أصبحت مصادر التيار الكيميائي (CHS) جزءًا من حياتنا اليومية. لقد تعاملنا جميعًا تقريبًا مع الخلايا الكلفانية، ولكن لم يكن بوسع الجميع ترك هذا الاجتماع بذكريات ممتعة. لقد حدث أن البطاريات لسبب ما عملت بشكل أقل من المتوقع، أو انخفض جهدها بسرعة، أو ببساطة رفض الحمل العمل بشكل طبيعي مع أنواع معينة من الخلايا. في هذه الحالة، كقاعدة عامة، اعتبرنا الشركة المصنعة للعناصر مخطئة ونادرًا ما اعترفنا بأن نصيبنا من الذنب ربما كان متورطًا. ربما في هذه الحالة تصرف العنصر كما ينبغي؟ بعد كل شيء، تتطلب الأحمال المختلفة مصادر تيار مختلفة. على سبيل المثال، تتطلب الكاميرا المزودة بفلاش تيارًا قصير المدى، ولكنه كبير إلى حد ما، ومشغل الصوت الرقمي، على العكس من ذلك، يتطلب تيارًا طويل المدى بكمية صغيرة.

إذا كان المستهلك نادرًا ما ينتبه في الاستخدام المنزلي إلى الاختلافات في مصادر الطاقة الكيميائية المستخدمة - فهي بالنسبة له مجرد بطاريات ومراكم، ثم للاستخدام في المعدات الصناعية، من الضروري الحصول على معلومات كاملة حول المصادر الموجودة واختلافاتها فيما بينها . يعد ذلك ضروريًا لتجنب الأخطاء المحتملة المرتبطة بالاستخدام غير الصحيح للمصادر الحالية في تطبيق معين.

مصدر التيار الكيميائي هو جهاز يقوم مباشرة بتحويل طاقة التفاعل الكيميائي الذي يحدث بين الأنود والكاثود إلى طاقة كهربائية. تنقسم جميع المصادر الكيميائية حسب قابليتها لإعادة الاستخدام إلى مجموعتين كبيرتين: مصادر التيار الأولية ومصادر التيار الثانوية. توفر المصادر (العناصر) الحالية الأولية تفريغًا فقط ولا يمكن شحنها - فهي تستخدم مرة واحدة. يمكن شحن مصادر التيار الثانوية (البطاريات) واستخدامها بشكل متكرر في وضع تفريغ الشحن الدوري.

يتم إنتاج عدة أنواع رئيسية من مصادر التيار الكيميائي في العالم (الملح، القلوي، الليثيوم، إلخ) وعدد كبير إلى حد ما من أصنافها، تختلف في نوع النظام الكهروكيميائي والقدرة الكهربائية وتيارات التفريغ المسموح بها والتفريغ الذاتي، وكذلك المعلمات الأخرى. ترد في الجدول 1 بعض معلمات الأنواع الرئيسية لمصادر التيار الأولية (يشار إلى السعة الكهربائية التقريبية لتفريغ تيار مستمر قدره 10 مللي أمبير).

الجدول 1. معلمات HIT الأولية

أنواع الضربات	عمل الجهد، V	كهربائي القدرة، ماه	يتراوح درجة حرارة التشغيل، درجة مئوية	التفريغ الذاتي، % في العام
الملح (نوع الحالة AA)	1,5	1000…1100	-20…60	>10
القلوية (نوع الحالة AA)	1,5	2400…2500	-30…60	5…8
كلوريد ثيونيل الليثيوم (نوع الحالة AA)	3,3…3,6	2000…2100	-55…85 (150)	<1
ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم (نوع الحالة AA)	3	1500…1600	-20 (-40)…70 (85)	2…2,5
ثاني أكسيد الكبريت الليثيوم (نوع الحالة AA)	2,6…2,9	800…900	-55…70	1…2

حتى وقت قريب، كانت مصادر تيارات الملح، التي لديها أقل تكلفة، هي الأكثر شيوعًا، ولكن نظرًا للعديد من العيوب المتأصلة، يتم الآن استبدالها بشكل مطرد بمصادر قلوية (قلوية) والليثيوم.

تحدد مجموعة معينة من المعلمات الأساسية غرضًا أو آخر للمصادر الحالية. بالنسبة لبعض المهام، حيث يكون العامل الرئيسي هو التكلفة الأولية المنخفضة لإمدادات الطاقة، يمكن استخدام مصادر التيار القلوي أو حتى الملحي غير المكلفة. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مصادر طاقة أعلى مع تيار تفريغ ذاتي منخفض و/أو عمر خدمة طويل، يجب تحديد نوع مختلف. النوع الأكثر واعدة، مع مراعاة المعلمات المحددة، هو حاليا مصادر الليثيوم.

يتم إنتاج مصادر تيار الليثيوم في أشكال مختلفة ("قرص"، أسطواني، منشوري (الشكل 1)) على شكل خلايا وبطاريات، والتي بدورها تختلف في نوع النظام الكهروكيميائي وبعض المعلمات الأساسية:

المصادر الحالية الأولية
(عناصر)

• كلوريد ثيونيل الليثيوم (Li/SOCl 2)؛
• ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم (لي / MnO 2)؛
• ثاني أكسيد الكبريت الليثيوم (لي / SO 2)؛

المصادر الحالية الثانوية
(بطاريات)

• بوليمر الليثيوم (لي / بوليمر)
• فوسفات حديد الليثيوم (Li/FePO 4)؛
• ليثيوم أيون (ليثيوم / أيون).

أرز. 1.

القاسم المشترك بين كل هذه المصادر هو أن أنودها مصنوع من معدن الليثيوم. من حيث خصائصه الكيميائية، يعد معدن الليثيوم أحد العناصر الأكثر نشاطًا، علاوة على ذلك، فهو يتمتع بأعلى إمكانات سلبية مقارنة بجميع المعادن. وباستخدام هذه المادة كأنود، كان من الممكن تحقيق أن خلايا الليثيوم تتمتع بأعلى جهد مقنن مع أبعاد قليلة وتتميز بأعلى كثافة طاقة محددة مقارنة بأنواع المصادر الأخرى. ما هو شائع أيضًا هو أن العناصر من هذا النوع، التي تتمتع بأعلى كثافة طاقة محددة، مصممة بشكل أساسي للعمل مع الأحمال التي تتطلب تيار تفريغ منخفض أو متوسط. من المحتمل أنه لهذا السبب، وأيضًا بسبب التكلفة، لم يتمكنوا بعد من طرد الخلايا القلوية تمامًا من السوق، مما يسمح بزيادة تيارات التفريغ. لكن تطوير خلايا الليثيوم مستمر والشركات المصنعة لهذا النوع من المنتجات، على سبيل المثال، شركات معروفة مثل إي إم بي، إيف الطاقة،أنها تنتج عناصر ذات تيارات تفريغ عالية من مئات المللي أمبير إلى عدة أمبيرات.

في مجموعة عناصر الليثيوم، يعد إنتاج ثاني أكسيد الليثيوم منغنيز (Li/MnO 2) وثاني أكسيد كبريت الليثيوم (Li/SO 2) هو الأكثر رسوخًا، وبالتالي فهي الأكثر انتشارًا وبأسعار معقولة. ومن بين هذه المنتجات هناك منتجات تسمح بزيادة تيارات التفريغ. هذه عناصر مصنوعة باستخدام ما يسمى بالتكنولوجيا الحلزونية. باستخدام هذه التقنية يتم تصنيع الأنود على شكل حلزوني مما يحقق أقصى مساحة سطحية للتفاعل بين الأنود والكاثود ويكون المنتج قادرًا على زيادة مخرجات التيار. تتميز خلايا ثاني أكسيد الليثيوم والمنغنيز بتيار تفريغ ذاتي منخفض وموثوقية عالية وعمر افتراضي يزيد عن 10 سنوات. يتم تصنيع ما يسمى بالخلايا من نوع "الكريات" بشكل أساسي من هذين النظامين الكهروكيميائيين.

يتم سرد بعض عناصر ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم الأكثر شعبية في الجدول 2.

الجدول 2. خلايا ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم

اسم	يكتب الإسكان	جهد التشغيل، V	الاسم. القدرة، ماه	حاضِر التفريغ، مللي أمبير	تيار التفريغ الحد الأقصى، مللي أمبير		الأبعاد، مم		نطاق درجة الحرارة، درجة مئوية	الصانع
					سريع.	عفريت.	قطر الدائرة	ارتفاع
أسطواني مع زيادة تيار التفريغ
CR14250SC	1/2أ	3,0	650	20	800	1500	14,0	25,0	-40…60	EEMB
CR14250		3,0	650	10	500	1500	14,5	25,0	-40…85	حواء
CR14505SC	أأ	3,0	1500	20	2000	2500	14,5	50,5	-40…60	EEMB
CR1405		3,0	1600	10	1500	3000	14,5	50,5	-40…85	حواء
CR17505SL	أ	3,0	2500	10	1500	3500	17,0	50,5	-40…85	EEMB
CR17505		3,0	2400	10	1500	3000	17,0	50,5	-40…85	حواء
CR26500SL	مع	3,0	5000	10	2000	3000	26,0	50,0	-40…85	EEMB
CR26500		3,0	5000	10	2000	3000	26,0	50,0	-40…85	حواء
CR34615SL	د	3,0	10000	10	2000	3000	34,0	61,5	-40…85	EEMB
CR34615		3,0	10000	10	2000	3000	34,0	61,5	-40…85	حواء
نوع الجهاز اللوحي
CR1620		3,0	70	0,2	2	10	16	2,0	-20…70	EEMB
CR1620		3,0	70	0,1	3	8	16	2,0	-20…70	حواء
CR2025		3,0	150	0,4	3	15	20	2,5	-20…70	EEMB
CR2025		3,0	160	0,2	3	15	20	2,5	-20…70	حواء
CR2032		3,0	210	0,4	3	15	20	3,2	-20…70	EEMB
CR2032		3,0	225	0,2	3	15	20	3,2	-20…70	حواء
قدرة أسطوانية عالية
CR14505BL	أ.أ.	3,0	1800	0,5	10	100	14,5	50,5	-40…85	EEMB
CR17335BL	2/3 أ	3,0	1800	1,0	10	100	17,0	33,5	-40…85	EEMB

هنا وفي النص، يتم إعطاء التسميات المشار إليها في الجداول إلى حد محدود. للحصول على معلومات أكثر اكتمالا عن جميع المنتجات المصنعة، يجب عليك الاتصال مباشرة بموقع الشركة المصنعة أو COMPEL.

تتمتع العناصر ذات النظام الكهروكيميائي لثاني أكسيد الليثيوم والكبريت بكثافة طاقة عالية إلى حد ما وتعمل في نطاق درجة حرارة 55...70 درجة مئوية؛ جهد التفريغ هو 2.6…2.9 فولت (حسب كثافة التيار). يتمتع الجهد بثبات تفريغ جيد جدًا مقارنة بخلية ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم حتى يتم تفريغ الخلية بالكامل. ثم ينخفض ​​الجهد بشكل حاد (الشكل 2).

أرز. 2.

تشمل عيوب هذا النوع من العناصر زيادة الضغط الداخلي وخطر التسخين القوي أثناء ماس كهربائي. لمنع العواقب غير المرغوب فيها التي قد تنشأ في هذه الحالة، يتم تثبيت فتيل خاص في جسم العنصر، مما يخفف الضغط الزائد عند تسخينه.

تتم مناقشة عدة أنواع من خلايا الليثيوم في نظام ثاني أكسيد الكبريت الليثيوم في الجدول 3.

