Литиевые батарейки что это такое

Литиевые батарейки — что это такое

Ежедневно человек использует десятки портативных электронных устройств, которым для работы нужны автономные элементы питания в виде одноразовых батареек, перезаряжаемых аккумуляторов. Производители предлагают десятки вариантов, наиболее эффективный – литиевая батарея. Она сочетает несколько положительных свойств, недоступных конкурентам.

Литиевые батарейки имеют длительный срок эксплуатации и низкий саморазряд.

Разновидности литиевых батареек

Существует несколько категорий литиевых батареек. Одно из различий – активное вещество, определяющее особенности. В оригинальной литий-ионной батарее Sony в качестве стержня использовался кокс. В дальнейшем производители перешли на графит, что обеспечило плавную кривую разряда. Сейчас производители активно внедряют графен. На материал возлагаются большие надежды, планируется, что он существенно увеличит производительность одноразовых батареек и АКБ.

Литиевые батареи бывают разных форм:

Внешние размеры корпуса, в зависимости от маркировки, совместимы с большинством видов электроники:

Существуют и нестандартные размеры, предлагаемые для уникальных приборов. В пальчиковых, кронах, других стандартных форм-факторах отличаются показатели рабочего напряжения, ёмкость, что стоит учитывать при выборе.

Устройство

Литиевые батарейки по конструкции не отличаются от других видов элементов питания. Устройство включает несколько элементов:

Принцип работы

Накопление, передача энергии к устройству осуществляется по принципу, характерному для всех видов батареек. При подключении зарядного устройства на электроды начинает поступать напряжение, в результате ионы лития отслаиваются от катода, через сепаратор попадают на анод, интегрируются в его структуру на молекулярном уровне. В результате химической реакции аккумулятор набирает ёмкость. При подаче нагрузки от потребителя ионы лития перемещается в обратном направлении к катоду, что вызывает разряд элемента питания.

Принцип работы литиевых батареек.

Lithium-батарейки обладают следующими преимуществами:

Правила эксплуатации и утилизации

Чтобы элемент питания работал в течение заявленного производителем срока, его эксплуатация была безопасной, рекомендуется придерживаться правил:

Не допускается утилизация отработанных батареек бытовым способом – это может стать причиной пожара, негативно сказывается на экологии. Использованные батарейки необходимо отнести на пункт приёма вторичного сырья, бросить в специальный контейнер, расположенный в крупных супермаркетах, точках продажи элементов питания.

Как выбрать литиевую батарейку

Массивный ассортимент создаёт сложность выбора. Для покупки хорошей литиевой батареи рекомендуется:

Популярные производители

Известные бренды обладают собственными научно-техническими центрами, поэтому им доступны последние инновации, способные увеличить эксплуатационные характеристики ЭП. Не рекомендуется выбирать дешевые ноунеймы, особенно, если у товара визуально хлипкий корпус. Среди топовых брендов, выпускающих бытовые литиевые батарейки: Duracell, Varta, Energizer, GP. К недорогим, но хорошим отечественным элементам питания, относятся «Энергия», «Космос». Как бюджетный, но проверенный вариант, можно рассматривать сетевые монобренды: Ikea, Auchan, других.

Литиевые батарейки существенно упрощают использование портативной электроники. Такие элементы питания легче, обладают повышенной ёмкостью. Если соблюдать правила эксплуатации, зарядки, Lithium-батарейка надолго сохранит работоспособность.

Источник

Литиевые батарейки (CR, FR, Li-FeS2)

Главным источником питания на сегодняшний день остаются литиевые батарейки. Чтобы они прослужили долго, стоит учитывать их особенности и применять в соответствующей аппаратуры. Для выбора правильного размера и емкости стоит учитывать особенности устройства.

Что из себя представляет литиевые батарейки

В корпусе находится несколько соединённых элементов. Два контакта выводятся наружу, чтобы подсоединиться к потребляющему устройству. Элемент постоянного тока обеспечивает работу многих устройств.

На корпусе элемента питания указывается название бренда, обозначение к какому виду принадлежит — «ALKALINE», «LITHIUM». На ней же прописывается технические составляющие: вольтаж, емкость.

Согласно правилам Международной Электрической Комиссии литиевые батарейки маркируются латинскими буквами CR. Затем указывается емкость.

Чем отличаются литиевые батарейки от солевых или щелочных

Все вышеперечисленные источники питания отличаются сроком службы, емкостью, поэтому подходят разным устройствам.

