Litiumpolymeeri vs litium{0}}ioni-akut: vertailu ja usein kysytyt kysymykset

Käytämme litiumparistoja lähes joka hetki joka päivä. Mutta ymmärrätkö todella näiden "voimakuutioiden" mysteerit? Miksi jotkut akut ovat kovia-kuorisia ja sylinterimäisiä, kun taas toiset muistuttavat pehmeitä alumiinifoliotyynyjä? Miksi uusi älypuhelimesi ei vaadi 12 tunnin "aktivointia" kuten ennen vanhaan?

Tämä artikkeli vie sinut syvälle sukeltamiseenlitium-ioni- (Li-ion) ja litiumpolymeeri (Li-Po) -akkujen kemiallinen DNA, joka paljastaa keskeiset erot niiden energiatiheydessä, turvallisuussuorituskyvyssä ja sovellusskenaarioissa. Olitpa tekniikan ystävä, tee-se-itse-harrastaja tai vain arkikäyttäjä, joka haluaa pidentää puhelimesi akun käyttöikää hieman pidemmäksi, tämä kattava vertailuopas selvittää tietosi kuolleet kulmat ja auttaa sinua valitsemaan juuri sopivimman "voimakumppanin".

Mikä on litium{0}}ioni-akku?

Ajattele alitium-ion (Li-ion) akkuladattavana "energiakaappina". Se on voimanpesä lähes kaiken takana nykyaikaisessa elämässäsi, taskussasi olevasta puhelimesta sähköajoneuvoon (EV) ajotielläsi.

Toisin kuin kertakäyttöiset alkaliparistot, Li-ioni-akut on suunniteltu latautumaan-ja purkamaan satoja tai jopa tuhansia kertoja liikuttamalla litiumioneja edestakaisin kahden elektrodin välillä.

Mikä on litiumpolymeeriakku?

A Litiumpolymeeri (LiPo)akku on korkean -suorituskyvyn, "pehmeä-pakkaus" litium-ioniakusta. Jos olet koskaan leikkinyt droneilla tai RC-autoilla tai jos olet joskus purkanut erittäin-ohuen kannettavan tietokoneen, näkemäsi "hopeatyynyn" näköinen akku on juuri sitä mitä se on.

Tärkeimmät erot litiumpolymeerin ja litium{0}}ioniparistojen välillä

Nyt kun ymmärrätlitium-ioni-akut (Li-ion), katsotaanpa heidän "läheistä sisaruksiaan" -litiumpolymeeriakku (Li-Po).

Vaikka niiden nimet ovat hyvin samankaltaisia ​​ja niiden ydinkemialliset periaatteet ovat olennaisesti samat, niitä onmerkittäviä erojapakkausmuodossa, turvallisuussuorituskyvyssä ja käyttöskenaarioissa.

1. Tekninen ydinero (elektrolyytti)

Tämä on perustavanlaatuisin ero näiden kahden välillä.

• Litium-ioni (Li-ion):Käyttää anestettäorgaaninen liuotin elektrolyyttinä. Koska nesteitä on pidettävä erillään vuotojen estämiseksi, nämä akut on yleensä koteloitu jäykkään teräs- tai alumiinitölkkiin.
• Litiumpolymeeri (Li-Po):Käyttää ageelin kaltainen- tai kiinteäpolymeerielektrolyytti. Tämä eliminoi raskasmetallikuoren tarpeen; ne on yleensä pakattu taipuisiin alumiinimuovilaminoituihin kalvoihin (pussisoluihin).

2. Muodon ja suunnittelun joustavuus

• Li{0}}ioni:Yleensä rajoitettu kiinteisiin muotoihin, yleisimmin lieriömäisiin (kuten kaikkialla esiintyviin 18650 soluihin) tai suorakaiteen muotoisiin koviin koteloihin. Ne ovat kuin "vakiopalikoita"-laite on suunniteltava sopimaan akun varaan.
• Li-Po:Tarjoaa äärimmäistämuoto{0}}joustavuus. Niistä voidaan tehdä uskomattoman ohuita, kaarevia tai muotoilla epäsäännöllisiä jalanjälkiä. Tästä syystä älypuhelimet, ultrabookit ja älykellot käyttävät lähes yksinomaan Li-Po:ta.

