Батареи

Аккумуляторные технологии часто упускаются из виду большинством населения при покупке компьютерного оборудования. Сюда входят сетевые администраторы. Многие сети работают с большим количеством ноутбуков и/или карманных компьютеров, таких как Blackberry или Palm Handheld. Так почему же больше людей не тратят время на исследования и сравнение аккумуляторных технологий? Я считаю, что это потому, что большинство людей не разбираются в батареях. Это понятно, потому что тема сложная, и люди могут быть ошеломлены, когда начинают видеть все эти длинные и иногда непонятные химические названия и символы.
В этой статье я рассмотрю и объясню несколько технологий, лежащих в основе некоторых аккумуляторов, с которыми вы можете столкнуться. Я попытаюсь сделать это, используя как можно меньше технических химических терминов.

Литий-ионные батареи

Давайте начнем с рассмотрения случая, который недавно был в новостях. В 2006 году аккумуляторы для ноутбуков в компьютерах Apple и Dell были отозваны. Многие помнят, что была небольшая проблема с возгоранием некоторых аккумуляторов, как показано на Рисунке 1. На Рисунке 1 показан ноутбук Dell, который загорелся из-за неисправной Sony.

Рисунок 1: предоставлено www.wikipedia.com

В этом случае батареи были типа, называемого ионно-литиевым. Это означает, что внутри батареи электричество передается через ионы лития. Эти ионы лития содержатся в легковоспламеняющейся жидкости между двумя терминалами. Одна клемма заряжена отрицательно, а другая положительно заряжена. Когда устройство, такое как ноутбук, подключает эти клеммы, электричество течет из-за химических реакций с ионами лития.
Так как же загорелись батареи? Ну, все сводится к процессу производства ионно-литиевых аккумуляторов. В процессе производства маленькие кусочки металла попадают в легковоспламеняющуюся жидкость, содержащую ионы лития. Ни один производитель не смог предотвратить это. Есть вещи, которые можно сделать. Например, инженеры могут усовершенствовать процессы, чтобы ограничить количество и размер металлических деталей. Когда батарея используется и начинает работать при более высокой температуре, эти металлические детали будут перемещаться. В зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также размера и количества металлических частей существует повышенный риск того, что эти металлические части пробьют сепаратор. Этот разделитель, как следует из его названия, разделяет положительный и отрицательный выводы. Когда этот сепаратор будет пробит, произойдет короткое замыкание, и ваша батарея загорится.

Преимущества ионно-литиевых батарей

Несмотря на риск возгорания (что на самом деле довольно небольшой риск), ионно-литиевые аккумуляторы чрезвычайно популярны в бытовой электронике, особенно в ноутбуках. Это связано с тем, что использование литий-ионного аккумулятора имеет много преимуществ. Одним из преимуществ является то, что литий имеет очень маленькую атомную массу, что снижает вес батареи. В сочетании с этим фактом литий чрезвычайно реактивен, поэтому он может выделять огромное количество энергии в своих химических реакциях. Эти два фактора приводят к очень высокой плотности энергии. Производители ноутбуков и КПК предпочитают создавать свои продукты с батареями, имеющими высокую плотность энергии, потому что это приводит к меньшим и легким продуктам.
Когда литий-ионные аккумуляторы не используются, они очень хорошо держат заряд, теряя всего около 5 процентов своего заряда в месяц. Эта технология также не связана с эффектом памяти. Это означает, что вам не нужно разряжать аккумулятор перед его зарядкой. Вам не только не нужно разряжать литий-ионный аккумулятор, но вы также можете рассчитывать на сотни циклов зарядки/разрядки, прежде чем потеряет производительность.

