Выбираем аккумуляторы для инструмента. Почему Li-ion (литий-ионный) лучше Ni-MH (никель-металлогидридного) аккумулятора
Производительность и комфорт использования аккумуляторного инструмента во многом зависит от типа и характеристик АКБ. Параметры применяемых аккумуляторов влияют и на длительность работы инструмента на 1 заряде, и на его возможность раскрыть свой потенциал.
Изначально портативный электроинструмент оснащали никель-кадмиевыми АКБ (Ni-Cd), но из-за токсичности кадмия эту технологию уже практически не используют. Современную технику преимущественно комплектуют литий-ионными АКБ, хотя в промежутке между Ni-Cd и Li-ion появились никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH). Рассмотрим подробнее их плюсы и минусы, чтобы понять, из каких аккумуляторов получаются лучшие батареи для беспроводных дрелей, шуруповертов и других инструментов.
Литий-ионные аккумуляторы
Li-ion элементы питания остаются неизменными лидерами рынка. Со времени своего появления в 1996 году они используются повсеместно – от электронных гаджетов до электромобилей. Отлично подходят они и для всех видов аккумуляторного инструмента, включая профессиональные модели для интенсивной эксплуатации. В структуре таких ячеек – катод с покрытием из оксида лития, графитовый анод, сепаратор из пористого полимерного материала и солевой электролит с растворителями и добавками. В результате достигаются прекрасные технические характеристики:
- большая удельная емкость;
- отсутствие выраженного эффекта памяти;
- гибкие возможности зарядки – при любом значении остаточного заряда, до 100% или частично;
- напряжение 3,6 или 3,7 В на элемент;
- при идентичных значениях емкости – на 40% меньшие размера и масса, сравнительно с Ni-MH и Ni-Cd «банками»– весомый плюс для АКБ, используемых в ручном электроинструменте;
- незначительный саморазряд;
- большой ресурс – до 1000 циклов;
- разнообразие моделей с разными материалами катода, в т. ч. наличие в продаже высокотоковых ячеек с повышенной токоотдачей (лучший выбор для питания мощной нагрузки).
Литий-ионные «банки» боятся глубокого разряда и избыточного заряда, но для недопущения таких состояний каждая литиевая батарея обязательно имеет BMS плату. Главное – не забывать о разряженных ячейках и своевременно заряжать их.
Никель-металлогидридные АКБ
Ni-MH аккумуляторы пришли на смену старым Ni-Cd собратьям в 1980-х и до сих пор используются в бытовой электронике и медтехнике. Но по плотности энергии и уровню токоотдачи они не дотягивают до Li-ion элементов. В структуре каждой никель-металлогидридной ячейки есть катод из гидроксида никеля, анод из сплава, поглощающего водород, сепаратор из нетканого полиолефина и щелочной электролит.
Гидроксид никеля обеспечивает ячейкам хорошую плотность энергии и стабильность. Анод производится из активного материала (лантана) и переходного металла (никеля). Напряжения каждого элемента – 1,25 В, как и у моделей Ni-Cd. Благодаря достижениям исследователей, в последнее время удалось повысить эффективность Ni-MH аккумуляторов, сделать их более емкими, улучшить устойчивость к экстремальным температурам и увеличить срок службы.
Благодаря таким достижениям усовершенствованные никель-металлогидридные АКБ не сдают позиций и продолжают конкурировать с литиевыми батареями. В частности, батареи NiMH установлены на гибридные автомобили Toyota Prius. Но и литий-ионная технология продолжает развиваться. В частности, разработчикам удалось повысить устойчивость Li-ion ячеек к перегреву, свести к минимуму риск возгорания, повысить стабильность, плотность энергии и циклический ресурс.
Li-ion или Ni-MH, что лучше?
Каждую из этих технологий представляют разные ячейки: типичные и усовершенствованным, со стандартным и улучшенным составом. В таблице приведены ориентировочные характеристики, свойственные наиболее распространенным представителям Ni-MH и Li-ion технологии.
|
Критерий сравнения |
Ni-MH |
Li-ion |
|
Номинальное напряжение, В |
1,25 |
3,6 или 3,7 |
|
Удельная энергоемкость, Вт·ч/кг |
60–110 |
100–230 |
|
Допустимая токоотдача (в постоянном режиме) |
0,5С–10С |
до 10С |
|
Пиковые (кратковременные) токи нагрузки |
до 5С–20С |
свыше 30С |
|
Допустимые рабочие температуры (при разряде) |
-20 – +65 °С, но на морозе рабочие параметры падают |
-20 – +55 °С, но на морозе характеристики уменьшаются |
|
Эффект памяти |
Слабовыраженный |
Невыраженный |
|
Нужно ли полностью разряжать перед зарядкой? |
Желательно |
Нет |
|
Саморазряд |
7–10% за месяц |
Менее 5% за месяц |
|
Размеры и масса (при идентичных рабочих параметрах) |
Средние |
Примерно на 40% меньше |
|
Ресурс |
Около 500 циклов |
Около 1000 циклов |
Почему литий-ионные аккумуляторы лучше?
Основные причины, которые обеспечивают Li-ion аккумам доминирование на рынке, это большая плотность энергии, лучшая токоотдача, меньшие размеры и вес при одинаковых рабочих параметрах. К тому же, они допускают быструю зарядку и шире представлены на рынке, что позволяет выбрать ячейки с наилучшими характеристиками для любых приложений. Поэтому производители портативных электроинструментов в подавляющем большинстве используют именно высокотоковые Li-ion аккумуляторы.
Ранее в блоге Shura-Master.ru вышла статья о новом достижении Li-ion технологии – полутвердотельных аккумуляторах или Semi-solid Battery.
Li-ion аккумуляторы без перегрева, вздутия и потери ёмкости
Подскажем, как выбрать, заряжать и хранить литиевые АКБ, чтобы они служили дольше и работали безопасно
Ответ за 5–10 минут
Часто задаваемые вопросы
Li-Ion аккумуляторы обладают более высокой плотностью энергии, меньшим весом и практически не имеют эффекта памяти. Они быстрее заряжаются, дольше удерживают заряд и обеспечивают стабильное напряжение во время работы устройства. Именно поэтому литий-ионные батареи используются в современных электроинструментах, электровелосипедах, смартфонах и портативной технике.
Основной минус Ni-MH аккумуляторов — высокий саморазряд. Даже при хранении без использования они постепенно теряют заряд. Кроме того, такие батареи тяжелее и менее эффективны при высоких нагрузках. Со временем емкость никелевых аккумуляторов снижается быстрее, особенно при неправильной эксплуатации.
Во многих случаях заменить никелевый аккумулятор на литиевый возможно, но важно учитывать напряжение, совместимость зарядного устройства и наличие BMS-платы. Литий-ионные батареи требуют другой схемы зарядки и защиты, поэтому простая замена без доработки может привести к повреждению оборудования.
При правильной эксплуатации литий-ионные аккумуляторы обычно служат дольше благодаря большему количеству циклов заряд-разряд и меньшему эффекту деградации. Средний срок службы качественного Li-Ion аккумулятора составляет от 500 до 1500 циклов в зависимости от условий эксплуатации и качества элементов.
Литий-ионные аккумуляторы оптимальны для устройств с высоким энергопотреблением: шуруповертов, квадрокоптеров, ноутбуков, электросамокатов, систем резервного питания и портативных зарядных станций. Благодаря высокой энергоемкости и компактности они стали современным стандартом в аккумуляторной технике.
