¿Cuál es la diferencia entre las baterías de polímero de litio y las de iones de litio? Baterías de polímero de litio

Casi todos los aparatos electrónicos modernos están equipados con baterías de polímero de litio. Se utilizan ampliamente en modelos, cuadricópteros, helicópteros y aviones controlados por radio. Las baterías de polímero de litio tienen muchas ventajas, entre ellas una alta densidad de energía, una baja autodescarga y la ausencia del llamado "efecto memoria".

Como resultado, para los modelos con unidades de potencia Li Pol, prácticamente no existe una alternativa digna a la batería. Se espera que se utilicen cada vez más, especialmente en áreas como vehículos aéreos no tripulados, vehículos eléctricos, etc.

A pesar de todas las ventajas, las baterías LiPol tienen fama de ser fuentes de energía caprichosas, peligrosas y de corta duración. De hecho, estas deficiencias son algo exageradas. Si se utiliza correctamente, los problemas se reducirán al mínimo.

Reglas de carga

Para garantizar que no haya problemas en el funcionamiento de la fuente de alimentación, es necesario cargar correctamente las baterías LiPo. De lo contrario, existe un alto riesgo de daños e incluso de combustión espontánea. Veamos cómo cargar correctamente una batería de polímero de litio para evitar posibles problemas:

• No es posible cargar una batería LiPo con ningún cargador, ya que requiere cargadores especiales. Esto se debe a las peculiaridades del proceso de carga de dos fases.

• La carga de las baterías Li Pol se realiza en dos fases (método CC-CV). En la primera etapa, aumenta el voltaje en todos los bancos de baterías. Al final de la fase alcanza los 4,2 Voltios. De hecho, en este punto la carga de las baterías Li Pol llega al 95%. Entonces comienza la segunda fase. Para evitar la sobrecarga, que es perjudicial para una batería de polímero de litio, se reduce la corriente. Si el voltaje supera los 4,25 voltios, aumenta el riesgo de combustión espontánea.
• No se recomienda permitir que la fuente de alimentación se descargue por completo antes de recargarla; debe quedar entre un 10 y un 20%, de lo contrario fallará rápidamente;
• Es importante asegurarse de que el voltaje no baje de 3 voltios en cada banco. Con tal disminución de voltaje, existe un alto riesgo de que la batería se hinche. En este caso, una batería LiPo hinchada perderá más del 50% de su capacidad. Si una batería LiPo está hinchada, basta con tirarla a la basura; la pérdida de capacidad es irreversible.

El hecho de que las fuentes de alimentación de polímero de litio se hinchen es uno de los graves problemas en su funcionamiento. Todos los bancos deben cobrar y liquidar de manera uniforme. En este caso, el cargador de baterías de polímero de litio monitorea solo el voltaje total, pero con una gran variedad de indicadores, la probabilidad de que la batería LiPo esté hinchada aumenta significativamente. Esto también provoca una sobrecarga de las latas individuales, lo que aumenta el riesgo de combustión espontánea.

Para solucionar este problema, la carga de las baterías Li Pol se debe realizar mediante un balanceador que sea capaz de monitorear el voltaje en cada banco, o un cargador con balanceador incorporado. No cargue la fuente de alimentación de un cargador temporizador. Si la corriente es insuficiente, el cargador se apagará sin cargarse completamente. La corriente de carga no debe exceder 1C ni ser inferior a 0,5C. También debe recordar que cuanto mayor sea la capacidad de la batería LiPo, más tardará en cargarse.

Operación

Para prolongar la vida útil de los dispositivos Li Pol, o al menos no acortarla, también es importante un uso adecuado de las baterías. Cuando carguemos la fuente de alimentación no debemos permitir que se caliente por encima de los 60 grados. Si se produce calentamiento, se debe dejar que la batería se enfríe antes de usarla. Tampoco debes cargar un disco sobrecalentado.

No se debe dejar almacenada una batería completamente descargada. Asegúrate de cargarlo. Los indicadores más óptimos son el 60%. En general, si se siguen estas sencillas reglas, no hay problemas al utilizar baterías de polímero de litio.

Las tecnologías de producción de baterías no se detienen y poco a poco las baterías de Ni-Cd (níquel-cadmio) y Ni-MH (níquel-hidruro metálico) están siendo reemplazadas en el mercado por baterías basadas en tecnología de litio. Las baterías de polímero de litio (Li-Po) y de iones de litio (Li-ion) se utilizan cada vez más como fuente de energía en diversos dispositivos electrónicos.

Litio- Metal blanco plateado, blando y dúctil, más duro que el sodio, pero más blando que el plomo. ¡El litio es el metal más ligero del mundo! Su densidad es de 0,543 g/cm3. Se puede procesar presionando y enrollando. Los depósitos de litio se encuentran en Rusia, Argentina, México, Afganistán, Chile, Estados Unidos, Canadá, Brasil, España, Suecia, China, Australia, Zimbabwe y Congo.

Excursión a la historia.

Los primeros experimentos para crear baterías de litio comenzaron en 1912, pero sólo seis décadas después, a principios de los años 70, se introdujeron por primera vez en los dispositivos domésticos. Además, permítanme enfatizar que eran solo baterías. Los intentos posteriores de desarrollar baterías de litio (baterías recargables) fracasaron por motivos de seguridad. El litio, el más ligero de todos los metales, tiene el mayor potencial electroquímico y proporciona la mayor densidad de energía. Las baterías que utilizan electrodos de metal de litio se caracterizan por su alto voltaje y excelente capacidad. Pero como resultado de numerosos estudios realizados en los años 80, se encontró que el funcionamiento cíclico (carga - descarga) de las baterías de litio provoca cambios en el electrodo de litio, como resultado de lo cual disminuye la estabilidad térmica y existe una amenaza de deterioro del estado térmico. descontrolarse. Cuando esto sucede, la temperatura del elemento se acerca rápidamente al punto de fusión del litio y comienza una reacción violenta que enciende los gases liberados. Por ejemplo, un gran número de baterías de litio para teléfonos móviles enviadas a Japón en 1991 fueron retiradas del mercado después de varios incidentes de incendio.

Debido a la inestabilidad inherente del litio, los investigadores han centrado su atención en las baterías de litio no metálicas basadas en iones de litio. Al jugar un poco con la densidad de energía y tomar algunas precauciones al cargar y descargar, se les ocurrió las llamadas baterías de iones de litio (Li-ion), más seguras.

La densidad de energía de las baterías de iones de litio suele ser varias veces mayor que la de las baterías estándar de NiCd y NiMH. Gracias al uso de nuevos materiales activos, esta superioridad aumenta cada año. Además de su gran capacidad, las baterías de iones de litio se comportan de manera similar a las de níquel cuando se descargan (sus características de descarga son similares y solo difieren en el voltaje).

Hoy en día existen muchas variedades de baterías de iones de litio y se puede hablar durante mucho tiempo sobre las ventajas y desventajas de un tipo u otro, pero es imposible distinguirlas por su apariencia. Por lo tanto, señalaremos solo las ventajas y desventajas que son características de todos los tipos de estos dispositivos y consideraremos las razones que llevaron al nacimiento de las baterías de polímero de litio (Li-Po).

La batería de iones de litio era buena para todos, pero los problemas para garantizar la seguridad de su funcionamiento y su alto costo llevaron a los científicos a crear una batería de polímero de litio (Li-pol o Li-po).

Su principal diferencia con el Li-ion se refleja en el nombre y radica en el tipo de electrolito utilizado. Inicialmente, en los años 70, se utilizaba un electrolito polimérico sólido seco, similar a una película plástica y que no conducía la electricidad, pero permitía el intercambio de iones (átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente). El electrolito polimérico reemplaza efectivamente a los tradicionales separadores porosos impregnados con electrolito, por lo que tienen una carcasa de plástico flexible, son más livianos, tienen mayor salida de corriente y pueden usarse como baterías de energía para dispositivos con potentes motores eléctricos.

Este diseño simplifica el proceso de producción, se caracteriza por una mayor seguridad y permite la producción de baterías delgadas de cualquier forma. El espesor mínimo del elemento es de aproximadamente un milímetro, por lo que los desarrolladores del equipo tienen libertad para elegir la forma, la forma y el tamaño, incluyendo incluso su implementación en fragmentos de ropa.

Beneficios clave

• Las baterías de iones de litio y de polímero de litio, con el mismo peso, tienen una intensidad energética superior a las baterías de níquel (NiCd y Ni-MH).
• Baja autodescarga
• Alto voltaje por celda (3,6-3,7 V frente a 1,2 V-1,4 para NiCd y NiMH), lo que simplifica el diseño; a menudo, la batería consta de una sola celda. Muchos fabricantes utilizan esta batería de una sola celda en varios dispositivos electrónicos compactos (teléfonos móviles, comunicadores, navegadores, etc.)
• Grosor del elemento a partir de 1 mm.
• Posibilidad de obtener formularios muy flexibles

Defectos

• La batería está sujeta a envejecimiento, incluso si no se usa y simplemente se encuentra en un estante. Por razones obvias, los fabricantes guardan silencio sobre este problema. El reloj empieza a correr desde el momento en que las baterías se producen en fábrica, y la disminución de capacidad es el resultado de un aumento de la resistencia interna, que a su vez se genera por la oxidación del electrolito. Con el tiempo, la resistencia interna alcanzará un nivel en el que la batería ya no podrá suministrar la energía almacenada, aunque haya suficiente energía en la batería. Después de dos o tres años, a menudo queda inutilizable.
• Mayor coste en comparación con las baterías NiCd y Ni-MH
• Cuando se utilizan baterías de polímero de litio, siempre existe el riesgo de ignición, que puede ocurrir debido a contactos en cortocircuito, carga inadecuada o daños mecánicos a la batería. Dado que la temperatura de combustión del litio es muy alta (varios miles de grados), puede encender objetos cercanos y provocar un incendio.

Principales características de las baterías Li-Po

Como se mencionó anteriormente, las baterías de polímero de litio con el mismo peso tienen una intensidad energética varias veces mayor que las baterías de NiCd y Ni-MH. La vida útil de las baterías Li-Po modernas, por regla general, no supera los 400-500 ciclos de carga y descarga. A modo de comparación, la vida útil de las baterías Ni-MH modernas con baja autodescarga es de 1000 a 1500 ciclos.

