Zrozumienie kluczem do bezpieczeństwa
Zapewnij sobie i współpracownikom bezpieczeństwo. Przedłuż żywotność baterii, zadbaj o ich optymalne działanie i unikaj potencjalnych zagrożeń.
Z tego artykułu dowiesz się:
🔋 jak zbudowane są baterie litowo-jonowe
🔋 jakie są wady i zalety baterii Li-Ion
🔋 jak przedłużyć żywotność baterii
🔋 jak poznać uszkodzoną baterię
🔋 i co powoduje ich wybuch
Każdy z komponentów baterii litowo-jonowej ma istotny wpływ na jej żywotność, wydajność oraz bezpieczeństwo użytkowników. Jakość materiałów użytych do budowy anody i katody bezpośrednio wpływa na pojemność baterii oraz ilość cykli ładowania, jakie może ona wytrzymać. Z kolei elektrolit o odpowiedniej stabilności chemicznej zapewnia lepsze przewodnictwo jonów, co przekłada się na wyższą efektywność energetyczną.
Wraz z postępem technologii, skład baterii litowo-jonowych jest nieustannie optymalizowany w celu zwiększenia ich pojemności, skrócenia czasu ładowania oraz poprawy bezpieczeństwa. Dlatego też zrozumienie budowy baterii i jej poszczególnych komponentów jest kluczowe dla optymalnego korzystania z tych nowoczesnych źródeł energii.
Z czego składa się bateria?
Baterie litowo jonowe są zaawansowanym źródłem energii. Dzięki długiej żywotności oraz relatywnie niskiego efektu pamięci zasilają większość współczesnych przenośnych urządzeń.
Budowa akumulatora litowo jonowego jest zaprojektowana tak, aby był on jak najbardziej wydajny przy jednoczesnym zachowaniu niewielkich rozmiarów i niewielkiej wagi. Akumulatory wytwarzają energię o wysokiej gęstości, przez co magazynują sporą ilość energii w stosunkowo małej objętości.
Akumulator litowo-jonowy składa się z ogniw. Im większa pojemność akumulatora, tym większa ilość ogniw.
Ogniwa litowo jonowe
Połączone między sobą w odpowiedni sposób ogniwa dostarczają energię o pożądanym napięciu i pojemności.
W skład każdego ogniwa wchodzi:
🔋 elektrolit
🔋 anoda (elektroda dodatnia)
🔋 katoda (elektroda ujemna)
🔋 separator
🔋 obudowa
Oprócz podstawowych elementów nowoczesne baterie litowo jonowe wyposażane są często w dodatkowe rozwiązania poprawiające wydajność baterii i bezpieczeństwo użytkowników.
Dodatkowe elementy ogniw:
🔋 dodatki do elektrolitu
🔋 system zarządzania baterią
Budowa ogniwa - podstawowe elementy
Elektrolit
Elektrolit jest substancją umożliwiającą przepływ jonów między anodą i katodą. W przypadku baterii litowo jonowych elektrolit występuje w postaci płynnej . Pełni kluczową funkcję podczas ładowania i rozładowywania baterii.
Anoda
Podczas rozładowywania baterii jony opuszczają anodę i przenoszą się do katody, wytwarzając energię, która zasila urządzenia. Jony litu podczas ładowania baterii są magazynowane właśnie w anodzie.
Katoda
Podczas rozładowywania baterii jony opuszczają katodę i przenoszą się do anody, generując przepływ elektronów przez zewnętrzny obwód. W procesie ładowania jony wędrują z anody do katody.
Separator
Przegroda oddziela anodę do katody. Musi być odporna na procesy zachodzące wewnątrz baterii, aby nie doprowadzić do zwarcia. Będąc fizyczną barierą jednocześnie pozwala na przepływ jonów litu między anodą i katodą. Separatorem w ogniwie jest cienka membrana wykonana często z polietylenu lub polipropylenu.
Obudowa
Jak w większości przypadków obudowa pełni funkcję ochronną. Izoluje wewnętrzne elementy baterii, chroniąc przed uszkodzeniem mechanicznym, wilgocią, i zanieczyszczeniami.
Nowoczesne ogniwa
Dodatki do elektrolitu
Celem zwiększenia stabilności chemicznej i poprawy wydajności baterii często do elektrolitu dodaje się substancje np. poprawiające przewodzenie jonów lub zmniejszające degradację elektrod.
Układy zarządzania baterią - BMS
Układy takie monitorują i regulują parametry pracy baterii. Dbają o poprawne napięcie i temperaturę. Zapobiegają przegrzewaniu się baterii, przeładowaniu, rozładowaniu i regulują poziomy naładowania poszczególnych ogniw.
Wady i zalety budowy ogniw litowo-jonowych
Wady
❌ WRAŻLIWOŚĆ NA USZKODZENIA - są podatne na uszkodzania termiczne i mechaniczne
❌ KOSZT - wysoki koszt produkcji - wysoka cena końcowa
❌ STARZENIE SIĘ - czas wpływa niekorzystnie na żywotność, nawet przy niewielkim użytkowaniu z czasem tracą swoją pojemność.
Zalety
✅ WYSOKA GĘSTOŚĆ ENERGII - magazynują dużą ilość energii w stosunku do swojej wagi
✅ BRAK EFEKTU PAMIĘCI - nie wymagają pełnego rozładowania przed ponownym ładowaniem
✅ DŁUGI CYKL ŻYCIA - wytrzymują nawet setki cykli ładowania i rozładowywania bez znacznej utraty pojemności
Żywotność baterii
Żywotność baterii litowo-jonowych zależy od wielu czynników. Każdy z nich może wpływać na efektywność i długowieczność baterii:
Temperatura
Ekstremalne temperatury, zarówno wysokie, jak i niskie, mogą skracać żywotność baterii. Optymalna temperatura pracy to około 20-25°C.
Cykl ładowania i rozładowywania
Każdy pełny cykl ładowania i rozładowania powoduje stopniowe zmniejszanie pojemności baterii. Aby maksymalnie wydłużyć żywotność baterii, zaleca się unikanie pełnych cykli ładowania (od 0% do 100%) i zamiast tego ładowanie jej częściej, ale na krótszych odcinkach (np. od 20% do 80%). Taki sposób użytkowania pozwala zredukować stres chemiczny, jakiemu poddawana jest bateria, co z kolei wydłuża jej żywotność.
Przechowywanie baterii
Baterie litowo-jonowe najlepiej przechowywać w chłodnym, suchym miejscu, naładowane do około 50-60%. Przechowywanie ich w pełni naładowanych lub całkowicie rozładowanych może prowadzić do trwałego obniżenia pojemności. Również długotrwałe przechowywanie w wysokiej temperaturze może przyspieszyć degradację ogniw.
Napięcie ładowania
Nadmierne ładowanie, czyli ładowanie baterii do pełnych 100% zbyt często, może przyspieszyć jej degradację. Wysokie napięcie przy pełnym naładowaniu sprzyja procesom chemicznym, które mogą prowadzić do obniżenia pojemności baterii.
Oznaki uszkodzenia baterii
Poznaj najczęściej występujące symptomy i sytuacje, które mogą wskazywać na uszkodzenie baterii, aby w przyszłości zareagować na czas i zapobiec wybuchowi pożaru.
🪫Pęcznienie
jest oznaką wewnętrznego uszkodzenia akumulatora i może być bardzo niebezpieczne
🪫Wyciek substancji
to rzadka sytuacja, lecz bardzo niebezpieczna. Substancja wyciekająca z baterii to prawdopodobnie elektrolit, który jest silnie żrący
🪫Zapach dochodzący z baterii
w normalnych warunkach baterie nie wydzielają żadnego zapachu ani gazu. Jeśli poczujesz zapach spalenizny bądź chemikaliów z baterii, świadczy to o jej uszkodzeniu.
🪫Przegrzewanie się
jeśli bez wyraźnego powodu bateria zaczyna się nagrzewać jest to powód do niepokoju i czas na podjęcie kroków bezpieczeństwa
🪫Zewnętrzne uszkodzenia
wgniecenia, zarysowania, ubytki w obudowie - wszystkie uszkodzenia widoczne gołym okiem mogą być niebezpieczne
🪫Uderzenie/upuszczenie baterii
nawet jeśli z zewnątrz bateria nie wygląda na uszkodzoną, należy poddać ją kwarantannie lub wyłączyć z użytku. W takich przypadkach mogło dojść do uszkodzenia lub osłabienia ogniw, które mogą stanowić zagrożenie podczas dalszego użytkowania lub ładowania.
🪫Zmiana działania baterii
wszystkie sytuacje będące odstępstwem od dotychczasowego działania baterii mogą świadczyć o jej uszkodzeniu. Należą do nich: spadek wydajności urządzenia, szybkie rozładowywanie się baterii, nagłe wyłączanie się urządzenia, problemy z ładowaniem, spadek wydajności urządzenia, nieregularne zachowania wskaźnika naładowania,
W każdym z przypadków należy niezwłocznie przerwać użytkowanie urządzenia, usunąć baterię z użytku i do czasu oddania do recyklingu przechowywać w bezpiecznym miejscu, z dala od źródeł ciepła i innych akumulatorów.
O bezpiecznym przechowywaniu baterii poczytasz w innym naszym artykule: Czytaj więcej o przechowywaniu baterii
Pożar baterii litowej
Prawdopodobieństwo zapłonu baterii Litowo jonowej jest niskie, ale jeśli dojdzie do uszkodzenia takiej baterii, konsekwencje są poważne. Bateria może się zapalić wskutek kilku czynników. Najczęściej do pożaru baterii dochodzi:
🔥podczas ładowania
🔥na skutek uszkodzenia
🔥podczas niewłaściwego przechowywania
Pozostałe przypadki: Przeładowanie, głębokie rozładowanie, przegrzanie, uszkodzenie mechaniczne, usterki w układzie kontroli ładowania, zużycie.
Co powoduje wybuch baterii litowo jonowych?
Przegrzanie
Wysoka temperatura otoczenia, może prowadzić do wewnętrznego zwarcia, którego skutkiem jest wybuch.
Zwarcie
Do zwarcia dochodzi najczęściej przez uszkodzenie separatora oddzielającego elektrodę dodatnią od ujemnej. Po uszkodzeniu separatora dochodzi do gwałtownego uwolnienia energii i potencjalnego wybuchu.
Uszkodzenie mechaniczne
Wszystkie czynniki ludzkie związane z nieprawidłowym użytkowaniem mogą prowadzić do awarii ogniw. Przebicia czy wgniecenia są oznaką uszkodzenia baterii, którego nie należy bagatelizować. Dodatkowo uderzenie czy upadek baterii mimo braku zewnętrznych uszkodzeń może prowadzić do uszkodzenia i zniszczenia baterii.
Nadmierne ładowanie
Akumulatory litowo jonowe posiadają dużą wrażliwość na nadmierne ładowanie. Może to prowadzić do przegrzania.
Zanieczyszczenia
Na zanieczyszczenia narażone są akumulatory wadliwe lub o niskiej jakości. Mogą pochodzić z procesu produkcji i są trudne do wykrycia. Takie zanieczyszczania mogą powodować mirkozwarcia.
Powyższe czynniki prowadzą do zwarcia lub przegrzania się jednego z ogniw, w efekcie dochodzi do samozapłonu pojedynczego ogniwa, następnie ekspresowego powstania reakcji termicznej i zajęcia ogniem pozostałych ogniw. Skutkiem takiego samozapłonu jest wybuch baterii.
Baterie litowo-jonowe FAQ
Metale zawarte w bateriach litowo-jonowych np. nikiel, kobalt czy miedź mogą rozkładać się setki lat. Natomiast plastikowe obudowy mogę rozkładać się od 500 do 1000 lat w zależności od warunków. Dlatego bardzo ważna jest odpowiednia utylizacja akumulatorów.
Wszystkie czynniki wymienione w artykule mogą mieć wpływ na uszkodzenie, a co za tym idzie wybuch baterii. Dotyczy to również małych urządzeń, takich jak telefony czy tablety. W tym przypadku znaczenie mogą mieć:
- długotrwałe i intensywne używanie telefonu np. gry, transmisja na żywo
- zbyt wysoka temperatura otoczenia podczas ładowania telefonu np. w aucie podczas upału
- używanie telefonu podczas ładowania, w przypadkach, gdzie obudowa uniemożliwia odprowadzanie ciepła
Spuchnięta bateria jest niebezpieczna i nie należy bagatelizować takiego zjawiska. Świadczy ono o uszkodzeniu baterii, które może prowadzić do wybuchu i pożaru. Spuchnięta bateria może także wydzielać szkodliwe dla zdrowia chemikalia.
Baterie alkliczne, czyli potocznie nazywane paluszki, podobnie jak baterie litowo jonowe również mogą ulec samozapłonowi, ale jest to bardzo rzadkie zjawisko.
Może Cię też zainteresować:
