Lithium Polymer Vs Lithium-Jón rafhlöður: Samanburður og algengar spurningar

Við notum litíum rafhlöður nánast hvert augnablik hvers dags. En skilurðu virkilega leyndardómana í þessum „kraftkubba“? Hvers vegna eru sumar rafhlöður harðar-skeljar og sívalar á meðan aðrar líkjast mjúkum álpappírspúðum? Af hverju þarf nýja snjallsímann þinn ekki 12 tíma „virkjun“ eins og í gamla daga?

Þessi grein mun taka þig á djúpt kafa inn íefnafræðilegt DNA litíum-jónar (Li-jón) og litíum fjölliða (Li-Po) rafhlöður, afhjúpa kjarnamuninn á orkuþéttleika þeirra, öryggisafköstum og notkunarsviðsmyndum. Hvort sem þú ert tækniáhugamaður, DIY áhugamaður eða bara hversdagslegur notandi sem vill lengja rafhlöðuending símans þíns aðeins lengur, mun þessi yfirgripsmikla samanburðarhandbók hreinsa upp blinda bletti af þekkingu þinni og hjálpa þér að velja nákvæmlega heppilegasta „kraftfélaga“.

Hvað er litíum-jónarafhlaða?

Hugsaðu þér alithium-ion (Li-ion) rafhlaðasem endurhlaðanlegur „orkuskápur“. Það er kraftaverkið á bak við næstum allt í nútíma lífi þínu, allt frá símanum í vasanum til rafknúinnar farartækis (EV) í innkeyrslunni þinni.

Ólíkt einnota basískum rafhlöðum eru Li-jónarafhlöður hönnuð til að -hlaða og tæma-hundrað eða jafnvel þúsundir sinnum með því að færa litíumjónir fram og til baka á milli tveggja rafskauta.

Hvað er litíum fjölliða rafhlaða?

A Lithium Polymer (LiPo)rafhlaðan er há-afkastamikil, 'mjúk-pakki útgáfa af litíum-jónarafhlöðunni. Ef þú hefur einhvern tíma leikið þér með dróna eða fjarskiptabíla, eða ef þú hefur einhvern tíma tekið í sundur ofur-þunna fartölvu, þá er þessi „silfurlitli koddi“ rafhlaða sem þú sást nákvæmlega það sem hún er.

Lykilmunur á litíum fjölliðu og litíum-jónarafhlöðum

Nú þegar þú skilurlitíum-jónarafhlöður (Li-ion), við skulum kíkja á "nástu systkini" þeirra -litíum fjölliða rafhlaða (Li-Po).

Þó að nöfn þeirra séu mjög svipuð og efnafræðileg meginreglur þeirra séu í meginatriðum þau sömu, þá eru þaðverulegur munurí umbúðaformi, öryggisframmistöðu og notkunarsviðsmyndum.

1. Tæknilegur kjarnamunur (raflausn)

Þetta er grundvallarmunurinn á þessu tvennu.

• Litíum-jón (Li-jón):Notar avökvilífræn leysir sem raflausn. Vegna þess að vökvi verður að vera geymdur til að koma í veg fyrir leka, eru þessar rafhlöður venjulega huldar í stífum stál- eða áldósum.
• Lithium Polymer (Li-Po):Notar ahlaup-líkt eða fastfjölliða raflausn. Þetta útilokar þörfina fyrir þungmálmskel; þeim er venjulega pakkað í sveigjanlegar álplastfilmur (pokafrumur).

2. Sveigjanleiki í lögun og hönnun

• Li-jón:Almennt takmarkað við fast form, oftast sívalur (eins og alls staðar nálægar 18650 frumur) eða rétthyrnd hörð hulstur. Þeir eru eins og „venjulegir múrsteinar“-Tækið verður að vera hannað til að passa við rafhlöðuna.
• Li-Po:Býður öfgafulltform-sveigjanleika. Hægt er að gera þau ótrúlega þunn, bogin eða móta í óregluleg fótspor. Þess vegna nota snjallsímar, ultrabooks og snjallúr nánast eingöngu Li-Po.

3. Orkuþéttleiki og þyngd

• Li-jón:Státar af mjög mikilli orkuþéttleika, geymir oft meira afl á hverja rúmmálseiningu. Þó að hlífin auki þyngd, eru þau áfram besti kosturinn fyrir miklar-afkastagetuþarfir eins og rafknúin farartæki og rafmagnsbankar.
• Li-Po:Orkuþéttleiki er örlítið lægri en há-afkastalí-jón, en vegna þess að þær skortir þungmálmskel eru þærmiklu léttari. Á þyngd-viðkvæmum sviðum eins og drónum og RC flugvélum er Li-Po hinn óumdeildi konungur.