3. Energiatiheys ja paino

• Li{0}}ioni:Se tarjoaa erittäin korkean energiatiheyden ja varastoi usein enemmän tehoa tilavuusyksikköä kohti. Vaikka kotelo lisää painoa, ne ovat edelleen paras valinta suuriin{1}}kapasiteettitarpeisiin, kuten sähköajoneuvoihin ja tehopankkiin.
• Li-Po:Energiatiheys on hieman pienempi kuin korkean -suorituskyvyn Li-ioni, mutta koska niistä puuttuu raskasmetallikuori, ne ovatpaljon kevyempi. Paino-herkillä aloilla, kuten droneissa ja RC-lentokoneissa, Li-Po on kiistaton kuningas.

4. Turvallisuusvertailu

• Turvallisuushuomautus:Mikä tahansalitiumakkuvoi olla vaarallista väärin käsiteltynä (ylilataus, korkea kuumuus tai fyysiset vauriot).
• Li{0}}ioni:Toimii korkeammalla sisäisellä paineella. Lämpöpurkauksen sattuessa jäykkä metallikotelo voi johtaa äkilliseen paineen nousuun ja voimakkaaseenräjähdys. Tästä syystä ne vaativat kehittyneitä suojapiirejä.
• Li-Po:Geelielektrolyytti on vähemmän altis vuotamiseen. Kun ne epäonnistuvat, he yleensä"turvota" tai turvotaensimmäinen. Vaikka ne voivat silti syttyä tuleen, pehmeä pakkaus tekee rajusta räjähdyksestä vähemmän todennäköisempää kuin suljetussa metallikapselissa.

5. Elinikä ja kustannukset

Litiumpolymeeriakkujen edut ja haitat

Edut

1. Äärimmäinen suunnittelun joustavuus (mikä tahansa muoto)

Tämä on Li{0}}Pon "tappajaominaisuus". Koska se ei vaadi metallikoteloa, valmistajat voivat muotoilla sen melkein mihin tahansa muotoon: ultra-ohut (kuten luottokortti), kaareva (sopimaan älykellon runkoon) tai epäsäännöllinen muoto täyttämään laitteen jokaisen kolon ja kolon.

Sovellus:Tästä syystä puhelimesi, tablettisi ja MacBookisi voivat olla niin uskomattoman ohuita.

2. Kevyt (painoetu)

Jättämällä pois perinteisissä Li-ionikennoissa käytetyt raskaat teräs- tai alumiinitölkit ja käyttämällä yksinkertaista laminaattifoliotausta, Li-Po-akut ovat karkeasti20 % kevyempikuin niiden Li{0}}ion-vastineet, joilla on sama kapasiteetti.

Sovellus:Paino{0}}herkät laitteet, kutenkilpa-drooneja ja RC-lentokoneitakäyttävät lähes yksinomaan Li-Po:ta.

3. Korkeat purkautumisnopeudet ("Punch")

Li-Po-akut voivat vapauttaa energiansa hyvin nopeasti (korkea C-luokitus).

Sovellus:Kun drone tarvitsee äkillisen tehon kiihtymiseen tai sähkötyökalu tarvitsee suurta vääntömomenttia, Li{0}}Po tarjoaa välittömän virran "potkun".

4. Suhteellinen turvallisuus (ei "putkipommi" -vaikutusta)

Kun Li{0}}Po-akku epäonnistuu ylilatauksen tai lämmön vuoksi, pehmeä foliopussi mahdollistaa akunturvota (kaasun kertymistä)ja lopulta ilmaa tai syttyä tuleen. Vaikka se on edelleen vaarallinen, se johtaa harvoin rajuun räjähdykseen, kuten paineistettu metalli-koteloitu Li--ioni-akku.

