18650 Li-ion batérie sú v poslednej dobe čoraz populárnejšie. Podľa ich technických charakteristík sú pred známymi prstovými batériami. Pojmy „prst“a „malíček“, používané pre známe veľkosti batérií, sú nesprávne z hľadiska správnej terminológie. Všetky batérie, bez ohľadu na veľkosť, majú svoje vlastné kódy označujúce ich veľkosť. 18650 je teda tiež kód. To je celé tajomstvo.
Veľkosť batérie 18650
Tento päťmiestny kód vyjadruje šírku a dĺžku batérie, kde prvé dve číslice sú šírka (priemer) v mm a posledné tri sú dĺžka v mm s desatinami. Existuje mylný názor, že nula na konci tohto kódu označuje valcový tvar batérie (existujú batérie rôznych tvarov). Takéto presné označenie dĺžky batérie nie je potrebné. Pri špecifikácii jeho veľkosti sa často obmedzuje na prvé štyri číslice (1865). Mimochodom, prstové a malíčkové batérie majú tiež svoj vlastný kód - 14500 a 10440. Okrem digitálneho kódu napr.veľkosť môže byť označená aj písmenami. Napríklad vyššie uvedené dve veľkosti batérií majú alternatívne písmenové kódy - AA (prst) a AAA (malíček). Existuje mnoho abecedných a číselných kódov označujúcich veľkosť rôznych batérií: CR123 (16340), A (17500), Fat A (18500), 4/3 A (17670) atď.
V prípade batérií 18650 je toto označenie veľkosti nepresné. Do úvahy treba brať aj ďalšie parametre. Veľkosť batérie 18650 môže byť ovplyvnená napríklad prítomnosťou vstavanej špeciálnej dosky (regulátora nabíjania). Niektoré batérie môžu mať v tomto prípade o niečo dlhšiu dĺžku. Nie je nezvyčajné, že sa batéria jednoducho nezmestí do priehradky zariadenia, kde ju chcú použiť, a to aj napriek tomu, že toto zariadenie (napríklad batéria pre elektronickú cigaretu) je skonštruované na prácu s týmto typom batérie.
Výdrž batérie Li-ion 18650
Čas, ktorý daná batéria vydrží, závisí od koncepcie „miliampér za hodinu“(mAh). Pre veľké batérie, ako sú automobily, sa používa termín "ampéry za hodinu". Pri 18650 mAh batérii ide o odvodenú hodnotu. Jeden ampér sa rovná 1000 miliampérom. Miliampér za hodinu je prúd, ktorý dokáže batéria vyprodukovať počas bežnej hodiny používania. Inými slovami, ak túto hodnotu vydelíte určitým počtom hodín, zistíte výdrž batérie. Batéria má napríklad kapacitu 3000 mAh. To znamená, že na dve hodinypráce, vydá 1500 miliampérov. Štyri - 750. Batéria z vyššie uvedeného príkladu sa úplne vybije po 10 hodinách prevádzky, keď jej kapacita dosiahne 300 miliampérov (limit hlbokého vybitia).
Tieto výpočty poskytujú len približnú predstavu o výdrži batérie. Jeho skutočný prevádzkový čas závisí od toho, s akou záťažou sa musí vyrovnať, teda od zariadenia, ktoré musí napájať.
Prúd, napätie a výkon
Skôr než sa budeme venovať všeobecnému popisu technických charakteristík 18650 lítium-iónových batérií a preventívnych opatrení pri práci s nimi, stručne definujeme vyššie uvedené pojmy. Prúd (maximálny vybíjací prúd, prúdový výstup) je vyjadrený v ampéroch a na batérii je označený písmenom „A“. Napätie sa vyjadruje vo voltoch a označuje sa písmenom „V“. Na mnohých batériách nájdete takéto označenia. Pre lítium-iónovú batériu je napätie vždy 3,7 voltu a prúd môže byť odlišný. Výkon batérie ako dominantný parameter jej sily je vyjadrený ako súčin napätia a prúdu (volty je potrebné vynásobiť ampérmi).
Popis výhod a nevýhod lítium-iónovej batérie
Hlavnou nevýhodou 18650 Li-Ion batérií je, že majú malý rozsah prevádzkových teplôt. Bežná prevádzka lítium-iónovej batérie je možná len v rozsahu od -20 do +20 stupňov Celzia. Ak sa používa alebo nabíja pri teplotách nižších alebo vyššíchoznačené, kazí to. Pre porovnanie, nikel-kadmiové a nikel-metal hydridové batérie majú širší teplotný rozsah – od -40 do +40. Na rozdiel od lítium-iónových batérií však majú vyššie menovité napätie – 3,7 voltu oproti 1,2 voltu pre niklové batérie.
