Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol или Li-Polymer)

Распространенный Li-Ion-аккумулятор был бы хорош, если бы не проблемы с обеспечением безопасности его эксплуатации и высокая стоимость производства. Попытки решения этих проблем и привели к появлению литий-полимерных аккумуляторов (Li-Pol или Li-Polymer). Аккумуляторы Li-Polymer отличаются от Li-Ion типом используемого электролита. Первые батареи с использованием сухих и твердых полимерных электролитов разрабатывались еще в 70-х годах, но первые коммерческие батареи с обозначением Li-Polymer появились относительно недавно.

Суть технологии — нанесение электролита на пластмассовую пленку, которая сама не проводит электричество, но позволяет беспрепятственно обмениваться ионами (электрически заряженными атомами или группами атомов). Грубо говоря, полимерный электролит заменяет традиционный пористый сепаратор, который пропитан жидким электролитом. Сухая полимерная конструкция обеспечивает малую толщину ячейки (до 1 мм), относительную простоту изготовления и безопасность использования (отсутствие жидкого или гелевого электролита исключает возможность отравления или ожога). Разработчики оборудования свободны в выборе формы, очертаний и размеров таких аккумуляторов, вплоть до внедрения их в одежду, обувь или какие-то нетрадиционные конструкции.

Li Pol аккумулятор

Тем не менее сухой Li- Pol страдает от ухудшения проводимости и внутреннее сопротивление полимеров слишком высоко для обслуживания современных мощных передатчиков или раскручивания жестких дисков мобильных компьютеров. При нагревании ячейки до 60 °C и выше проводимость увеличивается, но такие температуры неприемлемы для переносных устройств. Некоторые виды Li-Pol-аккумуляторов в настоящее время используются в качестве резервных источников питания в жарком климате или вместе с нагревательными элементами, поддерживающими благоприятную температуру для данного типа аккумуляторов.

Чтобы сделать маленький литий-полимерный аккумулятор более эффективным, к полимерным электролитам добавляют немного гелевых. Большинство коммерческих батарей, используемых сегодня в мобильных телефонах, — это как раз гибрид полимера и геля. Правильное название для такого устройства — литий-ионный полимер (Lithium Ion Polymer, или Li-Ion Pol), но большинство изготовителей обозначают их просто как Li-Pol. Гибридные литий-полимерные аккумуляторы — самый распространенный сегодня тип батарей для использования в мобильном оборудовании. Они постепенно заменяют как Li-Ion, так и Li-Polymer без гелевого электролита.

Современные разработки в области технологий на основе лития привели к появлению Li-Pol-аккумуляторов в сверхкомпактных корпусах (толщиной менее 4 мм) с упрощенным монтажом кристалла в корпусе (высокое напряжение на клеммах элемента позволяет делать портативные источники питания только с одной ячейкой). Относительно низкое внутреннее сопротивление одноэлементных батарей с комбинированным электролитом позволяет отдавать высокий ток в течение коротких импульсов нагрузки.

В чем же заключаются основные различия между классическим Li-Ion-аккумулятором и Li-Ion-Pol, который сегодня «ошибочно» называют Li-Polymer? Хотя характеристики и эксплуатационные показатели этих двух систем очень похожи, Li-Ion-Pol не имеет пористого сепаратора, который вызывал постепенную деградацию батарей. Гелевый электролит здесь просто добавлен для расширения ионной проводимости.

Однако вследствие технических трудностей при производстве, достоинства новых батарей не могут проявиться в полной мере, и обещанное превосходство литий-ионных полимеров еще не до конца реализовано. Фактически, энергоемкость новых батарей немного ниже обычных Li-Ion, а цена — выше. Главная причина для перехода к полимерным технологиям пока одна — уменьшение размеров батарей.

Таким образом, основная область применения Li-Pol батарей сегодня — это мобильные телефоны, где повышение безопасности, уменьшение размеров и веса устройств являются весьма существенным стимулом для выбора именно этой технологии.

Однако исследователи продолжают разработку Li-Pol-технологий с сухим твердым электролитом, работающим при комнатной температуре. Подобные аккумуляторы, как ожидается, появятся в ближайшие 2-3 года. Они будут стабильными, будут допускать более 1000 полных циклов зарядки/разрядки и обладать более высокой удельной энергоемкостью, чем сегодняшние Li-Ion-аккумуляторы.

Достоинства литий-полимерных аккумуляторов:

— существенное снижение размеров и веса — возможность изготовления батарей размером и толщиной с кредитную карточку (металлический корпус необязателен);
— возможность гибкого изменения формы — может быть реализован аккумулятор любого разумного размера и мощности;
— улучшенная безопасность — аккумулятор более стоек к перегрузкам, практически не подвержен утечкам электролита.

Недостатки литий-полимерных аккумуляторов:

— меньшая, чем у Li-Ion, энергоемкость;
— более сложные миниатюрные схемы управления;
— высокая температура для оптимальной работы — от 60 до 100 °C;
— глубокий разряд отрицательно сказывается на внутренней структуре аккумулятора;
— высокая стоимость (выше, чем у Li-Ion).