الجدول 3. خلايا ثاني أكسيد الكبريت الليثيوم

اسم	يكتب الإسكان	جهد التشغيل، V	القدرة الاسمية، ماه	حاضِر التفريغ، مللي أمبير	تيار التفريغ الحد الأقصى، مللي أمبير		الأبعاد، مم		نطاق درجة الحرارة، درجة مئوية	الصانع
					سريع.	عفريت.	قطر الدائرة	ارتفاع
LSS14505	أأ	2,9	1100	3	100	200	14,5	50,5	-54…71	EEMB
LSS26500	ج	2,9	3500	30	1000	2000	26,5	50	-54…71	EEMB
LSS34615	د	2,9	8000	50	2000	5000	34	61,5	-54…71	EEMB

تتمتع جميع خلايا الليثيوم بعدد من المزايا المهمة جدًا مقارنة بأنواع الخلايا الأخرى (الجدول 1). العامل الرئيسي هو كثافة الطاقة النوعية العالية المذكورة سابقًا. كثافة الطاقة النوعية هي نسبة طاقة العنصر إلى كتلته أو حجمه، معبرًا عنها بالواط ساعة لكل وحدة كتلة أو حجم (Wh/kg أو Wh/dm3). تتيح المصادر الحالية ذات كثافة الطاقة المحددة الأعلى والأبعاد الإجمالية المتساوية مع مصادر الأنواع الأخرى توفير الطاقة للحمل لفترة أطول. كما يتبين من الجدول 1 والشكل 2، تتمتع عناصر كلوريد ثيونيل الليثيوم (Li/SOCl 2) بأعلى كثافة طاقة محددة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع العناصر من هذا النوع بنطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل -55...85 درجة مئوية، مما يسمح باستخدامها في الظروف القاسية، كما تتمتع باستقرار جيد جدًا للجهد أثناء التفريغ (الشكل 2). بشكل منفصل، من الضروري تسليط الضوء على وجود عناصر ذات نطاق درجة حرارة تشغيل ممتد في نطاق القيمة العليا -20...125/150 درجة مئوية، بالإضافة إلى العناصر التي تسمح بزيادة تيارات التفريغ (الجدول 4).

الجدول 4. خلايا كلوريد ثيونيل الليثيوم

اسم	يكتب الإسكان	جهد التشغيل، V	القدرة الاسمية، ماه	حاضِر التفريغ، مللي أمبير	تيار التفريغ الحد الأقصى، مللي أمبير		الأبعاد، مم		نطاق درجة الحرارة، درجة مئوية	الصانع
					سريع.	عفريت.	قطر الدائرة	ارتفاع
أسطواني ذو قدرة عالية
ER10450	AAA	3,6	700	1	5	30	10,2	46,2	-55…85	EEMB
ER14250	1/2أ	3,6	1200	0,5	40	80	14,5	25,2	-55…85	EEMB
ER14250		3,6	1200	0,5	15	50	14,5	25,4	-55°...85	حواء
ER14505	أأ	3,6	2400	2	100	200	14,5	50,5	-55…85	EEMB
ER14505		3,6	2700	1	40	150	14,5	50,5	-55…85	حواء
ER26500	مع	3,6	9000	2	230	400	26,0	50,0	-55…85	EEMB
ER26500		3,6	8500	4	150	300	26,0	50,0	-55…85	حواء
ER341245	د	3,6	36000	2	450	1000	34,0	124,5	-55…85	EEMB
ER341245		3,6	35000	10	420	500	33,1	124,5	-55…85	حواء
أسطواني مع زيادة تيار التفريغ
ER14505M	أ.أ.	3,6	1800	10	500	1000	14,5	50,5	-55…85	EEMB
ER14505M		3,6	2000	4	400	1000	14,7	50,7	-40…85	حواء
ER26500M	ج	3,6	6500	10	1000	2000	26,2	50	-55…85	EEMB
ER26500M		3,6	6000	10	1000	2000	26,2	50	-40…85	حواء
ER34615M	د	3,6	14000	10	2000	3000	34	60,5	-55…85	EEMB
ER34615M		3,6	13000	15	2000	4000	33,1	61,5	-40…85	حواء
نطاق درجة حرارة ممتد أسطواني
ER14505S	أ.أ.	3,6	1600	100	100	—	14,5	50,5	-20…125	EEMB
ER14505S		3,6	1600	اختصار الثاني	اختصار الثاني	—	14,7	50,5	-40…150	حواء
ER26500S	ج	3,6	4800	35	100	—	26,2	50	-20…150	EEMB
ER26500S		3,6	6000	اختصار الثاني	اختصار الثاني	—	26,9	50	-40…150	حواء
ER34615S	د	3,6	10500	35	200	—	34	60,5	-20…150	EEMB
ER34615S		3.6	13000	اختصار الثاني	اختصار الثاني	—	33,9	61,5	-40…150	حواء

الميزة المهمة التالية لمجموعة خلايا الليثيوم هي تيار التفريغ الذاتي المنخفض للغاية (فقدان 1...2.5% من السعة سنويًا). وبسبب هذا الفقد البسيط في السعة، يمكن تخزين أنواع العناصر المعنية في ظل الظروف العادية لأكثر من 10 سنوات، بينما ستنخفض السعة بنسبة 10% فقط. أدنى تيار تفريغ ذاتي، كما يتبين من الجدول 1، تمتلكه خلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل.

إن العمر الافتراضي الطويل وتيار التفريغ الذاتي المنخفض لخلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل هو بالطبع ميزة لا يمكن إنكارها. يتم توفير هذه الخاصية من خلال طبقة عازلة رقيقة من كلوريد الليثيوم، والتي تظهر على سطح قطب الليثيوم. يتكون الفيلم نتيجة للتفاعل الكيميائي الذي يحدث أثناء تجميع العنصر. يوقف الفيلم الناتج التفاعل الكيميائي ويقلل بشكل حاد من تيار التفريغ الذاتي، ونتيجة لذلك يكون لدينا عنصر ذو عمر افتراضي طويل دون أي تدهور تقريبًا في المعلمات. ولكن هناك أيضًا جانب سلبي لهذه العملية. إذا قمت بتوصيل حمولة تستهلك تيارًا كبيرًا بدرجة كافية بالعنصر، فإن البطارية (الحمل) سيكون لها في البداية جهد منخفض يبلغ حوالي 2.3...2.7 فولت، على الرغم من أن الجهد في وضع الخمول سيكون طبيعيًا 3.3...3.6 فولت ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الفيلم العازل الناتج لا يمكن تدميره على الفور ويمنع تدفق التيار (يتمتع بمقاومة عالية إلى حد ما). أثناء تخزين العنصر، يزيد سمك الفيلم العازل. وتسمى هذه العملية تخميل خلايا الليثيوم. تخضع خلايا الليثيوم من جميع الشركات المصنعة، دون استثناء، للتخميل.

تعتمد درجة تخميل العنصر على وقت وظروف تخزينه، وكذلك على طريقة التشغيل. كلما طالت فترة التخزين وارتفعت درجة الحرارة، زاد سمك الفيلم. تبدأ المظاهر السلبية الهامة لتأثير التخميل بعد 5...6 أشهر من التخزين في الظروف العادية، أو بعد الاستخدام طويل الأمد للعنصر في وضع التيار الجزئي (بضعة ميكروأمبيرات أو أقل).

في الحياة الواقعية، غالبًا ما تكون هناك أجهزة تعمل معظم الوقت في وضع الاستعداد (على سبيل المثال، بعض أجهزة الاستشعار). تستهلك الأجهزة تيارًا يبلغ عدة ميكروأمبيرات أو عشرات الميكروأمبير لفترة طويلة، وبعد حدوث بعض الأحداث، يجب عليها التبديل إلى وضع استهلاك الطاقة المتوسط ​​أو العالي. في هذه الحالة، إذا تم تركيب بطارية في الجهاز بعد تخزين طويل الأمد، أو استمر وضع الاستهلاك الجزئي لفترة طويلة جدًا، فقد لا يحدث الانتقال إلى وضع استهلاك الطاقة العالية. سوف ينتج العنصر جهدًا منخفضًا.

الجهد المنخفض له تأثير أقل على الأجهزة ذات الاستهلاك الحالي المنخفض. عندما يتم توصيل مثل هذا الحمل، فإن الجهد على العنصر سوف ينخفض ​​قليلا، وسيعمل الجهاز، ولكن عملية التخميل ستستمر، وفي مرحلة ما قد يتم إيقاف تشغيل الجهاز، أو سيصبح تشغيله غير مستقر. لا ينبغي استخدام مصادر طاقة الليثيوم كثيفة الاستهلاك للطاقة لمثل هذه الأجهزة.

عند توصيل حمل يستهلك بضعة مللي أمبير (متوسط ​​الحمل)، سينخفض ​​الجهد ثم، بعد مرور بعض الوقت، سيعود إلى قيمته الطبيعية. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه عند استهلاك التيار المحدد، سيتم تدمير الفيلم الموجود بمرور الوقت، وسيمنع تكوينه تيار متدفق باستمرار أو يتدفق على فترات زمنية قصيرة إلى حد ما.

الجهد المنخفض على العنصر الذي يستهلك تيارًا كبيرًا (عشرات المللي أمبير) عند توصيل الحمل يمكن أن يعطل تشغيله، أو ببساطة لن يتم تشغيله. لن يؤدي استبدال العنصر بعنصر جديد (تم شراؤه للتو ولم يتم استخدامه) إلى تصحيح الموقف، ولكن فحص الحمل سيُظهر أن كل شيء على ما يرام مع دائرته. اتضح الموقف التالي: تم تركيب بطارية جديدة - وتوقف الجهاز عن العمل!

حدثت حالة مماثلة في ممارسة مؤلف هذا المقال. أثناء العمل في إحدى الشركات، اضطررت إلى إعداد منتج معين للإنتاج الضخم. يتكون المنتج من عدة أجهزة منفصلة. كان لأحد الأجهزة خصوصية - كان وضع التشغيل الخاص به نابضًا، مع استهلاك تيار كبير إلى حد ما (جهاز التحكم عن بعد). قام المطور بتضمين خلايا الليثيوم كمصدر للطاقة في المنتج. في ذلك الوقت، لم تكن هذه العناصر شائعة بشكل خاص، ولم تكن "ميزاتها" معروفة على نطاق واسع، وقام قسم المشتريات بشراء مجموعة من العناصر المتشابهة في المعلمات الأساسية (الجهد والسعة). تم وضع هذه العناصر في الجهاز واتضح أن جميع الأجهزة، التي تم اختبارها وتكوينها بالفعل، شهدت انخفاضًا حادًا في نطاق الاتصال. واعتبر أن العناصر قد تم تخزينها لفترة طويلة وفقدت بعضًا من سعتها (لقد تم تخزينها بالفعل لفترة طويلة). تم شراء دفعة أخرى من العناصر (أكثر "جديدة")، لكن الوضع لم يتحسن بشكل كبير. عندما بدأنا في النظر في الأمر، اتضح أن هذه العناصر لها تأثير التخميل. في وقت لاحق، تمكنوا من حل المشكلة عن طريق إجراء بعض التعديلات على الدائرة (توصيل العديد من المكثفات الإلكتروليتية بالتوازي مع البطارية). بدأ التبديل الأول للجهاز بسبب جزء من الطاقة المتراكمة في المكثفات، وفي الوقت نفسه، قامت النبضات الحالية بإبطال العنصر.

يجب إزالة خلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل قبل الاستخدام، أي أنه يجب تدمير الطبقة العازلة لكلوريد الليثيوم بنبض تيار. يوضح الشكل 3 رسمًا بيانيًا يشرح إزالة مصادر التيار الأولية لكلوريد ثيونيل الليثيوم.

أرز. 3.

هناك أربع مناطق على الرسم البياني:

• تُظهر المنطقة I الجهد على العنصر في حالة عدم وجود حمل (خمول؛ 3.6 فولت)؛
• توضح المنطقة II أنه عند توصيل الحمل في الوقت t0، تحدث نبضة تيار، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الجهد على العنصر إلى مستوى 2.4 فولت؛
• المنطقة الثالثة: يتم تدمير الجزء الرئيسي من منطقة الغشاء العازل ويزداد الجهد الكهربي على العنصر إلى 3 فولت. عندما يصل الجهد إلى 3.0 فولت مع الحمل المتصل، يعتبر إلغاء التأثير مكتملًا؛
• المنطقة الرابعة: يحدث المزيد من التدمير للجزء المتبقي من منطقة الفيلم ويزداد الجهد تدريجيًا إلى القيمة الاسمية.