Las tecnologías para la producción de baterías de litio no se detienen y las cifras anteriores pueden perder relevancia en cualquier momento, porque Los fabricantes de baterías aumentan cada mes sus características mediante la introducción de nuevos procesos tecnológicos para su producción.

De la variedad de baterías de polímero de litio disponibles para la venta, se pueden distinguir dos grupos principales: descarga rápida(Hola alta) y común. Se diferencian entre sí en la corriente máxima de descarga: se indica en amperios o en unidades de capacidad de la batería, designadas con la letra "C".

Áreas de aplicación de las baterías Li-Po

El uso de baterías Li-Po le permite resolver dos problemas importantes: aumentar la vida útil de los dispositivos y reducir el peso de la batería.

Regular Las baterías Li-Po se utilizan como fuente de energía en dispositivos electrónicos con un consumo de corriente relativamente bajo (teléfonos móviles, comunicadores, ordenadores portátiles, etc.).

Descarga rápida Las baterías de polímero de litio a menudo se denominan " por la fuerza"- estas baterías se utilizan para alimentar dispositivos con un alto consumo de corriente. Un ejemplo sorprendente del uso de baterías Li-Po "eléctricas" son los modelos radiocontrolados con motores eléctricos y los coches híbridos modernos. Es en este segmento de mercado donde tiene lugar la principal competencia entre los distintos fabricantes de baterías Li-Po.

La única área donde las baterías de polímero de litio siguen siendo inferiores a las de níquel es el área de corrientes de descarga súper altas (40-50C). En términos de precio, en términos de capacidad, las baterías de polímero de litio cuestan aproximadamente lo mismo que las de NiMH. Pero en este segmento del mercado ya han aparecido competidores: (Li-Fe), cuya tecnología de producción se desarrolla día a día.

Carga de baterías Li-Po

La mayoría de las baterías Li-Po se cargan mediante un algoritmo bastante simple: desde una fuente de voltaje constante de 4,20 V/celda con un límite de corriente de 1 C (algunos modelos de baterías Li-Po modernas permiten cargarlas con una corriente de 5 C). . La carga se considera completa cuando la corriente cae a 0,1-0,2C. Antes de cambiar al modo de estabilización de voltaje con una corriente de 1C, la batería gana aproximadamente entre el 70 y el 80% de su capacidad. La carga completa tarda entre 1 y 2 horas. El cargador está sujeto a requisitos bastante estrictos en cuanto a la precisión del mantenimiento del voltaje al final de la carga, no peor que 0,01 V/elemento.
De los cargadores en el mercado, se pueden distinguir dos tipos principales: cargadores simples, no "para computadora", en la categoría de precios de 10 a 40 dólares, diseñados solo para baterías de litio, y cargadores universales en la categoría de precios de 80 a 400 dólares, diseñados para servir varios tipos de baterías.

Los primeros, por regla general, solo tienen una indicación de carga LED; el número de latas y la corriente en ellas se configuran mediante puentes o conectando la batería a varios conectores del cargador. La ventaja de estos cargadores es su bajo precio. El principal inconveniente es que algunos de estos dispositivos no pueden detectar correctamente el final de la carga. Determinan solo el momento de transición del modo de estabilización de corriente al modo de estabilización de voltaje, que es aproximadamente el 70-80% de la capacidad.

El segundo grupo de cargadores tiene capacidades mucho más amplias; por regla general, todos muestran el voltaje, la corriente y la capacidad en mAh que la batería "aceptó" durante el proceso de carga, lo que le permite determinar con mayor precisión qué tan cargada está la batería. Cuando se utiliza un cargador, lo más importante es configurar correctamente la cantidad requerida de latas en la batería y la corriente de carga en el cargador, que generalmente es 1C.

Funcionamiento y precauciones de la batería Li-Po

Se puede decir con seguridad que las baterías de polímero de litio son las más "delicadas" de las que existen, es decir, requieren el cumplimiento obligatorio de varias reglas simples. Los enumeramos en orden descendente de peligro:

1. Recarga de batería: cárguela a un voltaje superior a 4,20 V por celda
2. Cortocircuito de la batería
3. Descarga con corrientes que exceden la capacidad de carga o que provocan un calentamiento de la batería Li-Po por encima de 60°C
4. Descarga por debajo de 3 V de voltaje por frasco.
5. Calentamiento de la batería por encima de 60ºС
6. Despresurización de la batería
7. Almacenamiento en estado descargado

El incumplimiento de los primeros tres puntos provoca un incendio, todos los demás, una pérdida total o parcial de capacidad.

