Lityum pil ile öncü çalışma 1912’de G.N.Lewis ile başladı, ancak 1970’lerin başına kadar şarj edilemeyen ilk lityum pillerin ticari olarak piyasaya sürülmesi gerçekleşmedi. Tüm metallerin en hafifi olan Lityum, en büyük elektrokimyasal potansiyele sahiptir ve ağırlık başına en büyük enerji yoğunluğunu sağlar. 1980’lerin ardından şarj edilebilir lityum pillerin geliştirilmesi çabaları, güvenlik sorunları yüzünden başarısız kaldı. Özellikle şarj işlemi sırasında Lityum metalinin doğasında olan istikrarsızlık nedeniyle araştırma, lityum iyonlarını kullanan metalik olmayan bir lityum pil haline değişti. Enerji yoğunluğunda lityum metalden biraz daha düşük olmasına rağmen, Li ion, şarj ve deşarj sırasında belirli önlemlerin alınması koşuluyla güvenlidir. 1991’de Sony Corporation, ilk Li ion pilini pazarladı. Diğer üreticiler de bunu takip etti. Bugün, Li ion en hızlı büyüyen ve en umut verici pil kimyasıdır.
Li İonun enerji yoğunluğu tipik olarak standart NiCd’nin enerji yoğunluğunun iki katıdır. Elektrot aktif maddelerindeki gelişmeler ile, NiCd’nin enerji yoğunluğunun üç katına yakın bir artış potansiyeline sahiptir. Yüksek kapasiteye ek olarak, yük karakteristikleri oldukça iyi ve boşalma karakteristikleri açısından NiCd’ye benzer şekilde davranıyor (benzer boşalma profil şekli, ancak farklı voltaj). Düz boşalma eğrisi, arzulanan bir voltaj spektrumunda, depolanan gücün etkin bir şekilde kullanılmasını sağlar.
Yüksek hücre voltajı, yalnızca bir hücre bulunan pil paketlerine izin verir. Günümüzün cep telefonlarının çoğu, pil tasarımını basitleştiren bir avantajla, tek bir hücrede çalışırlar. Aynı gücü korumak için daha yüksek akımlar çekilir. Düşük hücre direnci, yük darbeleri sırasında sınırsız akım akışı sağlamak için önemlidir.
Li İon, düşük bakımlı bir pildir, çoğu diğer kimyanın iddia edemediği bir avantaj. Hafıza olayı yoktur ve pilin ömrünü uzatmak için hiçbir zamanlanmış çevrime ihtiyaç yoktur. Buna ek olarak, kendi kendine boşalma, NiCd’ye kıyasla yarısından daha az olduğundan, Li İon, modern yakıt ölçer uygulamaları için çok uygundur. Li İon hücreler atıldığında çok az zarar verirler.
Tüm bu avantajlarına rağmen, Li İon pillerin dezavantajları da vardır. Kırılgandır ve güvenli çalışmasını sağlamak için bir koruma devresi gerektirir(veya kullanıldıkları cihazda böyle bir koruma sistemi mevcut ise, koruma devresi olmayan pilde kullanılabilir). Her paketin içine yerleştirilen koruma devresi, şarj sırasında her hücrenin en yüksek voltajını sınırlar ve deşarj durumunda hücre voltajının belli bir değerin altına düşmesine engel olur. Buna ek olarak, sıcaklık aşırılıkları önlemek için hücre sıcaklığı izlenir. Yerindeki bu önlemlerle, aşırı şarja bağlı olarak metalik Lityum kaplamanın oluşma olasılığı hemen hemen ortadan kaldırılır.
Yaşlanma, Li İon pillerin çoğuyla ilgili bir endişe kaynağıdır ve birçok üretici bu konuda sessiz kalmaktadır. Pil, kullanılsın veya kullanılmasın, bir yıl sonra biraz kapasite bozulması fark edilir. İki veya muhtemelen üç yıldan uzun sürelerde pil sıklıkla başarısız olur. Diğer kimyasalların da yaşla ilişkili bozucu etkilere sahip olduğu da unutulmamalıdır. Bu, yüksek ortam sıcaklığına maruz bırakıldığında, NiMH piller için özellikle geçerlidir.
Pili serin bir yerde saklamak, Li İon pillerin (ve diğer kimyasalların) yaşlanma sürecini yavaşlatır. Üreticiler,15 0 C depolama sıcaklığını önermektedir. Buna ek olarak, pil, saklama sırasında kısmen şarj edilmiş olmalıdır. Üreticiler, Li İon pilinin kimyasını sürekli geliştiriyorlar. Yeni ve geliştirilmiş kimyasal kombinasyonlar her altı ayda bir tanıtılmaktadır. Böyle hızlı bir ilerleme ile gözden geçirilen pilin ne kadar yaşlanacağını değerlendirmek zordur.