للتنشيط، لا ينبغي بأي حال من الأحوال أن تقوم بتقصير دائرة أطراف البطارية. هذه الطريقة سوف تؤدي إلى فشل العنصر. هناك الحد الأقصى الموصى به من قبل الشركة المصنعة للقيم المسموح بها للوقت الحالي ووقت التعطيل. ويبين الجدول 5 أوضاع إلغاء التأثير لبعض عناصر EEMB.

الجدول 5. معلمات إزالة خلايا EEMB من كلوريد ثيونيل الليثيوم

يمكن تحديد القيمة القصوى لتيار إزالة السلبية لخلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل من خلال القاعدة:

الأعلى. الدافع الحالي> الحد الأقصى. تيار التثبيط< 2 х макс. рабочий ток

أثناء التخزين طويل الأمد لخلايا كلوريد ثيونيل الليثيوم، يمكن منع تكوين طبقة كلوريد الليثيوم عن طريق تحميل الخلية بانتظام على المدى القصير بتيار لا يقل عن 1.25% من السعة المقدرة لمدة ثلاث ثوانٍ مرة واحدة يوميًا.

تجدر الإشارة إلى أن جميع مصادر تيار الليثيوم تقريبًا تخضع لعملية التخميل، ولكن في كلوريد ثيونيل الليثيوم يكون الأمر أكثر وضوحًا، وهذه المصادر، نظرًا لكثافة الطاقة المحددة غير المسبوقة، مطلوبة بشدة في السوق.

تتوفر البطاريات والمراكم، مثل تلك الموجودة في EEMB، بأطراف توصيل مختلفة لخيارات تركيب PCB المختلفة. كل إصدار من الدبابيس له تسميات حروف خاصة به - رموز إضافية في نهاية الاسم. يظهر الشكلان 4 و5 بعضًا من أشهرها. ويبين الشكل 4 الخيارات الطرفية للبطاريات من النوع الزري، ويبين الشكل 5 النوع الأسطواني. إذا كان الاسم لا يحتوي على رمز التعريف الشخصي، فهذا يعني أن البطاريات مخصصة للتركيب في حاملات البطاريات العادية (العنصر القياسي).

أرز. 4.

أرز. 5.

عند الحديث عن مزايا مصادر طاقة الليثيوم، يجب أن نتحدث أيضًا عن عيوبها. تشمل عيوب خلايا الليثيوم التكلفة المرتفعة نسبيًا مقارنة بأنواع الخلايا الأخرى، وذلك بسبب ارتفاع سعر الليثيوم والمتطلبات الخاصة للإنتاج (الحاجة إلى جو خامل، وتنقية المذيبات غير المائية)، فضلاً عن التخميل. . وينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن بعض خلايا الليثيوم تكون قابلة للانفجار عند فتحها. ومع ذلك، هذا لا ينبغي أن يمنع استخدام هذا النوع من المصدر الحالي. تحتاج فقط إلى تذكر تفاصيل استخدامها.

الحصول على المعلومات الفنية وطلب العينات والتسليم - البريد الإلكتروني:

GS05E-USB - مصدر طاقة جيد لأجهزة USB

في الوقت الحالي، من الصعب أن نتخيل حياتنا اليومية بدون أجهزة يمكن ارتداؤها مزودة بمنفذ USB: الهواتف المحمولة، وأجهزة القراءة الإلكترونية، والأجهزة اللوحية، وما إلى ذلك. يتم تشغيل هذه الأجهزة بواسطة مصدر تيار كيميائي، عادة ما يكون بطارية، وبالتالي، تتطلب إعادة الشحن بشكل دوري . إذا كان هناك دائمًا جهاز قريب متصل بشبكة 220 فولت/50 هرتز بمنفذ USB (كمبيوتر محمول أو كمبيوتر مكتبي أو أي جهاز آخر)، فلن تكون هناك مشكلة في شحن الجهاز القابل للارتداء. ولكن لماذا تتصل بالشبكة على وجه التحديد بجهاز قوي إلى حد ما يستهلك كمية لا بأس بها من الكهرباء لمصدر الطاقة الخاص به، إذا كان بإمكانك التعامل مع مصدر طاقة اقتصادي خاص؟

من ناحية أخرى، غالبًا ما يكون هناك موقف يتم فيه تفريغ الجهاز القابل للارتداء في أكثر اللحظات غير المناسبة، ولا يوجد جهاز USB آخر متصل بالشبكة يمكن من خلاله إعادة شحن البطارية "الميتة". لتجنب مثل هذه المواقف غير المرغوب فيها، الشركة يعني جيداطورت مصدر طاقة خاص GS05E-USBللأجهزة التي تحتوي على منفذ USB أو الأجهزة التي تعمل بمنفذ USB. يوفر مصدر الإخراج هذا تيارًا قدره 1 أمبير بجهد 5 فولت ؛ يتوافق مع الفئة الثانية للحماية من الصدمات الكهربائية (العزل المزدوج) ويتميز باستهلاك منخفض للغاية للطاقة بدون تحميل (أقل من 0.3 واط).

يتميز الجهاز بحجم صغير ووزن خفيف، مما يسمح لك بحمله معك وتكون قادرًا دائمًا (في حالة توفر 220 فولت/50 هرتز) على توصيل جهاز USB مفرغ لاستخدامه.

المؤشرات الرئيسية:

• نطاق جهد الإدخال 90...264 فولت
• جهد الخرج 5 فولت
• الناتج الحالي 1A
• مخرج يو اس بي
• الحجم 42x30x20 ملم

حول إيف للطاقة

العالم مليء بالأجهزة والألعاب التي ستموت إذا لم يكن هناك مصدر للطاقة - البطارية. الجميع يعرف الخلية الجلفانية، التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. جهاز يمكن التخلص منه - بطارية مع إمكانية الشحن الدوري - بطارية قابلة للشحن. تتميز مصادر طاقة الليثيوم بكثافة شحن عالية، وتعمل لفترة أطول، وتؤدي نفس المهام التي تؤديها الملح والقلوية.

يتم وصف الخلايا الكلفانية التي تعمل على تفاعل أكسدة لا رجعة فيه هنا. لا تتم استعادة الشحنة المحددة، تسمى البطارية يمكن التخلص منها. يتكون العنصر من أنود مصنوع من معدن الليثيوم، وكاثود مصنوع من الصلب MnO 2، Fes 2، Cuo، CF x، السائل SO 2، SOCl 2. يستمر البحث عن أملاح أخرى ذات قابلية عالية للاختزال. العامل المؤكسد هو الليثيوم النشط الذي يتبرع بالإلكترونات. يتم إغلاق علبة البطارية بدبابيس طرفية وعلاماتها. إن النقش "لا تقم بإعادة الشحن" - لا تشحن مرة أخرى، سوف يحذر من أن بطارية الليثيوم يمكن التخلص منها.

هناك نوعان من البطاريات حسب التصميم:

• بكرة؛
• حلزوني.

تدوم بطاريات الليثيوم Reel لمدة تصل إلى 20 عامًا ويستخدمها المستهلكون الذين لا يتجاوز طلبهم 150 مللي أمبير. عمر الخدمة للعناصر يصل إلى 20 عامًا.

تحتوي التصميمات الحلزونية على سطح ليثيوم كبير، ونبض يصل إلى 4 أ، وفي تيار ثابت - 0.1-1.8 أ. لكن التفريغ الذاتي لهذه الأجهزة يصل إلى 10٪ سنويًا من السعة الأصلية. يتم إنتاج العناصر التي تحتوي على أي تركيبة كاثود في نوعين. يمكن أن تكون بطاريات الليثيوم مستديرة أو منشورية أو على شكل زر.

تعتبر EVE، وMinamoto، وSAFT، وRobiton، وVarta، وTekcell من الشركات المصنعة الكبيرة والمعترف بها لبطاريات الليثيوم. هناك مرافق إنتاج صغيرة في الصين.

خصائص بطاريات الليثيوم مع أزواج الأنود المختلفة

اعتمادًا على التركيب الكيميائي للكاثود بالتزامن مع معدن الليثيوم، تتغير السعة والجهد عند أطراف العنصر، وتفريغها الذاتي وقدرتها على العمل في نطاق درجات الحرارة.

1. Li/MnO 2 - تم وضع علامة "CR" على بطارية الليثيوم. المنحل بالكهرباء هو بيركلورات الليثيوم. الفولطية 3 فولت، التفريغ الذاتي 2.5% سنويًا، مدة الصلاحية تصل إلى 10 سنوات. درجة حرارة بيئة العمل -20 +55 0 درجة مئوية. الشكل – الجهاز اللوحي هو السائد.
2. Li/CuO، بجهد تشغيل يتراوح بين 1.2-1.5 فولت، مطابق للقلوية، لكنه يحمل شحنة أكبر بثلاث مرات. نطاق درجة حرارة التشغيل -10 +70. خدمة الحياة 10 سنوات.
3. يعد Li/SO 2 أحد أكثر أنواع بطاريات الليثيوم شيوعًا. الكاثود عبارة عن مادة ملدنة تحتوي على الجرافيت وأسود الكربون. المنحل بالكهرباء هو ثاني أكسيد سائل مع مكونات للتوصيل الكهربائي. جهد التشغيل هو 2.6-2.9 فولت. ولم يتمكن التصميم من تجنب زيادة الضغط في السكن والتدفئة القوية أثناء ماس كهربائى، وكان من الضروري تركيب فتيل الضغط. تعمل بطاريات الليثيوم بشكل جيد في درجات حرارة باردة تصل إلى -60 درجة وفي حرارة +70 درجة، وتحتفظ بالشحن لمدة تصل إلى 10 سنوات.
4. Li/I 2 هو نوع من البطاريات بدون إلكتروليت. يحدث التفاعل الكيميائي 2Li+I 2 >2LiI في تركيبة صلبة عن طريق الانتشار. الملح الناتج يكون أيضًا صلبًا ويعمل كفاصل. وتدوم البطارية حتى 15 عامًا، وهي موثوقة، وتستخدم في أجهزة تنظيم ضربات القلب.
5. Li/FeS 2 - أفضل بطاريات الليثيوم المطلوبة رغم ارتفاع سعرها. تعمل هذه العناصر مع الأجهزة عالية الطاقة، ولها الحماية الحالية، والصمام الذي يعمل عند 85-90 0 وصمام تخفيف الضغط. غالبًا ما يستخدم في عامل الشكل AA.
6. Li/CF x هو نوع من بطاريات الليثيوم التي تعمل في درجات حرارة عالية تصل إلى +850. على مدار 10 سنوات، يتم إنفاق 20% من السعة على التفريغ الذاتي. تستخدم في أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة تنظيم ضربات القلب والإلكترونيات المحمولة.
7. Li/SOCl 2 هي بطارية الليثيوم الأكثر استهلاكًا للطاقة. يكون جهد عدم التحميل أكبر من 3.6 فولت. أثناء التشغيل، يتم الحفاظ على 3.3-3.5 فولت، ويتم استخدام كلوريد الثيونيل، وهو مكون عدواني، كإلكتروليت. الحد الأعلى للأداء هو +(85-130) 0 درجة مئوية. الحد الأدنى هو سالب 60، ولكن بسعة عنصر منخفضة بشكل كبير. يتم توفير الحماية من الانفجار في شكل مفتاح حراري وصمامات وصمام ضغط زائد.

أحجام بطارية الليثيوم

لاختيار مصدر الطاقة المناسب بشكل صحيح، عليك معرفة أبعاده وشكله الهندسي. المؤشرات موحدة، دعونا نلقي نظرة على الأحجام القياسية لبطاريات الليثيوم القابل للتصرف. يتم استخدام التصنيف الأمريكي.

لافتة	الخامس (الخامس)	همم)	د (مم)	اسم شعبي	العلامات مقاس معياري
AAA	1,5	44,5	10,5	الخنصر	03
أأ	1,5	50,5	14,5	اصبع اليد	6
مع	1,5	50,0	26,2	ثومبلينا	14
د	1,5	61,5	34,2	برميل	20
RRZ	9,0	48,5	26,5	تاج	6/22

يمكن رؤية الأنواع الفردية من بطاريات الليثيوم في الصورة.