Haitat

1. Pienempi energiatiheys

Vaikka ne ovat kevyempiä, polymeerielektrolyytti tarkoittaa, että ne todella säilyvät10-15 % vähemmän energiaatilavuusyksikköä kohti verrattuna erittäin optimoituihin teollisiin Li-ioni-kennoihin (kuten 18650).

2. Korkeammat valmistuskustannukset

Valmistusprosessi on monimutkaisempi, ja koska monet Li-Po-akut on räätälöity-tietyille laitteille, niistä puuttuu "mittakaavaetu", joka tekee tavallisista Li--ionisylintereistä niin halpoja.

Fakta:Tästä syystä halvat tehopankit ovat usein paksuja ja raskaita (Li-ion), kun taas korkealuokkaiset ovat ohuita ja litteitä (Li-Po).

3. Fyysinen hauraus (herkkä pistoille)

Alumiinifoliopakkaus tarjoaa nollasuojan. Li-Po-akku on helppokäyttöinenpuhjennut tai murskattuterävillä esineillä tai törmäyksellä. Jos sisäiset kerrokset lävistetään ja altistetaan hapelle, se syttyy lähes välittömästi.

4. Lyhyempi käyttöikä

Teollisten Li-ionikennojen erittäin kypsään kemiaan verrattuna Li-Po-akuilla on yleensä hieman lyhyempi käyttöikä (vähemmän lataus-/purkausjaksoja) ja ne ovat alttiimpia kemialliselle hajoamiselle ajan myötä.

5. Tiukat säilytysvaatimukset

Li-Po-akut ovat "diivoja", kun niitä ei käytetä. Jos säilytät niitä täyteen ladattuina tai täysin tyhjinä yli kuukauden, ne todennäköisesti säilyvätturvota ja kuolla. Ne on säilytettävä tietyssä "tallennusjännitteessä" (tyypillisesti 3,85 V per kenno).

Litium{0}}ioni-akkujen edut ja haitat

Edut

1. Korkea energiatiheys

Tämä on Li{0}}ioni-akkujen ydinvahvuus. Samalla tilavuudella ne voivat varastoida huomattavasti enemmän energiaa verrattuna muuntyyppisiin ladattaviin akkuihin, kuten nikkeli-metallihydridiakkuihin (NiMH) tai lyijy-happoakkuihin.

Sovellus:Tästä syystä sähköajoneuvot (EV) voivat saavuttaa satojen mailien/kilometrien kantamat.

2. Korkea kustannus-tehokkuus

Koska Li{0}}ioni-akut-erityisesti sylinterimäiset kennot, kuten 18650-, ovat saavuttaneet laajan automatisoidun tuotannon,hinta per energiayksikköon paljon alhaisempi kuin litiumpolymeeri (Li-Po) -akut.

3. Pidempi käyttöikä

Teollisuusluokan-Li--ioni-akut ovat yleensä erittäin kestäviä. Asianmukaisella hoidolla ne kestävät500 - 1000tai jopa enemmän täydellisiä lataus-/purkausjaksoja suhteellisen hitaalla suorituskyvyn heikkenemisellä.

4. Alhainen-purkausnopeus

Jos jätät täyteen ladatun Li{0}}ion-akun laatikkoon, se saattaa silti säilyttää yli 95 % latauksestaan ​​kuukauden kuluttua. Sen sijaan vanhemmat NiMH-akut voivat menettää lähes puolet latauksestaan ​​samassa ajassa.

5. Vähäinen huolto

He eivät kärsi"muistiefekti"tarkoittaa, että sinun ei tarvitse purkaa niitä kokonaan ennen lataamista, toisin kuin vanhemmissa akkutekniikoissa.