Солевая R6, Щелочная LR6, Литиевая FR6

Разновидности и типоразмеры литиевых батарей

Литиевые батарейки имеют несколько маркировок: CR, FR, Li-FeS2 и отличаются по форме – могут быть цилиндрическими или в форме параллелепипеда, дисков. Выпускаются элементы питания разного типоразмера, согласно существующей классификации США:

Состоит литиевая батарейка из разных компонентов. Определить этот показатель можно просто на корпусе, где указан также ее размер, емкость, класс, напряжение.

Преимущества и недостатки литиевых батареек

Элементы питания такого типа отличаются большой емкостью на единицу массы. В ее составе сразу же несколько компонентов — катод, анод. Разделены материалы диафрагмой, пропитанной органическим электролитом.

К преимуществам можно отнести:

Единственный недостаток такого элемента питания заключается в высокой стоимости. Но лучше один раз заплатить, чем постоянно менять их. Важно следовать рекомендациям по эксплуатации источников питания.

Можно ли заряжать литиевые батарейки

Аккумуляторы от обычных батареек отличаются указателем емкости, которая измеряется в миллиамперах в час. Напряжение обычной батарейки составляет 1,6 вольт, а аккумуляторной 1,2 v.

CR123

Изделия, которые можно зарядить обозначаются как rechargeable – перезаряжаемый. Если на ней указано do not recharge, то устанавливать на зарядку их нельзя.

Где применяется литиевые батареи

Такие источники питания подойдут для любого электронного устройства. Разумеется, ее можно установить и в пульт, но использование такого типа изделия будет совсем нецелесообразно. Эффективнее она себя покажет при работе с электроникой, цифровыми устройствами с высоким энергопотреблением.

Поэтому литиевые элементы нашли свое применение в игрушках, фототехнике, компьютерной технике, медицинской аппаратуре и даже в военной промышленности, заменив ртутные и серебряные источники питания.

Остались вопросы по Литиевым Батарейкам или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

Источник

Преимущества литиевых батареек

Как известно, наиболее массовые одноразовые элементы питания AA (пальчиковые) и AAA (мизинчиковые) с номинальным напряжением 1.5В представлены тремя основными группами (фото 1):

1. Солевые. Обозначаются буквой R (R6, R03 для AA и AAA соответственно) и обычно имеют надпись Heavy Duty.
2. Щелочные. Обозначаются буквами LR (LR6, LR03) и имеют надпись Alkaline.
3. Литиевые. Обозначаются как буквами FR (FR6, FR03) и имеют надпись Lithium.

Солевые элементы питания самые дешевые, но и наименее емкие. Сейчас их мало кто покупает, и применять их есть смысл разве что в устройствах с низким потребляемым током, например, в пультах ДУ домашней аудио- и видеоаппаратуры.

Щелочные элементы подороже, но и значительно более емкие, чем солевые. Сейчас это наиболее распространенные источники питания различных малогабаритных электронных устройств — часов, пультов, игрушек, медицинских приборов и т.д.

Однако бывают случаи, когда характеристик щелочных элементов питания недостаточно. Приведу два примера:

Пример 1. В брелке моей сигнализации StarLine A8 щелочной элемент AAA разряжается быстро, примерно за три месяца использования, но самое досадное, что всегда внезапно. Пять минут назад брелок работал, и вдруг отключился. Индикатор разряда начинает мигать буквально за минуту до отключения. Приходится носить с собой запасную батарейку.

Пример 2. У меня за окном установлен беспроводной датчик температуры, который передает данные на погодную станцию, расположенную в комнате. Датчик питается от двух элементов AAA. В зимний период, на морозе щелочные элементы быстро теряют емкость и датчик начинает «дурить», а вскоре и совсем отключается.

Если щелочные элементы питания служат недостаточно долго, или плохо работают на морозе, стоит обратить внимание на литиевые элементы. Они самые дорогие, но зато лишены указанных недостатков. Преимущества литиевых элементов питания:

Преимущество 1. Литиевые элементы имеют емкость в 5-8 раз больше, чем солевые, и в 1.5-2 раза больше, чем щелочные (рис. 2,3):

Преимущество 2. Литиевые элементы имеют более пологую кривую разряда. Это означает, что в процессе разряда, напряжение на выводах литиевого элемента падает значительно медленнее, чем у солевого или щелочного (рис. 4):

Преимущество 3. Литиевые элементы при отрицательных температурах значительно лучше сохраняют емкость и имеют более пологую кривую разряда. Это означает, что их можно применять в устройствах, работающих на морозе (рис. 5,6):

То, что емкость литиевых элементов существенно больше, чем у щелочных, очень заметно по сроку службы в пульте сигнализации. Как я упоминал выше, щелочной элемент служит примерно 3 месяца. Литиевый элемент в таких же условиях служит в два раза дольше — около полугода. Более высокая стоимость компенсируется более длительным сроком службы, а также удобством при эксплуатации, не нужно так часто менять элемент питания.

