Elemen kunci dalam mobilitas perangkat elektronik adalah baterai isi ulang (battery). Tuntutan yang berkembang untuk memastikan otonomi terpanjang mereka merangsang penelitian konstan di bidang ini dan mengarah pada munculnya solusi teknologi baru.
Banyak digunakan baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) dan nikel-logam hidrida (Ni-MH), alternatif muncul - baterai lithium pertama, dan kemudian baterai lithium-ion yang lebih maju (Li-ion).
Isi
Sejarah
Baterai pertama jenis ini muncul pada 1970-an. Mereka segera menjadi permintaan karena karakteristik mereka yang ditingkatkan. Anoda sel terbuat dari logam lithium, yang sifat-sifatnya memungkinkan untuk meningkatkan kepadatan energi. Begitulah baterai lithium muncul.
Baterai baru memiliki kelemahan yang signifikan - peningkatan risiko ledakan dan pengapian. Alasannya adalah pembentukan film lithium pada permukaan elektroda, yang menyebabkan pelanggaran stabilitas suhu. Pada saat beban maksimum, baterai bisa meledak.
Teknologi ini disempurnakan, menghasilkan pengabaian lithium murni dalam komponen baterai demi penggunaan ion bermuatan positif.Baterai lithium-ion terbukti menjadi solusi yang sukses.
Jenis baterai ion ini dicirikan oleh keamanan yang lebih besar, yang diperoleh dengan sedikit penurunan kepadatan energi, tetapi kemajuan teknologi yang konstan telah memungkinkan untuk meminimalkan hilangnya indikator ini.
Perangkat
Pengenalan baterai lithium-ion dalam elektronik konsumen telah memperoleh terobosan dengan pengembangan baterai dengan katoda bahan karbon (grafit) dan anoda oksida kobalt.
Dalam proses pengosongan baterai, ion litium dikeluarkan dari bahan katoda dan dimasukkan ke dalam oksida kobalt dari elektroda yang berlawanan; selama pengisian, proses berlangsung dalam arah yang berlawanan. Dengan demikian, arus listrik dibuat oleh ion lithium yang bergerak dari satu elektroda ke elektroda lainnya.
Baterai Li-Ion dibuat dalam desain silinder dan prismatik. Dalam desain silinder, dua pita elektroda datar yang dipisahkan oleh bahan yang diresapi elektrolit digulung dan ditempatkan dalam wadah logam tertutup. Bahan katoda diterapkan pada aluminium foil, dan bahan anoda pada foil tembaga.
Desain prismatik baterai diperoleh dengan menumpuk pelat persegi panjang di atas satu sama lain. Bentuk baterai ini memungkinkan untuk membuat tata letak perangkat elektronik lebih padat. Baterai prismatik juga tersedia dengan elektroda melingkar, dipilin menjadi spiral.
Operasi dan kehidupan
Pengoperasian baterai lithium-ion yang lama, penuh, dan aman dimungkinkan jika aturan pengoperasian dipatuhi, mengabaikannya tidak hanya akan mempersingkat masa pakai produk, tetapi juga dapat menyebabkan konsekuensi negatif.
Operasi
Persyaratan utama untuk pengoperasian baterai Li-Ion menyangkut suhu - jangan biarkan panas berlebih. Suhu tinggi dapat menyebabkan kerusakan maksimum, dan panas berlebih dapat disebabkan oleh sumber eksternal serta mode pengisian dan pengosongan baterai yang membuat stres.
Misalnya, memanaskan hingga 45°C mengurangi kapasitas daya tahan baterai hingga 2 kali lipat. Suhu ini mudah dicapai saat perangkat terpapar sinar matahari dalam waktu lama atau saat menjalankan aplikasi yang membutuhkan energi.
Jika produk terlalu panas, disarankan untuk meletakkannya di tempat yang sejuk, sebaiknya dengan baterai dimatikan dan dilepas.
Untuk mempertahankan kinerja baterai terbaik di musim panas, Anda harus menggunakan mode hemat daya, yang tersedia di sebagian besar perangkat seluler.