إصبعيات كرون

عند اختيار بطارية الليثيوم، يعد وضع العلامات أمرًا مهمًا، حيث يمكن استخدامه لتحديد نوع العنصر. بالنسبة لبطارية الليثيوم، سيتم طباعة CR على العلبة بأحرف كبيرة، وبالنسبة للبطارية القلوية، LR، وبالنسبة للبطارية الملحية، R.

هل بطاريات الليثيوم مفضلة دائمًا على البطاريات القلوية؟ المنتجات تعمل بشكل رائع في أي ظروف. ولكن هل من المربح اقتصاديًا دائمًا شراء بطارية ليثيوم أغلى بخمس مرات إذا كانت في التيار المنخفض أعلى بمقدار 1.5-2 مرة من البطاريات القلوية؟ يتم تحديد أيهما أفضل في كل حالة، فيما يتعلق بالمهام التي يتم حلها.

من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن احتياطي الطاقة لجميع أنواع بطاريات الليثيوم أكبر بعدة مرات. من أجل عدم الخلط بين الأجهزة، يقوم المصنعون بتصنيع بطاريات Li بأطراف خاصة.

بطاريات الليثيوم AAA

سوف ننظر إلى بطارية يمكن التخلص منها مع أنود الليثيوم AAA. يحتوي الجهاز المدمج على طبقة سلبية على الأنود تمنع التفاعل. حتى إمداد التيار على المدى القصير سوف يدمر الطبقة ويجعل البطارية غير صالحة للاستعمال. على عكس بطاريات الخنصر الملحية، تصبح بطاريات الليثيوم ساخنة جدًا لدرجة أنها قد تنفجر. يحظر شحن بطاريات الليثيوم القابل للتصرف!

إذا قمت بقصر زائد أو ناقص بطارية الليثيوم، فيمكن أن تشتعل فيها النيران أيضًا. ولذلك يجب مراعاة القواعد التالية:

• لا يتم توصيل الأسلاك بجهات الاتصال بمكواة لحام ؛
• لا تحمل البطارية في الجيب حيث قد توجد أشياء معدنية صغيرة عن طريق الخطأ؛
• يجب أن يتم نقل العناصر في حالة أو حالة خاصة؛
• لا تترك البطارية في ضوء الشمس المباشر.

هل يستحق شراء بطارية ليثيوم AAA، والتي تكلف 5 مرات أكثر من البطارية القلوية؟ مع الأخذ في الاعتبار أنه يعمل لفترة أطول 7 مرات وأخف وزنًا بنسبة 35%، فهو يستحق ذلك.

عمر بطارية الليثيوم

عند تخزينها بشكل صحيح، ستعمل بطاريات الليثيوم AA بشكل موثوق لمدة تصل إلى 10 سنوات عند توصيلها. في كثير من الأحيان، يكون معدل التفريغ الذاتي 2٪ سنويًا عند تخزينه في ظروف الغرفة، t = 20 درجة مئوية.

يمكن العثور على تاريخ الإصدار وتاريخ انتهاء الصلاحية على العلبة في شكل رمز أبجدي رقمي. مشفرة بطرق مختلفة، فقط بالأرقام، 5 أحرف تعني اليوم والشهر والسنة (40615)، ويجب قراءة الرمز 9A14 في 9 يناير 2014. يتم إعطاء تاريخ انتهاء الصلاحية بشكل منفصل. يكون تاريخ انتهاء الصلاحية صالحًا إذا كانت البطارية في عبوتها ولم يتم استخدامها مطلقًا.

بطاريات الليثيوم أم القلوية أيهما أفضل؟

البطاريات القلوية والقلوية هي نفس الشيء. سوف نستخدم الاختبار الذي أجراه متخصصو Roskontrol لبطاريات AAA ومقارنتها ببطاريات الليثيوم. نظرًا لعدم وجود عناصر مثالية لحالات الأحمال النبضية والثابتة المتوسطة والضعيفة، يقترح تحديد أين يفضل استخدام البطاريات القلوية وأين بطاريات الليثيوم وأيها أفضل.

أظهرت نتائج الأبحاث أنه من الأفضل شراء بطارية ليثيوم للأحمال الحالية النبضية عالية الطاقة - فهي ستستمر حتى 3 بطاريات قلوية، ولكنها تزن أقل بكثير من إمداد الطوارئ لعدة أنواع أخرى.

من الأمثل استخدام البطاريات القلوية في أجهزة التحكم عن بعد والساعات، وفي ألعاب الأطفال فهي أكثر فعالية من حيث التكلفة. تستنزف التيارات المنخفضة شحن بطارية الليثيوم بسرعة، وسوف تستمر تقريبًا بقدر عمر البطارية القلوية.

هل يمكن شحن بطاريات الليثيوم؟

لا يمكن شحن بطاريات الليثيوم التي يمكن التخلص منها! تستخدم البطاريات القابلة لإعادة الشحن مع شاحن خاص. يمكنها تحمل ما يصل إلى 1000 عملية إعادة شحن، مما يوفر بشكل كبير ميزانية شراء العناصر التي يمكن التخلص منها.

كيف تحدد ما هو أمامك، بطارية قابلة للشحن أم بطارية يمكن التخلص منها؟ المعلومات أمام عينيك. تتم الإشارة إلى السعة بالمللي أمبير على البطارية، ولا توجد مثل هذه المعلومات على بطارية الليثيوم. سيشير سعر البطارية إلى أنه مرتفع. سيتم بالتأكيد وضع علامة على المنتج على أنه "قابل لإعادة الشحن" - قابل لإعادة الشحن.

إذا كنت تعمل بشكل احترافي باستخدام الفلاش وغيره من المعدات القوية، فاشتر بطارية بوليمر مسطحة أو بطارية ليثيوم أسطوانية قابلة لإعادة الشحن. وهذا أكثر ربحية من شراء كميات كبيرة من العناصر التي يمكن التخلص منها.

شاحن بطارية الليثيوم

ليس كل جهاز يمكنه شحن بطاريات الليثيوم. من الأفضل شراء جهاز خاص يقوم في حد ذاته بمرحلتين من الشحن ويعرض المؤشرات الحالية ويفصل البطارية عن مصدر الطاقة في الوقت المناسب. كيفية شحن بطارية الليثيوم إذا كانت بوليمر؟ لا توجد اختلافات، لديهم نفس مبدأ التشغيل. مثل هذا الشاحن غير مكلف، حوالي 20 دولارًا، ومن الجيد أن تكون وظيفة قياس السعة متاحة.

يجب على أي شاحن تحويل جهد التيار الكهربائي وتثبيته، مما يوفر 5 فولت عند الخرج. قوة التيار قابلة للتعديل من 0.5 إلى 1.0 * C. C هي سعة البطارية بـ Ah، MAh، بالمصطلحات الرقمية. يتم الشحن وفقًا لمخطط متسارع يصل إلى 80٪ من السعة، ووفقًا لمخطط كامل، على مرحلتين، حوالي 3 ساعات. بعد تجميع الطاقة بالكامل، يتم إيقاف تشغيل الشاحن.

فيديو

يتم عرض مجموعة كاملة من مصادر طاقة الليثيوم الحديثة وكيفية شحن بطارية الليثيوم في الفيديو.

مصدر الطاقة الرئيسي اليوم هو بطاريات الليثيوم. ولكي تستمر لفترة طويلة، فمن المفيد أن تأخذ في الاعتبار ميزاتها واستخدامها في المعدات المناسبة. لاختيار الحجم والسعة المناسبين، يجدر النظر في ميزات الجهاز.

محتويات

ما هي بطاريات الليثيوم؟

يحتوي السكن على عدة عناصر متصلة. يتم إخراج جهتي اتصال للاتصال بالجهاز المستهلك. يعمل عنصر DC على تشغيل العديد من الأجهزة.

يُشار إلى اسم العلامة التجارية على جسم البطارية، والنوع الذي تنتمي إليه هو "ALKALINE"، "LITHIUM". المكونات الفنية مكتوبة عليها أيضًا: الجهد والسعة.

وفقًا لقواعد اللجنة الكهربائية الدولية، يتم تمييز بطاريات الليثيوم بالأحرف اللاتينية CR. ثم يتم الإشارة إلى القدرة.

ما الفرق بين بطاريات الليثيوم والبطاريات المالحة أو القلوية؟

• الأملاح هي من بين الأضعف. إنها مناسبة للأجهزة التي لا تتطلب شحنًا كبيرًا أو أحمالًا طويلة المدى. على سبيل المثال، يتم استخدامها للوحة التحكم، والمؤقت، والآلة الحاسبة. العمر الافتراضي لأواني الملح هو 1-3 سنوات.
• تتمتع القلوية بعمر افتراضي أطول بكثير - 3-5 سنوات. ويمكن تصنيفها كعامل أمان متوسط. يطلق عليها الناس اسم "القلوية"؛ وغالبًا ما تستخدم في ألعاب الأطفال والمصابيح الكهربائية واللاعبين.
• تعمل بطاريات الليثيوم لفترة أطول وتتحمل الأحمال. يتم استخدامها للأجهزة الأكثر قوة - الكاميرات وأجهزة قياس الضغط.

تختلف جميع مصادر الطاقة المذكورة أعلاه من حيث عمر الخدمة والسعة، وبالتالي فهي مناسبة للأجهزة المختلفة.

ملحي R6، قلوي LR6، ليثيوم FR6

أنواع وأحجام بطاريات الليثيوم

تحمل بطاريات الليثيوم عدة علامات: CR، وFR، وLi-FeS2 وتختلف في الشكل - فقد تكون أسطوانية أو على شكل متوازي السطوح أو على شكل قرص. تتوفر البطاريات بأحجام مختلفة حسب التصنيف الأمريكي الموجود:

• سجل تجاري.أقراص أو عملات معدنية؛
• CR2 و.براميل أسطوانية ;
• CR-V9 (ليثيوم PP3).- كرونا ;
• FR03 (AAA).يطلق عليه شعبيا؛
• FR6 (أأ). .

تتكون بطارية الليثيوم من مكونات مختلفة. يمكن تحديد هذا المؤشر ببساطة على العلبة، حيث يُشار أيضًا إلى حجمها وقدرتها وفئتها وجهدها.

مزايا وعيوب بطاريات الليثيوم

تتمتع البطاريات من هذا النوع بسعة عالية لكل وحدة وزن. يحتوي على عدة مكونات في وقت واحد - الكاثود والأنود. يتم فصل المواد عن طريق غشاء مشرب بالكهرباء العضوية.

المزايا تشمل:

• خفة المنتج.
• صلاحية طويلة.
• نظرًا لعدم وجود ماء في التركيبة، فإن البطارية مقاومة للتغيرات في درجات الحرارة.
• ضغط متواصل.
• يتم ضمان الخصائص المستقرة عند مستويات مختلفة من تيار التفريغ.
• كثافة الطاقة العالية وكثافة الطاقة.
• السعة لا تعتمد على تيار الحمل، ومناسبة للأجهزة القوية.
• سهل العناية والاستخدام.

العيب الوحيد لهذه البطارية هو تكلفتها العالية. ولكن من الأفضل أن تدفع مرة واحدة بدلاً من تغييرها باستمرار. من المهم اتباع التوصيات الخاصة باستخدام مصادر الطاقة.

هل يمكن شحن بطاريات الليثيوم؟

تختلف البطاريات القابلة لإعادة الشحن عن البطاريات العادية في مؤشر سعتها، والذي يقاس بالمللي أمبير في الساعة. جهد البطارية العادية 1.6 فولت، والقابلة للشحن 1.2 فولت.

CR123

لا يمكن شحن بطاريات الليثيوم العادية. في أفضل الأحوال، سينتهي كل شيء بصوت الهسهسة المعتاد؛ وفي موقف آخر، قد تنفجر البطارية، مصحوبة بكل العواقب المترتبة على ذلك. المنتج مخصص للاستخدام مرة واحدة، لا تحاول إصلاحه.

رقم 4 / 2016 / المادة 6

مصادر الطاقة الكيميائية الليثيوم: بعض ميزات التطبيق

سيرجي ميرونوف (كومبل)

هل من الممكن حساب الشحنة المتبقية لمصدر التيار الكيميائي (CHS)؟ ما هي التطبيقات الأفضل؟ كلوريد ثيونيل الليثيومالبطاريات، ولأي منها؟ ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم؟ ماذا حدث التخميلولماذا يحدث وكيفية التعامل معه؟ عن كل هذا مع مثال مصادر الطاقة الكيميائية الليثيومأكبر الشركات المصنعة في العالم EEMBو صفطهذه المقالة سوف تخبرك.

بالتزامن مع التطور السريع للتكنولوجيات اللاسلكية، زاد بشكل حاد عدد الأجهزة الصناعية التي تحتوي على عناصر كلفانية تعتمد على الليثيوم (أجهزة قياس الطاقة وأجهزة استشعار التحكم مع جمع المعلومات عن بعد، وأجهزة التتبع/الملاحة GPS، وأنظمة أمان السيارات، وأجهزة استشعار الأمن والحريق، وما إلى ذلك). .) . ويفسر ذلك حقيقة أن هذه البطاريات تتفوق بشكل كبير على منتجات الأنواع الأخرى الموجودة، مثل القلوية والفضة وكلوريد الزنك من حيث معايير الطاقة. الأجهزة الصناعية، كقاعدة عامة، مصممة لعمر خدمة طويل وتعمل على نطاق واسع من درجات الحرارة، ولهذا السبب، لم تعد مصادر التيار المدرجة في كثير من الحالات هي الخيار الأمثل. تتميز بكثافة طاقة منخفضة، وتفريغ ذاتي عالي، ومدة صلاحية/عمر خدمة قصيرة، ولا تتحمل درجات الحرارة السلبية (أقل من -20...-30 درجة مئوية)، كما أن جهدها يعتمد بشكل ملحوظ على قيمة الجهد الكهربي. القدرة المتبقية. لذلك، في الأجهزة الصناعية، الأكثر شعبية هي مصادر التيار الكيميائي الليثيوم (LCC)، والتي ليس لديها مثل هذه العيوب، أو يتم التعبير عنها بشكل ضعيف.

تتمتع مصادر التيار الكيميائي للليثيوم بكثافة طاقة قصوى وتتميز بجهد مقنن أعلى مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى. تبلغ قيمة جهد خلية الليثيوم الغلفانية، إذا نظرنا إلى الخلايا الأكثر شيوعًا، 2.9...3.6 فولت مقابل 1.2...1.5 فولت للأنواع الأخرى، في حين أن الجهد له اعتماد ضعيف على درجة التفريغ ( شكل 1). لذلك، في العديد من الأجهزة، يمكنك القيام بعنصر واحد فقط. هناك عامل إضافي يساهم في الاستخدام الأوسع لـ LHIT وهو الاتجاه نحو خفض التكلفة نتيجة لتطوير تقنيات الإنتاج.

تم إنتاج بطاريات الليثيوم الفولتية بأشكال مختلفة (أسطوانية، "قرصية"، منشورية) على نطاق صناعي منذ حوالي 25-30 عامًا. في السوق، يمكنك العثور على مصادر حالية للعديد من الأنظمة الكهروكيميائية، على وجه الخصوص، من بين مصادر التيار الأولية (الخلايا الكلفانية؛ البطاريات) سيكون كلوريد ثيونيل الليثيوم (Li-SOCl2)، وثاني أكسيد كبريت الليثيوم (Li-SO2)، وفضة الليثيوم. كرومات (Li -Ag2CrO4)، كبريتيد نحاس الليثيوم (Li-CuS)، ثاني أكسيد منغنيز الليثيوم (Li-MnO2)، أحادي فلوريد كربون الليثيوم (Li-CFx) وغيرها. بعض هذه الأنظمة معروفة فقط في قطاعات متخصصة ضيقة، على سبيل المثال، في الطب للاستخدام في أجهزة تنظيم ضربات القلب أو في المنتجات العسكرية الخاصة.

في السوق الشامل، مصادر الطاقة الأولية الأكثر شهرة هي كلوريد ثيونيل الليثيوم وثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم. مع الأخذ في الاعتبار الميزات التقنية والاقتصادية والتشغيلية معًا، لا يوجد حتى الآن مصدر تيار كيميائي مثالي تمامًا لأي تطبيق. يمكننا أن نتحدث فقط عن أفضلية المعلمات في كل تطبيق محدد.

على الرغم من حقيقة أن LHITs تم إنتاجها لفترة طويلة ومعروفة جيدًا، إلا أن هناك بعض ميزات استخدامها التي تحتاج إلى الاهتمام الجاد بها. غالبًا ما يؤدي إهمال هذه الميزات أو تجاهلها إلى حقيقة أن LHIT المحدد لا يفي بالمورد الذي تم تصميمه من أجله، ولا يمكنه توفير تيار النبض المطلوب، ولا يحمل الجهد؛ يرفض الجهاز العمل عند تركيب عنصر جديد فيه، أو بعد فترة انتظار طويلة لا يعمل فجأة، على الرغم من عدم تفريغ البطارية بعد.

ويمكن تقسيم كل هذه الميزات إلى ميزات عامة لا تعتمد على النظام الكهروكيميائي، ولكنها تتعلق بصحة الحسابات الأولية وقدرة المطور على قراءة المواصفات، وميزات ترتبط بشكل مباشر بالنظام الكهروكيميائي للبطارية.

يوضح الجدول 1 بعض القيم النموذجية للمعلمات الرئيسية لـ LHIT الأساسي الأكثر شيوعًا الذي تنتجه EEMB وSAFT. يتم عرض المعلمات مثل التكلفة وكثافة الطاقة بشكل مشروط (مع العلامات النجمية) لأغراض المقارنة فقط.

الجدول 1. القيم النموذجية لمعلمات LHIT التي تنتجها EEMB وSAFT

تكنولوجيا	كلوريد ثيونيل الليثيوم (Li-SOCl2)		ثاني أكسيد المنغنيز الليثيوم (Li-MnO2)
الصانع	EEMB	صفط	EEMB	صفط	EEMB
شكل عامل	إسطواني		إسطواني		"لوح"
الجهد، V	3,6		3
نطاق درجة الحرارة، درجة مئوية	-55…150	-60…150	-40…85	-40…70	-20…125
التفريغ الذاتي،٪ سنويا	1		1		1…3
مدة الصلاحية (الظروف العادية)، سنوات	حتى 15...20		حتى 10...15		ما يصل إلى 7
كثافة الطاقة المقارنة	***		**
التكلفة المقارنة	**	****	***	*****	*
التخميل	هنالك	خفيف	لا

كما يتبين من الجدول، يتمتع كلوريد ثيونيل الليثيوم بأفضل المعايير الفنية والاقتصادية بين العناصر الأسطوانية. يتمتع هذا النوع من الأنظمة الكهروكيميائية بأعلى جهد وأفضل سعة طاقة وأقل تفريغ ذاتي وأقل تكلفة (مقارنة بين المنتجات من نفس الشركة المصنعة، ولكن ليس بين الشركات المصنعة). بناءً على هذا النظام، يمكنك العثور على بطارية لأي نطاق درجة حرارة تقريبًا مع تداخل من -60 إلى 150 درجة مئوية وبأقصى تيار تفريغ من عدة عشرات من المللي أمبير إلى عدة أمبيرات (اعتمادًا على تصميم العنصر - "بكرة" "(عالية القدرة) أو ""حلزونية"" (عالية القدرة) - وأبعادها). يبدو أن هذه هي البطارية المثالية، ولكن ليس كل شيء بهذه البساطة. إذا كانت لدينا خصائص استثنائية، فمن المؤكد أنه سيكون هناك شيء غير لطيف للغاية.

في هذه الحالة، ترتبط المشكلة بتأثير التخميل. من حيث المبدأ، فإن تأثير التخميل موجود في جميع خلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل من جميع الشركات المصنعة، ولكن في بعضها يكون أكثر وضوحًا، وفي البعض الآخر يكون أضعف. على سبيل المثال، في منتجات الشركة المصنعة الفرنسية SAFT، يكون هذا التأثير أقل وضوحًا مقارنةً بالشركة المصنعة EEMB أو غيرها. ومن ناحية أخرى، فإن منتجات SAFT لها تكلفة أعلى بكثير. الفرق في التكلفة يمكن أن يصل إلى 2.5...3 مرات.

نظرًا لأن الغالبية العظمى من المطالبات ضد عناصر كلوريد الثيونيل مرتبطة بالتخميل، فلننظر في هذا التأثير بمزيد من التفصيل. دعونا نلاحظ على الفور أن هذه العملية قابلة للعكس، وأن العنصر المعطل ليس معيبًا، ولكن يجب إلغاء تنشيطه (تنشيطه) قبل الاستخدام. كيفية القيام بذلك موضحة أدناه.

تأثير التخميل هو تكوين طبقة عازلة (كلوريد الليثيوم) على سطح أنود الليثيوم أثناء عملية إنتاج الخلية. يتكون الفيلم نتيجة للتفاعل الكيميائي الذي يحدث أثناء تجميع العنصر. يوقف الفيلم الناتج التفاعل الكيميائي ويقلل بشكل حاد من تيار التفريغ الذاتي، ونتيجة لذلك يكون لدينا عنصر ذو عمر افتراضي طويل (يصل إلى 15-20 عامًا في الظروف العادية) مع عدم وجود أي تدهور تقريبًا في المعلمات. ولكن هناك أيضًا جانب سلبي لهذه العملية. إذا قمت بتوصيل حمل يستهلك تيارًا كبيرًا بدرجة كافية بالعنصر، فسيكون للحمل في اللحظة الأولى جهد منخفض يبلغ حوالي 2.3...2.7 فولت (وحتى أقل)، على الرغم من أن الجهد في وضع الخمول سيكون عادي 3.3...3.6 ب. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الفيلم الناتج لديه موصلية منخفضة ولا يمكن تدميره على الفور، مما يمنع تدفق التيار.

تعتمد درجة تخميل العنصر (سمك الغشاء) على وقت وظروف تخزينه، وكذلك على وضع التشغيل. كلما طالت فترة التخزين وارتفعت درجة الحرارة، زاد سمك الفيلم. تبدأ المظاهر السلبية الكبيرة لتأثير التخميل بعد 5-6 أشهر من التخزين في الظروف العادية أو نتيجة الاستخدام المطول للعنصر في وضع التيار الجزئي (وحدات الميكرو أمبير).

في الحياة الواقعية، غالبًا ما تكون هناك أجهزة تعمل معظم الوقت في وضع الاستعداد (التيار الجزئي) (على سبيل المثال، أجهزة الاستشعار). تستهلك الأجهزة تيارًا يبلغ عدة ميكروأمبيرات أو عشرات الميكروأمبير لفترة طويلة، وبعد حدوث بعض الأحداث، يجب عليها التبديل إلى وضع استهلاك الطاقة المتوسط ​​أو العالي. في هذه الحالة، إذا تم تركيب بطارية في الجهاز بعد تخزين طويل الأمد أو استمر وضع الاستهلاك الجزئي لفترة طويلة جدًا، فقد لا يحدث الانتقال إلى وضع استهلاك الطاقة العالية. سوف ينتج العنصر جهدًا منخفضًا ولن يتم تشغيل الجهاز.

الجهد المنخفض له تأثير أقل على الأجهزة ذات الاستهلاك الحالي المنخفض. عندما يتم توصيل مثل هذا الحمل، فإن الجهد على العنصر سوف ينخفض ​​قليلا، وسيعمل الجهاز، ولكن إذا كان التيار صغيرا جدا (عدة ميكروأمبير)، فقد تستمر عملية التخميل، وفي مرحلة ما تشغيل سوف يصبح الجهاز غير مستقر

عند توصيل حمل يستهلك بضعة مللي أمبير (متوسط ​​الحمل)، سينخفض ​​الجهد، وبعد فترة سيعود إلى قيمته الطبيعية. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه عند استهلاك التيار المحدد، سوف ينهار الفيلم الموجود بمرور الوقت، وسيمنع التيار المتدفق باستمرار أو المتدفق على فترات زمنية قصيرة إلى حد ما تكوينه، وسيعمل الجهاز بثبات.

يمكن للجهد المنخفض على العنصر عند توصيل الحمل الذي يستهلك تيارًا كبيرًا (عشرات الملي أمبير) أن يعطل تشغيله، أو ببساطة لن يتم تشغيله. لن يؤدي استبدال العنصر بعنصر جديد (تم شراؤه للتو ولم يتم استخدامه) إلى تصحيح الموقف، ولكن فحص الحمل سيُظهر أن كل شيء على ما يرام مع دائرته.

حدثت حالة مماثلة في ممارسة كاتب المقال. أثناء العمل في إحدى الشركات، اضطررت إلى إعداد المنتج للإنتاج التسلسلي. يتكون المنتج من عدة أجهزة منفصلة، ​​أحدها يتميز بخصوصية - كان وضع التشغيل الخاص به ينبض باستهلاك تيار كبير إلى حد ما (جهاز التحكم عن بعد). مصدر الطاقة في المنتج كان خلايا الليثيوم. في ذلك الوقت (أوائل التسعينيات)، لم تكن هذه العناصر شائعة بشكل خاص، وقام قسم المشتريات بشراء مجموعة من المنتجات ذات الفولتية المماثلة. تم تثبيت هذه العناصر في الأجهزة، واتضح أن جميع الأجهزة التي تم اختبارها وتكوينها بالفعل، كان لديها انخفاض حاد في نطاق الاتصال. تم اعتبار أن العناصر تم تخزينها لفترة طويلة وفقدت بعضًا من سعتها (تم تخزينها بالفعل لفترة طويلة جدًا). تم شراء مجموعة أخرى من العناصر (أكثر "جديدة") - ولم يتحسن الوضع بشكل ملحوظ. عندما بدأوا في النظر في الأمر، اتضح أن هذه العناصر هي كلوريد الثيونيل ولها تأثير التخميل. تم حل المشكلة عن طريق بعض التعديلات على الدائرة. داخل الجهاز، قمنا بتوصيل العديد من المكثفات الإلكتروليتية الإضافية بالتوازي مع موصل الطاقة. بدأ التشغيل الأول للجهاز بسبب جزء من الطاقة المتراكمة في المكثفات، وفي الوقت نفسه، قامت النبضات الحالية بإبطال العنصر.

يجب إزالة خلايا كلوريد الليثيوم ثيونيل التي تم تخزينها لمدة ستة أشهر أو أكثر قبل الاستخدام، أي أنه يجب تدمير الطبقة العازلة لكلوريد الليثيوم بنبض تيار. يوضح الشكل 2 رسمًا بيانيًا يشرح إزالة مصادر التيار الأولية لكلوريد ثيونيل الليثيوم. هناك أربع مناطق على الرسم البياني.

I: يظهر الجهد على العنصر في حالة عدم التحميل (خمول؛ 3.6 فولت)؛

II: عند توصيل الحمل في الوقت t0، تحدث نبضة تيار، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في الجهد عبر العنصر إلى مستوى 2.4 فولت.

III: يتم تدمير الجزء الرئيسي من منطقة الغشاء العازل ويزداد جهد العنصر إلى 3 فولت. وعندما يصل الجهد إلى 3.0 فولت مع حمل متصل، يعتبر أن عملية إزالة التأثير قد اكتملت.

رابعا: يحدث تدمير إضافي للجزء المتبقي من مساحة الفيلم ويزداد الجهد تدريجيا إلى القيمة الاسمية.

للتنشيط، لا ينبغي بأي حال من الأحوال أن تقوم بتقصير دائرة أطراف البطارية. هذه الطريقة سوف تؤدي إلى فشل العنصر. هناك أوضاع مسموح بها لإزالة التأثير (التيار والوقت) موصى بها من قبل الشركة المصنعة. ويبين الجدول 2 أوضاع إلغاء التأثير لبعض عناصر EEMB.

الجدول 2. أوضاع إلغاء التعطيل لـ LHIT التي تنتجها EEMB

» الهدف=»_فارغ»>er-1″ style=»محاذاة النص: المركز; لون الخلفية: أبيض؛ العرض: 100%؛ انهيار الحدود: انهيار؛ الحدود: #989DA7 2px صلب؛»>

اسم	تيار التنشيط/مقاومة الحمل	وقت التخزين/وقت التنشيط			معيار التحقق (التنشيط)*
		3 اشهر	6 اشهر	12 شهر و اكثر	جهد الدائرة المفتوحة، V	الجهد االكهربى في التحميل، V
ER14250	10 مللي أمبير/330 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	330	≥3,2
ER14335	15 مللي أمبير/220 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	220	≥3,2
ER14505	20 مللي أمبير/165 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	165	≥3,2
ER17335	20 مللي أمبير/165 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	165	≥3,2
ER18505	33 مللي أمبير/100 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	100	≥3,2
ER26500	60 مللي أمبير/56 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	56	≥3,2
ER34615	60 مللي أمبير/56 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	56	≥3,2
ER341245	100 مللي أمبير/33 أوم	10 دقائق.	20 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	33	≥3,2
ER14250M	60 مللي أمبير/56 أوم	10 دقائق.	15 دقيقة.	30 دقيقة.	≥3,6	56	≥3,2
ER14335M	60 مللي أمبير/56 أوم	10 دقائق.	15 دقيقة.	30 دقيقة.	≥3,6	56	≥3,2
ER14505M	100 مللي أمبير/33 أوم	10 دقائق.	15 دقيقة.	30 دقيقة.	≥3,6	33	≥3,2
ER17335M	100 مللي أمبير/33 أوم	10 دقائق.	15 دقيقة.	30 دقيقة.	≥3,6	33	≥3,2
ER18505M	100 مللي أمبير/33 أوم	10 دقائق.	25 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	33	≥3,2
ER26500M	150 مللي أمبير/22 أوم	10 دقائق.	25 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	22	≥3,2
ER34615M	150 مللي أمبير/22 أوم	10 دقائق.	25 دقيقة.	35 دقيقة.	≥3,6	22	≥3,2
* - تحقق وفقًا لمعيار التنشيط بعد ساعة واحدة من إلغاء التعطيل.

نظرًا لأن مرور التيار يؤدي إلى تدمير الفيلم العازل، لتجنب تخميل العنصر في جهاز يعمل لفترة طويلة في وضع الاستعداد أو في وضع التيار الصغير، فمن الضروري توفير خوارزمية لتشغيل هذا بشكل دوري الجهاز أو توصيل حمل إضافي بالبطارية بشكل دوري. إذا كان الجهاز يحتوي على وحدة تحكم دقيقة، فليس من الصعب تنظيم ذلك ويمكن القيام به على مستوى البرنامج. إذا لم يكن ذلك ممكنا لسبب ما، فيجب تنفيذ التفريغ المستمر للعنصر بتيار صغير. على سبيل المثال، لعنصر depassivated سابقا ER14505(النوع AA) توصي الشركة المصنعة لـ EEMB بتيار تفريغ ثابت يبلغ 7...10 ميكرو أمبير. على أي حال، بالنسبة لجهاز يعمل في وضع التيار الصغير أو في الوضع النبضي مع فترات انتظار طويلة، يجب عليك أولاً استشارة الشركة المصنعة أو ممثلها لملف تعريف التفريغ فيما يتعلق بالتخميل وتلقي توصيات حول كيفية تجنب ذلك في حالة حدوثه مع الملف الشخصي المحدد.

خصوصيات سلوك العنصر بعد التعطيل

هناك فارق بسيط آخر مرتبط بالتخميل/التخميل. يحدث أنهم يحاولون اختبار عنصر معطل عن طريق توصيل حمل قريب من الحد الأقصى إليه. على سبيل المثال، إذا كانت المواصفات تشير إلى تيار ثابت بحد أقصى يبلغ 200 مللي أمبير، فقم بتوصيل الحمل المناسب، ومراقبة قراءات الجهاز في وضع قياس الجهد، وشاهد على مدى فترة من الوقت انخفاضًا تدريجيًا في الجهد بمقدار عدة أعشار فولت . وبناء على ذلك نستنتج أن العنصر مفرغ وليس لديه القدرة الكافية. ومع ذلك، أظهرت الفحوصات اللاحقة أن هذا ليس هو الحال دائمًا.

عند توصيل الحمل لفترة زمنية أطول (15...20 دقيقة)، بعد انخفاض الجهد، يمكنك رؤية زيادته اللاحقة إلى 3.2 فولت وحتى أعلى. إذا تم تبديل الحمل في وضع النبض مع الحد الأقصى للتيار للعنصر المحدد، ففي لحظة الاتصال يكون هناك انخفاض طفيف في الجهد مع انتعاش لاحق في لحظة فصل الحمل، وبعد عدد معين من هذا تبلغ قيمة مفاتيح التبديل 3.2 ... 3.3 فولت ولا تتغير عمليا. أظهر الاختبار عند تيار أعلى عدة مرات من التيار المقدر جهدًا ثابتًا قدره 3.4 فولت مع زيادة طفيفة إلى 3.5 فولت.

تم إجراء العديد من التجارب المماثلة مع عناصر مختلفة من كلوريد الثيونيل. تظهر إحدى نتائج التجربة في الشكلين 3 و4. في جميع التجارب التي أجريت، أعطت البطاريات قدرة قريبة من تلك التي ينبغي أن تكون عند تيار التفريغ المحدد لعنصر معين. وفقًا للمعلومات الواردة من الشركة المصنعة، عند تفريغها بتيار مباشر بقيمة مماثلة للحد الأقصى، يمكن تقليل سعة الخلية إلى 40...50% مقارنة بما هو محدد في المواصفات (الشكل 5). بالنسبة للعناصر المشاركة في التجربة (ثلاثة عناصر ER26500(EEMB) وعنصر واحد LS26500(SAFT))، تيار التفريغ الاسمي المحدد في المواصفات هو 2 مللي أمبير (EEMB) و4 مللي أمبير (SAFT)، والحد الأقصى لتيار التفريغ هو 200 مللي أمبير و150 مللي أمبير، على التوالي. قدرة عناصر EEMB هي 9.0 آه (عند تيار 2 مللي أمبير)، SAFT 7.7 آه (عند تيار 4 مللي أمبير). علاوة على ذلك، كان عنصر SAFT جديدًا عمليًا ولم يتعرض لإبطال مبدئي، في حين كان لعناصر EEMB مدة صلاحية تبلغ حوالي عام واحد وتم إبطال تأثيرها سابقًا وفقًا للبيانات الواردة في الجدول 2.

بالطبع، تقليل الجهد عبر العنصر 1 إلى 1.7 فولت عند الحد الأقصى للتيار الثابت هو أقل بكثير من جهد القطع للعديد من الأجهزة، وعند هذا الجهد لا تعمل الأجهزة ببساطة. ومع ذلك، هناك نقطة مهمة يجب أخذها بعين الاعتبار. عند القيمة الحالية المحددة، سيعمل العنصر/الجهاز لمدة يوم واحد فقط، وهو قليل جدًا. وهذا يدل على أن تفريغ العنصر أو اختباره على المدى الطويل بأقصى تيار لا معنى له في معظم الحالات، لأنه في الممارسة العملية لا يتم استخدام مثل هذا الوضع (يجب تغيير البطارية الموجودة في الجهاز كل يوم).

في الممارسة العملية، يتم استخدام وضع النبض أو وضع التفريغ الحالي المنخفض في كثير من الأحيان. وعلى وجه التحديد، في ظل هذه الأنظمة، تصرفت العناصر المعطلة، والتي كان من الممكن رفضها في البداية، بشكل مقبول.