Diğer piller gibi, şarj edilebilir Lityum İon pil, hücreler olarak adlandırılan bir veya daha fazla güç oluşturan bölmeden oluşur. Her hücrenin esas olarak üç bileşeni vardır: pozitif bir elektrot (pilin pozitif veya + terminaline bağlı), negatif elektrot (negatif veya – terminale bağlı) ve bunların arasında bir elektrolit adı verilen bir kimyasal. Pozitif elektrot tipik olarak, lityum-kobalt oksit (LiCo02) adı verilen bir kimyasal bileşikten ya da yeni pillerde lityum demir fosfattan (LiFeP04) yapılır. Negatif elektrot genelde karbondan (grafit) yapılır ve elektrolit bir pil tipinden diğerine değişir – ancak pilin nasıl çalıştığına dair temel fikri anlamada çok önemli değildir.
Tüm lityum İon piller aynı şekilde çalışır. Pil şarj edilirken, lityum-kobalt oksit, pozitif elektrot, elektroliti geçerek negatif grafit elektrotuna hareket eden ve orada kalmaya devam eden lityum iyonlarını bırakır. Pil, bu işlem sırasında enerjiyi alır ve depolar. Pil boşalıyorken, lityum iyonları elektrolitin üzerinden geriye pozitif elektroda doğru hareket ederek pile enerji verir. Her iki durumda da, elektronlar dış devrede iyonlara ters yönde akar. Elektronlar, elektrolitten akamazlar: elektronlar söz konusu olduğunda elektrolit, etkili bir yalıtım bariyeridir.
İyonların (elektrolitten) ve elektronların (harici devre etrafında, farklı yönde) hareketi birbirine bağlı işlemlerdir ve eğer herhangi biri durursa, diğeri de durur. İyonlar elektrolit üzerinde hareket etmeyi bırakırsa, pil tamamen boşalır, elektronlar da dış devrede hareket edemez; böylece güç kaybolur. Benzer şekilde, pilin gücünü ne olursa olsun kapatırsanız elektron akışını durdurur ve böylece iyonların akışı da durur.
Adından da anlaşılacağı üzere, Lityum İon piller, lityum iyonlarının hareketi ile ilgilidir: İyonlar, pil şarj oluyorken (gücü emdiği zaman), bir yönde hareket eder: pil boşalıyorken(güç verdiği zaman), ters yönde hareket eder.
Lityum hücrenin tasarımına ve kimyasına bağlı olarak, Lİ İon piller farklı nominal “voltajlar” altında satılabilirler. Örneğin, hemen hemen tüm lityum İon piller 3.7V veya 4.2V pillerdir. Bunun anlamı, hücrenin maksimum voltajının 4.2v olması ve “nominal” (ortalama) voltajın 3.7V olmasıdır. Pil kullanılırken, gerilim 3.0V civarında olan minimuma kadar düşecektir. Pili üzerinde bir yere yazılmış 3.7V numarasını görmelisiniz.
Ayrıca 4.1V / 3.6V pillerle de çalışabilirsiniz. Bunlar 4.2V / 3.7V’tan daha eski pillerdir- biraz farklı bir kimya kullanıyorlar ve pilin üzerinde 3,6V işareti görürsünüz.
Günümüzde 4,35V pillerde bulunmaktadır. Bunlar en son kimya pillerdir, voltajın 4,2V’dan daha yüksek olduğu belirtildiğinden, biraz daha fazla güçleri vardır. Dizüstü bilgisayar ve ışık pilleri için kullanılanları silindirik olma eğilimindedirler.
Pil ve şarj cihazı satın alınırken, onların eşleştiğinden emin olunmalı. Pilleri şarj ederken, şarj cihazı voltajı, 3,7 / 4,2V pil için maksimum 4,2 + 0,05 V olmalıdır. 3,6V’ lık bir pilin 4,2V’luk bir pil şarj cihazına takılarak aşırı şarj edilmesi, en azından kalıcı olarak pilinize zarar verebilir ve en kötü ihtimalle bir yangına neden olabilir! Örneğin: 3.7 / 4.2V pil ve 3.7 / 4,2V şarj cihazı: Tamam – 3,7 / 4,2V pil ve 3,6 / 4,1V şarj cihazı: Tamam (ancak ideal değil) – 3.6 / 4.1V pil ve 3.6 / 4.1V şarj cihazı: Tamam – 3,6 / 4,1V pil ve 3,7 / 4,2V şarj cihazı ZARARLI!