Обращаю внимание:
Как гласит народная мудрость, «на грош пятаков не купишь». В продаже встречаются литиевые элементы как известных брендов, так и неизвестных, как правило, китайских. По своему печальному опыту, не стоит рассчитывать на дешевые китайские литиевые батарейки, по факту они служат даже меньше, чем щелочные. Поэтому для ответственных применений, лучше пользоваться элементами известных брендов — Energizer, Varta, GP и др. (фото 8, 9):

Источник

Что такое литиевые батарейки и сферы их использования

Современный мир насыщен разнообразными гаджетами, игрушками и приборами, которые требуют для работы элементы питания в виде гальванических батареек либо аккумуляторов. Различные брендовые компании предлагают широкий ассортимент питающих элементов. Наиболее эффективными считаются литиевые батарейки и аккумуляторы. Они отличаются повышенной стоимостью, но это с лихвой компенсируется положительными свойствами.

Принцип работы литиевых элементов основан на реакции окисления, являющейся необратимой. Отрицательный вывод в элементах выполняют из оксида лития, а положительный из оксидов различных металлов. Для катода применяют оксиды железа, марганца, меди. Иногда вместо металла применяют жидкие соединения серы и хлора.

Стоит знать! В процессе реакции оксид лития отдает отрицательные частицы, тем самым протекает ток, и заряд накапливается.

Данные батареи изготавливаются с восстановлением заряда, а также одноразовые у которых в ходе реакции накопленный заряд не восстанавливается. По конструкции исполнения различают два вида гальванических элементов на основе лития- бобинные и спиральные.

Бобинные батарейки

Бобинные элементы питания на основе реакции оксида лития изготавливают призматической формы. В качестве катода применяется жидкий оксид хлора, он находится в центре и соединен со стеклянно-металлическим герметичным выводом. По кругу расположен литиевый анод, от катода разделяется угольным катализатором.

Сроком службы таких элементов производители объявляют до 20 лет. Номинальный ток батареек не превышает 150 мА.

Спиральные батарейки

Спиральные литиевые элементы питания изготавливают в виде призмы и цилиндра, а также в форме таблеток. В конструкции применяется анод из лития, отделенный от электролита угольным катализатором.

Важно! Производители для защиты от вздутия литиевой батарейки устанавливают предохранительный клапан.

Такое исполнение питающих элементов подразумевает большую активную площадь лития, тем самым заряд быстрее отдается при гальванической реакции. Самостоятельный разряд достигает 10% в год, постоянный номинальный ток имеет значение от 0,1 А до 1,8 А. При импульсе ток может достигать значение 4 А.

Свойства литиевых батареек при разных анодных парах

В зависимости от материала используемого при изготовлении катода технические характеристики литиевых батареек могут изменяться по основным параметрам. Выделяют 7 основных анодных пар:

Габариты и маркировки

Для работы различных приборов необходимо правильно подобрать элемент питания. Для этого следует знать такие параметры как диаметр, длину, значение напряжения и конструкцию исполнения. На элементах питания используется специальная маркировка, зная расшифровку можно легко найти нужную батарейку. Различают несколько видов маркировки:

Подбирая элемент питания необходимо учитывать требования к применению. Литиевые отличаются от алкалиновых батареек повышенной стоимостью.

Сроки службы литиевых элементов питания

При соблюдении всех требований по хранению батарейки способны прослужить более 10 лет. Часто бывает, что забытый элемент через несколько лет может отлично справляться с питанием различных приборов. Дата изготовления указывается на корпусе в виде шифра, состоящего из букв и цифр. Срок хранения литиевых батареек указан на упаковке, даже, если она не применялась. Маркировку контролирует всемирная электротехническая комиссия.

Области применения

Данные батарейки имеют длительный срок службы, что делает их распространенными для применения в аппаратах и приборах с увеличенной мощностью потребления. Основными устройствами, где применяются батарейки считают:

Достоинства и недостатки литиевых батарей

Как и любое электрическое оборудование батарейки на основе лития имеют плюсы и минусы в процессе применения. К достоинствам относятся:

К недостаткам причисляют:

Разница между щелочными и литиевыми элементами питания

При выборе между алкалиновыми и литиевыми батарейками следует учитывать условия, при которых они будут использоваться.