Недостатки ионно-литиевых батарей

У литий-ионных аккумуляторов есть некоторые недостатки, кроме небольшого риска возгорания. Одним из основных недостатков является то, что литий-ионные батареи имеют срок годности 2-3 года, независимо от того, используете вы их или нет. Так что, если аккумулятор в вашем ноутбуке пролежал на складе в течение года, прежде чем попасть в ваш ноутбук, вы заметите, что срок его службы значительно сократился. При покупке этих аккумуляторов необходимо убедиться, что с даты их изготовления не прошло значительного количества времени.
Литий-ионные батареи также требуют достаточно сложной бортовой схемы для управления производительностью батареи. Эта схема увеличивает стоимость батареи, которой нет в других технологиях. Зачем им эта схема? Существует ряд причин, одна из которых заключается в том, чтобы аккумулятор не полностью разрядился. Если литий-ионный аккумулятор полностью разряжен, он будет бесполезен. Когда заряд становится низким, бортовая схема останавливает работу батареи, чтобы предотвратить ее полную разрядку.

Литий-полимерные аккумуляторы

Альтернативой ионно-литиевым батареям является литий-полимерный элемент. Эта технология очень похожа на литий-ионную технологию. Основное отличие состоит в том, что батарея содержит не жидкость, а твердое вещество. На самом деле не важно знать, как это делается, просто это приводит к некоторым довольно значительным преимуществам.

Преимущества литий-полимерных

Одним из преимуществ литий-полимерных аккумуляторов является то, что они более устойчивы к физическим травмам. Литий-полимерные элементы также имеют более низкие производственные затраты.
Еще одним преимуществом является то, что литий-полимерные батареи могут быть легко адаптированы к различным устройствам. Это можно сделать, потому что жесткий внешний кожух не требуется. В ионно-литиевой батарее жесткий металлический внешний корпус оказывает давление, которое удерживает клеммы на сепараторах. В литий-полимерном аккумуляторе сепаратор и клемма соединены вместе, что устраняет необходимость в жестком металлическом корпусе. Без этого металлического корпуса литий-полимерные батареи намного легче. А поскольку литий-полимерные элементы более устойчивы к физическим травмам, нет опасности потерять защиту, обеспечиваемую металлическим корпусом.
На рис. 2 показана батарея, разработанная в НАСА и использующая литий-полимерную технологию. Я уверен, что мы все можем представить некоторые уникальные приложения, в которых НАСА нужно было бы использовать преимущества веса и формы, обеспечиваемые литий-полимерной технологией. Лично я думаю, что если это достаточно хорошо для НАСА, то это достаточно хорошо и для меня.

Рисунок 2: Предоставлено www.nasa.gov.

По сравнению с ионно-литиевыми батареями литий-полимерные батареи также допускают большее количество циклов зарядки/разрядки. Как правило, вы можете ожидать более 500 циклов зарядки/разрядки, прежде чем емкость уменьшится до 80 процентов.
Благодаря всем этим преимуществам литий-полимерные батареи быстро стали популярными в мобильной бытовой электронике, такой как карманные компьютеры, сотовые телефоны и iPod. Вы также можете найти некоторые ноутбуки с этой технологией, в том числе MacBook Pro от Apple.

Тонкопленочные литиевые батареи

Более новый вариант ионно-литиевых технологий называется тонкопленочным литием. Эта технология в настоящее время полезна только для специализированных приложений и в течение некоторого времени не станет широко распространенной в ноутбуках или КПК. Я включаю его сюда, чтобы продемонстрировать вам потенциал ионно-литиевой технологии. В ближайшие несколько лет нас ждут отличные продукты.

Литий-железо-фосфатные батареи

Другой альтернативой стандартному ионно-литиевому аккумулятору является литий-железо-фосфатный аккумулятор. Эта технология была разработана для решения проблемы возгорания литий-ионных аккумуляторов, о которой я упоминал ранее. Это происходит потому, что химическая связь из-за железа и фосфата намного прочнее и не разрушается в условиях короткого замыкания.
Конечно, у литий-железо-фосфатных аккумуляторов есть несколько серьезных недостатков. Наиболее нежелательным из этих недостатков является низкая плотность энергии. Низкая плотность энергии означает, что для получения сравнимой производительности требуется гораздо более мощная батарея.
Итак, это охватывает некоторые аккумуляторные технологии, с которыми вы можете столкнуться. Я надеюсь, что достиг своей цели объяснить эти технологии, не используя слишком много сложных технических терминов. Если у вас есть какие-либо вопросы или вы хотите, чтобы я написал о другой технологии, пишите мне по электронной почте.