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:
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.
Что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает?
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).
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 |
---|---|
Тип | литий-никель-марганец-кобальт-оксидный |
Напряжение полностью заряженного, В | 4.3 |
Типовое напряжение, В | 3.7 |
Минимальное напряжение (полностью разряжен), В | 2.6 |
Удельная энергоемкость, Вт*ч/кг | 150-200 |
Отношение емкости к массе, мА*ч/г | более 250 |
Количество циклов заряда/разряда до потери 20% емкости | не менее 1 000 |
Ток зарядки | 0.7-1С, 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.
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).
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.
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: