Без літієвих батарей сучасний світ був би зовсім іншим. Літій-іонні акумулятори стали частиною технологічної революції, результати якої нас оточують (смартфони, планшети, ноутбуки і, віднедавна, електромобілі).

             Незважаючи на існування більш досконалих джерел живлення, таких як літій-титанатні акумулятори (LTO), саме літій-іонні батареї є по-справжньому широко поширеними. Це пов'язано з компактними розмірами джерела живлення, низькою собівартістю та оптимальним терміном служби. Оптимальний термін служби не означає найдовший термін експлуатації, а скоріше навпаки, при цьому літієві батареї часто відповідають життєвому циклу обладнання.

            Зважаючи на широке використання літій-іонних акумуляторів, корисно знати, як вони працюють, як правильно їх експлуатувати і коли вони можуть бути небезпечними.

 

                   Як працюють літій-іонні акумулятори?

            У загальних рисах структура літієвої батареї схожа на стару добру свинцево-кислотну батарею: є анод, катод і електроліт. Активними матеріалами тут є графіт (негативний) і оксид літію (позитивний). Звичайно, анод і катод складаються не тільки з вищезгаданих речовин. Ці речовини наносяться тонкими шарами на мідну та алюмінієву фольгу відповідно. Між листами фольги розміщується просочений електролітом сепаратор.

            В результаті виходить своєрідний тонкий шар фольги, який і є літій-іонним акумулятором. Потім цей шар згортається в циліндричну форму, щоб отримати циліндричний елемент 18650 стандартного розміру.

 

                      А як вищезгадана структура може зберігати та постачати електроенергію?

           Це теж досить цікаво. Електрика - це рух заряджених частинок. Цей рух треба забезпечити. Цикл роботи літій-іонного акумулятора можна представити наступним чином:

            - Процес заряджання. При підключенні зовнішнього джерела живлення вкрай нестабільні атоми літію відокремлюються від стабільного оксиду літію на алюмінієвій пластині. На зовнішніх орбітах атома знаходяться електрони, які бажають відокремитися. З атомом літію це відбувається миттєво. Відокремлені електрони не можуть пройти через шар сепаратора TOT, який пропускає лише позитивні іони. Тому електрони проходять через сепаратор через зовнішній ланцюг (зарядний пристрій) і потрапляють на мідну пластину. Позитивні іони літію, які залишаються на "негативній" стороні, також починають "притягуватися" до позитивної сторони. Вони безперешкодно проходять через сепаратор. В результаті утворюється катод, що складається з шару графіту, який захопив електрони літію та їх іони. У такому стані літій-іонний акумулятор вважається зарядженим.

           - Процес розряду. Іони та електрони літію залишаються в графітовому шарі до тих пір, поки до батареї не підключено зовнішній ланцюг у вигляді навантаження. Однак, як тільки підключається споживач, батарея починає працювати. Іони протікають через сепаратор і "мчать" назад на своє попереднє місце. Електрони не можуть пройти через сепаратор, як раніше, і змушені проходити через зовнішній ланцюг (споживач). Припустимо, це звичайна лампочка. Витікаючи з позитивної пластини через споживач, електрони утворюють струм. Досягнувши місця призначення, іони літію та електрони знову стають частиною стабільного оксиду літію.

            Таким чином, основна ідея літій-іонних акумуляторів полягає в тому, що для того, щоб електрони рухалися за позитивними іонами, необхідний зовнішній ланцюг. Таким чином, батарея розряджається за рахунок руху частинок.

 

                   Чи небезпечні літій-іонні акумулятори?

             Як відомо, літієві батареї містять нестабільні речовини, які постійно намагаються вивільнити енергію. Електрохімічні реакції призводять до того, що іони літію осідають на одній пластині, а солі кисню утворюються на іншій пластині, утворюючи гази. Як і у випадку зі свинцево-кислотними батареями, що не потребують обслуговування, виділення газів під час нормальної роботи повністю контролюється. Однак у разі перегріву або перезарядки батарея може розширитися через внутрішній тиск.

             Як правило, акумулятори в мобільних гаджетах оснащені контролером, що робить практично неможливим порушення параметрів зарядки. Однак завжди є місце для заводського браку або недбалості з боку неназваних виробників, які можуть поставити батарею під загрозу. Якщо батарея розширюється, вона може спалахнути, якщо її негайно не утилізувати.

            Як вибухають літій-іонні акумулятори. Знову ж таки, через нестабільність літію. Він спалахує, як тільки контактує з киснем. Тому герметичність батареї дуже важлива. Ще одна поширена причина займання - коротке замикання між позитивною і негативною пластинами. Найчастіше це викликано поєднанням сильного зносу і перегріву, що негативно впливає на цілісність електроліту.

             Що робити, якщо акумулятор ось-ось загориться або вже загорівся. Чи можна гасити літієві батареї водою? Вже згадувалося, що літій активно реагує з киснем у воді. Гасіння водою не рекомендується, оскільки це може призвести до вибуху акумулятора. Користувачам, які зіткнулися із загорянням літій-іонного акумулятора, рекомендується помістити його в безпечне місце, наприклад, у герметичну каструлю, щоб реакція завершилася спонтанно. Якщо батарея вже загорілася і її неможливо вийняти, слід накрити її чимось незаймистим. Знову ж таки, найкраще підійде каструля, якою можна накрити батарею. Це може запобігти поширенню вогню і заблокувати доступ кисню до місця загоряння.