Liitiumpolümeer vs liitium{0}}ioonakud: võrdlus ja KKK

Me kasutame liitiumakusid peaaegu iga hetk iga päev. Kuid kas mõistate tõesti nende "jõukuubikute" sees olevaid saladusi? Miks on mõned akud kõvad-koorega ja silindrilised, samas kui teised meenutavad pehmeid alumiiniumfooliumist patju? Miks ei nõua sinu uus nutitelefon 12-tunnist "aktiveerimist" nagu vanasti?

See artikkel viib teid sügavale sukeldumiseleliitium-ioon (Li-ioon) ja liitiumpolümeer (Li-Po) akude keemiline DNA, tutvustades põhilisi erinevusi nende energiatiheduses, ohutusnäitajates ja rakendusstsenaariumides. Olenemata sellest, kas olete tehnikahuviline, isetegemise harrastaja või lihtsalt igapäevakasutaja, kes soovib oma telefoni aku kasutusaega veidi pikendada, see põhjalik võrdlusjuhend puhastab teie teadmiste pimealad ja aitab teil täpselt valida kõige sobivama "jõupartneri".

Mis on liitium{0}}ioonaku?

Mõelge aliitium-ioon (Li-ioon) akulaetava "energiakapina". See on teie kaasaegses elus peaaegu kõige taga, alates telefonist taskus kuni elektrisõidukini teie sõiduteel.

Erinevalt ühekordselt kasutatavatest leelispatareidest on liitiumioonakud ette nähtud sadu või isegi tuhandeid kordi laadimiseks ja tühjendamiseks-liitiumioone kahe elektroodi vahel edasi-tagasi liigutades.

Mis on liitiumpolümeeraku?

A Liitiumpolümeer (LiPo)aku on liitium-ioonaku suure -jõudlusega-pehme versioon. Kui olete kunagi mänginud droonide või RC-autodega või kui olete kunagi võtnud osadeks üliõhukese sülearvuti, on see "hõbedase väikese padja" välimusega aku täpselt selline, nagu see on.

Peamised erinevused liitiumpolümeer- ja liitium{0}}ioonakude vahel

Nüüd, kui sa mõistadliitium-ioonakud (liitium-ioon), vaatame nende "lähedast õde-venda" -liitiumpolümeeraku (Li-Po).

Kuigi nende nimed on väga sarnased ja nende keemilised põhiprintsiibid on sisuliselt samad, on neidolulisi erinevusipakendi vormis, ohutusnäitajates ja rakendusstsenaariumides.

1. Peamine tehniline erinevus (elektrolüüt)

See on kõige olulisem erinevus nende kahe vahel.

• Liitiumi-ioon (Li-ioon):Kasutab avedelorgaaniline lahusti elektrolüüdina. Kuna lekke vältimiseks tuleb vedelikke hoida, on need akud tavaliselt ümbritsetud jäikades teras- või alumiiniumpurkides.
• Liitiumpolümeer (Li-Po):Kasutab ageelitaoline-või tahkepolümeer elektrolüüt. See välistab vajaduse raskemetallist kesta järele; need on tavaliselt pakendatud elastsetesse alumiiniumplastist lamineeritud kiledesse (kotirakkudesse).

2. Kuju ja disaini paindlikkus

• Li{0}}ioon:Tavaliselt piirdutakse fikseeritud kujuga, enamasti silindriliste (nagu üldlevinud 18650 lahtrid) või ristkülikukujuliste kõvade korpustega. Need on nagu "tavalised tellised"-seade peab olema konstrueeritud nii, et see mahuks akuga.
• Li-Po:Pakub äärmuslikkuvormi{0}}paindlikkus. Neid saab teha uskumatult õhukeseks, kumeraks või vormida ebakorrapäraseks jalajäljeks. Seetõttu kasutavad nutitelefonid, ultrabookid ja nutikellad peaaegu eranditult Li-Po.

3. Energiatihedus ja kaal

• Li{0}}ioon:Sellel on väga kõrge energiatihedus, salvestades sageli rohkem energiat mahuühiku kohta. Kuigi korpus lisab kaalu, jäävad need parimaks valikuks suure võimsusega-vajaduste jaoks, nagu elektrisõidukid ja jõupangad.
• Li-Po:Energiatihedus on veidi madalam kui suure -jõudlusega Li-ioonil, kuid kuna neil puudub raskemetallist kest, on needpalju kergem. Kaal-tundlikes valdkondades, nagu droonid ja RC-lennukid, on Li-Po vaieldamatu kuningas.