Haitat

1. Kiinteä muoto ja paino

Koska ne sisältävät nestemäistä elektrolyyttiä, ne on koteloitava jäykkään metallikuoreen vuotojen estämiseksi. Tämä johtaa akiinteä muoto(yleensä lieriömäisiä tai suorakaiteen muotoisia) ja estää niiden tekemisen erittäin-ohuiksi tai epäsäännöllisiksi, kuten Li-Po-akut.

2. Turvallisuusriski: Thermal Runaway

Tämä on merkittävin huolenaihe. Jos akussa syntyy oikosulku-sisäisesti, se saa voimakkaan iskun tai sen lämmönhaihtuminen on huono, sisäinen paine voi nousta nopeasti. Koska ulkokuori on jäykkää metallia, vika voi johtaa araju räjähdys tai tulipalo, joka toimii kuin "pienipommi".

3. Lämpötilaherkkyys

• Korkeat lämpötilat:Nopeuta sisäistä kemiallista hajoamista ja voi jopa laukaista tulipalon.
• Matalat lämpötilat:Lisää sisäistä vastusta, jolloin akun kapasiteetti "kutistuu" välittömästi (tämän vuoksi puhelimet kuolevat nopeammin talvella kylmässä ilmastossa).

4. Vaatii monimutkaiset suojapiirit

Jokaisessa Li{0}}ion-akussa on oltava aAkun hallintajärjestelmä. Ilman sitä akku on erittäin herkkä syttymiselle tuleen ylilatauksen vuoksi tai muuttuu täysin mahdottomaksi korjata yli-purkauksen vuoksi.

Oikean akun valitseminen sovellukseesi

Valinta välilläLitium-ioni (Li-ion)jaLitiumpolymeeri (Li-Po)ei ole kyse siitä, kumpi on yleisesti ottaen "parempi", vaan siitä, mikä sopii projektisi erityisiin rajoituksiin.

1. Valitse Litium-Ion (Li-ion), jos...

Prioriteetit ovat: Käyttöaika, budjetti ja kestävyys.

• Pitkän-matkan sähköautot ja sähkö-pyörät:Koska Li{0}}ionilla on korkeampi energiatiheys ja pidempi käyttöikä, se on standardi ajoneuvoille, joiden on kestettävä 5–10 vuotta.
• Sähkötyökalut:Porat ja sahat vaativat kestävyyttä. Li-ionien (kuten 18650-luvun) kovametallikotelo suojaa niitä tärinältä ja iskuilta.
• Taskulamput ja virtapankit:Näissä sovelluksissa on yleensä riittävästi tilaa lieriömäisille kennoille, joten Li{0}}ionin alhaisempi hinta on ratkaiseva tekijä.
• Kiinteä energiavarasto:Aurinkoenergian varajärjestelmissä paino on vähemmän tärkeä kuin kilowatti{0}}tuntikohtainen hinta. Li-ion voittaa täällä.

2. Valitse litiumpolymeeri (Li-Po), jos...

Prioriteettisi ovat: muototekijä, paino ja huipputeho.

• Dronit ja RC-ajoneuvot:Jokainen gramma on tärkeä lennossa. Li-Po tarjoaa parhaan teho-painosuhteen- ja voi tuottaa valtavan "purskeen" virran, jota tarvitaan lentoonlähtöön ja liikkeisiin.
• Puettavat laitteet ja älypuhelimet:Jos suunnittelet tyylikästä laitetta, jossa akun täytyy mahtua 3 mm:n rakoon tai kaarevaan koteloon, Li-Po on ainoa valinta.
• Kannettavat lääkinnälliset laitteet:Li{0}}Po:n painonpudotus ja ohut profiili ovat lääkäreiden tai potilaiden kuljettamia laitteita erittäin hintansa arvoisia.

