Что такое литиевая батарея?

Что такое литиевая батарея?

Литиевая батарея — это тип химической батареи, которая вырабатывает электричество посредством химической реакции. Хотя название похоже на название литий-ионной батареи и его легко спутать, литий-ионная батарея — это перезаряжаемая батарея, работающая на основе реакции интеркаляции, которая использует углеродный материал, способный хранить ионы лития, в качестве отрицательного электрода.

Литиевые батареи, с другой стороны, используют металлический литий или литиевые сплавы для отрицательного электрода и, как правило, являются неперезаряжаемыми первичными батареями.

Нажмите здесь, чтобы получить подробное описание литиевых батарей и список из 36 производителей.

Положительный электрод литиевой батареи может быть изготовлен из диоксида марганца, фторида графита или дисульфида железа. Обычно, когда мы говорим о литиевой батарее, мы имеем в виду литий-марганцевую диоксидную батарею.

Применение литиевых батарей

Литий имеет наибольшую тенденцию к катионизации среди всех металлов, а также является самым легким металлом. По этой причине литиевые батареи характеризуются высоким напряжением, малым весом и высокой плотностью энергии. Они широко используются в качестве внутренних источников питания для часов и резервного копирования памяти в различных бытовых электроприборах, таких как Blu-ray/DVD-рекордеры, цифровые камеры, игровые консоли, рисоварки и устройства связи.

Некоторые типы также имеют стабильные характеристики разряда, долговременную надежность и отличный срок хранения при высоких температурах. Это делает их широко используемыми в качестве источников питания для различных типов счетчиков воды, электроэнергии и газа, а также интеллектуальных счетчиков, пожарной сигнализации, охранного оборудования, медицинского оборудования и других важных устройств.

Принцип работы литиевых батарей

В литиевых батареях в качестве положительного электрода используется диоксид марганца, фторид графита или дисульфид железа, в качестве отрицательного электрода — металлический литий, а в качестве электролита используется органический электролит, полученный путем растворения солей лития в органическом растворителе.

Литий-металл на отрицательном электроде ионизируется с точки, где он контактирует с электролитом, и растворяется в электролите в виде ионов лития, и на каждый литиированный атом лития генерируется один электрон. Затем электроны перемещаются к проводнику, а ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному электроду через электролит, вызывая химическую реакцию с материалом катода.

Характеристики литиевой батареи

По сравнению с другими батареями, такими как щелочные батареи, литиевые батареи имеют следующие характеристики:

1. Легкий вес и высокое напряжение

В то время как щелочные батареи имеют номинальное напряжение 1,5 В, батареи на основе диоксида марганца, которые широко используются, имеют более высокое номинальное напряжение 3 В. Легкие и высоковольтные, они имеют высокую плотность энергии и могут использоваться в небольших устройствах за счет сокращения количества батарей с двух или более до одной.

2. Низкий саморазряд и длительный срок службы батареи

Катод литиевой батареи представляет собой химически стабильный материал, который не портится легко и может сохранять более 90% своей емкости даже после 10 лет хранения.

Кроме того, сравнение срока службы батарей в оборудовании, требующем относительно высокого тока (например, фотографическое оборудование), показывает, что литиевые батареи могут прослужить примерно в два раза дольше, чем щелочные сухие батареи. Хотя литиевые батареи дороже сухих батарей, частота замены батарей уменьшается, что может быть выгодно с точки зрения общей стоимости для оборудования, требующего большого тока.

Однако при использовании в устройствах с низким потреблением тока, таких как калькуляторы и передатчики пультов дистанционного управления телевизорами, разница в продолжительности жизни между литиевыми батареями и сухими батареями невелика, без существенных преимуществ.

3. Широкий диапазон температур

Поскольку электролит щелочных батарей и других батарей, широко используемых в сухих батареях, представляет собой водный раствор, активность реакции снижается в условиях низких температур. Если электролит замерзнет, ​​батарея не будет функционировать как батарея. По этой причине рекомендуемый диапазон рабочих температур для щелочных батарей составляет от 5°C до 45°C.

С другой стороны, литиевые батареи используют органический электролит, который имеет очень низкую температуру замерзания. Они также относительно стабильны при высоких температурах, поэтому мощность может быть извлечена в широком диапазоне температур. Диапазон рабочих температур для обычных продуктов, как утверждается, составляет от -30 до 70 °C, а для термостойких типов — от -40 до 125 °C.

Благодаря этим характеристикам литиевые батареи используются в качестве источников питания для оборудования в снежном альпинизме, а также для камер и другого оборудования, используемого для фото- и видеосъемки.

Типы литиевых батарей

Вообще говоря, литиевые батареи — это первичные батареи, которые нельзя заряжать или разряжать, но есть также вторичные литиевые батареи, которые можно заряжать и разряжать. Ниже приведено введение в каждый тип:

Первичная литиевая батарея

Коммерчески доступные первичные литиевые батареи делятся на три типа по форме: цилиндрические литиевые батареи, литиевые батареи в форме монеты и литиевые батареи в форме штифта.

1. Цилиндрическая литиевая батарея
   Цилиндрические литиевые батареи характеризуются низким саморазрядом и высокой выходной мощностью. В качестве материала катода в основном используется фтористый графит или диоксид марганца, а выходное напряжение составляет номинально 3 В. Фторид графита имеет отличный длительный срок хранения и используется в качестве источника питания в интеллектуальных счетчиках газа и воды. Диоксид марганца подходит для подачи больших токов и используется в фотографическом оборудовании, таком как камеры. Литиевые батареи, использующие сульфид железа в качестве материала положительного электрода, имеют выходное напряжение около 1,5 В и продаются в качестве замены для батареек AA и AAA.
2. Литиевая батарея монетного типа
   Материалом катода литиевых батарей в форме монеты является фторид графита или диоксид марганца. Характеризуясь своей тонкостью и компактными размерами, они используются в качестве резервных источников питания для функций памяти и часов в электротехнических изделиях и информационном оборудовании. Они также используются в системах бесключевого доступа и сверхкомпактных фонарях в автомобилях.
3. Литиевая батарея штыревого типа
   Литиевые батареи штыревого типа длинные, тонкие и маленькие, а материалом их положительного электрода является фторид графита. Применения включают электрические поплавки для рыбалки и небольшие радиоволновые передатчики.

Литиевая батарея

Хотя литиевые батареи, как правило, являются первичными батареями, которые нельзя перезаряжать, существуют также литиевые вторичные батареи, которые можно перезаряжать, используя соединение, такое как ванадий или титан, в качестве положительного электрода и металлический литий или литиевое соединение или сплав, такой как алюминий или титан, в качестве отрицательного электрода, в форме монеты.

Они не только обладают теми же превосходными характеристиками, что и первичные литиевые батареи, но и имеют превосходные характеристики цикла заряда-разряда. Они подходят для устройств, которые не хотят или не могут заменить литиевые батареи на полпути. Примерами использования являются часы на солнечных батареях и резервные источники питания для наручных часов.