Литий-полимерные аккумуляторы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ Аракелян А.Г.

Аракелян Арина Гагиковна - студент, кафедра химических технологий,

Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, г. Владимир

Аннотация: в статье представлена сравнительная характеристика литий-полимерных аккумуляторов и их литиевых аналогов. Литий-полимерные аккумуляторы - более эффективные, безопасные в эксплуатации и малые по размеру устройства, способные работать в различных условиях и выполняемые практически с любыми конструктивными особенностями, что обеспечивает их широкое распространение в современной электронике. Недостатками таких аккумуляторов является высокая стоимость и меньшая эффективность при отрицательных температурах.

Ключевые слова: литий-полимерные аккумуляторы, щелочные батареи, гелеобразные электролиты, модификация солями лития.

Литиевые аккумуляторы являются одним из наиболее широко применяемых источников энергии: вследствие своей высокой эффективности и малых габаритов они незаменимы в автомобилестроении, производстве ноутбуков, планшетных и карманных компьютеров, мобильных телефонов и прочих распространенных товаров. Тем не менее, у литиевых аккумуляторов есть один существенный для потребителя недостаток, сдерживающий их распространение: они небезопасны. При их использовании требуется осторожность, так как нагрев, повреждение покрытия или удар может привести к выходу аккумулятора из строя и взрыву. В редких случаях взрыв может произойти и без внешних причин. Эта проблема частично решается с помощью литий-полимерных аккумуляторов [2, с. 104].

В литий-полимерных аккумуляторах в качестве электролита применяется полимер, модифицированный проводящими включениями, являющимися соединениями лития. Применение полимеров-электролитов позволяет также обеспечить высокие токи разрядки, недостижимые при использовании обычных литиевых аккумуляторов, и многообразие форм и конфигураций батарей.

Основой функционирования таких батарей является способность некоторых полимеров приобретать свойства полупроводников при модификации ионами электролитов. В результате эффективность батареи возрастает, что также позволяет уменьшить ее габариты по сравнению с обычным литиевым аккумулятором.

Для получения литий-полимерных аккумуляторов могут применяться различные типы электролитов:

1. Гелеобразный гомогенный электролит, получаемый вследствие модификации борорганического полимера солями лития;

2. Сухой электролит представляет собой полиэтиленоксид, модифицированный солями лития;

3. Электролит в виде микропористой полимерной матрицы, сорбирующей раствор литиевой соли.

В настоящее время сухие электролиты практически не используются вследствие плохой ионной проводимости и недостаточной селективности переноса катиона лития. Наиболее часто применяются гелеобразные борорганические электролиты, характеризующиеся высокой селективностью переноса, проводимостью и способностью к растворению солей лития.

Однородность применяемого полимера зависит, главным образом, от температуры полимеризации и соотношения реагентов и является определяющей характеристикой для стабильности работы литий-полимерных аккумуляторов.

I 20 |

Эффективность гелеобразных полимерных электролитов так высока, что на данный момент существуют аккумуляторы толщиной менее миллиметра. Такие аккумуляторы являются основой создания компактных, но мощных электронных устройств.

По своей энергоёмкости литий-полимерные аккумуляторные батареи в 4-5 раз превосходят никель-кадмиевые и в 3-4 раза - никель-металлогидридные, а также имеют ресурс в 500—600 циклов заряд-разряд. По этому показателю они проигрывают кадмиевым (1 тысяча циклов) и примерно соответствуют металлогидридным.

Положительные особенности литий-полимерных батарей состоят в следующем:

1. Литий-полимерные батареи при малых размерах обладают большой эффективностью;

2. Существуют методы получения литий-полимерных батарей малой толщины (до миллиметра);

3. Саморазряд происходит в менее значительном объеме, эффект памяти слабо выражен [1, c. 573];

4. Диапазон рабочих температур соответствует большинству природных условий мира (-20 - 40оС);

Тем не менее, литий-полимерные батареи обладают и существенными недостатками, которые заключаются в менее эффективной работе при отрицательных температурах и высокой стоимости по сравнению с литиевыми аналогами.

Список литературы

1. Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo & Petr Novâk. Memory effect in a lithium-ion battery.

Nature Materials. Volume 12, Pages 569-575, 2013, doi:10.1038/nmat3623.

2. Buchmann Isidor. Batteries in a portable world. 360 p. ISBN 978-0968211847, 2016.

I 21 I