De todo lo dicho se pueden sacar las siguientes conclusiones:

• Para evitar un incendio, es necesario disponer de un cargador normal y configurar correctamente el número de latas a cargar en él.
• También es necesario utilizar conectores que excluyan la posibilidad de cortocircuito de la batería y controlen la corriente consumida por el dispositivo en el que está instalada la batería Li-Po.
• Debe asegurarse de que su dispositivo electrónico en el que está instalada la batería no se sobrecaliente. A +70ºС, comienza una "reacción en cadena" en la batería, que convierte la energía almacenada en ella en calor, la batería literalmente se propaga, prendiendo fuego a todo lo que puede arder.
• Si cortocircuita una batería casi descargada, no habrá fuego, “morirá” silenciosa y pacíficamente debido a una sobredescarga;
• Controle el voltaje al final de la descarga de la batería y asegúrese de apagarla después de su uso.
• La despresurización también es la causa del fallo de las baterías de litio. No debe entrar aire en el elemento. Esto puede suceder si el paquete protector exterior (la batería está sellada en un paquete como un tubo termorretráctil) se daña debido a un impacto, o si se daña con un objeto punzante, o si el terminal de la batería se sobrecalienta gravemente durante la soldadura. Conclusión: no se caiga desde una gran altura y suelde con cuidado
• A juzgar por las recomendaciones de los fabricantes, las baterías deben almacenarse con una carga del 50-70%, preferiblemente en un lugar fresco, a una temperatura que no exceda los 30°C. El almacenamiento descargado tiene un impacto negativo en la vida útil. Como todas las baterías, las de polímero de litio presentan una ligera autodescarga.

Conjunto de batería Li-Po

Para obtener baterías con alta salida de corriente o alta capacidad, se utiliza la conexión de baterías en paralelo. Si compra una batería ya preparada, mediante la marca podrá saber cuántas latas contiene y cómo están conectadas. La letra P (paralela) después del número indica la cantidad de latas conectadas en paralelo y S (en serie), en serie. Por ejemplo, "Kokam 1500 3S2P" se refiere a una batería conectada en serie con tres pares de baterías, y cada par está formado por dos baterías conectadas en paralelo con una capacidad de 1500 mAh, es decir. La capacidad de la batería será de 3000 mAh (cuando se conecta en paralelo, la capacidad aumenta) y el voltaje será de 3,7 V x 3 = 11,1 V.

Si compra baterías por separado, antes de conectarlas a una batería debe igualar sus potenciales, especialmente para la opción de conexión en paralelo, ya que en este caso un banco comenzará a cargar el otro y la corriente de carga puede exceder 1C. Es recomendable descargar todos los bancos comprados a 3 V con una corriente de aproximadamente 0,1-0,2 C antes de conectarlos. El voltaje debe controlarse con un voltímetro digital con una precisión de al menos el 0,5%. Esto garantizará un rendimiento fiable de la batería en el futuro.

También es recomendable realizar una ecualización (equilibrio) de potencial incluso en baterías de marca ya ensambladas antes de su primera carga, ya que muchas empresas que ensamblan celdas en una batería no las equilibran antes del ensamblaje.

Debido a la disminución de capacidad como resultado del funcionamiento, en ningún caso se deben agregar nuevos bancos en serie con los antiguos; la batería se desequilibrará.

Por supuesto, tampoco se pueden combinar baterías de capacidades diferentes, incluso similares, en una batería, por ejemplo, 1800 y 2000 mAh, así como usar baterías de diferentes fabricantes en una batería, ya que diferentes resistencias internas provocarán un desequilibrio de la batería.

Al soldar, debe tener cuidado; no debe permitir que los terminales se sobrecalienten; esto puede romper el sello y "matar" permanentemente una batería que aún no se ha utilizado. Algunas baterías Li-Po vienen con piezas de una placa de circuito impreso de textolita ya soldadas a los terminales para facilitar el cableado. Esto agrega peso adicional (aproximadamente 1 g por elemento, pero se necesitan mucho más tiempo para calentar los lugares para soldar los cables); la fibra de vidrio no conduce bien el calor. Los cables con conectores deben fijarse al cuerpo de la batería, al menos con cinta adhesiva, para no romperlos accidentalmente al conectarlos al cargador varias veces.

Los matices del uso de baterías Li-Po.

Daré algunos ejemplos más útiles que se derivan de lo dicho anteriormente, pero que no son obvios a primera vista...

Durante una batería de larga duración, sus elementos, debido a la pequeña dispersión inicial de capacidades, se desequilibran: algunos bancos "envejecen" antes que otros y pierden su capacidad más rápidamente. Con una mayor cantidad de latas en la batería, el proceso es más rápido. Esto lleva a la siguiente regla: es necesario controlar la capacidad de cada elemento de la batería..

Si se encuentra una batería en un conjunto cuya capacidad difiere de otros elementos en más de un 15-20%, se recomienda negarse a utilizar todo el conjunto o soldar una batería con menos elementos de las baterías restantes.

Los cargadores modernos tienen equilibradores incorporados que le permiten cargar todos los elementos de la batería por separado bajo un estricto control. Si el cargador no está equipado con un equilibrador, deberá adquirirlo por separado y es recomendable cargar las baterías con él.

Un equilibrador externo es una pequeña placa conectada a cada banco que contiene resistencias de carga, un circuito de control y un LED que indica que el voltaje en un banco determinado ha alcanzado el nivel de 4,17-4,19 V. Cuando el voltaje en un elemento separado excede el umbral de 4,17 V, el equilibrador cierra parte de la corriente "para sí mismo", evitando que el voltaje exceda el umbral crítico.