4. Ohutuse võrdlus

• Ohutusmärkus:Ükskõik millineliitiumakuvõib vale käsitsemise korral olla ohtlik (ülelaadimine, kõrge kuumus või füüsilised kahjustused).
• Li{0}}ioon:Töötab kõrgema siserõhu all. Termilise põgenemise korral võib jäik metallkest põhjustada järsu rõhu suurenemise ja äkiliseplahvatus. Järelikult vajavad nad keerukaid kaitselülitusi.
• Li-Po:Geelelektrolüüt lekib vähem. Kui nad ebaõnnestuvad, siis tavaliselt"paisuma" või punnitamaesiteks. Kuigi need võivad siiski süttida, muudab pehme pakend vägivaldse plahvatuse vähem tõenäoliseks kui suletud metallkanistrid.

5. Eluiga ja maksumus

Liitiumpolümeerakude eelised ja puudused

Eelised

1. Ekstreemne disaini paindlikkus (mis tahes kujuga)

See on Li{0}}Po "tapjafunktsioon". Kuna see ei vaja metallkorpust, saavad tootjad selle vormida peaaegu igasuguse kujuga: üliõhukeseks (nagu krediitkaart), kumeraks (sobib nutikella šassii jaoks) või ebakorrapärase kujuga, et täita seadme iga nurgatagune.

Rakendus:Seetõttu võivad teie telefon, tahvelarvuti ja MacBook olla nii uskumatult õhukesed.

2. Kerge (kaalu eelis)

Kui loobuda traditsioonilistes liitium-{0}}ioonelementides kasutatavatest rasketest teras- või alumiiniumpurkidest ja kasutada selle asemel lihtsat laminaatfooliumkotti, on Li-Po akud ligikaudu20% kergemkui nende sama võimsusega liitium{0}}

Rakendus:Kaalu{0}}tundlikud seadmed naguvõidusõidudroonid ja RC lennukidkasutavad peaaegu eranditult Li-Po.

3. Kõrge tühjendusmäär ("Punch")

Li-Po akud vabastavad energia väga kiiresti (kõrge C-reiting).

Rakendus:Kui droon vajab kiirendamiseks äkilist jõulööki või elektritööriist vajab suurt pöördemomenti, annab Li{0}}Po selle hetkelise voolu.

4. Suhteline ohutus ("torupommi" efekt puudub)

Kui Li{0}}Po aku ülelaadimise või kuumuse tõttu rikki läheb, võimaldab pehme fooliumist kott akulpaisuma (gaaside kogunemine)ja lõpuks õhutada või süttida. Kuigi see on endiselt ohtlik, põhjustab see harva vägivaldset plahvatust, nagu seda võib põhjustada surve all oleva metall-korpusega liitium-ioonaku.

Puudused

1. Madalam energiatihedus

Kuigi need on kergemad, tähendab polümeer-elektrolüüt, et need säilivad10-15% vähem energiatmahuühiku kohta võrreldes kõrgelt optimeeritud tööstuslike Li-ioonelementidega (nagu 18650).

2. Kõrgemad tootmiskulud

Tootmisprotsess on keerulisem ja kuna paljud Li-Po-akud on kohandatud-kindlate seadmete jaoks, puudub neil mastaabisääst, mis muudab tavalised liitium-ioonballoonid nii odavaks.

Fakt:Seetõttu on odavad elektripangad sageli paksud ja rasked (Li-ion), samas kui esmaklassilised on õhukesed ja lamedad (Li-Po).

3. Füüsiline haprus (tundlik torke suhtes)

Alumiiniumfooliumist pakend pakub nullkaitset. Li-Po aku on lihtnetorgatud või purustatudteravate esemete või löögiga. Kui sisemised kihid läbistada ja hapnikuga kokku puutuda, süttib see peaaegu koheselt.

4. Lühem tsükli eluiga

Võrreldes tööstuslike Li-ioonelementide äärmiselt küpse keemiaga, on Li-Po akudel üldiselt veidi lühem eluiga (vähem laadimis-/tühjenemistsükleid) ja need on aja jooksul altid keemilisele lagunemisele.

5. Ranged hoiunõuded

Li-Po akud on "diivad", kui neid ei kasutata. Kui hoiate neid täielikult laetuna või täiesti tühjana kauem kui kuu, siis tõenäoliselt need jäävadkipaisuma ja surema. Neid tuleb hoida kindla "salvestuspinge" juures (tavaliselt 3,85 V elemendi kohta).

