Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion

Аккумуляторы

Литиевые аккумуляторы появились недавно, но уже заняли прочные позиции в автономном электропитании. С тех пор не проходит и года, чтобы этот тип батарей не совершенствовался. В этой статье мы поговорим о самом новом типе литиевых накопителей энергии – Li NMC-аккумуляторах. Сегодня мы узнаем, что они собой представляют, как работают и чем отличаются от других типов литиевых батарей.

Из чего состоят

По сути, Li-NMC-аккумуляторы – те же литий-ионные, к которым мы привыкли и которые установлены в наших смартфонах. Они имеют то же устройство и принцип работы:

Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion
Схема работы литий-ионного элемента

В процессе зарядки из молекул лития, который на катоде присутствует в виде оксида, вырываются электроны, и молекула превращается в ион. Ионы, пройдя через сепаратор (электроны сепаратор не пропускает), оседают на графите, внедряясь в его кристаллическую решетку. У электронов другой путь – через зарядное устройство.

Пройдя через него, они находят на аноде потерянный ион и снова превращаются в молекулу лития, застрявшую на графитовом аноде. В процессе разряда происходит обратный процесс перехода лития на катод. Но теперь электроны «перебегают» не через зарядное устройство, а через нагрузку.

Отличие Li-NMC-ячейки от литий-ионной состоит  в том, что её катод имеет более сложный химический состав. В него входят:

  • никель;
  • марганец;
  • кобальт;
  • литий.

Все эти элементы используются не в чистом виде, а как оксиды. Именно поэтому такой аккумулятор называют литий-никель-марганец-кобальт-оксидным (LiNixMnyCozO2).

Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидный аккумулятор

Почему именно такой состав? Все дело в сочетании никеля и марганца. Никель имеет высокую удельную энергию, но нестабилен. Марганец обладает обратными качествами. Эти два вещества дополняют друг друга, ослабляя недостатки и усиливая достоинства.

Что это дает? Во-первых, удельная плотность энергии увеличилась до 150-200 Вт·ч/кг (более 250 мА·ч/г). Во-вторых, число циклов заряда/разряда повысилось до 1000-1500 против 600 у обычных литий-ионных. И, в-третьих, этот тип батарей устойчив к высоким температурам (тепловой пробой составляет +210 °С).

Характеристики

Рассмотрим основные электрические характеристики литий-никель-марганец-кобальт-оксидных элементов, которые для удобства мы свели в таблицу.

Параметр
Значение
Типлитий-никель-марганец-кобальт-оксидный
Напряжение полностью заряженного, В4.3
Типовое напряжение, В3.7
Минимальное напряжение (полностью разряжен), В2.6
Удельная энергоемкость, Вт*ч/кг150-200
Отношение емкости к массе, мА*ч/гболее 250
Количество циклов заряда/разряда до потери 20% емкостине менее 1 000
Ток зарядки0.7-1С, у некоторых моделей 2С
Температура теплового пробоя °С+210

Как мы видим из таблицы, отношение веса к емкости у этого типа АКБ поразительное. На сегодняшний день это рекорд.

Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion
Эти ячейки имеют емкость 60 А*ч при габаритах 300 х 100 х 14 мм и весе 850 г

Преимущества и недостатки по сравнению с обычными литиевыми

Поговорим о достоинствах и недостатках литий-никель-марганец-кобальт-оксидных элементов.

К достоинствам можно отнести:

  • высокую энергоемкость;
  • большое количество циклов заряда/разряда;
  • работу при температурах более 150 °С;
  • функционирование при низких температурах (заряд -20 °С, работа -40 °С);
  • большие разрядные токи (2С постоянно, до 4С кратковременно).

Недостаток у них только один, как и у всех новых технологий. Это высокая стоимость и существенный разброс параметров при изготовлении. Но этот вопрос, конечно, будет решен.

Как заряжать

Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы заряжаются так же, как и обычные литий-ионные и литий-полимерные. Они боятся перезаряда и глубокого разряда, поэтому используются совместно с контроллерами. Если мы имеем дело с батареей, то ей нужен BMS-контроллер с балансиром. Оптимальный ток заряда, как вы помните, у такого типа ячеек – 0.7-1С. Его увеличение ведет к резкому сокращению срока службы.

Где используются

Основное применение Li-NMC-аккумуляторы нашли в качестве тяговых АКБ электротранспорта. Они установлены, к примеру, в электрокаре Nissan LEAF (последние модели).

Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion
Пятидверный хэтчбэк Nissan LEAF с питанием от Li NMC-батарей

Еще одна область применения такого типа АКБ – источники бесперебойного и резервного питания. И, конечно, этот тип батарей используется в качестве буферных накопителей в альтернативной энергетике.

Литий никель марганец кобальт оксидный аккумулятор (Li NMC) — что нового и в чем отличие от Li ion
Аккумуляторная батарея с блоками Li-NMC на солнечной электростанции

Этот тип АКБ, хотя пока и не очень часто, устанавливается в скутеры, электровелосипеды, некоторую бытовую технику, к примеру, в автономные пылесосы, и в медицинские приборы.

До смартфонов и ноутбуков пока дело не дошло. Судя по всему, технология еще не до конца отработана, но ждать осталось недолго.

Вот и все, о чем нам хотелось рассказать. Теперь вы знаете, что собой представляют Li-NMC-элементы и чем отличаются от обычного «лития».


Сейчас читают:
Акумы.ру
Добавить комментарий

Максимальный размер загружаемого файла: 5 МБ. Вы можете загрузить: изображение, аудио, видео, документ, таблица, интерактив, текст, архив, код, другое. Ссылки на YouTube, Facebook, Twitter и другие сервисы, вставленные в текст комментария, будут автоматически встроены. Перетащите файл сюда

Ваш вопрос отправлен

И ожидает ответ от эксперта.

Adblock
detector