Преимущества использования литиевых источников тока

Многообразие видов батареек помогает подобрать оптимальный вариант по характеристикам и ценовому диапазону. Литиевые батарейки – тема сегодняшнего обзора.

Особенности разработки

Исследования в области электрохимических источников тока без применения водного электролита велись еще в начале 20 века. Упор в то время сделали на твердый компонент.

Активные разработки источников питания в 60-х годах прошлого столетия привели к литиевому аккумуляторному элементу. Он часто используется при производстве электронной продукции.

Среди Li источников питания есть модели, вырабатывающие разрядный ток высоких значений. Эта особенность не правило, скорее, исключение. Основное предназначение аккумуляторов – там, где нужен низко- и среднеразрядный ток.

При разгерметизации начинаются необратимые процессы:

• внутрь попадают посторонние вещества;
• активный литий провоцирует воспламенение;
• батарейка выходит из строя.

Производители обязаны поддерживать в цехах влажностный и температурный режим. Собирают АКБ непосредственно в герметичных боксах с аргоном. Для повышения безопасности конструкция батареек включает клапан, обеспечивающий защиту от повышенного давления.

Только в литиевых источниках тока отсутствуют вредные примеси – ртуть, кадмий, свинец.

Свойства металла

Один из мягких и пластичных металлов, используемых как электродный потенциал, – литий. По значению этого показателя – 3,045 вольт – он первый среди подобных. Одна такая батарейка полностью заменяет два щелочных или солевых элемента питания.

Активность металла и его малый удельный вес дают возможность производить элементы с минимальными значениями массы и внешних параметров.

По добыче металла на первом месте: Чили – 7400 тонн, или 41%, Австралия – 4400 тонн, 25%, Аргентина – 2200 тонн, 12%. В Российской Федерации по оценкам геологоразведки общие запасы – около 1 миллиона тонн. Большая часть – в Мурманской области. Выплавляют литий в Новосибирске, Красноярске.

При контакте с водой металл обжигает кожу. Предусмотрены индивидуальные средства защиты – спецодежда, очки. Длительное хранение активного элемента возможно только в резервуарах под масляным слоем. Чтобы уничтожить отходы производства, их предварительно обрабатывают спиртом.

Разновидности и характеристики АКБ

Выпускают литиевые аккумуляторы в форме:

• диска (монетки, таблетки);
• цилиндра;
• призмы.

Внешние размеры соответствуют стандартным параметрам большинства источников тока. Отличаются показатели рабочего напряжения, которые у большинства элементов выше других АКБ. Фирмы производят элементы с вариантом подключения нестандартного решения.

Разница между параметрами различных источников питания видна в приведенной таблице, анодом выступает литий:

Кроме перечисленных типов набирают популярность элементы с электродом из пирита (FeS2). Их используют вместо старых моделей с жидким электролитом. Значение напряжения в них – 1,5 V.

Когда батарейка разряжается, из литиевого отрицательного электрода получается сульфид лития. Внутри цилиндра – рулонные электроды, терморезистор. Он служит ограничителем высокого показателя тока.

Служит АКБ больше 15 лет. При температуре окружающего воздуха до -40 градусов мороза они полностью сохраняют все свойства.

Типоразмеры по классификации США:

• CR – таблетка;
• CR2 и CR123 – бочонки;
• CR-V9 – крона;
• FR03 – мизинчиковые (ААА);
• FR6 – пальчиковые (АА).

Принятая по правилам Международной электрической комиссии система обозначений предусматривает название вида LITHIUM. Прописывают значения в вольтах, показатели емкости.

Различия между литиевыми, солевыми или щелочными АКБ

Разница в значениях емкости, гарантированных сроков эксплуатации позволяет использовать источники тока в разных устройствах:

1. Солевые – с минимальным значением напряжения. Применяются для устройств, где не нужна длительная нагрузка, большой заряд. Сроки эксплуатации – до 3 лет. Чаще всего используют в таймерах, калькуляторах, пультах.
2. Щелочные – на втором месте по прочности. Служат до 5 лет. Более известны под названием «алкалиновые». Они прекрасно показали себя для ручных фонариков, игрушек, проигрывающих устройств.
3. Литиевые элементы тока – наиболее износостойкие, используются для фотоаппаратов, манометров, шуруповертов, телефонов.

