Akkumulátorok a 21. században

Jelenleg ez a legjobb áramforrás a modern, nagy teljesítményű LED-es fényszórókhoz, és ma már nincs okunk más típusú akkumulátort használni. A NASA műholdakban, az autógyárak pedig elektromos autókban használják őket egyértelmű előnyeik - nagy kapacitás, alacsony súly, megbízhatóság - miatt.

A Li-ion akkumulátorok rendelkeznek a legjobb kapacitás és súly (térfogat ) közötti aránnyal. Ipari felhasználás során tesztelték őket, és biztonságosak. A cellák könnyűek és nagy mennyiségű energiát tárolnak. Csak újratölthető akkumulátorokat gyártanak, így nem szennyezik a környezetet, mint az eldobható akkumulátorok. Komplikációk nélkül sok évig bírják, és ha megfelelően gondoskodik róluk, akkor az évek során még kapacitáscsökkenést sem tapasztalhat. Igazán megbízhatóak, ha feltölti őket, mindig energiát fognak szolgáltatni.

A Li-ion (lítium-ion) akkumulátorok szinte kizárólag hengeres (hengeres) akkumulátorok, 4,2 V töltési feszültséggel és 500-1500 teljes ciklus élettartamával. Különböző méretek léteznek, de a legelterjedtebb típus a 18650-es méret, egy 18 mm átmérőjű és 65 mm hosszú hengeres cella. Újabban az elektromos autók a 21700-as típust húzzák előre.

A jelenlegi 18650-es akkumulátorok műszaki paraméterei

Minden szabványos Li-ion akkumulátort a CC/CV algoritmus tölti fel 4,2V-os végső feszültségre. Az átlagos, névleges feszültség, 3,6V (vagy 3,7V). Az akkumulátorok általában 2,5V-ig lemeríthetők, korábban csak 2,8V-ig mentek. Az alacsonyabb feszültség veszélyes, tönkreteheti a cellát. A belső ellenállás 20 és 80 milliohm között mozog márkától és típustól (alacsony vagy magas áramú) függően.

A legnagyobb áramerősségű kapacitás kb. 3450mAh, a tárolt energia nem több mint 12,4Wh. Nagyobb húzásnál a tárolt energia (és kapacitás) kicsit csökken.

Az akkumulátor általában 3-10A maximális áramfelvételt (Max. Discharge Continuous Current), a szerszámokban használt nagyáramú akkumulátorok akár 30A-t is megengednek.

Az akkumulátor 500-1000 teljes ciklust biztosít, mielőtt a kapacitás az eredeti érték 70-80%-ára csökkenne. Az élettartam meghosszabbítható (vagy az öregedés lassítható) kíméletes töltőárammal (pl. C/5), hosszú távú tárolással részlegesen feltöltött állapotban (3,93V = 70%) és kizárólag 0°C feletti használattal. Az élettartam-hosszabbításról itt tudhat meg többet: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti.

Az akkumulátorok extrém hidegben - pl. -20°C - is működnek, de az ilyen használat visszafordíthatatlanul és fokozatosan tönkreteszi őket. A fagyos hőmérsékleten való használatról itt tudhat meg többet: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Az akkumulátor töltöttségi állapota feszültségmérővel mérhető, a cellafeszültség meglehetősen pontos jelzést ad a töltöttségi állapotról. A töltöttségi állapot a gyártótól és az akkumulátor jelölésétől függően némileg eltérhet. Általánosságban a következő táblázat adja meg a töltöttségi állapotot:

A Li-ion előnyei és hátrányai a hagyományos akkumulátorokkal szemben

Az AA és AAA akkumulátorokhoz (NiMh, NiCd stb.) képest számos előnyük van. Az akkumulátorok tovább bírják (jellemzően sok évig), kisebb belső ellenállással rendelkeznek, és nagy áramfelvételre készültek. Kapacitásuk nagy terhelés esetén sem csökken jelentősen. A Li-ion akkumulátorokat az első használat előtt semmilyen módon nem kell formázni, bármikor, bármilyen töltöttségi állapotban használhatja őket.

A Li-ion akkumulátorok önkisülése nagyon alacsony, akár hónapokig is feküdhetnek parlagon, töltöttségi állapotuk nem sokat változik.

A Li-ion akkumulátorok ( 18650-es, 21700-as méret) jelenleg a legnagyobb kapacitás-súly és kapacitás-térfogat arányt kínálják. A NiMh-akkumulátorok jelentősen (majdnem azt írnám, hogy "nagyságrendekkel") rosszabbak, így ugyanahhoz a tárolt energiához érezhetően nagyobb súlyt és több akkumulátort kell cipelnie.

Ha van hátránya, akkor az, hogy biztosan nem lehet őket sehol a világon megvásárolni. További hátrány lehet, hogy a jelenlegi töltője valószínűleg nem képes feltölteni ezeket az akkumulátorokat, vagy hogy az akkucsomag saját hálózati töltőjével tölti fel magát egy kábelen keresztül. Az utolsó hátrány az akkumulátor szándékos rövidre zárásának vagy súlyos mechanikai sérülésének nagyobb veszélye. Normál használat mellett azonban ezt soha nem fogja elérni, és a minőségi cellák valóban nagyon biztonságosak.

Hosszú utazásokhoz és expedíciókhoz is alkalmas.

Gyakran keresnek meg bennünket olyanok, akik expedícióhoz szeretnének fejlámpát választani, és igényük van arra, hogy klasszikus AA elemekkel működjön. Az érv az, hogy ezeket mindenhol meg lehet vásárolni.

Valójában a li-ionok tökéletesen használhatóak azok számára, akik 2-3 hétig távol vannak a civilizációtól. A nagy kapacitás kis súly mellett és a fejlámpáink magas hatásfoka miatt, ha takarékosan bánik a lámpával, akkor az abszolút kitart, és túlél minden más, AA elemekkel működő fejlámpát. Ilyen például a Lucifer M fejlámpa, amely a legalacsonyabb üzemmódban 25 lumen fényerővel világít, és 180 órát bír egyetlen elemmel. A 25 lumenes fényerő gyakran a közönséges műanyag fejlámpák maximuma, ilyen fényerővel kényelmesen sétálhatsz éjszaka. A 180h-nak 2-3 hétig kell kitartania, vagy egy tartalék akkucsomaggal elérheti a 360h-t, azaz 15 nap folyamatos világítást vagy 30 nap egész éjszakai világítást!

Védett és nem védett li-ion

Avédett akkumulátorok alul- és túlkisülés, valamint rövidzárlat elleni védelemmel vannak ellátva. Ezek mindig védtelen cellákból készülnek egy védőáramkör hozzáadásával. Ezért valamivel hosszabbak (2-4 mm) és vastagabbak (0,5-1 mm). A védett cellákat általában cserélhetőként használják, azaz a felhasználó kezelheti őket, külső tengelyes töltőben töltheti őket, és a többi közönséges akkumulátorhoz hasonlóan behelyezheti őket a lámpaházba. A védett akkumulátorokat számos különböző gyártó kínálja, a kapott akkumulátor minősége az eredeti cella minőségétől és a védőáramkör minőségétől függ (pl. hogy a védelem kiegészítő ellenállása milyen magas).

A nem védett akkumulátorokat gyakran párhuzamosan vagy sorba kapcsolják a pontozással, majd a tetejére egy, az egész akkumulátorcsomagra közös védőkör kerül. Az akkucsomagot ezután egy kábelen keresztül töltik, és az akkumulátorokat semmilyen módon nem lehet szétszedni az egyes cellákra. Ez egy gyakori akkucsomag séma a nagy teljesítményű fényszóróknál, mivel nagyobb terhelésnél az akkumulátorokat sorba kell rakni, pl. 2S. Ezzel magasabb feszültség érhető el, és a vezetékeken átfolyó áram ekkor a felére csökken.

Óvakodjon a mindenütt jelenlévő hamisítványoktól!

A kínai gyártóknál bevett gyakorlat, hogy eltúlozzák az akkumulátorok kapacitását. Tudja, hogy a minőségi li-ion akkumulátorok szigorúan és kizárólag a Panasonic (Sanyo), a Samsung, az LG és a Sony gyártmányaiból származnak. Csak ez a 4 gyártó képes világszínvonalú, csúcskapacitású, védtelen li-ion cellákat gyártani. Ez utóbbi jelenleg (2020. március) a paramétereket jelenti:

• 258,3 Wh/kg 0,5A kisütésnél.
• 749,7 Wh/l 0,5A kisütésnél

Ezeket a paramétereket, nagyon hasonlóan, a Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 és LG MJ1 18650 18650 18650 18650 akkumulátorok érik el. Tényleg nincs más gyártó, aki kapacitásban megközelítené őket!

A 21700 és 20700 méretű akkumulátorok, amelyek elsősorban az elektroautomobilitás (Tesla) miatt terjedtek el, még ma sem nyújtanak jobb súly/kapacitás arányt, mint a 18650-es szabvány, de közel vannak hozzá. Pl. LG 21700 M50 5000mAh és Samsung INR21700-50E 5000mAh.

A Li-ion technológia fejlődése és a jövőbeli fejlődés előrejelzései

A Li-ion technológia az 1980-as és 1990-es években alakult ki. Például 1994-ben a 18650-es cellák magas áron és csak 1100mAh kapacitással voltak kaphatók. 2000 óta a Li-ion technológia gyors fejlődésen ment keresztül, és rendszeresen jelentős kapacitásnövekedés tapasztalható. Fokozatosan kialakult a 18650-es hengeres cellaméret szabvány (18 mm átmérő, 65 mm hosszúság), és az akkumulátorok bekerültek a laptopok akkumulátoraiba. Az utóbbi néhány évben a fejlődés a 3400-3500mAh kapacitásküszöbnél szinte megállt.

Csak az utóbbi néhány évben jelentek meg más jelentős li-ion alkalmazások. Elegendő kapacitásuknak köszönhetően tömegesen elterjedtek az elektromos mobilitásban (elektromos autók, elektromos robogók, elektromos kerékpárok stb.) és a hordozható elektromos szerszámokban. A fényszórókban már régóta használják őket, de a gyártott cellák összességében kisebbségi területet képviselnek.

Jelenleg a Li-ion akkumulátorok fejlesztése fizikai akadályokba ütközik a kapacitás további növelése előtt, és számos kutató dolgozik a Li-ion akkumulátorok következő generációján. Nagyon ígéretesnek tűnik az úgynevezett "szilárdtest" akkumulátorok, azaz a folyékony elektrolit nélküli akkumulátorok és a grafénelektródákkal ellátott akkumulátorok fejlesztése. Ma (2020 márciusában) még nem léteznek ilyen akkumulátorok! De reális, hogy 3-5 éven belül megjelenhetnek. A kutatók előrejelzései szerint a kapacitás akkor akár 1/3-ával is növekedhetne. Én óvatosabb és pesszimistább lennék minden olyan becslésnél, ahol a "fel" szó szerepel.

Egyéb információforrások

https://batteryuniversity.com/learn/ - a Li-ion akkumulátorokkal kapcsolatos információk hatalmas forrása.
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - átfogó mérések az összes lehetséges Li-ion akkumulátor kapacitására vonatkozóan.