Li-Ion Аккумулятор 

Литий — наиболее химически активный металл. На его основе работают современные источники питания для ноутбуков. Практически все высокоплотные источники питания используют литий в силу его химических свойств. Килограмм лития способен хранить 3860 ампер-часов. Для сравнения, показатель цинка — 820, а у свинца — и вовсе 260. В зависимости от типа анода, литиевые элементы могут создавать напряжение от полутора до 3,6 вольт, что выше, чем у любых других элементов. Проблема заключалась в том, что литий слишком активен. Литий является самым легким металлом, в то же время он обладает и сильно отрицательным электрохимическим потенциалом. Благодаря этому литий характеризуется наибольшей теоретической удельной электрической энергией. Вторичные источники тока на основе лития обладают высоким разрядным напряжением и значительной емкостью.

Первые работы по литиевым аккумуляторам были осуществлены Г. Н. Льюисом (G.N. Lewis) в 1912 году. Однако, только в 1970 году появились первые коммерческие экземпляры первичных литиевых источников тока. Попытки разработать перезаряжаемые литиевые источники тока предпринимались еще в 80е годы, но были неудачными из-за невозможности обеспечения приемлемого уровня безопасности при обращении с ними. В результате исследований, проведенных в 80х годах, было установлено, что в ходе циклирования источника тока с металлическим литиевым электродом, на поверхности лития формируются дендриты. Прорастание дендрита до положительного электрода и возникновение короткого замыкания внутри литиевого источника тока является причиной выхода элемента из строя. При этом температура внутри аккумулятора может достигать температуры плавления лития (180^оС). В результате бурного химического взаимодействия лития с электролитом происходит взрыв. Так, большое количество литиевых аккумуляторов поставленных в Японию в 1991г., было возвращено производителям после того, как в результате взрывов элементов питания сотовых телефонов от ожогов пострадали несколько человек.

Производители аккумуляторов постарались использовать литий в виде ионов. В попытке создать безопасный источник тока на основе лития, исследования привели к замене неустойчивого при циклировании металлического лития в аккумуляторе на соединения внедрения лития в угле и оксидах переходных металлов. Таким образом, им удалось получить все полезные электрохимические качества, не связываясь с капризной металлической формой. В литий-ионных элементах ионы лития связаны молекулами других материалов. Наиболее популярными материалами для создания литий-ионных аккумуляторов в настоящее время являются графит и литийкобальтоксид (LiCoO2). В таком источнике тока в ходе заряда-разряда ионы лития переходят из одного электрода внедрения в другой и наоборот. Хотя эти электродные материалы обладает в несколько раз меньшей по сравнению с литием удельной электрической энергией, при этом аккумуляторы на их основе являются достаточно безопасными при условии соблюдения некоторых мер предосторожности в ходе заряда-разряда. В 1991, фирма Sony начала коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов и в настоящее время является их самым крупным поставщиком.

Удельные характеристики литий-ионных аккумуляторов по крайней мере вдвое превышают аналогичные показатели никель-кадмиевых аккумуляторов и хорошо характеризуют себя при работе на больших токах, что необходимо, например, при использовании данных аккумуляторов в сотовых телефонах и портативных компьютерах. Литий-ионные аккумуляторы имеют достаточно низкий саморазряд (2—5% в месяц). Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента. При соблюдении этих предосторожностей, возможность образования металлического лития на поверхности электродов в ходе эксплуатации (что наиболее часто приводит к нежелательным последствиям), практически устранена.

По материалу отрицательного электрода литий-ионные аккумуляторы можно разделить на два основных типа: - с отрицательным электродом на основе кокса (фирма Sony) - и на основе графита (большинство других изготовителей). Источники тока с отрицательным электродом на основе графита имеют более плавную разрядную кривую с резким падением напряжения в конце разряда, по сравнению с более пологой разрядной кривой аккумулятора с коксовым электродом. Поэтому, в целях получения максимально возможной емкости, конечное напряжение разряда аккумуляторов с коксовым отрицательным электродом обычно устанавливают ниже (до 2,5V), по сравнению с аккумуляторами с графитовым электродом (до 3V). Кроме того, аккумуляторы с графитовым отрицательным электродом способны обеспечить более высокий ток нагрузки и меньший нагрев во время заряда и разряда, чем аккумуляторы с коксовым отрицательным электродом. Производители непрерывно совершенствуют технологию литий-ионных аккумуляторов. Идет постоянный поиск и совершенствование материалов электродов и состава электролита. Параллельно предпринимаются усилия для повышения безопасности литий ионных аккумуляторов как на уровне отдельных источников тока, так и на уровне управляющих электрических схем.

Литий-ионные аккумуляторы являются наиболее дорогими из доступных сегодня на рынке. Совершенствование технологии производства и замена оксида кобальта на менее дорогой материал может приведет к уменьшению их стоимости на 50% в течение ближайших нескольких лет. Продолжается развитие других литий-ионных технологий, о чем говорят опубликованные результаты исследований. Так, согласно данным FujiFilm, разработанный этой фирмой аморфный композиционный окисный материал на основе олова для отрицательного электрода способен обеспечить в 1,5 раза более высокую электрическую емкость по сравнению с аккумуляторами со стандартным углеродным электродом. Возможные преимущества аккумуляторов с этим материалом заключаются в большей безопасности, более быстром заряде, хороших разрядных характеристиках и высокой эффективности при низкой температуре. Недостатки на ранних этапах исследований обычно не упоминаются. Литий-ионные аккумуляторы обладают очень высокой удельной энергией. Соблюдайте осторожность при обращении и тестировании. Не допускайте короткого замыкания аккумулятора, перезаряда, разрушения, разборки, протыкания металлическими предметами, подключения в обратной полярности, не подвергайте их воздействию высоких температур. Это может нанести Вам физический ущерб.

Эксплуатация Li-Ion батареи

Следует отметить, что в разных устройствах такие батареи ведут себя по-разному. Но некоторые общие свойства у них всех одинаковы. Если Вы приобрели новое устройство, то аккумулятор, скорее всего там разряжен, или заряжен не полностью. Первое, что Вам необходимо сделать — это полностью его зарядить. И первое, что Вам на этот счет посоветует продавец — «Заряжайте его целую ночь, или лучше сутки!". Чушь. Причем полная! Ведь всем известно, что литиевая батарея — «интеллектуальная». Внутри нее содержатся специальные контроллеры, которые отключают батарею от зарядки при определенном уровне напряжения. И дальше она не заряжается. Поэтому и нет смысла заряжать ее после полной зарядки. Единственное, что бывает у новых батарей — так это если она отключается от зарядки аномально рано (до часа, например — в зависимости от емкости и от зарядного устройства). В таких случаях советуют вынуть батарею из устройства (отсоединить) и снова вставить, после чего проследить, чтобы она нормально заряжалась. Также если батарея у Вас заряжается аномально долго (до суток, например) — то она однозначно неисправна и нуждается в немедленном ремонте. После полной зарядки новый аккумулятор должен быть полностью разряжен. Цикл полной зарядки — разрядки рекомендуют повторить раза 3 — 4. Это называют «раскачкой» батареи, в результате чего она приобретает максимальную емкость. Увлекаться, однако, нельзя. Необходимо помнить, что такого типа батареи боятся как перезаряда, так и переразряда. Как уже упоминалось, в них уже встроены контроллеры, которые предостерегают от перезаряда. Также туда встроены и контроллеры, предостерегающие от переразряда. У мобильных телефонов, например, производителем закладывается некоторый процент емкости, ниже которого происходит отключение телефона контроллерами, несмотря на то, что реально батарея разряжена не полностью. В то же время в ноутбуках также есть и те, и другие контроллеры, но контроллер, предостерегающий от переразряда — управляемый. В настройках энергосбережения системы мы можем установить, при достижении какого процента заряда батареи необходимо произвести отключение либо переход в спящий режим. Рекомендуемый предел — 5—10 %. Настоятельно рекомендуют не понижать этот предел ниже 3 %, а тем более не отключать его! Потому что отключение системы при полном разряде батареи может повлечь за собой кроме простой неисправности батареи также и неисправность всей системы энергосбережения компьютера.

При этом всем утверждают, что нельзя проводить полную аналогию между батареями одинаковых типов в разных устройствах. Обусловлено это опять — таки, разностью между расположением вышеупомянутых контроллеров в каждом конкретном устройстве. Например, в мобильных телефонах, сам аккумулятор имеет небольшой размер, и поэтому технологически проще расположить контроллеры напряжения в самом телефоне, в то время как аналогичные контроллеры в ноутбуках помещаются в саму батарею — там, конечно, она и больше, и тяжелее. Естественно, что в этих изделиях работа устройств, контролирующих уровень напряжения в батарее, будет различной. Из-за непонимания этого момента можно часто встретить утверждение, что режим эксплуатации литиевой батареи в мобильном телефоне, проверенный на личном опыте, также будет максимально подходящим и для ноутбука с литиевой батареей. Повторимся — это ошибочное мнение.

Так, литиевые батареи в ноутбуках нужно стараться использовать максимально редко. Имеется ввиду, если у Вас есть выбор — работать от сети либо же в автономном режиме, «для тренировки» — однозначно склоняйтесь в сторону последнего. При всем этом рекомендуется раз в несколько месяцев (иногда говорят раз в месяц) проводить цикл разряд (до 5—10 %) — полный заряд. Это поможет батарее максимально сохранять свою емкость.

Также нужно обратить внимание на некоторые особенности, связанные с эксплуатацией батарей в ноутбуках (мы не говорим о мобильных телефонах — там структура батарей намного проще и особенностей в работе меньше). Следующие утверждения могут показаться тривиальными и смешными опытному пользователю — однако начинающему незнание некоторых простых моментов может вылиться в проблемы посерьезней, или просто беспокойство… Итак

При зарядке и разрядке (т. е. автономной работе) аккумуляторная батарея нагревается — это абсолютно нормально и обусловлено выделением тепла в результате химических процессов, которые происходят в батарее.

При постоянной работе от сети, заряд аккумулятора может незначительно уменьшаться. Это происходит также, если батарея не используется некоторое время и отсоединена от компьютера. Явление это называют саморазрядом батареи и тоже считают это нормальным, не приносящим вред батарее процессом.

Эксплуатировать батареи данного типа можно только в интервале температур +(5 — 45) градусов по Цельсию (оптимально — + (15 — 25) градусов). Ни в коем случае не включайте ноутбук на морозе! Также после длительного пребывания на морозе батарея должна успеть нагреться до нормальной температуры. Не включайте ноутбук сразу после прихода домой, если на дворе — зима! Также литиевые батареи портятся от повышенной температуры. Поэтому при эксплуатации ноутбука размещать его нужно таким образом, чтобы была возможность нормального теплоотвода (свободное выдувание воздуха кулером на процессоре). Ибо ухудшение теплоотвода влечет за собой повышение температура внутри корпуса ноутбука, а это и процессор, и батарея, и жесткий диск… Особое внимание на проблему перегрева должны обращать владельцы небольших ноутбуков.

Ни в коем случае нельзя допускать замыкания между клеммами батареи! Это с необходимостью повлечет за собой неисправность последней. Поэтому, извлекая батарею из устройства, помещайте ее в отдельную упаковку (полиэтиленовый пакет) для избегания любых контактов с другими предметами.

Для длительного хранения (от месяца) батарею рекомендуется отсоединять от ноутбука и хранить отдельно в прохладном месте в полузаряженном состоянии (40 — 80) %. То же самое рекомендуют и в случае мобильных телефонов.

Если Вы заметили неисправность батареи — нужно немедленно нести ее в ремонт. Недельное промедление может стоить Вам новой батареи!

Не пытайтесь заряжать свою батарею от неоригинальных зарядных устройств.

Ресурс Li-Ion аккумуляторов

Теперь рассмотрим еще один интересный момент. Для разных марок и емкостей литиевых аккумуляторных батарей существует гарантированное производителем количество циклов заряд — разряд, которые аккумулятор должен отработать при соблюдении правил его эксплуатации.

Цифры встречаются разные, но колеблются они в основном от 400 до 1000. Что же получается? Наивно хотелось бы думать, что если работать постоянно от сети, то аккумулятор никогда не придет в непригодность! Однако, это не так. К сожалению, все литиевые аккумуляторы имеют также и временное ограничение. Встречаются цифры от 1 до 4 лет. Таким образом, независимо от способа эксплуатации, ваш аккумулятор придет в негодность по истечении не более 4 лет с момента производства. Но, как показывает практика, аккумулятор теряет почти всю свою емкость гораздо ранее. Наверное, основной причиной для этого является несоблюдение всех правил эксплуатации. Считается нормальным, если аккумулятор прослужила Вам год — полтора.

Посмотрим, что же утверждается, когда говорится о ресурсе аккумулятора в терминах количества циклов заряд — разряд. Здесь имеется ввиду количество полных циклов заряда — разряда, т. е. заряда до 100% и разряда до 3% (тут о цифрах можно говорить только с некоторой степенью приближения). Таким образом, производя раз в месяц плановую «профилактику» аккумулятора, мы осознанно лишаем ее еще одного цикла в ее жизни. Но не стоит этого пугаться. Если мы разрядили аккумулятор наполовину, а потом зарядили, то мы забрали у нее лишь полцикла. При последующей разрядке, скажем на 25%, мы списываем с ее жизни еще четверть полного цикла. Таким образом, если есть возможность подзаряжать аккумулятор, не допуская ее большего разряда — именно так нужно и поступить. Другими словами, литиевый аккумулятора можно как моно чаще заряжать и стараться держать в зараженном состоянии, нежели в полуразряженном.

Меры безопасности при эксплуатации литий-ионных аккумуляторов

Для предотвращение утечки электролита, нагрева и взрыва собдюдайте следующие меры предосторожности:

Не погружайте аккумулятор в воду. Храните его в сухом прохладном месте, если не используете его по назначению.

