Технологии

Тайны литиевых батарей: каково их устройство, почему они боятся холода и не любят разряжаться в ноль

Слушать аудиоверсию 06:14
Автомобилист держит в руках зарядное устройство для электромобиля на АЗС сети «Газпромнефть»
Автомобилист держит в руках зарядное устройство для электромобиля на АЗС сети «Газпромнефть»
Владимир Школьников

Автор

Владимир Школьников

Опубликовано

29 ноября 2024

Опубликовано

29 ноября 2024

Один из символов современности — смартфон. Мобильные электронные устройства служат телефоном, фото- и видеокамерой, календарем, офисом, книгой, кинотеатром, организатором дружеских посиделок и свиданий. Почти в каждом мобильнике есть изобретение, авторы которого в 2019 году удостоились Нобелевской премии, — литийионный аккумулятор.

Как работают литиевые батареи

Принцип работы литиевых аккумуляторов (Li-ion) заключается в движении ионов лития между электродами — отрицательно заряженным анодом и положительно заряженным катодом. Первый обычно сделан из графита, второй — из оксидов металлов (например, кобальта, никеля или марганца).

Производство литийионных аккумуляторов
Производство литийионных аккумуляторов. Фото iStock

Когда батарея заряжается, частицы лития переносятся от катода к аноду через электролит — жидкость, которая позволяет ионам двигаться, но задерживает электроны. Это создает разность потенциалов, благодаря которой мы можем получать электрический ток, соединяя катод и анод электрической цепью. Чтобы они не соприкоснулись внутри батареи, вызвав короткое замыкание, их разделяет сепаратор — тонкая пористая мембрана, которая пропускает заряженные частицы лития, но не электроны.

Все четыре основных элемента могут состоять из разных материалов — из-за этого есть разные типы литиевых батарей. Комбинируя составляющие, инженеры изобретают новые виды литиевых аккумуляторов с улучшенными свойствами. Некоторые из них могут отличаться друг от друга всем, кроме лития в составе. В современных батареях он используется не в чистом виде, а в составе соединений, что делает их более безопасными.

Преимущества литиевых аккумуляторов

Литиевый аккумулятор — чемпион по соотношению энергоемкости к массе благодаря химическим свойствам своего базового элемента. Литий — самый легкий из металлов, но обладает не меньшим энергетическим потенциалом, поэтому батареи из него компактнее и весят меньше, чем аккумуляторы других типов.

Смартфон, у которого почти разрядилась батарея
Смартфон, у которого почти разрядилась батарея

Современные литиевые батареи обладают низким процентом саморазряда. Литийионный аккумулятор может отдавать больший ток в сравнении с батареями других типов. У аккумулятора нет эффекта памяти, из-за которого при неполной разрядке и последующей зарядке он потерял бы в емкости.

Для поддержания производительности и сохранения максимального срока службы важна правильная зарядка литиевых батарей. Основное правило: избегать глубокого разряда и не допускать чрезмерной зарядки. Большинство устройств содержат аккумуляторы со встроенным чипом, который следит за процессом зарядки батарей и управляет им.

Особенности литиевых батарей

Генерация энергии в литиевой батарее — химический процесс. Если нарушить целостность корпуса, из аккумулятора может потечь электролит. Это опасно: часто этот состав бывает горючим, агрессивным к материалам и может выделять пары, способные навредить человеку и окружающей среде.

Девушка пытается воспользоваться смартфоном на морозе
Девушка пытается воспользоваться смартфоном на морозе

Разгерметизация литийионного аккумулятора может произойти из-за удара, сильного перепада температур или производственного дефекта. Неправильное использование и хранение могут привести к образованию газа в некоторых литийионных аккумуляторах: тогда корпус батареи вздуется, а когда давление станет слишком большим — лопнет.

На морозе уровень зарядки устройства может упасть. Электролит литиевой батареи становится более вязким при низких температурах. Из-за этого частицы лития путешествуют по аккумулятору медленнее и тратят на перемещение больше энергии.

Литиевые батареи и вода — вещи несовместимые. Соединения лития, как и других щелочных металлов, активно вступают в реакцию с водой. В процессе образуется водород — легковоспламеняющийся газ. При контакте протекшего аккумулятора с водой может возникнуть пожароопасная ситуация.

Плюсовой контакт, от которого электроны «утекают» на противоположный полюс аккумулятора, часто маркируют красным цветом
Плюсовой контакт, от которого электроны «утекают» на противоположный полюс аккумулятора, часто маркируют красным цветом

Производители устройств заботятся о батареях: аккумуляторы оснащают контролирующими чипами и защищают от влаги. Рядом с контактами на литийионных аккумуляторах часто можно найти маленький стикер с красными полосами — это химический индикатор батареи, который поменяет цвет, если пролежит в воде дольше минуты.

Как безопасно использовать литиевые батареи

Чтобы литиевая батарея служила дольше и сохраняла свои свойства, лучше соблюдать несколько правил с учетом ее особенностей.

1. Следите за зарядом аккумулятора. Не стоит разряжать батарею полностью — это снижает ее рабочую емкость. Вовремя отключайте зарядное устройство. Оптимальным уровнем зарядки батареи считается 20–80%.

2. Храните аккумуляторы правильно. Держите литиевые батареи в прохладном сухом месте. Идеальная температура для хранения — 5–25 градусов. Высокие температуры ускоряют износ, а низкие могут повредить компоненты. Если планируете долго не пользоваться батареей, зарядите ее примерно до 50%: полностью заряженные или разряженные батареи хуже переносят длительное хранение.

3. Используйте для зарядки оригинальное устройство. Зарядка с неправильным током или номинальным напряжением — главная причина перегрева. Оригинальные устройства адаптированы к характеристикам батареи и минимизируют риски.

4. Не допускайте механических повреждений батареи. Не роняйте батарею и избегайте других воздействий, которые могут нарушить герметичность корпуса аккумулятора.

Женщина подключает свой смартфон к зарядному устройству
Женщина подключает свой смартфон к зарядному устройству

Литиевые батареи — это мощные, надежные и безопасные источники энергии, если их использовать с умом. Ну а если аккумулятор вздуется, потечет или начнет нагреваться без причины, прекратите его использование и сдайте в специальный пункт, где принимают батареи на утилизацию.

13
Haha
Haha
0
3
Love
Love
0
2
1
Читать также
Установка быстрой переработки углеводородных газов

В Казахстане создали установку для быстрой переработки углеводородных газов в водород и углерод

2 мин. чтения
Лопатки газовой турбины

В Китае изменили конструкцию лопаток генератора, чтобы покрыть их прочной воздушной пленкой

1 мин. чтения
Трубопровод на Восточно-Мессояхском месторождении

Ученые из Якутска и Новосибирска разработали долговечные трубы с углеродными нитями

1 мин. чтения
Солнечная панель

В Москве солнечную батарею научили ловить больше света с помощью прозрачных микросфер

1 мин. чтения
Специалисты арктического промысла на фоне оборудования

Наледь, шквалистые ветры и гасители «пляски»: как электроэнергия попадает на месторождения Крайнего Севера

4 мин. чтения
Морская солнечная электростанция

В Китае приступили к строительству самой большой морской солнечной электростанции

1 мин. чтения
Литиевые аккумуляторы

На Сахалине создали метод переработки старых аккумуляторов в компоненты для новых

1 мин. чтения
Энергетики на фоне ЛЭП

Люди, волны и другие необычные источники электрической энергии

3 мин. чтения
Литиевая твердотельная батарея

Сибирские ученые создали универсальный анод для литиевых и натриевых аккумуляторов

2 мин. чтения
Топливный терминал «Газпром нефти» в Кемеровской области

В Кемеровской области открыли самый технологичный топливный терминал Сибири

1 мин. чтения
X 1