Ekologiczna świadomość przeciętnego obywatela nie jest wielka, trudno więc jednoznacznie stwierdzić czy popularność akumulatorów stosowanych do zasilania przenośnego sprzętu elektronicznego wynika z dbałości o naszą Matkę – Ziemię, czy po prostu z oszczędności. Długa żywotność akumulatorów może stanowić potencjalne zagrożenie dla popytu na te elementy, mimo to laboratoria wszystkich znanych producentów baterii i akumulatorów bezustannie pracują nad nowymi rodzajami ogniw ładowalnych.

Rys. 1. Charakterystyka rozładowania akumulatorów NiCd, NiMH i Li-IonRys. 1. Charakterystyka rozładowania akumulatorów NiCd, NiMH i Li-Ion

Akumulatory Litowo-Jonowe (Li-Ion) to produkt stosunkowo nowy, ale szybko zdobywający uznanie użytkowników. Wpływa na to bardzo korzystne porównanie ich cech z wcześniej stosowanymi akumulatorami NiCd i NiMH.

Li-Ion kontra NiCd i NiMH

Jedną z najistotniejszych zalet akumulatorów Li-Ion jest wysoka gęstość energii odnoszona do masy akumulatora. Przykładowo, parametr ten dla ogniw NiCd typowo wynosi 45...80 Wh/kg, dla ogniw NiMH 60...120 Wh/kg, a dla Li-Ion 110...160 Wh/ kg. Wysoka gęstość energii akumulatorów pozwala znacznie obniżyć wagę zasilanych nimi urządzeń, co jest szczególnie istotne w przypadku laptopów i telefonów komórkowych, ale również cyfrowych aparatów fotograficznych i kamer wideo. Kolejną, bardzo ważną dla użytkownika cechą akumulatorów Li-Ion jest całkowity brak efektu pamięciowego, z którym borykają się posiadacze akumulatorów odpowiednio NiCd i NiMH. Przypomnijmy, że chodzi o zmniejszanie się pojemności ogniwa w przypadku, gdy nie zostało ono dostatecznie rozładowane przed kolejnym ładowaniem. Akumulatory Li-Ion można bez obaw o pogorszenie parametrów doładowywać w razie potrzeby – nie muszą przechodzić pełnego cyklu ładowania.

Napięcie ogniwa Li-Ion jest znacznie większe niż w ogniwach NiCd i NiMH. Wynika to z jego budowy wewnętrznej i zachodzących w nim zjawisk elektrochemicznych. Elektrolitem są tu sole litu rozpuszczone w związkach organicznych. Jony litu przemieszczają się pomiędzy katodą wykonaną z tlenków metali a anodą wykonaną z porowatego węgla (grafitu). Średnie napięcie wyjściowe ogniwa Li-Ion jest równe ok. 3,6 V, maleje ono stopniowo w miarę rozładowywania od dopuszczalnej wartości maksymalnej do minimalnej. Z praktycznego punktu widzenia, jest to cecha korzystna, gdyż pozwala na bieżąco kontrolować stopień rozładowania akumulatora na podstawie jego napięcia. W akumulatorach NiCd i NiMH napięcie długo utrzymuje się prawie na jednakowym poziomie (ok. 1,2 V), by dość gwałtownie zmaleć, gdy nastąpi rozładowanie (rys. 1). Kontrolowanie stanu rozładowania tych akumulatorów wymagałoby stosowania dość trudnych w realizacji (i z tego powodu bardzo rzadko budowanych) mierników ładunku elektrycznego wprowadzanego do ogniwa podczas ładowania i wyprowadzanych podczas jego eksploatacji.

Rys. 2. Budowa pojedynczego ogniwa Li-Ion serii CGR18650Rys. 2. Budowa pojedynczego ogniwa Li-Ion serii CGR18650

Użytkownicy wszystkich typów akumulatorów muszą liczyć się z samorozładowaniem, czyli obniżaniem się napięcia nieobciążonego ogniwa w funkcji czasu. Jest ono znacznie mniejsze dla akumulatorów Li-Ion niż dla NiCd i NiMH. Dolna wartość graniczna napięcia ogniw Li-Ion, której nie wolno przekraczać, jest równa 2,4 V. Typowa wartość eksploatacji do 3 V. Głębsze rozładowanie może doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia akumulatora. Podobnie jest z przeładowaniem. Przekroczenie wartości granicznej napięcia o 10...15% również bywa przyczyną nieodwracalnego uszkodzenia ogniwa, a w najlepszym przypadku utraty pojemności.
Elementy zabezpieczające nie pozwalają na większe napięcie ładowania niż 4,2 V na celę. W starszych typach dochodziło nawet do groźnych wybuchów. Współcześnie produkowane akumulatory są wyposażane w skuteczne zabezpieczenia przed takimi przypadkami. Układy zabezpieczające wnoszą niestety dodatkową rezystancję szeregową rzędu 30-100 m .
Ze względu na dbałość o akumulatory zalecane jest stosowanie ładowarek dedykowanych dla konkretnych typów ogniw.

Rys. 2. Budowa pojedynczego ogniwa Li-Ion serii CGR18650Rys. 2. Budowa pojedynczego ogniwa Li-Ion serii CGR18650

Akumulatory Li-Ion serii CGR18650 w ofercie TME

Przykładem nowoczesnych akumulatorów Li-Ion jest seria CGR18650 firmy Panasonic. Akumulatory te są oferowane przez TME w postaci pojedynczych ogniw z elektronicznym zabezpieczeniem (rys. 2) oraz pakietów składających się z kilku sztuk (rys. 3). Standardowe konfiguracje zostały dobrane pod kątem typowych potrzeb użytkowników, uwzględniających napięcie znamionowe, pojemność oraz prąd maksymalny. Parametrem wtórnym są wymiary pakietów. konfiguracje dostępne w standardowej ofercie przedstawiono w tab. 1. Pakiety zawierają od 1 do 16 ogniw. Idąc naprzeciw potrzebom klientów firma TME realizuje również zamówienia na dowolne pakiety, wykonane według wytycznych użytkowników. Akumulatory serii CGR18650 charakteryzują się stosunkowo dużą pojemnością i małą masą. Dzięki doświadczeniu producenta – firmy Panasonic - uzyskano dużą żywotność ogniw. Specjalny układ elektroniczny instalowany w każdym akumulatorze zapewnia tak prawidłową i bezpieczną eksploatację pakietów jak tylko to możliwe przy obecnym stanie techniki, zabezpiecza je przed przeładowaniem oraz nie dopuszcza do nadmiernego rozładowania. Nie uwalnia to oczywiście użytkownika od dbałości o akumulatory we własnym zakresie. Dotyczy to głównie warunków przechowywania, najlepiej w obniżonej temperaturze, oraz okresowego kontrolowania stanu pakietów.

Andrzej Gawryluk

Więcej na temat: