Akumulatory na miarę XXI wieku

Jest to obecnie najlepsze źródło zasilania dla nowoczesnych, mocnych reflektorów LED i nie ma powodu, aby używać obecnie innego typu baterii. Są one używane przez NASA w satelitach, przez firmy motoryzacyjne w samochodach elektrycznych ze względu na ich wyraźne zalety - dużą pojemność, niską wagę, niezawodność.

Akumulatory litowo-jonowe mają najlepszy stosunek pojemności do wagi (objętości). Zostały przetestowane w zastosowaniach przemysłowych i są bezpieczne. Ogniwa są lekkie i przechowują dużą ilość energii. Są produkowane wyłącznie do wielokrotnego ładowania, więc nie zanieczyszczają środowiska jak baterie jednorazowe. Będą ci służyć przez wiele lat bez żadnych komplikacji, a jeśli będziesz o nie dbać we właściwy sposób, nie odczujesz nawet żadnego spadku pojemności na przestrzeni lat. Są naprawdę niezawodne, jeśli je naładujesz, zawsze będą dostarczać energię.

Akumulatory litowo-jonowe to prawie wyłącznie cylindryczne baterie o napięciu ładowania 4,2 V i żywotności 500-1500 pełnych cykli. Istnieją różne rozmiary, ale najczęściej używanym typem jest 18650, cylindryczne ogniwo o średnicy 18 mm i długości 65 mm. Od niedawna samochody elektryczne wykorzystują ogniwa typu 21700.

Parametry techniczne obecnych akumulatorów 18650

Wszystkie standardowe akumulatory litowo-jonowe są ładowane przez algorytm CC/CV do końcowego napięcia 4,2 V. Średnie, nominalne napięcie wynosi 3,6 V (lub 3,7 V). Akumulatory można zwykle rozładować do 2,5 V, wcześniej tylko do 2,8 V. Niższe napięcie jest niebezpieczne, można zniszczyć ogniwo. Rezystancja wewnętrzna waha się od 20 do 80 miliomów w zależności od marki i typu (nisko- lub wysokoprądowe).

Najwyższa wydajność prądowa wynosi około 3450 mAh przy zmagazynowanej energii nie większej niż 12,4 Wh. Przy wyższych poborach zmagazynowana energia (i pojemność) nieco spada.

Akumulator zwykle pozwala na maksymalny pobór prądu (maksymalny ciągły prąd rozładowania) od 3 do 10 A, a akumulatory wysokoprądowe używane w narzędziach do 30 A.

Bateria zapewni 500-1000 pełnych cykli, zanim jej pojemność spadnie do 70-80% pierwotnej wartości. Żywotność można wydłużyć (lub spowolnić starzenie) poprzez łagodny prąd ładowania (np. C/5), długotrwałe przechowywanie w stanie częściowo naładowanym (3,93 V = 70%) i używanie tylko w temperaturze powyżej 0°C. Więcej informacji na temat przedłużania żywotności można znaleźć tutaj: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Baterie działają nawet w ekstremalnie niskich temperaturach - np. -20°C - ale takie użytkowanie nieodwracalnie i stopniowo je niszczy. Więcej informacji na temat korzystania z nich w ujemnych temperaturach można znaleźć tutaj: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Stan naładowania akumulatora można zmierzyć za pomocą woltomierza, napięcie ogniwa daje dość dokładne wskazanie stanu naładowania. Stan naładowania może się nieznacznie różnić w zależności od producenta i oznaczenia akumulatora. Ogólnie rzecz biorąc, poniższa tabela podaje stan naładowania:

Zalety i wady akumulatorów litowo-jonowych w porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami

W porównaniu z bateriami AA i AAA (NiMh, NiCd itp.) mają one wiele zalet. Baterie te działają dłużej (zazwyczaj przez wiele lat), mają niższą rezystancję wewnętrzną i są przystosowane do dużych poborów prądu. Ich pojemność nie spada znacząco przy dużym obciążeniu. Akumulatory litowo-jonowe nie muszą być w żaden sposób formatowane przed pierwszym użyciem, można ich używać w dowolnym momencie, w dowolnym stanie naładowania.

Akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się bardzo niskim samorozładowaniem, mogą leżeć odłogiem przez wiele miesięcy, a ich stan naładowania nie zmieni się znacząco.

Akumulatory litowo-jonowe (rozmiar 18650, 21700) oferują obecnie najwyższy stosunek pojemności do masy i pojemności do objętości. Akumulatory NiMh są znacznie (napisałbym "o rzędy wielkości") gorsze, więc dla tej samej zmagazynowanej energii nosisz ze sobą zauważalnie większą wagę i liczbę akumulatorów.

Jeśli można znaleźć jakieś wady, to z pewnością to, że nie można ich kupić nigdzie na świecie. Inną wadą może być to, że obecna ładowarka prawdopodobnie nie będzie w stanie naładować tych akumulatorów lub że batterypack będzie ładował się za pomocą własnej ładowarki sieciowej za pomocą kabla. Ostatnią wadą jest większe niebezpieczeństwo celowego zwarcia lub poważnego mechanicznego uszkodzenia akumulatora. Jednak nigdy nie dojdzie do tego przy normalnym użytkowaniu, a wysokiej jakości ogniwa są naprawdę bardzo bezpieczne.

Nadaje się również do długich podróży i wypraw

Często kontaktują się z nami osoby, które chcą wybrać czołówkę na wyprawę i wymagają zasilania klasycznymi bateriami AA. Argumentem jest to, że można je kupić wszędzie.