Важно помнить, что для приборов и аппаратов в которых необходимо питание повышенной мощности, а также если присутствует вероятность возникновения импульсных токов следует использовать элемент питания либо аккумуляторы на основе реакций лития. Нет необходимости приобретать взамен несколько алкалиновых.

Напротив, оборудование, где нет импульсных потреблений повышенной мощности обычно применяют щелочные элементы.

Внимание! Малые токи пагубно влияют на емкость литиевых батареек, тем самым понижая срок службы.

Заряжать или не заряжать литиевые батарейки

При покупке необходимо обратить внимание на маркировку указывающую возможность многократного перезаряда. Обычно на элементе указывается надпись «rechargeable», что значит перезаряжаемая.

Отсутствие соответствующих указаний на корпусе говорит об одноразовости батарейки. Приобретение заряжаемых элементов может значительно сэкономить затраты на покупку запаса из одноразовых.

Совет! Само восполнение заряда следует производить при помощи специальных приборов, предназначенных для этого.

В их конструкции зарядных устройств используются средства контроля и защиты. Заряд протекает в два этапа и занимает время от 3 до 8 часов.

Появление литиевых элементов значительно упростило использование переносных приборов и аппаратов с отдельным питанием. Соблюдение правил эксплуатации, хранения и перезарядки таких батареек надолго сохранит их работоспособность и срок службы.

Источник

Химические источники тока на все случаи жизни: литиевые батарейки

Химические источники тока (ХИТ) прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Практически каждый из нас имел дело с гальваническими элементами, но не каждому эта встреча могла оставить приятные воспоминания. Случалось, что батарейки почему-то работали меньше, чем ожидалось, у них быстро снижалось напряжение, или нагрузка просто отказывалась нормально функционировать с некоторыми типами элементов. В этом случае, как правило, мы считали виноватым производителя элементов и редко допускали, что могла быть и доля нашей собственной вины. Может быть, в данном случае элемент повел себя так, как и должен был? Ведь различные нагрузки нуждаются и в различных источниках тока. Например, фотоаппарат со вспышкой требует кратковременного, но достаточно большого тока, а цифровому аудиоплееру, наоборот, требуется длительный ток небольшой величины.

Если в бытовом применении потребитель редко обращает внимание на отличия используемых химических источников тока — для него они просто батарейки и аккумуляторы, то для применения в промышленном оборудовании необходимо обладать полной информацией о существующих источниках и их различиях между собой. Это требуется для того, чтобы избежать возможных ошибок, связанных с неправильным применением источников тока в том или ином приложении.

Химический источник тока — это устройство, непосредственно преобразующее энергию химической реакции, протекающей между анодом и катодом, в электрическую энергию. Все химические источники по способности к повторному использованию подразделятся на две большие группы: первичные источники тока и вторичные источники тока. Первичные источники тока (элементы) обеспечивают только разряд и не могут заряжаться — они используются однократно. Вторичные источники тока (аккумуляторы) могут заряжаться и использоваться многократно в циклическом режиме «заряд-разряд».

В мире производится несколько основных типов химических источников тока (солевые, щелочные, литиевые и др.) и достаточно большое количество их разновидностей, различающихся типом электрохимической системы, электрической емкостью, допустимыми токами разряда и саморазряда, а также — другими параметрами. Некоторые параметры основных типов первичных источников тока приведены в таблице 1 (ориентировочная электрическая емкость указана при непрерывном разряде тока 10 мА).

Таблица 1. Параметры первичных ХИТ

Таблица 4. Литий-тионилхлоридные элементы

Следующим важным преимуществом группы литиевых элементов является сверхмалый ток саморазряда (потеря 1…2,5% емкости в год). Благодаря столь малой потере емкости рассматриваемые типы элементов могут храниться в обычных условиях больше 10 лет, при этом емкость снизится всего на 10%. Самым малым током саморазряда, как видно из таблицы 1, обладают литий-тионилхлоридные элементы.

Долгий срок хранения и низкий ток саморазряда литий-тионилхлоридных элементов — это, конечно, неоспоримый плюс. Такое свойство обеспечивается тонкой изолирующей пленкой хлорида лития, которая возникает на поверхности литиевого электрода. Пленка образуется из-за химической реакции, возникающей еще во время сборки элемента. Образовавшаяся пленка прекращает химическую реакцию и резко уменьшает ток саморазряда, в результате этого имеем элемент с длительным сроком хранения практически без ухудшения параметров. Но есть и отрицательная сторона этого процесса. Если к элементу подключить нагрузку, потребляющую достаточно большой ток, то на батарее (нагрузке) в начальный момент времени окажется пониженное напряжение около 2,3…2,7 В, хотя на холостом ходу напряжение будет нормальным 3,3…3,6 В. Это происходит из-за того, что образовавшаяся изолирующая пленка не может разрушиться мгновенно и препятствует протеканию тока (обладает достаточно высоким сопротивлением). В процессе хранения элемента толщина изолирующей пленки увеличивается. Этот процесс называется пассивацией литиевого элемента. Пассивации подвержены литиевые элементы всех производителей без исключения.