Liitium{0}}ioonakude eelised ja puudused

Eelised

1. Kõrge energiatihedus

See on liitium{0}}ioonakude põhitugevus. Sama mahu piires suudavad need salvestada oluliselt rohkem energiat võrreldes muud tüüpi laetavate akudega, nagu nikkel-metallhüdriid (NiMH) või plii-happeakud.

Rakendus:Seetõttu suudavad elektrisõidukid (EV-d) jõuda sadade miilide/kilomeetrite ulatusse.

2. Kõrge kulu-efektiivsus

Kuna liitium{0}}ioonakud-eriti silindrilised elemendid, nagu 18650-, on saavutanud suuremahulise automatiseeritud tootmise,kulu energiaühiku kohtaon palju madalam kui liitiumpolümeer (Li-Po) akudel.

3. Pikem tsükli eluiga

Tööstuslikud -klassi liitium--ioonakud on tavaliselt väga vastupidavad. Nõuetekohase hoolduse korral võivad nad vastu pidada500 kuni 1000või isegi rohkem täislaadimise/tühjenemise tsükleid suhteliselt aeglase jõudluse halvenemisega.

4. Madal isetühjenemise määr-

Kui jätate täislaetud liitium{0}}ioonaku sahtlisse, võib see kuu aja pärast siiski säilitada üle 95% laetusest. Seevastu vanemad NiMH akud võivad sama aja jooksul kaotada peaaegu poole oma laadimisest.

5. Madal hooldus

Nad ei kannata"mäluefekt"See tähendab, et erinevalt vanematest akutehnoloogiatest ei pea te neid enne laadimist täielikult tühjendama.

Puudused

1. Fikseeritud kuju ja kaal

Kuna need sisaldavad vedelat elektrolüüti, peavad need olema lekke vältimiseks ümbritsetud jäiga metallkestaga. Selle tulemuseks on afikseeritud kuju(tavaliselt silindrilised või ristkülikukujulised) ja ei lase neid muuta üliõhukeseks või ebakorrapäraseks, nagu näiteks Li-Po-akud.

2. Ohutusrisk: termiline ärajooks

See on kõige olulisem murekoht. Kui aku sisemine-lühis tekib, saab tugeva löögi või soojuse hajutamine on halb, võib siserõhk kiiresti tõusta. Kuna väliskest on jäigast metallist, võib rike põhjustada avägivaldne plahvatus või tulekahju, toimides nagu "miniatuurne pomm".

3. Temperatuuritundlikkus

• Kõrged temperatuurid:Kiirendab sisemist keemilist lagunemist ja võib isegi põhjustada tulekahjusid.
• Madalad temperatuurid:Suurendage sisemist takistust, mistõttu aku mahutavus hakkab koheselt "kahanema" (sellepärast surevad telefonid talvel külmas kliimas kiiremini).

4. Nõuab keerulisi kaitseahelaid

Iga liitium{0}}ioonaku peab olema varustatud aAkuhaldussüsteem. Ilma selleta on aku väga vastuvõtlik ülelaadimise tõttu põlema süttida või muutuda ülelaadimise tõttu täielikult taastumatuks.

Teie rakenduse jaoks sobiva aku valimine

Valides vahelLiitium-ioon (Li-ioon)jaLiitiumpolümeer (Li-Po)ei seisne selles, kumb on üldiselt "parem", vaid milline sobib teie projekti konkreetsete piirangutega.

1. Valige Liitium-Ioon (Li-ioon), kui...

Teie prioriteedid on: tööaeg, eelarve ja vastupidavus.

• Pika-sõidusõidukid ja elektri-jalgrattad:Kuna Li{0}}ioonil on suurem energiatihedus ja pikem tsükli eluiga, on see standard sõidukitele, mis peavad vastu pidama 5–10 aastat.
• Elektrilised tööriistad:Puurid ja saed nõuavad vastupidavust. Li-ioonelementide (nagu 18650. aastad) kõvametallist korpus kaitseb neid vibratsiooni ja löökide eest.
• Taskulambid ja toitepangad:Nendes rakendustes on tavaliselt piisavalt ruumi silindriliste elementide jaoks, mistõttu on Li{0}}ioonide madalam hind otsustava tähtsusega.
• Statsionaarne energiasalvestus:Päikeseenergia varusüsteemide puhul on kaal vähem oluline kui kilovatt{0}}tunni hind. Siin võidab Li-ion.