W rzeczywistości litowo-jonowe doskonale nadają się dla osób przebywających z dala od cywilizacji przez 2-3 tygodnie. Duża pojemność przy niewielkiej wadze i wysoka wydajność naszych czołówek sprawia, że jeśli będziesz oszczędnie obchodził się ze światłem, to z pewnością wytrzyma ono dłużej niż jakakolwiek inna czołówka na baterie AA. Przykładem jest czołówka Lucifer M, która w najniższym trybie świeci 25 lumenami i wytrzymuje 180 godzin na jednym zestawie baterii. Blask 25 lumenów to często maksimum zwykłych plastikowych czołówek, na takim blasku można komfortowo chodzić w nocy. 180h powinno wystarczyć na 2-3 tygodnie, lub z jednym zapasowym batterypackiem można osiągnąć 360h, czyli 15 dni ciągłego świecenia lub 30 dni świecenia całą noc!

Zabezpieczone i niezabezpieczone akumulatory litowo-jonowe

Akumulatory chronione posiadają zabezpieczenia przed niedostatecznym rozładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i zwarciem. Są one zawsze wykonane z ogniw niezabezpieczonych poprzez dodanie obwodu zabezpieczającego. Dlatego też są nieco dłuższe (2-4 mm) i grubsze (0,5-1 mm). Ogniwa zabezpieczone są zwykle używane jako wymienne, tzn. użytkownik może je obsługiwać, ładować w zewnętrznej ładowarce szybowej i podobnie jak inne zwykłe baterie wkładać je do obudowy lampy. Zabezpieczone baterie są oferowane przez wielu różnych producentów, a jakość otrzymanej baterii zależy od jakości oryginalnego ogniwa i jakości obwodu zabezpieczającego (np. jak wysoka jest dodatkowa rezystancja zabezpieczenia).

Niezabezpieczone akumulatory są często łączone równolegle lub szeregowo poprzez punktację, a następnie dodawany jest jeden obwód zabezpieczający, wspólny dla całego zestawu akumulatorów. Zestaw akumulatorów jest następnie ładowany za pomocą kabla, a akumulatorów nie można w żaden sposób rozłożyć na pojedyncze ogniwa. Jest to powszechny schemat zestawu akumulatorów dla reflektorów o dużej mocy, ponieważ przy wyższych obciążeniach akumulatory muszą być połączone szeregowo, np. 2S. Pozwala to uzyskać wyższe napięcie, a prąd płynący przez okablowanie zmniejsza się o połowę.

Uwaga na wszechobecne podróbki!

Powszechną praktyką chińskich producentów jest zawyżanie pojemności akumulatorów. Należy pamiętać, że wysokiej jakości akumulatory litowo-jonowe pochodzą wyłącznie od firm Panasonic (Sanyo), Samsung, LG i Sony. Tylko tych 4 producentów może produkować niezabezpieczone ogniwa litowo-jonowe o światowej klasy, najwyższej pojemności. Ta ostatnia obecnie (marzec 2020) oznacza parametry:

• 258,3 Wh/kg przy rozładowaniu 0,5A
• 749,7 Wh/l przy rozładowaniu 0,5A

Te parametry, bardzo zbliżone, osiągają akumulatory 18650 Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 i LG MJ1 18650. Naprawdę żaden inny producent nie zbliża się do nich pod względem pojemności!

Akumulatory w rozmiarach 21700 i 20700, które rozpowszechniły się głównie dzięki elektromobilności (Tesla), nawet dziś nie oferują lepszego stosunku wagi do pojemności niż standard 18650, ale są blisko. Na przykład LG 21700 M50 5000mAh i Samsung INR21700-50E 5000mAh.

Ewolucja technologii litowo-jonowej i prognozy na przyszłość

Technologia litowo-jonowa powstała w latach 80. i 90. ubiegłego wieku. Na przykład w 1994 roku dostępne były ogniwa 18650 o wysokiej cenie i pojemności zaledwie 1100 mAh. Od 2000 roku technologia litowo-jonowa doświadczyła szybkiego rozwoju i regularnego znacznego wzrostu pojemności. Stopniowo ustalił się standard cylindrycznego rozmiaru ogniw 18650 (średnica 18 mm, długość 65 mm), a akumulatory trafiły do baterii laptopów. W ciągu ostatnich kilku lat rozwój spowolnił niemal do zatrzymania na poziomie pojemności 3400-3500 mAh.

Dopiero w ciągu ostatnich kilku lat pojawiły się inne znaczące zastosowania litowo-jonowe. Ze względu na ich wystarczającą pojemność, rozpowszechniły się masowo w elektromobilności (samochody elektryczne, skutery elektryczne, rowery elektryczne itp.) i przenośnych elektronarzędziach. Od dłuższego czasu są stosowane w reflektorach, ale stanowią mniejszość w całkowitej liczbie produkowanych ogniw.

Obecnie rozwój akumulatorów litowo-jonowych napotkał fizyczne bariery dla dalszego zwiększania pojemności, a wielu badaczy pracuje nad następną generacją akumulatorów litowo-jonowych. Bardzo obiecujący wydaje się rozwój tak zwanych akumulatorów "półprzewodnikowych", tj. akumulatorów bez ciekłego elektrolitu i akumulatorów z elektrodami grafenowymi. Obecnie (marzec 2020 r.) takie baterie nie istnieją! Realne jest jednak, że mogą one pojawić się w ciągu 3-5 lat. Naukowcy przewidują, że pojemność może wtedy wzrosnąć nawet o 1/3. Byłbym bardziej ostrożny i pesymistyczny we wszystkich szacunkach, w których używane jest słowo "w górę".

Inne źródła informacji

https://batteryuniversity.com/learn/ - ogromne źródło informacji na temat akumulatorów litowo-jonowych
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - obszerne pomiary pojemności wszystkich możliwych akumulatorów litowo-jonowych