фактически, емкость немного меньше, чем у стандартной литий-ионной батареи. В настоящее время нет преимущества в стоимости. Основная причина перехода на литий-ионный полимер - это форм-фактор. Он позволяет создавать тонкие пластины с геометрией - стиль, который востребован в высококонкурентной индустрии мобильных телефонов.

Преимущества и недостатки литий-ионных полимерных аккумуляторов

Преимущества

Очень низкий профиль - возможно использование батарей, которые напоминают профиль кредитной карты.

Гибкий форм-фактор - производители не ограничиваются стандартными форматами ячеек. При большом объеме можно экономично произвести любой разумный размер.

Легкий вес - гелеобразные, а не жидкие электролиты позволяют упростить упаковку, в некоторых случаях исключая металлическую оболочку.

Повышенная безопасность - более устойчивая к перезарядке; меньше шансов на утечку электролита.

Ограничения

Более низкая плотность энергии и меньшее количество циклов по сравнению с литий-ионными батареями - потенциал для улучшений существует

Дороговизна в производстве - после массового производства литий-ионный полимер может иметь меньшую стоимость. Уменьшение схемы управления компенсирует более высокие производственные затраты.