2. Valige liitiumpolümeer (Li-Po), kui...

Teie prioriteedid on: vormitegur, kaal ja tippvõimsus.

• Droonid ja RC-sõidukid:Lennu ajal loeb iga gramm. Li-Po pakub parimat võimsuse-ja-massi suhet ning suudab pakkuda õhkutõusmiseks ja manöövriteks vajalikku tohutut voolu.
• Kantavad seadmed ja nutitelefonid:Kui kavandate elegantset seadet, kus aku peab mahtuma 3 mm vahesse või kumerasse korpusesse, on Li-Po ainus valik.
• Kaasaskantavad meditsiiniseadmed:Arstide või patsientide kaasaskantavate seadmete puhul on Li{0}}Po kaalulangus ja õhuke profiil lisakulu väärt.

Levinud müüdid ja väärarusaamad

Kui rääkida liitiumakudest, siis on ikka veel palju aegunud "rusikareegleid". Siin on kõige levinumad müüdid ja tegelik teadus nende taga:

1. Müüt: uue telefoni "aktiveerimiseks" tuleb laadida 12 tundi.

• Tõde: Üldse pole vajalik."Aktiveerimine" oli vanade nikkel{0}}kaadmium (NiCd) akude nõue. Liitiumakud aktiveeritakse juba tootmisprotsessi käigus. Saate neid kohe karbist välja võttes kasutada ja laadida; tegelikult võib pikaajaline ülelaadimine vooluringi asjatult koormata.

2. Müüt: "Mäluefekti" vältimiseks peate enne laadimist aku laadima 0% -ni.

• Tõde: See on tegelikult kahjulik. Liitiumakud ei oma mäluefekti. Vastupidi, nad vihkavad "sügavaid väljavoolusid". Kui lasete akul sageli 0% tühjaks saada ja välja lülitate, lühendab see oluliselt selle eluiga. Laadimist on kõige parem alustada siis, kui teil on umbes20% akut alles.

3. Müüt: telefoni üleöö laadimine paneb selle plahvatama.

• Tõde: Üldiselt mitte, kuid on parem viis.Kaasaegses elektroonikas on akuhaldussüsteem, mis katkestab täitumisel automaatselt kõrge voolu. Kuid aku pikaajaline 100% töös hoidmine tekitab "keemilist stressi", mis kiirendab vananemist. Kui teie seade seda toetab, on parimaks tavaks kasutada selliseid funktsioone nagu "Optimeeritud akulaadimine" (mis piirab laadimise 80%-ni, kuni seda vajatakse).

4. Müüt: telefoni kasutamine laadimise ajal kahjustab akut.

• Tõde: Vaenlane on "kuumus", mitte kasutus ise.Kui sirvite laadimise ajal lihtsalt veebi, on sellel vähe mõju. Kui aga mängidsuure jõudlusega{0}}mängudkiirel{0}}laadimisel tekitab telefon tugevat kuumust. Kõrge temperatuur on aku tervise tapja nr 1.

5. Müüt: akude külmikusse panemine pikendab nende vastupidavust.

• Tõde: Ärge kunagi tehke seda!Kuigi külm temperatuur võib aeglustada isetühjenemist{0}},niiskus ja kondensatsioonkülmiku sees võib kergesti põhjustada lühiseid või korrosiooni. Õige lähenemisviis on nende hoidmine jahedas ja kuivas kohas (umbes 20 kraadi / 68 kraadi F).

Järeldus

Liitium-ioon- ja liitiumpolümeerakudigaüks paistab silma oma valdkonnas ja nende eripärade mõistmine on teadlike võimuvalikute tegemise võti. Li-ioonakud domineerivad rakendustes, kus hind, pikaealisus ja toorenergia mahutavus on kõige olulisemad,-mõeldes elektrisõidukitele, elektritööriistadele ja statsionaarsele salvestusruumile.

Samal ajal valitsevad Li-Po akud ülimalt{1}}kerget kaalu, kohandatud kuju ja suurt tühjenemismäära-nõudvates olukordades, nagu droonid, nutitelefonid ja kantavad seadmed. Kumbki tehnoloogia pole üldiselt "parem"; optimaalne valik sõltub alati teie konkreetsetest prioriteetidest: eelarve, ruumipiirangud, kaalupiirangud ja jõudlusnõuded.