В каждом случае учитывают целесообразность выбора емкости. От постановки задачи и условий эксплуатации зависит приобретение вида АКБ.

Из чего состоит батарейка

Устройство литиевых батареек разберем на примере ААА (мизинчиковой).

В ее составе:

• катод из основного металла;
• электролит органический;
• анод с нейтральным (пассивным) покрытием.

Между анодом и катодом – диафрагма с органическим электролитом. При кратковременной подаче тока нарушается защита, элемент выходит из строя. Разогрев ее настолько сильный, что может произойти взрыв.

Для безопасности нужно соблюдать определенные правила:

• не использовать паяльник для закрепления контактов;
• не держать в кармане, где могут быть ключи, мелочь и другие металлические изделия;
• перевозить АКБ только в футляре;
• беречь от прямого ультрафиолета.

При попытке зарядить одноразовое устройство вначале появляется шипящий звук, затем батарея взрывается. Если на изделии есть маркировка rechargeable, подзарядка возможна. При наличии do not recharge заряжать нельзя. Благодаря литию создается максимально отрицательный потенциал, большая емкость при небольших параметрах изделия.

Гарантированные сроки эксплуатации и хранения

Ни одна другая батарейка не может сравниться с литиевыми по длительности периода хранения. Диапазон температур от -40 до +40 градусов Цельсия не влияет на работоспособность АКБ. Отсутствие жидкого или гелиевого электролита увеличивает срок использования.

Нужно понимать, что это не всегда полная замена солевых или алкалиновых источников тока (для элементов с напряжением, кратным 3 В). Только пальчиковая или мизинчиковая батарейка на 1,5 В может применяться там, где требуется указанное значение.

Преимущества и недостатки

Различия между элементами питания – значения емкости на единицу массы.

Перечислим достоинства:

• небольшой вес и размеры;
• большой срок хранения и работоспособности;
• устойчивость к перепадам температурного режима;
• высокие показатели плотности энергии;
• значение емкости и тока – независимые величины;
• применяются в энергозатратных устройствах;
• не требуют специального ухода.

При всех преимуществах есть недостаток – цена батареек существенно выше, чем у солевых или щелочных источников питания. Так, стоимость одного литиевого элемента на 3 В почти равна затратам на покупку щелочного аккумулятора из двух батареек по полтора вольта. Соответственно, 2 алкалиновых источника тока потребуют больше площади, чем lithium-батарейки.

Область применения

Литиевые элементы емкостью 3 В и выше нужны там, где необходим повышенный ток, высокое напряжение, длительная эксплуатация при небольших размерах АКБ.

Перечислим направления использования:

• игрушки;
• фототехнические устройства;
• компьютерные гаджеты;
• аппаратура медицинского направления;
• военное производство (вместо ртутных, серебряных элементов);
• автотехника;
• авиация, космическая отрасль.

Разнообразная продукция электронной отрасли, автомобили, цифровые девайсы с высоким потреблением энергии – основное применение.

Как разобраться с маркировкой

По требованиям IEC на корпусе любого элемента проставляется:

• состав;
• значение энергоемкости;
• типоразмер;
• класс;
• уровень напряжения.

Один из перспективных вариантов – литий-ионный источник тока (Li-Ion). Их применяют в смартфонах, цифровой фототехнике. Все они выполнены не как цилиндр. Внешне они совсем не похожи на привычные пальчиковые и мизинчиковые АКБ.

Советы по выбору и эксплуатации

Очень легко ошибиться при покупке источников тока, производители предлагают множество разновидностей.

Следует придерживаться следующих правил:

1. Нужно проверять сроки годности устройств, особенно дату изготовления.
2. Для дорогих изделий электронной промышленности нет смысла экономить на источнике тока. Но и приобретать «с запасом» не стоит.
3. Следует внимательно изучить контакты элемента питания и маркировку на электронике. Невнимательность может привести к поломке дорогих девайсов.
4. Использованные элементы тока не должны быть в свободном доступе. Следует беречь от детей источники питания.
5. Если гаджеты лежат без использования длительный срок, батарейки нужно вытащить.

Если требуется надежная работа изделий в широком температурном диапазоне, длительная эксплуатация, то следует остановить выбор на lithium-элементах. Они надежны, хорошо держат заряд, прекрасно работают на морозе. Это единственные батарейки, которые можно купить впрок. Производители гарантируют хранение без использования до 7 лет.

Как вам статья?