Cabe agregar que el equilibrador no previene la sobredescarga de algunas celdas en una batería desequilibrada; solo sirve para proteger contra daños a las celdas durante la carga y como medio para identificar celdas "defectuosas" en la batería.

Lo anterior se aplica a baterías compuestas de tres o más elementos; para baterías de dos latas, por regla general no se utilizan equilibradores;

Según numerosas revisiones, descargar baterías de litio a un voltaje de 2,7-2,8 V tiene un efecto más perjudicial sobre la capacidad que, por ejemplo, recargarlas a un voltaje de 4,4 V. Es especialmente perjudicial almacenar la batería en un estado demasiado descargado.

Existe la opinión de que las baterías de polímero de litio no se pueden utilizar a temperaturas menos. De hecho, las especificaciones técnicas de las baterías indican un rango de funcionamiento de 0-50°C (a 0°C se conserva el 80% de la capacidad de la batería). Sin embargo, es posible utilizar baterías Li-Po a temperaturas bajo cero, alrededor de -10...-15°C. La cuestión es que no es necesario congelar la batería antes de usarla; guárdela en su bolsillo, donde esté caliente. Y durante el uso, la generación interna de calor en la batería resulta ser una propiedad útil en este momento, evitando que la batería se congele. Por supuesto, el rendimiento de la batería será ligeramente inferior al de temperaturas normales.

Conclusión

Teniendo en cuenta el ritmo al que avanza el progreso técnico en el campo de la electroquímica, se puede suponer que el futuro está en las tecnologías de almacenamiento de energía del litio, si las pilas de combustible no las alcanzan. Espera y verás…

El artículo utiliza materiales de artículos de Sergei Potupchik y Vladimir Vasiliev.

El creciente interés de los consumidores por los dispositivos móviles y los equipos portátiles tecnológicamente avanzados en general está obligando a los fabricantes a mejorar sus productos en diversas direcciones. Al mismo tiempo, existen una serie de parámetros generales, cuyo trabajo se realiza en la misma dirección. Estos incluyen el método de suministro de energía. Hace apenas unos años, los participantes activos del mercado pudieron observar el proceso de sustitución por elementos más avanzados de origen hidruro metálico de níquel (NiMH). Hoy en día, las nuevas generaciones de baterías compiten entre sí. El uso generalizado de la tecnología de iones de litio en algunos segmentos está siendo sustituido con éxito por la batería de polímero de litio. La diferencia con el iónico en la nueva unidad no es tan notable para el usuario medio, pero en algunos aspectos es significativa. Al mismo tiempo, como en el caso de la competencia entre elementos NiCd y NiMH, la tecnología de sustitución está lejos de ser perfecta y, en algunos aspectos, es inferior a su contraparte.

Dispositivo de batería de iones de litio

Los primeros modelos de baterías de litio en serie comenzaron a aparecer a principios de los años 90. Sin embargo, luego se utilizaron cobalto y manganeso como electrolito activo. En los modernos, lo importante no es tanto la sustancia, sino la configuración de su ubicación en el bloque. Estas baterías constan de electrodos separados por un separador de poros. La masa del separador, a su vez, está impregnada de electrolito. En cuanto a los electrodos, están representados por una base catódica sobre papel de aluminio y un ánodo de cobre. Dentro del bloque están conectados entre sí mediante terminales de colector de corriente. El mantenimiento de la carga se realiza mediante la carga positiva del ion litio. Este material tiene la ventaja de que tiene la capacidad de penetrar fácilmente en las redes cristalinas de otras sustancias, formando enlaces químicos. Sin embargo, las cualidades positivas de este tipo de baterías resultan cada vez más insuficientes para las tareas modernas, lo que ha llevado a la aparición de las celdas Li-pol, que tienen muchas características. En general, cabe destacar la similitud de las fuentes de alimentación de iones de litio con las baterías de helio de tamaño normal para automóviles. En ambos casos, las baterías están diseñadas para que su uso sea físicamente práctico. En parte, esta dirección de desarrollo fue continuada por los elementos poliméricos.

Diseño de batería de polímero de litio.

El impulso para mejorar las baterías de litio fue la necesidad de combatir dos deficiencias de las baterías de iones de litio existentes. En primer lugar, su uso no es seguro y, en segundo lugar, son bastante caros. Los tecnólogos decidieron deshacerse de estas desventajas cambiando el electrolito. Como resultado, el separador poroso impregnado fue reemplazado por un electrolito polimérico. Cabe señalar que el polímero se ha utilizado anteriormente para necesidades eléctricas como una película plástica conductora de corriente. En una batería moderna, el grosor del elemento Li-pol alcanza 1 mm, lo que también elimina las restricciones de los desarrolladores sobre el uso de diversas formas y tamaños. Pero lo principal es la ausencia de electrolito líquido, lo que elimina el riesgo de ignición. Ahora vale la pena observar más de cerca las diferencias con las celdas de iones de litio.

¿Cuál es la principal diferencia con una batería de iones?