4. Öryggissamanburður

• Öryggisathugasemd:Hvaða sem erlitíum rafhlaðagetur verið hættulegt ef farið er rangt með (ofhleðsla, mikill hiti eða líkamlegur skaði).
• Li-jón:Virkar undir hærri innri þrýstingi. Ef hitauppstreymi fer fram getur stífa málmhlífin leitt til skyndilegrar þrýstingsuppbyggingar og ofbeldissprenging. Þar af leiðandi þurfa þeir háþróaðar verndarrásir.
• Li-Po:Gel raflausnin er síður viðkvæm fyrir því að leka. Þegar þeir mistakast, þeir venjulega„bólga“ eða uppþembafyrst. Þó að þeir geti enn kviknað í, gera mjúku umbúðirnar mikla sprengingu ólíklegri samanborið við lokaðan málmhylki.

5. Líftími og kostnaður

Kostir og gallar Lithium Polymer rafhlöður

Kostir

1. Mikill hönnunarsveigjanleiki (hvaða lögun sem er)

Þetta er „drápseiginleiki“ Li{{0}Po. Vegna þess að það þarf ekki málmhlíf geta framleiðendur mótað það í næstum hvaða lögun sem er: ofur-þunnt (eins og kreditkort), bogið (til að passa snjallúrarundirvagn) eða óregluleg lögun til að fylla hvern krók og kima tækis.

Umsókn:Þetta er ástæðan fyrir því að síminn þinn, spjaldtölvan og MacBook geta verið svo ótrúlega þunn.

2. Léttur (þyngdarkostur)

Með því að sleppa þungu stál- eða áldósunum sem notaðar eru í hefðbundnar Li-jónafrumur og nota einfaldan lagskipt filmupoka í staðinn eru Li-Po rafhlöður u.þ.b.20% léttarien Li-jón hliðstæða þeirra með sömu getu.

Umsókn:Þyngdar-næm tæki eins ogkappakstursdróna og RC flugvélarnota nánast eingöngu Li-Po.

3. Hátt losunarhraði ("Kýlið")

Li-Po rafhlöður geta losað orku sína mjög hratt (há "C-einkunn").

Umsókn:Þegar dróni þarf skyndilegan kraft til að flýta sér eða rafmagnsverkfæri þarf hátt tog, gefur Li-Po þetta augnablik „spark“ straumsins.

4. Hlutfallslegt öryggi (engin „pípusprengja“ áhrif)

Þegar Li-Po rafhlaða bilar vegna ofhleðslu eða hita, gerir mjúki filmupokinn rafhlöðunni kleift aðbólga (gasuppbygging)og að lokum loftræst eða kviknað í. Þó það sé enn hættulegt leiðir það sjaldan til harðrar sprengingar eins og þrýstimálm-húðuð Li-rafhlaða gæti.

Ókostir

1. Lægri orkuþéttleiki

Jafnvel þó að þau séu léttari þýðir fjölliða raflausnin að þau geymist í raun10%-15% minni orkaá rúmmálseiningu samanborið við mjög bjartsýni iðnaðar Li-ion frumur (eins og 18650).

2. Hærri framleiðslukostnaður

Framleiðsluferlið er flóknara og vegna þess að margar Li-Po rafhlöður eru sérsniðnar-lagaðar fyrir ákveðin tæki skortir þær „stærðarhagkvæmni“ sem gerir venjulega Li-jónahylkja svo ódýra.

Staðreynd:Þetta er ástæðan fyrir því að ódýrir rafbankar eru oft þykkir og þungir (Li-ion), en hágæða bankar eru þunnar og flatir (Li-Po).

3. Líkamlegt viðkvæmt (viðkvæmt fyrir stungum)

Álpappírsumbúðirnar bjóða upp á enga vörn. Li-Po rafhlaða er auðveldstunginn eða mulinnmeð beittum hlutum eða höggi. Ef innri lögin eru stungin og verða fyrir súrefni kviknar í því nánast samstundis.

4. Styttri hringrás líf

Í samanburði við afar þroskaða efnafræði iðnaðar Li-jónafrumna hafa Li-Po rafhlöður almennt örlítið styttri líftíma (færri hleðslu/hleðslulotur) og hættara við efnafræðilegum niðurbroti með tímanum.

5. Strangar kröfur um geymslu

Li-Po rafhlöður eru „dívur“ þegar þær eru ekki í notkun. Ef þú geymir þá fullhlaðna eða alveg tóma í meira en mánuð, munu þeir líklega gera þaðbólgna og deyja. Þeir verða að vera á ákveðinni „geymsluspennu“ (venjulega 3,85V á hverja klefa).