Yleisiä myyttejä ja väärinkäsityksiä

Mitä tulee litiumakuihin, on olemassa monia vanhentuneita "peukalosääntöjä", jotka ovat edelleen liikkeellä. Tässä ovat yleisimmät myytit ja todellinen tiede niiden takana:

1. Myytti: Sinun on ladattava uutta puhelinta 12 tuntia, jotta se "aktivoituisi".

• Totuus: Ei ollenkaan tarpeellista."Aktivointi" oli vaatimus vanhoille nikkeli{0}}kadmium (NiCd) -akuille. Litiumparistot aktivoidaan jo valmistusprosessin aikana. Voit käyttää ja ladata niitä heti pakkauksesta otettuna; itse asiassa ylilataus pitkiä aikoja voi tarpeettomasti rasittaa piiriä.

2. Myytti: Sinun on käytettävä akkua 0 %:iin ennen lataamista välttääksesi "muistiefektin".

• Totuus: Tämä on itse asiassa haitallista. Litium akut niillä ei ole muistiefektiä. Päinvastoin, he vihaavat "syviä vuotoja". Jos annat akun usein laskea 0 %:iin ja sammuttaa sen, se lyhentää merkittävästi sen käyttöikää. On parasta aloittaa lataaminen, kun sinulla on n20% akkua jäljellä.

3. Myytti: Puhelimen lataaminen yön yli saa sen räjähtämään.

• Totuus: Yleensä ei, mutta on parempi tapa.Nykyaikaisessa elektroniikassa on akunhallintajärjestelmä, joka katkaisee automaattisesti korkean virran, kun se on täynnä. Akun pitäminen 100 %:ssa pitkiä aikoja luo kuitenkin "kemiallista stressiä", joka nopeuttaa ikääntymistä. Jos laitteesi tukee sitä, paras käytäntö on käyttää ominaisuuksia, kuten "Optimoitu akun lataus" (joka rajoittaa latauksen 80 prosenttiin, kunnes sitä tarvitaan).

4. Myytti: Puhelimen käyttäminen latauksen aikana vahingoittaa akkua.

• Totuus: Vihollinen on "lämpö", ei itse käyttö.Jos vain selaat verkkoa latauksen aikana, sillä on vain vähän vaikutusta. Jos kuitenkin pelaattehokkaita{0}}pelejäpikalatauksen aikana-puhelin tuottaa voimakasta lämpöä. Korkeat lämpötilat ovat #1 akun kunnon tappaja.

5. Myytti: Paristojen laittaminen jääkaappiin pidentää niiden käyttöikää.

• Totuus: Älä koskaan tee tätä!Vaikka kylmät lämpötilat voivat hidastaa itsepurkautumista{0}},kosteutta ja kondensaatiotajääkaapin sisällä voi helposti aiheuttaa oikosulkuja tai korroosiota. Niiden säilyttäminen viileässä, kuivassa paikassa (noin 20 astetta / 68 astetta F) on oikea tapa.

Johtopäätös

Litium{0}}ioni- ja litiumpolymeeriakutjokainen on erinomaista omilla aloillaan, ja niiden erillisten ominaisuuksien ymmärtäminen on avain tietoon perustuvien valtavalintojen tekemiseen. Li-ioniakut hallitsevat sovelluksia, joissa hinta, pitkäikäisyys ja raakaenergiakapasiteetti ovat eniten-sähköajoneuvoissa, sähkötyökaluissa ja kiinteässä säilytystilassa.

Samaan aikaan Li-Po-akut hallitsevat ylivoimaisesti tilanteissa, joissa vaaditaan erittäin-kevyt, mukautettuja muotoja ja suuria purkausnopeuksia-, kuten droneissa, älypuhelimissa ja puettavissa laitteissa. Kumpikaan teknologia ei ole yleisesti "parempi"; optimaalinen valinta riippuu aina erityisistä prioriteeteistasi: budjetti, tilarajoitukset, painorajoitukset ja suorituskykyvaatimukset.