La diferencia fundamental es el abandono del helio y los electrolitos líquidos. Para una comprensión más completa de esta diferencia, vale la pena recurrir a los modelos modernos de baterías de automóvil. La necesidad de sustituir el electrolito líquido se debió, nuevamente, a motivos de seguridad. Pero si en el caso de las baterías de automóviles el progreso se detuvo en los mismos electrolitos porosos impregnados, los modelos de litio recibieron una base sólida y completa. ¿Qué tiene de bueno una batería de polímero de litio de estado sólido? La diferencia con el iónico es que la sustancia activa en forma de placa en la zona de contacto con el litio previene la formación de dendritas durante el ciclo. Este factor elimina la posibilidad de explosiones e incendios de dichas baterías. Hablamos sólo de las ventajas, pero también hay debilidades en las nuevas baterías.

Duración de la batería de polímero de litio

En promedio, estas baterías pueden soportar entre 800 y 900 ciclos de carga. Este indicador es modesto en comparación con sus homólogos modernos, pero ni siquiera este factor puede considerarse determinante del recurso de un elemento. El hecho es que estas baterías están sujetas a un envejecimiento intenso, independientemente del tipo de uso. Es decir, aunque la batería no se utilice en absoluto, su vida útil se verá reducida. No importa si se trata de una batería de iones de litio o de una celda de polímero de litio. Todas las fuentes de alimentación basadas en litio se caracterizan por este proceso. Se puede notar una pérdida significativa de volumen un año después de la adquisición. Después de 2 o 3 años, algunas baterías fallan por completo. Pero mucho depende del fabricante, ya que dentro del segmento también existen diferencias en la calidad de la batería. Problemas similares ocurren con las celdas de NiMH, que están sujetas a envejecimiento debido a fluctuaciones repentinas de temperatura.

Defectos

Además de los problemas de envejecimiento rápido, estas baterías requieren un sistema de protección adicional. Esto se debe al hecho de que la tensión interna en diferentes áreas puede provocar agotamiento. Por lo tanto, se utiliza un circuito de estabilización especial para evitar el sobrecalentamiento y la sobrecarga. Este mismo sistema también conlleva otras desventajas. El principal es la limitación actual. Pero, por otro lado, los circuitos de protección adicionales hacen que la batería de polímero de litio sea más segura. También existe una diferencia con el iónico en términos de costo. Las baterías de polímero son más baratas, pero no mucho. Su precio también aumenta debido a la introducción de circuitos de protección electrónicos.

Características operativas de modificaciones tipo gel.

Para aumentar la conductividad eléctrica, los tecnólogos aún agregan un electrolito en forma de gel a los elementos poliméricos. No se habla de una transición completa a tales sustancias, ya que esto contradice el concepto de esta tecnología. Pero en la tecnología portátil se suelen utilizar baterías híbridas. Su peculiaridad es la sensibilidad a la temperatura. Los fabricantes recomiendan utilizar estos modelos de batería en condiciones que oscilan entre 60  °C y 100  °C. Este requisito también determinó un nicho especial de aplicación. Los modelos tipo gel solo se pueden utilizar en lugares con clima cálido, sin mencionar la necesidad de sumergirlos en un estuche con aislamiento térmico. Sin embargo, la cuestión de qué batería elegir, Li-pol o Li-ion, no es tan apremiante en las empresas. Cuando la temperatura tiene una influencia especial, a menudo se utilizan soluciones combinadas. En tales casos, se suelen utilizar elementos poliméricos como elementos de reserva.

Método de carga óptimo

El tiempo de recarga habitual de las baterías de litio es de una media de 3 horas. Además, durante el proceso de carga la unidad permanece fría. El llenado se produce en dos etapas. En el primero, el voltaje alcanza valores máximos, y este modo se mantiene hasta alcanzar el 70%. El 30% restante se gana en condiciones normales de estrés. Otra pregunta interesante es ¿cómo cargar una batería de polímero de litio si es necesario mantener constantemente su capacidad máxima? En este caso, deberás seguir el calendario de recarga. Se recomienda realizar este procedimiento aproximadamente cada 500 horas de funcionamiento con descarga completa.

Precauciones

Durante el funcionamiento, sólo se debe utilizar un cargador que coincida con las características, conectándolo a una red con voltaje estable. También es necesario comprobar el estado de los conectores para que la batería no se abra. Es importante tener en cuenta que, a pesar del alto grado de seguridad, se trata de un tipo de batería sensible a las sobrecargas. La celda de polímero de litio no tolera corriente excesiva, enfriamiento excesivo del ambiente externo ni golpes mecánicos. Sin embargo, según todos estos indicadores, los bloques de polímeros siguen siendo más fiables que los de iones de litio. Sin embargo, el aspecto principal de la seguridad reside en la inocuidad de las fuentes de alimentación de estado sólido, siempre y cuando se mantengan selladas.

¿Qué batería es mejor: Li-pol o Li-ion?