يمكن تفسير نتائج هذه التجربة من خلال حقيقة أنه خلال عملية التخميل الأولى، ربما لم يتم استعادة العنصر بالكامل (في البداية كان هناك تخميل عميق). والتفريغ اللاحق استعاده بالكامل. فقط عند التفريغ بتيار متزايد، مر العنصر مرة أخرى بعملية التنشيط، وقد رأينا ذلك، ولكن عند التفريغ بتيار نابض أو تيار صغير نسبيًا (منحنى 2) مرت هذه العملية دون أن يلاحظها أحد.

ولا تعني نتائج التجارب أن هذا هو الحال دائمًا. قد يعتمد الكثير على مجموعة العناصر المحددة وظروف تخزينها. ومع ذلك، فإن النتيجة مهمة لأن جميع البطاريات، التي يمكن اعتبارها ميتة وفقًا للبيانات الأولية، أصبحت مشحونة. لذلك، إذا كان العنصر المعطل أو الجديد، عند توصيل الحمل بتيار قريب من القيمة القصوى، يظهر في البداية انخفاضًا في الجهد، فلا يجب أن ترفضه على الفور، ولكن يجب أن تحاول تفريغه، ومراقبة السلوك الجهد، وبناء على ذلك، قم بالتوصل إلى نتيجة نهائية مع الأخذ بعين الاعتبار خوارزمية التشغيل المقصودة للجهاز.

سعة الخلايا الجلفانية

من الناحية العملية، يكون لدى المطورين والمستخدمين دائمًا سؤال حول السعة الفعلية للبطارية الجلفانية. تعد سعة البطارية وجهدها من أهم العوامل. من خلال معرفة السعة الحقيقية وخوارزمية التشغيل الدقيقة للجهاز، سيكون من الممكن دائمًا التنبؤ بدقة بعمر خدمة الجهاز أو اللحظة التي تحتاج فيها البطارية إلى الاستبدال. هذا مهم للغاية عند استخدام LHIT. كما يتبين من الشكل 1، من الصعب جدًا التنبؤ بوقت تفريغ عنصر ما من خلال مراقبة الجهد، نظرًا لأن منحنى التفريغ مسطح. وقبل التفريغ نفسه، ينخفض ​​\u200b\u200bجهد الخلية بسرعة، وقد لا يكون لديك وقت لاستبدال البطارية في الوقت المناسب.

هل من الممكن بدقة أو بدرجة كافية من الدقة معرفة سعة البطارية الحقيقية المتبقية (المتوفرة في كل لحظة من الوقت)؟ لسوء الحظ، لا يمكنك! لا يمكنك معرفة السعة الدقيقة للبطارية إلا من خلال تفريغها بالكامل، لكن هذه المعلومات لن تكون ذات صلة، حيث لا يمكن إعادة استخدام العنصر. حتى لو انطلقنا من حقيقة أن الشركة المصنعة لا تكذب وتشير بصدق إلى سعة البطارية في المواصفات، ويقوم الجهاز بتنفيذ حساب الطاقة المستهلكة، فمن المستحيل حتى في هذه الحالة التنبؤ بدقة بالسعة المتبقية. لماذا؟ – يمكن فهم ذلك إذا نظرنا إلى الرسم البياني لاعتماد سعة العنصر على تيار التفريغ عند درجات حرارة مختلفة (الشكل 5).

ويترتب على الرسم البياني أنه عند استهلاك تيار مختلف عند درجة حرارة عادية ثابتة، تتغير قدرة العنصر من 7.7 أ ح إلى 3.9 أ ح، علاوة على ذلك، يجب أن نتذكر أن مثل هذه الرسوم البيانية تؤخذ عند تيار تفريغ مستمر ثابت. في جهاز العمل، مثل هذا الوضع مستحيل عمليا. كقاعدة عامة، الاستهلاك الحالي في الجهاز متغير. يعمل الجهاز في جزء من الوقت عند تيار منخفض، حتى أقل من 1 مللي أمبير (القيود على الرسم البياني أعلاه)، وفي جزء من الوقت عند قيمة تيار مختلفة، حتى الحد الأقصى. بالإضافة إلى ذلك، يعمل الجهاز على نطاق واسع من درجات الحرارة، وتعتمد قدرة العنصر أيضًا على ذلك. علاوة على ذلك، عند بعض درجات الحرارة، تزداد السعة مع زيادة التيار (70 درجة مئوية على الرسم البياني)، وعند بعض درجات الحرارة تنخفض. على سبيل المثال، إذا كان الجهاز يستهلك باستمرار تيارًا قدره 20 مللي أمبير، ففي نطاق درجة الحرارة -40...70 درجة مئوية، ستتغير سعته من 3.4 آه إلى 7 آه - يتناقص ويزداد. وبالمناسبة، ليس من الواضح عند أي درجة حرارة تبدأ السعة في الزيادة مع زيادة التيار. في الرسم البياني الموضح، درجة الحرارة هذه هي 70 درجة مئوية، وربما تكون نفس الشخصية عند 60 درجة مئوية؟ لمعرفة ذلك، تحتاج إلى إزالة عائلة من المنحنيات بخطوة صغيرة جدًا، ومع ذلك لن تكون هناك فائدة عملية من ذلك.

بالإضافة إلى الاعتماد على التيار ودرجة الحرارة، هناك عوامل إضافية، على سبيل المثال، بعد نبضة تيار، عندما يدخل الجهاز في وضع الاستهلاك الجزئي، يتم إنفاق جزء من المادة الفعالة للبطارية على التخميل (تكوين فيلم جديد) وكلما زاد عدد النبضات، زاد استهلاك هذه المادة، وبالتالي الطاقة. حتى لو كان الجهاز، إلى جانب حساب الطاقة، يحتوي أيضًا على التحكم في درجة الحرارة من أجل إدخال عوامل التصحيح، فلا يزال من المستحيل تحديد سعة البطارية المتبقية بدقة. لذلك، هناك شيء مثل كفاءة البطارية (المعدل).

يوضح عامل استخدام البطارية أي جزء من الطاقة سيتم استخدامه وأي جزء من الطاقة سيواجه ببساطة خسائر مرتبطة بالاعتماد على الاستهلاك الحالي، ودرجة الحرارة، والتفريغ الذاتي، وتيارات التسرب على لوحة الدوائر المطبوعة، والتخميل/التخميل، والرطوبة البيئية (بشكل غريب بما فيه الكفاية) وعوامل أخرى. استخدام البطارية دائمًا أقل من 100%.

يوصي مصنعو مصادر الطاقة الكيميائية باستخدام قيم المعامل التالية تقريبًا:

• للأجهزة ذات التيار العالي (متوسط ​​التيار عدة عشرات من مللي أمبير) - مورد من 3 إلى 6 أشهر، يمكن أخذ ما يصل إلى 95٪ من البطارية.
• للأجهزة ذات الاستهلاك المتوسط ​​(وحدات مللي أمبير) - مورد 2-3 سنوات، يمكن أخذ ما يصل إلى 85-90٪ من البطارية
• للأجهزة ذات الاستهلاك المنخفض (أقل من 1 مللي أمبير) - يمكن استهلاك ما يصل إلى 60-70٪ من البطارية من 3 إلى 5 سنوات
• بالنسبة للأجهزة ذات الاستهلاك الجزئي (وحدات وعشرات μA) - مورد من 5 إلى 10 سنوات، لا يمكن أخذ أكثر من 50-60٪ من البطارية.

عند اختيار خلية كلفانية، يجب عليك التركيز على القيمة الحالية التي يشار إليها بقدرتها، واختيار العنصر الذي ستكون فيه هذه القيمة أقرب إلى وضع التشغيل المقصود للجهاز، مع مراعاة المعلمات الأخرى.

مثال على اختيار نوع كيمياء الخلية الجلفانية

يتضح من الجدول 1 أن الأكثر فائدة من الناحية الاقتصادية والتقنية هو عنصر كلوريد الثيونيل. سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كان هذا صحيحًا بالنسبة لأي تطبيقات؟ دعونا نلقي نظرة على مثال بسيط. لنفترض أننا بحاجة إلى خلية كلفانية لتشغيل ذاكرة CMOS في الجهاز. تيار الاستهلاك 5 μA، جهد الإمداد 1.8...5.5 فولت، عمر الخدمة 10 سنوات (90 ألف ساعة). لنفترض أن تيار التسرب على اللوحة هو 0.2 μA.

دعونا أولا نختار عنصر كلوريد الثيونيل. لمنع تخميل العنصر في الجهاز، يجب تحميله باستمرار بحيث يكون إجمالي التيار أكثر من 10 ميكرو أمبير. دعونا نقبل، بهامش صغير، تيارًا قدره 12 μA. ثم، على مدى عمر الخدمة المطلوب، يجب أن يوفر العنصر قدرة 90.000 ساعة × 12 μA = 1.08 A h. مع الأخذ في الاعتبار تيار التسرب (0.2 μA) والتفريغ الذاتي (1٪ سنويًا)، نجد أن ستكون السعة المطلوبة 1.21 آه، مع الأخذ في الاعتبار معدل استخدام البطارية (60%)، يجب أن نختار عنصرًا بسعة لا تقل عن 2.01 آه ER14505(2.4 آه) بتكلفة 1.77 دولارًا تقريبًا (لحجم شراء معين).

عند إجراء عملية حسابية مماثلة لخلية ثاني أكسيد الليثيوم والمنغنيز، نجد أننا بحاجة إلى اختيار عنصر بسعة لا تقل عن 0.88 آه، وهنا لم نعد نأخذ في الاعتبار تيار التعطيل الإضافي. بافتراض نفس عامل استخدام البطارية، لدينا أنه يمكننا تحديد عنصر

أرز. 6. LHIT من إنتاج EEMB: أ) ER14505؛ ب) CR14250

يوضح المثال أعلاه أنه في هذه الحالة يكون استخدام عنصر يعتمد على النظام الكهروكيميائي لثاني أكسيد الليثيوم والمنغنيز أكثر ربحية، على الرغم من أنه وفقًا للبيانات الأولية (الجدول 1) كان أقل ربحية. حدث هذا لأنه عند استخدام خلية كلوريد الليثيوم ثيونيل، اضطررنا إلى تضمين خسائر إضافية من أجل منع تخميل العنصر. هذه الخسائر (التيار 7 ميكرو أمبير) هي في الأساس أكبر من تيار مصدر الذاكرة (5 ميكرو أمبير). من هذا يمكننا أن نستنتج أن عناصر كلوريد الثيونيل تكون أكثر ربحية للاستخدام عندما تكون الطاقة المفيدة المستهلكة أكبر من الخسائر الإضافية لمنع التخميل.

خاتمة

هناك مجموعة واسعة من الشركات المصنعة في سوق LHIT، المعروفة على نطاق واسع وغير المعروفة. كقاعدة عامة، تكون المعلمات المحددة في مواصفات هذه الشركات المصنعة متشابهة جدًا مع بعضها البعض إذا تم أخذ العناصر من نفس عامل الشكل والنوع بعين الاعتبار. ومع ذلك، فإن تكلفة العناصر من مختلف الشركات المصنعة قد تختلف عدة مرات. استنادا إلى تجربة استخدام هذه العناصر، يمكننا القول أنه إذا تم تشغيلها معظم الوقت في ظل ظروف عادية في وضع لا يختلف كثيرا عن الوضع الاسمي، فإن سلوكها سيكون مماثلا. في هذه الحالة، يمكنك اختيار عنصر أقل تكلفة، على سبيل المثال، التي تنتجها EEMB. تتواجد هذه الشركة في سوق LHIT منذ أكثر من 20 عامًا، منها 15 عامًا في السوق الروسية، مع مراجعات إيجابية. ومع ذلك، إذا كان يجب أن يعمل الجهاز في أوضاع قريبة من الأوضاع المحددة من حيث المعلمات الكهربائية وظروف التشغيل، وإذا كان من المتوقع أن يعمل الجهاز لفترة طويلة (أكثر من 10-12 سنة)، فهناك متطلبات متزايدة للموثوقية وسلامة الجهاز، فعليك اختيار منتجات من شركات مثل SAFT. تعمل هذه الشركة في مجال LHIT منذ أكثر من 50 عامًا وهي معيار عالمي معترف به بشكل عام.