Li-İon piller hiçbir zaman 3,0 V değerinin altına kadar boşaltıImamalı. Aksi taktirde pil tekrar şarj edilemeyebilir. Pildeki veya cihazdaki koruma devresi bu voltaja gelince pili devreden ayırmalıdır. Piyasada satılan bazı silindirik Li-İon pillerinin koruma devreleri yoktur. Bunlar, koruma devreli silindirik pillere göre çoklukla daha kısadırlar(takriben 65 mm, diğeri 70 mm)). Böyle bir pil, takıldığı cihazda pili koruyan devre var ise alınmalı ve takılmalıdır. Boşalma: 3,0 V’ ta kesilir (oda sıcaklığında).
BOŞALMA PROFİLİ
En ekonomik Li-İon pil, maliyet-enerji oranı açısından silindirik 18650 hücresidir. Bu hücre, ultra- ince geometri gerektirmeyen mobil bilgi işlem ve diğer uygulamalar için kullanılır, daha ince bir paket gerekiyorsa (18 mm’den daha ince), prizmatik Li ion hücre en iyi seçimdir. Enerji yoğunluğunda 18650’den daha fazla bir kazanç elde edilmemekte, ancak aynı enerjiyi elde etme maliyeti iki katına çıkabilmektedir. Ultra ince geometri (4 mm’den az) için tek seçenek Li ion polimerdir. Bu, maliyet-enerji oranı açısından en pahalı sistemdir. Enerji yoğunluğunda bir kazanç yok ve dayanıklılık, sağlam bir 18560 hücresinden daha düşüktür.
Li İon piller, nakliye yönetmeliklerine tabi olarak – daha büyük miktarlarda Li-İon pillerin sevkıyatı, düzenleyici kontrole tabi olabilir. Bu kısıtlama kişisel taşınabilir piller için geçerli değildir.
Li-polimer, içinde kullanılan elektrolit türü ile kendini diğer pil sistemlerinden ayırır. Orijinal tasarım, 1970’lere dayanıyor ve kuru bir katı polimer elektrolit kullanıyor. Bu elektrolit, elektrik iletmeyen ama iyon değişimini sağlayan (elektrik yüklü atomlar veya atom grupları) plastik benzeri bir filmi andırıyor. Polimer elektrolit, elektrolit ile ıslatılmış geleneksel gözenekli ayırıcının yerini alır. Kuru polimer tasarımı, imalat, sağlamlık, emniyet ve ince profil geometrisine göre basitleştirmeler sunar. Yamalık tehlikesi yoktur, çünkü sıvı veya jel elektrolit kullanılmaz. Bir milimetre ölçülebilen bir hücre inceliği ile, ekipman tasarımcıları, şekil ve boyut bakımından, kendi hayal güçlerine bırakılmışlardır.
Maalesef, kuru Li-polimerin iletkenliği zayıftır. İç direnç çok yüksektir ve modern iletişim aygıtları için gerekli akım yükselmelerini sağlayamaz ve mobil bilgi işlem ekipmanlarının sabit disklerini döndüremez. Hücrenin 60 ° C ve üzerine ısıtılması iletkenliği arttırır, ancak bu gereksinim taşınabilir uygulamalar için uygun değildir.
Küçük bir Li-polimer pili iletken yapmak için, bazı jel leştir ilmiş elektrolit eklenmektedir. Günümüzde cep telefonları için kullanılan ticari Li-polimer pillerin çoğu melezdir ve jel elektrolit içerir. Bu sistem için doğru terim Lityum İyon Polimer’dir. Tanıtım nedenlerle, çoğu üretici pili sadece Li- polimer olarak işaretler.
Jel halinde elektrolit ilavesi, klasik Li İon ve Li İon polimer arasında ne fark yaratır? İki sistemin özellikleri ve performansı çok benzer olmasına rağmen, Li İon polimer, katı elektrolitin gözenekli ayırıcıyla yer değiştirmesi nedeniyle benzersizdir. Jel elektrolit, basitçe iyon iletkenliğini arttırmak için ilave edilir.
Teknik güçlükler ve hacimsel üretimindeki gecikmeler, Li İon polimer pil kullanımını erteledi. Buna ek olarak, Li iyonu polimerinin vaat edilen üstünlüğü henüz gerçekleşmemiştir. Kapasite kazançlarında hiç bir iyileşme sağlanmıyor – aslında kapasite, standart Li İon pilinkinden biraz daha düşüktür. Günümüzde maliyet avantajı da yoktur. Li-İon polimere geçmenin başlıca nedeni, biçim faktörüdür. Oldukça rekabetçi cep telefonu endüstrisi tarafından talep edilen bir stil olan ince film geometrilerine izin verir. Daha hafiftir ve sıvı elektrolitlerden ziyade jel haline getirilmiş elektrolit, paketlemeyi basitleştirir, bazı durumlarda metal kabuğu ortadan kaldırır. Aşırı şarja karşı daha dayanıklıdır. Elektrolit sızıntısı olasılığı azdır.
sayral.com 