Esta cuestión está determinada en gran medida por las condiciones de funcionamiento y la instalación de suministro de energía objetivo. Es más probable que los propios fabricantes sientan los principales beneficios de los dispositivos de polímero, quienes pueden utilizar más libremente las nuevas tecnologías. Para el usuario la diferencia será apenas perceptible. Por ejemplo, cuando se le pregunta cómo cargar una batería de polímero de litio, el propietario deberá prestar más atención a la calidad del suministro de energía. En cuanto al tiempo de carga, se trata de elementos idénticos. En cuanto a la durabilidad, la situación en este parámetro también es ambigua. El efecto del envejecimiento caracteriza en mayor medida a los elementos poliméricos, pero la práctica muestra diferentes ejemplos. Por ejemplo, hay revisiones de celdas de iones de litio que quedan inutilizables después de solo un año de uso. Y los de polímero en algunos dispositivos se utilizan durante 6-7 años.

Conclusión

Todavía existen muchos mitos y opiniones falsas en torno a las baterías que se relacionan con diversos matices de funcionamiento. Por el contrario, los fabricantes ocultan algunas características de la batería. En cuanto a los mitos, uno de ellos es desmentido por la batería de polímero de litio. La diferencia con el análogo iónico es que los modelos de polímeros experimentan menos tensión interna. Por este motivo, las sesiones de carga de baterías que aún no se han agotado no tienen un efecto perjudicial sobre las características de los electrodos. Si hablamos de los hechos ocultos por los fabricantes, uno de ellos se refiere a la durabilidad. Como ya se mencionó, la duración de la batería se caracteriza no sólo por una modesta tasa de ciclos de carga, sino también por la inevitable pérdida del volumen útil de la batería.

¿Cómo cargar y operar correctamente una batería de polímero de litio?

Los dispositivos modernos utilizan cada vez más baterías de polímero de litio. Este tipo de batería apareció no hace mucho. Poco a poco se van mejorando su diseño y los materiales utilizados. Las baterías Li-Pol se pueden encontrar en tabletas, algunos modelos de smartphones y portátiles. También se utilizan mucho en juguetes y modelos radiocontrolados. Recibimos muchas preguntas sobre cómo cargar este tipo de baterías. Esto ya se ha mencionado en algunos artículos. Dado que este tema tiene una gran demanda, decidimos incluirlo en una publicación separada.

¿Cómo cargar y operar correctamente las baterías Li─Pol?

Ahora directamente sobre cómo cargar baterías de polímero de litio y su correcto funcionamiento. Primero debe comprender que una batería de polímero de litio debe tener un voltaje dentro de ciertos límites durante toda su vida útil. Estos límites son en la mayoría de los casos de 2,7 a 4,2 voltios. Estos valores corresponden a la carga mínima y máxima.

También vale la pena entender que la capacidad de una batería representa la cantidad de energía almacenada que libera cuando se descarga completamente con una carga del 100%. A menudo, estas baterías tienen un umbral de voltaje superior limitado a 4,1 V. Esto reduce ligeramente la capacidad, pero aumenta la duración de la batería. Al fin y al cabo, los estados límite (carga y descarga completas) son perjudiciales para las baterías Li─Pol. Esto se explica por el hecho de que en este estado los iones de litio están incrustados al máximo en la red cristalina del cátodo o ánodo. Estar en estados tan límite, aunque sea por poco tiempo, afecta negativamente a su vida útil.

Por lo tanto, puede lograr la vida útil máxima de una batería de polímero de litio manteniendo su nivel de carga entre un 40 y un 60 por ciento. A menudo, las baterías recargables a la venta tienen aproximadamente este nivel de carga. Estos límites pueden ser controlados por el propio usuario, y la carga mínima y máxima de la batería se controla mediante una placa especial. Se llama controlador de carga-descarga.

Se puede recomendar a los usuarios que carguen la batería sin esperar hasta que esté completamente descargada. Además, no debes cargarlo al máximo de su capacidad. Con una carga del 80%, es muy posible desconectarlo del adaptador. Sólo queda añadir que en la electrónica (tabletas, portátiles, teléfonos inteligentes) el funcionamiento de la placa controladora suele complementarse con un circuito de alimentación en el propio dispositivo.

¿Qué deben recordar los usuarios al cargar la batería?

Existen una serie de reglas simples para el usuario cuando utiliza baterías Li─Pol:

• No dejes que la batería se agote al mínimo. Especialmente no se recomienda esperar hasta que su teléfono, tableta, etc. se apague. Si esto sucede, cargue la batería inmediatamente;
• No tengas miedo de recargar con frecuencia. Es decir, utilizar el tomacorriente en cualquier momento adecuado. Si la batería de litio no está completamente cargada, la carga frecuente no la dañará. Puedes, por ejemplo, utilizar un ordenador portátil para cargar tu teléfono. Para ello, simplemente conéctelo a un puerto USB. También puedes recargar ligeramente la carga de la batería desde el encendedor del coche, si dispones del adaptador adecuado. Y está bien si no cargas la batería por completo. Por el contrario, este es el mejor modo para las baterías Li─Pol;
• La sobrecarga de la batería puede ocurrir incluso durante el funcionamiento normal del controlador. La razón de esto puede ser un aumento de temperatura. Por ejemplo, la batería está completamente cargada y el controlador desconecta la carga de la lata. Si continúa cargando el dispositivo, es posible que se caliente ligeramente. En consecuencia, la batería también se calentará. Junto con la temperatura, también aumenta la carga de la batería. Y esto no ayuda a aumentar la vida útil de la batería de polímero de litio;
• Lo ideal es que la carga de la batería Li-Pol esté al 50 por ciento. En condiciones reales esto es difícil. Pero mantener una carga en el rango del 30 al 80 por ciento es bastante posible.