Suhu rendah juga memiliki efek negatif pada baterai ion, pada suhu di bawah -4°C baterai tidak dapat lagi memberikan daya penuhnya.
Tetapi suhu dingin tidak seburuk baterai Li-Ion seperti suhu tinggi, dan paling sering tidak menyebabkan kerusakan permanen. Terlepas dari kenyataan bahwa setelah pemanasan hingga suhu kamar, kinerja baterai pulih sepenuhnya, penurunan kapasitas dalam cuaca dingin tidak boleh dilupakan.
Rekomendasi lain untuk pengoperasian baterai Li-Ion - jangan biarkan baterai habis terlalu dalam. Banyak baterai generasi sebelumnya memiliki efek memori, yang membutuhkan pengosongan hingga nol diikuti dengan pengisian penuh. Baterai Li-Ion tidak memiliki efek ini, dan pelepasan penuh sporadis tidak memiliki efek buruk, tetapi pelepasan dalam yang terus menerus berbahaya. Disarankan agar pengisi daya dihubungkan pada tingkat pengisian 30%.
Seumur hidup
Penggunaan baterai Li-Ion yang tidak tepat dapat mempersingkat masa pakai baterai dengan faktor 10-12. Kehidupan ini berhubungan langsung dengan jumlah siklus pengisian. Diyakini bahwa baterai jenis Li-Ion dapat bertahan dari 500 hingga 1000 siklus dengan debit penuh. Persentase sisa daya yang lebih tinggi sebelum pengisian berikutnya secara signifikan meningkatkan masa pakai baterai.
Karena masa pakai baterai Li-Ion sebagian besar ditentukan oleh kondisi pengoperasian, tidak mungkin untuk memberikan harapan masa pakai yang tepat untuk baterai ini.Rata-rata, Anda dapat mengharapkan baterai jenis ini bertahan 7-10 tahun jika aturan yang diperlukan diikuti.
Proses pengisian
Hindari mencolokkan baterai ke pengisi daya untuk waktu yang lama saat mengisi daya. Baterai lithium-ion akan berfungsi normal dengan tegangan tidak melebihi 3,6 volt. Pengisi daya baterai akan memasok 4,2 volt ke baterai selama proses pengisian. Jika waktu pengisian terlampaui, reaksi elektrokimia yang tidak diinginkan dapat dimulai di baterai, yang akan menyebabkan panas berlebih dengan semua konsekuensi berikutnya.
Pengembang telah mempertimbangkan fitur seperti itu - keamanan pengisian baterai Li-Ion modern dikendalikan oleh perangkat bawaan khusus yang menghentikan proses pengisian jika tegangan melebihi tingkat yang diizinkan.
Untuk baterai lithium, metode pengisian dua tahap adalah cara yang benar untuk mengisinya. Tahap pertama adalah mengisi baterai dengan memberikan arus pengisian yang konstan, tahap kedua adalah memberikan tegangan yang konstan dan secara bertahap mengurangi arus pengisian. Algoritma ini adalah perangkat keras yang diterapkan di sebagian besar pengisi daya rumah tangga.
Penyimpanan dan pembuangan
Baterai lithium-ion dapat disimpan cukup lama, self-discharge 10-20% per tahun. Tetapi pada saat yang sama ada penurunan bertahap dalam karakteristik produk (degradasi).
Direkomendasikan untuk menyimpan baterai tersebut di tempat yang tahan kelembaban pada +5 ... +25 °C. Getaran yang kuat, guncangan dan kedekatan dengan api terbuka tidak dapat diterima.
Proses daur ulang sel lithium-ion harus dilakukan di fasilitas khusus yang memiliki lisensi yang sesuai. Sekitar 80% dari bahan baterai daur ulang dapat digunakan kembali dalam produksi baterai baru.
Keamanan
Baterai lithium-ion, bahkan dalam ukuran mini, membawa risiko penyalaan sendiri yang meledak-ledak.Keunikan baterai jenis ini memerlukan langkah-langkah keamanan di semua tahap, mulai dari desain hingga produksi dan penyimpanan.