Lítium-iónové batérie tiež prakticky nie sú ovplyvnené samovybíjaním a pamäťovými efektmi bežnými u mnohých typov batérií. Samovybíjanie je strata nabitej energie pri nečinnosti. K pamäťovému efektu dochádza pri niektorých typoch batérií v dôsledku systematického nabíjania po neúplnom vybití. To znamená, že sa vyvíja na batériách, ktoré nie sú úplne vybité.
S pamäťovým efektom si batéria „pamätá“stupeň vybitia, po ktorom sa začne nabíjať, a po dosiahnutí tejto hranice v nasledujúcom cykle sa vybije. Jeho skutočná kapacita v tom čase je v skutočnosti väčšia. Ak existuje doska, ktorá zobrazuje úroveň batérie, zobrazí aj vybitie. Tento efekt sa nevyvinie okamžite, ale postupne. Môže sa vyvinúť aj v podmienkach, keď batéria neustále pracuje zo siete, to znamená, že sa nepretržite nabíja.
Samovoľné vybíjanie a pamäťový efekt sú v lítium-iónových batériách extrémne nízke.
Je potrebné venovať pozornosť ešte jednej veci: takéto batérie nemožno skladovať vo vybitom stave, inak rýchlo zlyhajú.
Opatrenia na lítium-iónovú batériu
Mnohé typy batérií sú horľavé avýbuchy. Závisí to od chemického zloženia vnútornej štruktúry batérie. Pre lítium-iónové batérie 18650 je tento problém dosť akútny. Nie je nezvyčajné, že používatelia e-cigariet utrpia ťažké popáleniny rúk a tváre, či dokonca vážnejšie zranenia. Keďže lítium-iónové batérie sa nachádzajú v notebookoch, tabletoch a mobilných telefónoch, nie je nezvyčajné, že sa vznietia.
Na prvom mieste medzi príčinami takýchto incidentov je samozrejme nekvalitná (lacná) montáž batérie. V prípade elektronických cigariet je však jednoduché vyvolať výbuch lítium-iónovej batérie svojpomocne, aj keď batéria nie je lacná. Aby ste to dosiahli, musíte trochu porozumieť tomu, čo je elektrický odpor.
Ak si tento pojem vysvetlíme čo najjednoduchším jazykom, tak toto je parameter, ktorý určuje požiadavky vodiča na batériu. Čím nižší je odpor vodiča, tým väčší prúd (ampéry) musí batéria dať. Ak je odpor veľmi nízky, potom bude batéria pracovať s takým vodičom na veľké zaťaženie. Odpor môže byť taký nízky, že spôsobí nadmerné zaťaženie batérie a jej následnú explóziu alebo vznietenie. Inými slovami, pôjde o skrat. Keďže elektronické cigarety fungujú na princípe vyparovania, ktorý vyžaduje vykurovacie teleso (vláknovú cievku), nešikovní používatelia môžu omylom prinútiť batériu, aby pracovala s vykurovacím telesom sextrémne nízky odpor. Keď poznáte prúdový výstup konkrétnej batérie a odpor vodiča, pomocou jednoduchých výpočtov pomocou vzorca Ohmovho zákona môžete určiť, či táto batéria zvládne konkrétny vodič.
Tieto nebezpečenstvá sa nevyskytujú vždy vo všetkých prípadoch. Technológie ochrany batérií sa neustále vyvíjajú. Mnohé batérie majú vo vnútri špeciálny regulátor nabíjania, ktorý dokáže batériu včas odpojiť, keď dôjde ku skratu. Toto sú chránené batérie.
Zariadenie s lítium-iónovou batériou
Srdcom batérie 18650 je elektrolyt, špeciálna kvapalina, v ktorej prebiehajú chemické reakcie.
Tieto chemické reakcie sú reverzibilné. Toto je princíp fungovania akejkoľvek batérie. Zjednodušene povedané, vzorec pre takéto reakcie môže prebiehať zľava doprava (výboj) a sprava doľava (nabíjanie). K takýmto reakciám dochádza medzi katódou a anódou článku. Katóda je záporná elektróda (mínus), anóda je kladná elektróda (plus) zdroja energie. Počas reakcie medzi nimi vzniká elektrický prúd. Chemické reakcie výboja a náboja medzi katódou a anódou sú oxidačné a redukčné procesy, ale to je už iný príbeh. Nebudeme sa ponoriť do procesu elektrolýzy. Prúd sa tvorí v okamihu, keď katóda a anóda začnú interagovať, to znamená, že niečo je spojené s plusom a mínusom batérie. Katóda a anóda musia byť elektricky vodivé.