¡El progreso técnico es una máquina que rueda sin parar! El combustible para esta máquina es cada vez más un problema nuevo en nuestro mundo moderno. Recuerde, no hace mucho tiempo se utilizaban baterías de níquel-cadmio (NiCd), que fueron reemplazadas por hidruro de níquel-metal (NiMH). Pero hoy en día, las baterías de iones de litio (Li-ion) están tratando de reemplazar a las baterías de iones de litio (Li-pol). ¿Cuál es la diferencia entre Li-pol y Li-ion? ¿Cuáles son las ventajas del polímero de litio sobre las baterías de iones de litio? Intentemos resolverlo.

Cuando compramos un teléfono o una tableta, pocas personas se preguntan: ¿qué tipo de batería hay dentro? Solo más tarde, cuando nos enfrentamos al problema de descargar rápidamente el dispositivo, comenzamos a observar más detalladamente el "interior" de nuestro dispositivo.

Las baterías de litio se dieron a conocer en 1912, cuando comenzaron los primeros experimentos, pero no se utilizaron mucho. Y recién en los años 70, seis décadas después, estos elementos de carga ocuparon su lugar en casi todos los dispositivos domésticos. Recalquemos que por ahora estamos hablando sólo de baterías, no de baterías recargables.

El litio es el metal más ligero, también proporciona la mayor densidad de energía y tiene un importante potencial electroquímico. Las baterías, que se basan en electrodos de metal de litio, tienen una gran capacidad y un alto voltaje. En los años 80, como resultado de numerosos estudios, resultó que el funcionamiento cíclico de las baterías de litio (proceso de carga/descarga) provoca el encendido de los cargadores y, tras ellos, de los propios dispositivos. Así, en 1991, varios miles de teléfonos fueron retirados del mercado en Japón debido al riesgo de incendio. Debido a estas peligrosas propiedades del litio, los científicos han centrado todos sus esfuerzos en baterías de litio no metálicas basadas en iones de litio. Y después de un tiempo, se creó una versión más segura del cargador, que se llamó iones de litio (Li-ion).

Hoy en día, la batería de iones de litio se encuentra en casi todos los dispositivos móviles, tiene una gran cantidad de variedades, tiene muchas cualidades positivas, pero también desventajas, de las que hablaremos con más detalle.

Ventajas de las baterías de iones de litio:

Alta densidad de energía y, como resultado, alta capacidad.

Baja autodescarga

Alto voltaje de un solo elemento. Esto simplifica el diseño: a menudo la batería consta de un solo elemento. Hoy en día, muchos fabricantes utilizan una batería de una sola celda en sus teléfonos móviles (recuerde Nokia)

Bajo costo de mantenimiento (costos operativos)

Sin efecto memoria que requiere ciclos de descarga periódicos para restaurar la capacidad.

Defectos:

La batería requiere un circuito de protección incorporado (lo que aumenta aún más su costo) que limita el voltaje máximo en cada celda de la batería durante la carga y evita que el voltaje de la celda caiga demasiado durante la descarga.

La batería está sujeta a envejecimiento, incluso si no se usa y simplemente se deja en un estante. El proceso de envejecimiento es típico de la mayoría de las baterías de iones de litio. Por razones obvias, los fabricantes guardan silencio sobre este problema. Después de tan solo un año se nota una ligera disminución de la capacidad, independientemente de si la batería ha estado en uso o no. Después de dos o tres años, a menudo queda inutilizable.

Mayor coste en comparación con las baterías de NiCd.

Baterías de iones de litio se mejoran constantemente, la tecnología mejora. Y esta batería sería buena para todos si no fuera por los problemas de seguridad asociados a su uso y el elevado precio. Todas estas razones se convirtieron en la base para la creación. baterías de polímero de litio (Li-pol o Li-polímero). Lo más obvio y lo más básico. diferencia entre Li-pol y Li-ion es el tipo de electrolito utilizado. El uso de electrolitos de polímero sólido reduce significativamente el costo de crear una batería y la hace más segura, y también permite crear cargadores más delgados. ¿Por qué la batería de polímero de litio no ha sustituido por completo a su predecesora? Una de las posibles versiones de los expertos es que los inversores que han invertido grandes sumas en el desarrollo y la introducción masiva de baterías de iones de litio están tratando de recuperar la inversión.

Resumamos. En términos generales, una batería de polímero de litio es una versión más avanzada de una batería de iones de litio. Juzgue usted mismo:

Ventajas de las baterías Li-pol y Li-ion

En resumen, podemos decir que, gracias a la tecnología moderna, disponemos de dos tipos de baterías externas fiables. Con el desarrollo de las tecnologías móviles, con la llegada de los teléfonos inteligentes, tabletas y muchos otros dispositivos digitales, con la creación de aplicaciones que consumen mucha energía, los usuarios se enfrentan al problema de la "batería agotada". Por supuesto, tanto las baterías Li-ion como las Li-Pol encontraron inmediatamente su uso en cargadores externos.

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