Untuk meningkatkan keamanan baterai Li-Ion, papan sirkuit elektronik kecil, sistem kontrol dan manajemen yang dirancang untuk mencegah kelebihan beban dan panas berlebih, ditempatkan dalam wadahnya selama pembuatan. Mekanisme elektronik meningkatkan resistansi rangkaian ketika suhu naik di atas batas yang telah ditentukan. Beberapa model baterai memiliki sakelar mekanis internal yang memutus sirkuit saat tekanan di dalam baterai meningkat.
Selain itu, casing baterai sering kali memiliki katup pengaman yang mengurangi tekanan jika terjadi keadaan darurat.
Pro dan Kontra Baterai Lithium
Kelebihan baterai jenis ini adalah:
- kepadatan energi yang tinggi;
- tidak ada efek memori;
- umur panjang;
- tingkat self-discharge rendah;
- tidak diperlukan perawatan;
- memastikan parameter operasi yang tidak berubah dalam kisaran suhu yang relatif luas.
Baterai lithium juga memiliki kekurangan, seperti:
- risiko pembakaran spontan;
- biaya lebih tinggi dari pendahulunya;
- kebutuhan akan pengontrol bawaan;
- debit dalam yang tidak diinginkan.
Teknologi produksi baterai Li-Ion terus meningkat, banyak kekurangan secara bertahap menjadi sesuatu dari masa lalu.
Aplikasi
Indikator kepadatan energi tinggi baterai lithium-ion menentukan bidang aplikasi utama mereka - perangkat elektronik seluler: laptop, tablet, smartphone, camcorder, kamera, sistem navigasi, berbagai sensor bawaan, dan sejumlah produk lainnya.
Keberadaan faktor bentuk silinder baterai ini memungkinkan mereka untuk digunakan di senter, telepon rumah dan perangkat lain yang sebelumnya mengkonsumsi energi dari baterai sekali pakai.
Prinsip konstruksi baterai lithium-ion memiliki beberapa varietas, jenisnya berbeda dalam jenis bahan yang digunakan (lithium-kobalt, lithium-mangan, lithium-nikel-mangan-kobalt-oksida, dll.). Masing-masing dari mereka menemukan bidang aplikasinya sendiri.
Selain elektronik seluler, grup baterai lithium-ion digunakan dalam aplikasi berikut:
- perkakas listrik genggam;
- peralatan medis portabel;
- catu daya yang tidak pernah terputus;
- sistem keamanan;
- modul pencahayaan darurat;
- pembangkit listrik tenaga surya;
- mobil listrik dan sepeda listrik.
Mengingat perbaikan terus-menerus dalam teknologi lithium-ion dan keberhasilan dalam menciptakan baterai berkapasitas tinggi dalam ukuran kecil, kita dapat memprediksi perluasan penggunaan baterai tersebut.
Pelabelan
Baterai lithium-ion ditandai pada casing luar baterai, dan pengkodean dapat sangat bervariasi tergantung pada ukurannya. Standar tunggal untuk semua produsen penandaan baterai belum dikembangkan, tetapi Anda masih dapat memahami parameter terpenting sendiri.
Huruf-huruf pada baris menunjukkan jenis sel dan bahan yang digunakan: huruf pertama I menunjukkan teknologi lithium-ion, huruf berikutnya (C, M, F atau N) menentukan komposisi kimia, huruf ketiga R berarti bahwa sel dapat diisi ulang.
Angka-angka dalam penunjukan ukuran menunjukkan ukuran baterai dalam milimeter: dua angka pertama menunjukkan diameter dan dua lainnya panjangnya. Misalnya, 18650 menunjukkan bahwa diameternya adalah 18 mm dan panjangnya adalah 65 mm, 0 menunjukkan faktor bentuk silinder.
Huruf dan angka terakhir dalam baris adalah penanda kapasitas khusus pabrikan. Juga tidak ada standar seragam untuk menunjukkan tanggal pembuatan.