Kostir og gallar litíum-jónarafhlöður

Kostir

1. Hár orkuþéttleiki

Þetta er kjarnastyrkur Li-jónarafhlaðna. Innan sama rúmmáls geta þær geymt umtalsvert meiri orku samanborið við aðrar gerðir af endurhlaðanlegum rafhlöðum, eins og nikkel-málmhýdríð (NiMH) eða blý-sýrurafhlöður.

Umsókn:Þetta er ástæðan fyrir því að rafknúin farartæki (EVs) geta náð hundruðum mílna/kílómetra drægni.

2. Hár kostnaður-Skilvirkni

Þar sem Li-rafhlöður-sérstaklega sívalar frumur eins og 18650-hafa náð stórfelldri sjálfvirkri framleiðslu,kostnaður á orkueininguer mun lægra en litíum fjölliða (Li-Po) rafhlöður.

3. Lengra líftíma

Iðnaðar-gæða Li-jónarafhlöður eru yfirleitt mjög endingargóðar. Með réttu viðhaldi geta þeir staðist500 til 1.000eða jafnvel fleiri fullhleðslu/hleðslulotur með tiltölulega hægum afköstum.

4. Lágt sjálf-úthleðsluhraði

Ef þú skilur fullhlaðna Li-rafhlöðu eftir í skúffu gæti hún samt haldið yfir 95% af hleðslu sinni eftir mánuð. Aftur á móti gætu eldri NiMH rafhlöður tapað næstum helmingi hleðslu á sama tíma.

5. Lítið viðhald

Þeir þjást ekki af"minni áhrif,"sem þýðir að þú þarft ekki að tæma þau alveg fyrir endurhleðslu, ólíkt eldri rafhlöðutækni.

Ókostir

1. Föst lögun og þyngd

Vegna þess að þau innihalda fljótandi raflausn verða þau að vera umlukin stífri málmskel til að koma í veg fyrir leka. Þetta leiðir til afast form(venjulega sívalur eða rétthyrndur) og kemur í veg fyrir að þær séu gerðar ofur-þunnar eða óreglulegar eins og Li-Po rafhlöður.

2. Öryggisáhætta: Thermal Runaway

Þetta er mikilvægasta áhyggjuefnið. Ef rafhlaðan-skemmist að innan, verður fyrir kröftugum áföllum eða hefur slæma hitaleiðni, getur innri þrýstingur hækkað hratt. Vegna þess að ytri skelin er stífur málmur getur bilun leitt til akröftug sprenging eða eldur, virkar eins og "smásprengja".

3. Hitastig

• Hátt hitastig:Flýttu fyrir innra efnaniðurbroti og getur jafnvel valdið eldi.
• Lágt hitastig:Auka innri viðnám, sem veldur því að rafhlaðan „minnkar“ samstundis (þetta er ástæðan fyrir því að símar deyja hraðar á veturna í köldu loftslagi).

4. Krefst flókinna verndarrása

Sérhver Li-rafhlöðupakka verður að vera búinn aRafhlöðustjórnunarkerfi. Án hennar er rafhlaðan mjög næm fyrir því að kvikna í vegna ofhleðslu eða verða algjörlega óendurheimtanleg vegna of-afhleðslu.

Að velja réttu rafhlöðuna fyrir forritið þitt

Val á milliLitíum-jón (Li-jón)ogLithium Polymer (Li-Po)snýst ekki um hver er "betri" í heildina heldur hver passar við sérstakar takmarkanir verkefnisins þíns.

1. Veldu litíum-jón (Li-jón) ef...

Forgangsverkefni þín eru: Runtime, Budget og Ending.

• Langdrægar rafbílar og rafhjólar-:Þar sem Li-jón hefur meiri orkuþéttleika og lengri líftíma er það staðallinn fyrir farartæki sem þurfa að endast í 5–10 ár.
• Rafmagnsverkfæri:Borar og sagir krefjast harðgerðar. Harðmálmhlíf Li-jónafrumna (eins og 18650) verndar þær fyrir titringi og höggum.
• Vasaljós og rafmagnsbankar:Þessi forrit hafa venjulega nóg pláss fyrir sívalar frumur, sem gerir það að verkum að lægri kostnaður við Li-jón ræður úrslitum.
• Stöðug orkugeymsla:Fyrir sólarafritunarkerfi skiptir þyngd minna máli en „kostnaður á kílóvatt-klst.“ Li-ion vinnur hér.

2. Veldu Lithium Polymer (Li-Po) ef...

Forgangsverkefni þín eru: Form Factor, Þyngd og Peak Power.

• Drónar og fjarskiptatæki:Hvert gramm telur í flugi. Li-Po býður upp á besta afl-til-þyngdarhlutfallsins og getur skilað miklu „sprengi“ straums sem þarf fyrir flugtak og flugtök.
• Fatnaður og snjallsímar:Ef þú ert að hanna slétt tæki þar sem rafhlaðan verður að passa í 3 mm bil eða bogið hlíf er Li-Po eini kosturinn.
• Færanleg lækningatæki:Fyrir búnað sem læknar eða sjúklingar bera, er þyngdarminnkun og þunnur snið Li-Po vel þess virði aukakostnaðarins.

Algengar goðsagnir og ranghugmyndir

Þegar kemur að litíum rafhlöðum eru margar úreltar „þumalputtareglur“ sem eru enn í umferð. Hér eru algengustu goðsagnirnar og raunveruleg vísindi á bak við þær:

1. Goðsögn: Þú verður að hlaða nýjan síma í 12 klukkustundir til að „virkja“ hann.

• Sannleikurinn: Alls ekki nauðsynlegt.„Virkja“ var krafa fyrir gamlar nikkel-kadmíum (NiCd) rafhlöður. Lithium rafhlöður eru þegar virkjaðar meðan á framleiðslu stendur. Þú getur notað og hlaðið þau strax úr kassanum; í raun getur ofhleðsla í langan tíma valdið óþarfa álagi á rafrásina.

2. Goðsögn: Þú verður að keyra rafhlöðuna í 0% fyrir hleðslu til að forðast „Minnisáhrif“.

• Sannleikurinn: Þetta er í rauninni skaðlegt. Lithium rafhlöður hafa ekki minnisáhrif. Þvert á móti hata þeir „djúpar útskriftir“. Ef þú lætur rafhlöðuna þína oft slá 0% og slökkva á henni styttir það endingartíma hennar verulega. Það er best að byrja að hlaða þegar þú hefur ca20% rafhlaða eftir.

3. Goðsögn: Að hlaða símann þinn á einni nóttu mun láta hann springa.

• Sannleikurinn: Almennt nei, en það er betri leið.Nútíma rafeindatækni er með rafhlöðustjórnunarkerfi sem slekkur sjálfkrafa á hástraumnum þegar hann er fullur. Hins vegar, að halda rafhlöðu á 100% í langan tíma skapar "efnafræðilega streitu" sem flýtir fyrir öldrun. Ef tækið þitt styður það er besta aðferðin að nota eiginleika eins og „Bjartsýni rafhlöðuhleðslu“ (sem takmarkar hleðslu við 80% þar til þörf er á).

4. Goðsögn: Að nota símann á meðan hann er í hleðslu skemmir rafhlöðuna.

• Sannleikurinn: Óvinurinn er „Heat“, ekki notkunin sjálf.Ef þú ert bara að vafra á netinu meðan þú hleður hefur það lítil áhrif. Hins vegar, ef þú ert að spilaafkastamiklum-leikjummeðan á hröðu-hleðslu stendur mun síminn mynda mikinn hita. Hátt hitastig er #1 morðinginn á heilsu rafhlöðunnar.

5. Goðsögn: Með því að setja rafhlöður í ísskápinn endast þær lengur.

• Sannleikurinn: Gerðu þetta aldrei!Þó kalt hitastig geti hægt á sjálf-úthleðslu, þá erraka og þéttinguinni í ísskáp getur auðveldlega valdið skammhlaupi eða tæringu. Að geyma þau á köldum, þurrum stað (um 20 gráður / 68 gráður F) er rétta aðferðin.

Niðurstaða

Lithium-Ion og Lithium Polymer rafhlöðurhver skara fram úr á sínu sviði og skilningur á sérstökum eiginleikum þeirra er lykillinn að því að taka upplýst val á valdi. Li-rafhlöður ráða ríkjum í forritum þar sem kostnaður, langlífi og hráorkugeta skipta mestu máli-ef rafknúin farartæki, rafmagnsverkfæri og kyrrstæð geymsla.

Á sama tíma eru Li-Po rafhlöður æðsta í aðstæðum sem krefjast ofur-léttrar þyngdar, sérsniðinna forma og hás afhleðsluhraða-eins og dróna, snjallsíma og wearables. Hvorug tæknin er almennt „betri“; ákjósanlegasta valið fer alltaf eftir sérstökum forgangsröðun þínum: fjárhagsáætlun, plásstakmörkunum, þyngdartakmörkunum og frammistöðukröfum.