Степень пассивации элемента зависит от времени и условий его хранения, а также — от режима эксплуатации. Чем больше период хранения и выше температура, тем толще пленка. Значительные негативные проявления эффекта пассивации начинаются после 5…6 месяцев хранения в нормальных условиях, либо после длительного использования элемента в микротоковом режиме (единицы микроампер и менее).

В реальной жизни часто встречаются устройства, работающие большую часть времени в ждущем режиме (например, какие-либо датчики). Приборы длительное время потребляют ток в несколько микроампер или десятков микроампер, а по свершению некоторого события должны включиться в режим среднего или большого энергопотребления. В этом случае, если в приборе установлена батарея после длительного хранения, или режим микропотребления длился очень долго, то переход в режим повышенного энергопотребления может и не произойти. Элемент выдаст пониженное напряжение.

Пониженное напряжение в меньшей степени влияет на устройства с малым потреблением тока. В момент подключения такой нагрузки напряжение на элементе снизится незначительно, и устройство будет работать, однако процесс пассивации продолжится, и в какой-то момент времени устройство может отключиться, или его работа станет неустойчивой. Для таких устройств не следует использовать энергоемкие литиевые источники тока.

При подключении нагрузки, потребляющей несколько миллиампер (средняя нагрузка), произойдет понижение напряжения и затем, через некоторое время, оно восстановится до нормального значения. Это объясняется тем, что при потреблении указанного тока имеющаяся пленка с течением времени разрушится, а постоянно протекающий или протекающий с достаточно короткими промежутками времени ток будет препятствовать ее образованию.

Пониженное напряжение на элементе, потребляющем большой ток (десятки миллиампер), в момент подключения нагрузки может нарушить его работу, или же он просто не включится. Замена элемента на новый (только что купленный и не бывший в эксплуатации) ситуацию не исправит, а проверка нагрузки покажет, что с ее схемой все в порядке. Получается следующая ситуация: установили новый элемент питания — и прибор перестал работать!

Подобный случай встречался в практике автора данной статьи. При работе на одном из предприятий пришлось подготавливать некоторое изделие к серийному выпуску. Изделие состояло из нескольких отдельных устройств. Одно из устройств имело особенность — его рабочий режим был импульсным, с достаточно большим током потребления (пульт дистанционного управления). В качестве источника питания в изделие разработчиком были заложены литиевые элементы. В то время подобные элементы были не особенно распространены, а их «особенности» не были широко известны, и отдел закупок приобрел партию похожих по основным параметрам элементов (по напряжению и емкости). Эти элементы были поставлены в устройство и оказалось, что у всех устройств, уже проверенных и настроенных, резко сократилась дальность связи. Посчитали, что элементы долго хранились и потеряли часть емкости (они на самом деле достаточно долго хранились). Была закуплена еще одна партия элементов (более «свежих») — кардинально ситуация не улучшилась. Когда стали разбираться — выяснилось, что данные элементы обладают эффектом пассивации. В дальнейшем проблему смогли устранить некоторой доработкой схемы (подключили несколько электролитических конденсаторов параллельно элементу питания). Первые включения устройства стали происходить за счет части энергии, накопленной в конденсаторах, и одновременно с этим импульсы тока депассивировали элемент.

Литий-тионилхлоридные элементы перед использованием необходимо депассивировать, т. е. разрушить изолирующую пленку хлорида лития импульсом тока. На рисунке 3 показан график, поясняющий депассивацию литий-тионилхлоридных первичных источников тока.

Рис. 3. Напряжение на элементе в процессе депассивации

На графике имеется четыре области:

Для активации ни в коем случае нельзя делать короткое замыкание выводов элемента питания. Подобный метод приведет к выходу элемента из строя. Существуют рекомендованные производителем максимально допустимые значения тока и времени депассивации. В таблице 5 указаны режимы депассивации для некоторых элементов компании EEMB.

Таблица 5. Параметры для депассивации литий-тионилхлоридных элементов EEMB

Максимальное значение тока депассивации для литий-тионилхлоридных элементов можно определить по правилу:

макс. импульсный ток > макс. ток депассивации

Источник