Pri porušení podmienokPočas prevádzky sa v elektrolyte objavujú molekuly chemických prvkov, ktoré uzatvárajú katódu a anódu, čo vedie k vnútorným skratom. V dôsledku toho sa teplota batérie zvyšuje a objavuje sa viac molekúl, čím sa uzatvára plus a mínus. Celý tento proces ako snehová guľa naberá rýchlosť exponenciálne. Bez možnosti vybratia elektrolytu (puzdro batérie je utesnené) dochádza k tepelnej rozťažnosti, čím sa zvyšuje vnútorný tlak. Čo sa stane potom, sa dá pochopiť bez komentára.
Nabíjanie lítium-iónovej batérie
Ako nabíjačka batérie 18650 je vhodné akékoľvek zariadenie určené pre batérie tohto formátu. Hlavná vec je nemeniť správnu polaritu pri nabíjaní. Umiestnite batérie do slotov nabíjačky presne podľa znamienka plus a mínus. Je dobré si prečítať ďalšie upozornenia týkajúce sa používania nabíjačky batérie 18650, ktoré sú vždy uvedené na obale batérie.
Najlepšou možnosťou nabíjania lítium-iónových batérií je použitie drahších nabíjačiek s jemne vyladeným procesom nabíjania. Mnohé z nich majú funkciu nabíjania batérií metódou CC / CV, čo znamená konštantný prúd, konštantné napätie. Táto metóda je dobrá, pretože dokáže nabiť batériu viac ako bežné nabíjačky. Je to spôsobené takou koncepciou, ako je prebíjanie.
Počas nabíjania alebo vybíjania batérie, jej napätiesa mení. Pri nabíjaní sa zvyšuje, pri vybíjaní klesá. Menovitých 3,7 voltov je priemerná hodnota.
Existujú dva efekty, ktoré majú škodlivý vplyv na batériu – prebíjanie a nadmerné vybíjanie. Existujú limity pre nabíjanie a vybíjanie batérie. Ak napätie batérie prekročí tieto limity, batéria sa prebíja alebo nadmerne vybíja v závislosti od toho, či sa nabíja alebo vybíja. V normálnom režime nabíjania pre 18650 Li-ion nabíjačka a regulátor nabíjania v samotnej batérii (ak existuje) čítajú napätie batérie a prerušia nabíjanie, keď dosiahne prahovú hodnotu, aby sa predišlo prebíjaniu. V tomto prípade nie je batéria skutočne úplne nabitá. Jeho kapacita mu môže umožniť nabiť viac, ale limit mu v tom bráni.
Princíp nabíjania metódou CC / CV je navrhnutý tak, aby sa prúd dodávaný do nabíjania neprerušil, ale prudko znížil, čím sa zabráni tomu, aby vnútorné napätie batérie prekročilo prahovú hodnotu. Batéria je teda plne nabitá bez toho, aby sa dobíjala.
Typy lítium-iónových batérií
Typy 18650 Li-ion batérií:
- fosforečnan lítno-železitý (LFP);
- lítium-mangán (IMR);
- lítium-kob alt (ICR);
- lítiový polymér (LiPo).
Všetky typy okrem posledného sú valcové a môžu byť vyrobené vo formáte 18650. Lítium-polymérové batérie sa líšia tým, že nemajú špecifický tvar. Je to spôsobené tým, že majú pevnúelektrolyt (polymér). Práve vďaka tejto nezvyčajnej vlastnosti elektrolytu sa tieto batérie často používajú v tabletoch a mobilných telefónoch.
Použitie lítium-iónových batérií
Ako už bolo spomenuté, Li-ion batérie veľkosti 18650 sú široko používané v elektronických cigaretách. Môžu byť zabudované do akumulátora alebo odnímateľné, t.j. inštalované v ňom samostatne. Môže ich byť tiež niekoľko zapojených paralelne alebo sériovo.
Lítium-iónové batérie sa už dlho používajú pri konštrukcii rôznych batérií, napríklad batérií do notebookov. Takéto batérie sú reťazou niekoľkých vzájomne prepojených batérií 18650 vo vnútri jedného puzdra. Takéto batérie možno nájsť aj ako priestranné power banky – prenosné nabíjačky.
Rozsah samotných batérií je veľmi široký: od menovaných nabíjačiek až po základné prvky moderných veľkých mechanizmov (automobily alebo letectva). Zároveň sa počet 18650 lítium-iónových batérií, ktoré tvoria jednu batériu, môže líšiť od niekoľkých po stovky. Za zmienku stoja lítium-polymérové batérie. Hoci nie sú dostupné vo formáte 18650 Li-ion, sú najbežnejšie, pretože sa používajú v tabletoch a mobilných telefónoch.
