Li-ion vs. Nicad

Litowo-jonowa (Lub Li-jon) Baterie są mniejsze, wymagają niskiej konserwacji i są bezpieczniejsze dla środowiska niż Nikiel-kadm (nazywane również Nicad, NICD Lub Ni-CD) Baterie. Chociaż mają podobieństwa, akumulatory litowo-jonowe i NICD różnią się składem chemicznym, wpływem na środowisko, zastosowania i kosztów.

Wykres porównania

Elektrochemia

Nikiel-kadmowa bateria wykorzystuje kadm dla anody (terminal ujemny), tlehydroksyd niklu dla katody (dodatni terminal) i wodny wodorotlenek potasu jako elektrolitowy.

Akumulator litowo-jonowy wykorzystuje grafit jako anodę, tlenek litowy dla katody i sól litowej jako elektrolit. Jony litowe przenoszą się z elektrody ujemnej do elektrody dodatniej podczas rozładowania i z powrotem podczas ładowania. Komórki elektrochemiczne litowo-jonowe wykorzystują interkalowany związek litowy jako materiał elektrody zamiast metalicznego litu, w przeciwieństwie do jednorazowych baterii litowych litowych.

Wpływ środowiska

Baterie Nicad zawierają kadm od 6% (akumulatory przemysłowe) do 18% (baterie konsumenckie), który jest toksycznym metalem ciężkim, a zatem wymaga szczególnej opieki podczas usuwania baterii. Rząd federalny klasyfikuje to jako odpady niebezpieczne. W Stanach Zjednoczonych część ceny baterii jest opłatą za jej właściwą dyspozycję na koniec życia usług.

Składniki akumulatorów litowo-jonowych są bezpieczne dla środowiska, ponieważ lit jest odpadami nieuzasadnionymi.

Koszt

Akumulator litowo-jonowy kosztuje około 40 procent więcej w produkcji z powodu dodatkowego obwodu ochrony do monitorowania napięcia i prądu.

Działanie i wydajność

Największą wadą akumulatorów niklu-kadmowych jest to, że cierpią z powodu „efektu pamięci”, jeśli zostaną zwolnione i ładowani do tego samego stanu ładunku kilka razy. Akumulator „pamięta” punkt w cyklu ładowania, w którym rozpoczęło się ładowanie, a podczas kolejnego użycia napięcia nagle spada w tym momencie, jakby akumulator został rozładowany. Jednak pojemność baterii nie zmniejsza. Niektóre elektronika są specjalnie zaprojektowane, aby wytrzymać to zmniejszone napięcie wystarczająco długo, aby napięcie powróciło do normy. Jednak niektóre urządzenia nie są w stanie działać przez ten okres zmniejszonego napięcia, a bateria wydaje się „martwa” wcześniej niż normalnie.

Podobny efekt zwany depresją napięcia lub leniwym efektem baterii, wynika z powtarzanego przeładowania. W tym przypadku akumulator wydaje się być w pełni naładowany, ale szybko się rozładowuje po krótkim okresie działania. Jeśli dobrze traktowany, bateria niklowa kadmowa może trwać 1000 cykli lub więcej, zanim jego pojemność spadnie poniżej połowy pierwotnej pojemności.

Innym problemem jest ładowanie odwrotne, które występuje z powodu błędu przez użytkownika lub gdy bateria kilku ogniw jest w pełni rozładowana. Odwrotne ładowanie może zmniejszyć żywotność baterii. Produktem ubocznym odwrotnego ładowania jest gaz wodorowy, który może być niebezpieczny.

Gdy nie są regularnie używane, dendryty rozwijają się w akumulatorach NICAD. Dendryty są cienkie, przewodzące kryształy, które mogą przeniknąć do membrany separatora między elektrodami. Prowadzi to do wewnętrznych zwarć i przedwczesnej awarii.

Akumulatory litowo-jonowe są niskie. Można je naładować, zanim zostaną w pełni zwolnione bez tworzenia „efektu pamięci” i działać w szerszym zakresie temperatur. W porównaniu z NI-CD, samozadowolenie w litowo-jonowym jest mniej niż połowa, co czyni go dobrze odpowiednim do nowoczesnych zastosowań wskaźnika paliwa. Jedyną wadą jest to, że bateria litowo-jonowa jest delikatna i wymaga obwodu ochrony, aby utrzymać bezpieczną działanie. Obwód ochrony jest wbudowany w każdy pakiet, który ogranicza napięcie szczytowe każdej komórki podczas ładunku i zapobiega zbytnim spadaniu napięcia komórek. Aby zapobiec ekstremom temperatury, monitorowana jest również temperatura komórki.

Rozmiary i typy

Komórki NI-CD są dostępne od AAA do D, takich samych rozmiarów co akumulatory alkaliczne, a także kilka wielkości wielokomórkowych. Oprócz pojedynczych komórek są one dostępne w paczkach do 300 komórek, powszechnie stosowanych w aplikacjach przemysłowych motoryzacyjnych i ciężkich. W przypadku zastosowań przenośnych liczba komórek jest poniżej 18 komórek. Istnieją 2 rodzaje akumulatorów NICD: uszczelnione i wentylowane.

Akumulatory litowo-jonowe są mniejsze, lżejsze i zapewniają więcej energii niż akumulatory niklu-kadm. Są one również dostępne w wielu różnych kształtach i rozmiarach w 4 typach formatów:

• Małe cylindryczne (ciało stałe bez zacisków, takie jak stosowane w akumulatorach laptopów)
• Duże cylindryczne (ciało stałe z dużymi zaciskami gwintowanymi)
• Torebka (miękkie, płaskie ciało, takie jak te stosowane w telefonach komórkowych)
• Prismatic (pół-twarda plastikowa obudowa z dużymi gwintowanymi zaciskami, często używane w paczkach trakcyjnych pojazdów)

Komórki torebki mają najwyższą gęstość energii z powodu braku obudowy. Jednak wymaga pewnej zewnętrznej formy ograniczenia, aby zapobiec ekspansji, gdy jego najnowocześniejszy poziom (SOC) jest wysoki.

Aplikacje

Akumulatory Nicad można składać w pakiety akumulatorowe lub używać indywidualnie. Małe i miniaturowe komórki mogą być używane w latarniach, przenośnej elektronice, kamerach i zabawkach. Mogą dostarczać prądy wysokiego wzrostu o stosunkowo niskim oporze wewnętrznym, co czyni je korzystnym wyborem dla zdalnie sterowanych samolotów modelu elektrycznego, łodzi, samochodów, elektrycznych narzędzi i lampy błyskowej z kamery. Większe zalane ogniwa są używane do baterii rozruchowych samolotów, pojazdów elektrycznych i zasilania gotowości.

Przy takiej cechy, jak gęstości energii, bez efektu pamięci i powolnej utraty ładunku, gdy nie jest używane, akumulatory litowo-jonowe są najpopularniejszym wyborem dla elektroniki użytkowej. Rosną również popularność zastosowań wojskowych, elektrycznych i lotniczych.