تتمتع بقدرة عالية ويمكن أن تدوم لفترة أطول بكثير من البطاريات الأخرى، ولكنها تتمتع أيضًا بميزاتها الخاصة التي يجب أخذها في الاعتبار أثناء التشغيل وأثناء عملية الشحن.

المؤشرات الرئيسية والاختلافات عن البطاريات القلوية

بشكل عام، الخصائص الرئيسية لبطاريات Li-Ion هي مستويات الجهد الثابتة، ومستوى عالٍ من السعة ومورد طاقة كبير، وذلك بسبب تفاصيل تركيبها الكيميائي. تتكون جميع بطاريات الليثيوم من الكاثود والأنود، ويفصل بينهما غشاء وفاصل. يحتوي الحجاب الحاجز على تشريب عضوي خاص (الصورة أدناه).

بالإضافة إلى ذلك، فإن سعة بطاريات Li Ion لا تعتمد على تيار الحمل، وهذا ما يضمن أطول عمر خدمة لها - أطول بكثير من البطاريات القلوية التي لها نفس خصائص السعة. تتميز البطاريات بمدة صلاحيتها الطويلة وتشغيلها (في أحسن الأحوال تصل إلى 12 سنة)، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة وإمكانية تصنيعها بأشكال مختلفة.

أرخص ولا تقل شعبية بين المستهلكين هي "أسلاف" بطاريات Li Ion - البطاريات القلوية العادية، المسماة (استنادًا إلى تصنيف النماذج المستوردة). ولا تزال تستخدم حتى اليوم في ألعاب الأطفال، وبعض نماذج اللاعبين، والمصابيح الكهربائية المنزلية. ومع ذلك، فإنهم يتعاملون بشكل أقل مع الأحمال العالية، وفي الكاميرا أو الكمبيوتر المحمول، لن تكون العناصر القلوية فعالة بسبب حقيقة أنها ستنفجر بسرعة كبيرة.

إن بطاريات الليثيوم هي القادرة على العمل تحت أحمال ثابتة وعالية: يتم استخدام قطع التكنولوجيا التي تحبها البشرية في المرحلة الحالية بشكل مستمر تقريبًا.

هناك العديد من الأمثلة على بطاريات الليثيوم أيون التي يتم تخزينها لفترات طويلة دون استخدام كثيف دون تدهور الأداء للمستخدمين. على سبيل المثال، قد يظل الهاتف المحمول القديم المزود ببطارية Li Ion الموجودة في الدرج لبضع سنوات يعمل إذا كانت البطارية مشحونة جيدًا. وبطبيعة الحال، مع مرور الوقت، تتناقص قدرة هذه العناصر بشكل ملحوظ. ولكن نظرًا لامتلاكها مصدرًا قويًا للطاقة، فلا عجب أن خصائصها قد تجاوزت منذ فترة طويلة نظيراتها القلوية الشهيرة.

أنواع بطاريات الليثيوم

بالإضافة إلى العنصر الرئيسي (الليثيوم)، قد تحتوي هذه البطاريات على مواد كيميائية أخرى.

قد تحتوي "حشوة" خلية أيون الليثيوم على:

• ثاني أكسيد المنغنيز؛
• أكسيد النحاس؛
• ثاني أكسيد الكبريت؛
• اليود؛
• ثاني كبريتيد الحديد
• مركبات البوليفلوروكربون؛
• كلوريد الثيونيل.

بالنسبة للاستخدام على نطاق واسع، فإن هذه الاختلافات الكهروكيميائية لا تلعب دورا حاسما. الشيء المهم هو أن أيًا من هذه المركبات يمكنه ضمان التشغيل الأمثل لمصدر الطاقة الكهروكيميائية.

أيضًا، يمكن أن يكون لبطاريات الليثيوم أيون مظاهر مختلفة، اعتمادًا على التصميم والغرض من استخدامها. على سبيل المثال، 18650 بطارية لها الشكل المعتاد للعلبة على شكل "علب" معدنية. يتم استخدامها على نطاق واسع في مفكات البراغي وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. هناك عناصر مستطيلة الشكل يمكن أن تكون مسطحة تماما (يتم تركيبها في الأنواع الحديثة من الهواتف الذكية وأجهزة الأيفون)، وهناك أيضا بطاريات هلامية بوليمر مصنوعة على شكل أكياس لامعة ذات مستوى عال من الختم (يمكن رؤيتها في الأجهزة اللوحية وأجهزة iPad).

الجهد الاسمي لأي بطارية ليثيوم أيون، بغض النظر عن كيميائها، هو 3.7 فولت.

قليلا عن الليثيوم

الليثيوم نفسه هو معدن يتمتع بنعومة وليونة عالية جدًا. وهذا ما جعل من الممكن في النهاية إنتاج عناصر رفيعة وخفيفة سهلة الاستخدام وعالية الطاقة.

بدأ إنتاج بطاريات الليثيوم في السبعينيات من القرن العشرين. ومن المعروف أن التجارب الأولى في مثل هذا الإنتاج كانت في كثير من الأحيان محفوفة بالمخاطر - فقد انفجرت العديد من البطاريات، غالبًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو غيرها من الحوادث المرتبطة بالتشغيل غير السليم. مع مرور الوقت، تعلم الخبراء كيفية إنتاج بطاريات ذات خصائص محسنة. ومع ذلك، لا يزال ينبغي التعامل مع هذه البطاريات بحذر شديد.

يوجد على الإنترنت عدد كبير من الصور ومقاطع الفيديو التي التقط فيها الباحثون عن الإثارة لحظات الانفجارات على الهواتف المحمولة أو الأجهزة اللوحية. وبطبيعة الحال، لا ينصح بتكرار مثل هذه التجارب.

تم الحصول على "الليثيوم الآمن" على شكل بطاريات موثوقة وواسعة من خلال الجمع بين الليثيوم والإلكتروليتات العضوية الصلبة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن فكرة التخلص تماما من المنحل بالكهرباء القائم على الماء مكنت من الحصول على النماذج الأكثر رحابة وقوية. على سبيل المثال، تحل بطاريتا الليثيوم 3 فولت محل أربع أو خمس بطاريات قلوية بنجاح، مما يجعل تشغيل العديد من الأجهزة المنزلية أسهل بكثير. وبطبيعة الحال، لا يزال التفاعل الكيميائي العالي للليثيوم يشكل "خليطًا متفجرًا" محتملاً. خاصة في حالة الإهمال تجاه هذه البطاريات. لكن بشكل عام، العناصر آمنة تمامًا ولا تزال موثوقة للغاية.

دور مجلس الحماية

تلعب اللوحة الواقية المدمجة في كل عنصر دورًا كبيرًا في منع ارتفاع درجة حرارة البطارية واشتعالها. يمنع الدوائر القصيرة والتفريغ الزائد والشحن الزائد، ولكن الأهم من ذلك - احتمال ارتفاع درجة الحرارة. بالطبع، تم تجهيز جميع خلايا الليثيوم من الشركات المصنعة الموثوقة والموثوقة بمثل هذه اللوحة التي توجد عليها محطات الخلايا.

في الصورة: لوحة حماية بطارية ليثيوم أيون.

تحتوي أي لوحة على وحدة تحكم في تفريغ الشحن من ستة مستويات، والتي ستقوم دائمًا بفصل البطارية عن الحمل إذا تم تفريغها بالكامل، أو على العكس من ذلك، إذا وصل مستوى الشحن إلى 4.25 فولت.

أفضل البطاريات

يسألون أحيانًا عن بطاريات Li Ion الأكثر حداثة. في الآونة الأخيرة، تم الإعلان على نطاق واسع عن خلايا الليثيوم Ultimate من شركة Energizer باعتبارها أفضل بطاريات الليثيوم من أحدث جيل. تم تطويرها للأجهزة المنزلية ذات الاستهلاك العالي للطاقة (المصابيح الكهربائية القوية والكاميرات والألعاب الناطقة الكبيرة للأطفال). يدعي المعلنون أن الليثيوم النهائي ليس حتى بطارية، ولكنه "خلايا لن تحتاج إلى إعادة شحنها أبدًا" - نظرًا لحقيقة أن قوتها تدوم أكثر من 12 عامًا.

• القدرة على تحمل التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة.
• العمل في أدنى درجات الحرارة -40-60 درجة مئوية؛
• الأخف وزنا بين نظائرها الليثيوم الأخرى.
• قدرة عالية - 3000 ألف؛
• يُزعم أن مدة خدمتهم يمكن أن تصل إلى 15 عامًا.

تظهر الصورة بطارية الليثيوم النهائية.

الشحن الصحيح

إن أضمن طريقة لزيادة أدائها وتحسينه هي شحن بطاريات الليثيوم على مرحلتين. بهذه الطريقة فقط يمكن شحن البطارية بالكامل واستخدام سعتها إلى أقصى حد، دون تقليل إمكاناتها على مدى فترة طويلة من الزمن.

كيفية شحن بطاريات الليثيوم في المرحلة الأولى؟ فقط مع التيار المباشر، الذي يجب ألا يتجاوز 0.2-0.5 درجة مئوية (حيث C هي سعة البطارية). كملاذ أخير، يمكنك تسريع العملية قليلاً عن طريق زيادة التيار إلى 1.0 درجة مئوية كحد أقصى. على سبيل المثال، إذا كانت سعة البطارية 3000 مللي أمبير، والتيار الأولي من 600 إلى 1500 مللي أمبير، فيجب أن يكون التيار المتسارع يكون في حدود 1.5-3 أمبير. وبطبيعة الحال، في هذه الحالة، ينبغي استخدام الذاكرة مع خيار تعديل الجهد. بعبارات بسيطة، في المرحلة الأولى من الشحن، يعمل الجهاز كمثبت تيار كلاسيكي.

من المهم أن تتذكر أن جميع بطاريات الليثيوم مزودة بلوحة حماية. ولذلك فإن قيمة U "في وضع الخمول" يجب ألا تتجاوز 7 فولت. الجهد العالي يمكن أن يدمر اللوحة.

أثناء عملية الشحن، تحتاج إلى مراقبة الجهد باستمرار. وعندما يرتفع إلى 4.2 فولت، عليك أن تعلم أن البطاريات قد امتلأت سعتها بنسبة 80 بالمائة تقريبًا. أنت الآن بحاجة إلى الانتقال إلى مرحلة شحن أخرى.

يجب تنفيذ خطوة الشحن الثانية (والأخيرة) باستخدام U ثابت ولكن مع انخفاض مستوى التيار. يحافظ الشاحن على U في حدود 4.14-4.24 فولت وينظم التيار الذي يقل تدريجياً. عندما ينخفض ​​التيار إلى 0.05-0.01 درجة مئوية، يمكن اعتبار الشحن مكتملاً. ويبقى أن نضيف أن البطاريات «تحصل» على النسبة المفقودة من سعتها، والتي تصل إلى 100%، خلال المرحلة الثانية.

وإذا كانت ذات نوعية جيدة فيجب فصلها عن مصدر الطاقة بعد الانتهاء من عملية الشحن. الشحن الزائد أمر غير مقبول بالنسبة لخلايا الليثيوم، لأنه قد يؤدي إلى فقدان نسبة أكبر من سعتها، والتي لن يتم تجديدها بعد الآن. يجب عليك إزالة البطاريات من الشحن في الوقت المناسب ولا تنساها.

احتياطات السلامة

وكما سبق أن قيل، لا تسمح لبطاريات الليثيوم أيون أن تسخن أكثر من اللازم على سبيل المثال، ترك الأدوات الذكية معهم في الشمس أو في الأماكن التي يكون فيها الاشتعال ممكنًا. لا يجب عليك فتح هذه البطارية بنفسك ومحاولة استعادتها. - لا ينبغي تطبيق تقنية استرداد العناصر عليهم. يجب عليك أيضا شراء البطاريات فقط من الشركات المصنعة الموثوقة حتى لا تقوم بشراء البطاريات "المحترقة" التي قد تفتقر إلى لوح الحماية.

سيضمن التشغيل والشحن الصحيحان أن البطاريات ستعمل بشكل صحيح ولن تفقد قدرتها بمرور الوقت.