Не используйте и не оставляйте аккумулятор вблизи источников открытого огня или тепла.

При заряде используйте только предназначенные для данного аккумулятора зарядные устройства.

Не меняйте полярность расположения выводов аккумулятора.

Не подключайте аккумулятор к устройствам, не предназначенным для питания от него.

Не бросайте аккумулятор в огонь и не нагревайте его.

Не замыкайте накоротко положительный и отрицательный выводы аккумулятора металлическими предметами или проводами.

Не храните аккумулятор вместе с металлическими предметами, такими как скрепки, шпильки и т. п. 

Не сдавливайте, не бросайте и не подвергайте аккумулятор механическим воздействиям.

Не паяйте аккумулятор непосредственно, не прокалывайте его острыми предметами.

Внимание

Не используйте и не храните аккумулятор при очень высокой температуре (например в условиях воздействия прямых солнечных лучей или в автомобиле). В противном случае аккумулятор может перегреться, его состояние будет деградировать и срок службы сокращаться.

Не используйте аккумулятор в условиях статического электричества. В противном случае устройства защиты аккумулятора могут выйти из строя и возникнут проблемы безопасного использования аккумулятора.

Если произошла утечка электролита и произошло попадание его в глаза, то не трите глаза, промойте их чистой проточной водой и немедленно обратитесь к врачу. В противном случае это может вызвать частичную или полную потерю зрения.

Если при использовании или заряде аккумулятора выделяется специфический запах, тепло, происходит деформирование корпуса или его обесцвечивание — немедленно удалите аккумулятор из устройства и прекрати его эксплуатацию.

Если выводы аккумулятора загрязнились — протрите их перед использованием сухой чисто тканью. В противном случае могут возникнут проблемы при использовании в режимах повышенной токоотдачи.

Продление работы аккумулятора в ноутбуке. Основные советы

После того, как вы купили новое устройство, будь то телефон, ноутбук, MP3-плеер или мобильный телефон, не начинайте использовать его с минимальным зарядом. Сначала полностью зарядите устройство.

Если вы полностью разрядили li ion аккумулятор, то не оставляйте его надолго в таком состоянии!

Лучше не держать ноутбук постоянно подключённым к сети. И дело не только в том, что хранение аккумулятора с полным зарядом понижает ёмкость, но и в перегреве аккумулятора, что снижает эффективность зарядки и срок службы батареи.

Если вы будете обращаться с аккумулятором аккуратно, то через 300 циклов зарядки сможете сохранить около 80% от первоначальной ёмкости.

Хранить аккумулятор можно при более высоких/низких температурах (от -25°C до 45°C), но чем выше температура, тем большую ёмкость будет терять батарея со временем.

Если вы знаете, что не будете пользоваться аккумулятором несколько месяцев, зарядите его на уровень 40—50%, чтобы продлить срок службы.

Если аккумулятор долгое время хранится при высокой температуре, то он необратимо теряет ёмкость, так что не оставляйте батарею на солнце или в машине в жаркий день. Используйте функции энергосбережения.

Если у вас установлена Windows или Mac, не забывайте активировать опции управления энергосбережением в системе, чтобы автоматически отключать устройства и компоненты.

Сделайте так, чтобы при закрытии крышки ноутбука он уходил в спящий режим (hybernate), а не в ждущий режим (stand by/suspend).

Отключайте (Disable) ненужное оборудование, чтобы сэкономить энергию. Или создавайте соответствующий профиль.

Отключите любую ненужную периферию: карты PC Card, CD/DVD и флэш-карточки, если вы закончили с ними работу.

Радиомодули Wi-Fi и Bluetooth тоже потребляют энергию, пусть даже вы не работаете в беспроводной сети, поэтому тоже отключайте их, если они не нужны.

Закройте приложения, которые вам не нужны, отключите проверку орфографии, а также остановите службы Windows, которые не требуются. Вместо ручного закрытия можно создать пакетный файл (.cmd) с командами «NET STOP» для остановки служб или «TASKKILL /F /T /IM» для завершения приложений.

Некоторые обновления BIOS включают в себя улучшения, связанные с энергопотреблением. Патчи Windows Update и Apple Software Update тоже иногда улучшают работу от аккумуляторов (например, исправляют ситуацию с чрезмерным энергопотреблением интерфейса USB 2).

Не забывайте регулярно дефрагментировать жёсткий диск. Чем эффективнее файлы будут храниться на жёстком диске, тем меньше он будет выполнять операций перехода к следующему фрагменту файла.

Добавление оперативной памяти снижает зависимость Windows от виртуального файла подкачки на жёстком диске.

Когда аккумулятор перестал держать заряд, его можно отнести в фирмы занимающиеся восстановлением аккумуляторов вы получите новую батарею за меньшие деньги.