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Vor- und Nachteile des Lithium-Ionen-Akkus

Vor- und Nachteile des Lithium-Ionen-Akkus


Die Verwendung von Lithium-Ionen-Li-Ionen-Batterien hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Sie bieten einige deutliche Vorteile und Verbesserungen gegenüber anderen Formen der Batterietechnologie.

Wie alle Technologien haben Lithium-Ionen-Batterien jedoch ihre Vor- und Nachteile.

Um das Beste aus der Li-Ionen-Batterietechnologie herauszuholen, müssen nicht nur die Vorteile, sondern auch die Einschränkungen oder Nachteile der Technologie verstanden werden. Auf diese Weise können sie so eingesetzt werden, dass ihre Stärken optimal genutzt werden.

Da die Lithium-Ionen-Batterietechnologie sehr schnell voranschreitet, werden die Nachteile behoben und die Gesamttechnologie verbessert.

Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus

Die Verwendung einer Li-Ion-Batteriezelle bietet viele Vorteile. Infolgedessen wird die Technologie zunehmend für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen eingesetzt. Alles von kleinen elektronischen Geräten über Smartphones und Laptops bis hin zu Fahrzeugen und vielen anderen Anwendungen.

Die Vorteile der Li-Ionen-Technologie führen dazu, dass diese Batterien immer mehr Anwendungen finden und infolgedessen eine enorme Menge an Entwicklung in sie investiert wird.

Zu den Vorteilen des Li-Ionen-Akkus gehören:

  • Hohe Energiedichte: Die hohe Energiedichte ist einer der Hauptvorteile der Lithium-Ionen-Batterietechnologie. Bei elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, die zwischen den Ladevorgängen länger arbeiten müssen und dennoch mehr Strom verbrauchen, sind Batterien mit einer viel höheren Energiedichte immer erforderlich. Darüber hinaus gibt es viele Elektroanwendungen, von Elektrowerkzeugen bis hin zu Elektrofahrzeugen. Die viel höhere Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien ist ein deutlicher Vorteil. Elektrofahrzeuge benötigen außerdem eine Batterietechnologie mit hoher Energiedichte.
  • Selbstentladung: Ein Problem bei vielen wiederaufladbaren Batterien ist die Selbstentladungsrate. Lithium-Ionen-Zellen weisen darauf hin, dass ihre Selbstentladungsrate viel geringer ist als die anderer wiederaufladbarer Zellen wie Ni-Cad- und NiMH-Formen. Sie beträgt in den ersten 4 Stunden nach dem Aufladen normalerweise etwa 5%, fällt dann aber auf etwa 1 oder 2% pro Monat.
  • Geringer Wartungsaufwand: Ein wesentlicher Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie keine Wartung benötigen, um ihre Leistung sicherzustellen.

    Ni-Cad-Zellen benötigten eine periodische Entladung, um sicherzustellen, dass sie keinen Memory-Effekt zeigten. Da dies keine Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Zellen hat, sind dieser Prozess oder ähnliche Wartungsverfahren nicht erforderlich. Ebenso müssen Blei-Säure-Zellen gewartet werden, wobei einige die Batteriesäure regelmäßig nachfüllen müssen.

    Glücklicherweise besteht einer der Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien darin, dass keine aktive Wartung erforderlich ist.

  • Zellenspannung: Die von jeder Lithiumionenzelle erzeugte Spannung beträgt etwa 3,6 Volt. Das hat viele Vorteile. Die Spannung jeder Lithium-Ionen-Zelle ist höher als die des Standard-Nickel-Cadmiums, des Nickel-Metallhydrids und sogar der Standard-Alkalizellen bei etwa 1,5 Volt und der Blei-Säure bei etwa 2 Volt pro Zelle und erfordert in vielen Batterieanwendungen weniger Zellen. Für Smartphones ist lediglich eine einzige Zelle erforderlich, was die Energieverwaltung vereinfacht.
  • Belastungseigenschaften: Die Belastungseigenschaften einer Lithium-Ionen-Zelle oder eines Akkus sind relativ gut. Sie liefern eine einigermaßen konstante Spannung von 3,6 Volt pro Zelle, bevor sie abfallen, wenn die letzte Ladung verwendet wird.
  • Keine Grundierung erforderlich: Einige wiederaufladbare Zellen müssen vorbereitet werden, wenn sie ihre erste Ladung erhalten. Ein Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie nicht benötigt werden. Sie werden betriebsbereit und betriebsbereit geliefert.
  • Verschiedene Arten verfügbar: Es gibt verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Zellen. Dieser Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien kann dazu führen, dass die richtige Technologie für die jeweilige Anwendung verwendet werden kann. Einige Formen von Lithium-Ionen-Batterien bieten eine hohe Stromdichte und sind ideal für mobile Unterhaltungselektronikgeräte. Andere können viel höhere Ströme liefern und sind ideal für Elektrowerkzeuge und Elektrofahrzeuge.

Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus

Wie beim Einsatz jeder Technologie gibt es einige Nachteile, die gegen die Vorteile abgewogen werden müssen.

Obwohl die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ihre Nachteile hat, bedeutet dies nicht, dass diese nicht überwunden oder zumindest gemildert werden können und eine hervorragende Leistung erzielt wird.

Wenn Sie die Nachteile kennen, können Sie häufig Umgehungen in das Design einbeziehen, um die Auswirkungen der Mängel zu verringern.

Die Nachteile des Li-Ionen-Akkus umfassen:

  • Schutz erforderlich: Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien sind nicht so robust wie einige andere wiederaufladbare Technologien. Sie müssen vor Überladung und Entladung geschützt werden. Darüber hinaus muss der Strom in sicheren Grenzen gehalten werden. Dementsprechend besteht ein Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien darin, dass Schutzschaltungen erforderlich sind, um sicherzustellen, dass sie innerhalb ihrer sicheren Betriebsgrenzen gehalten werden.

    Glücklicherweise kann dies mit moderner Technologie für integrierte Schaltkreise relativ einfach in die Batterie oder in das Gerät integriert werden, wenn die Batterie nicht austauschbar ist. Durch den Einbau der Batteriemanagement-Schaltung können Li-Ionen-Batterien ohne besondere Kenntnisse verwendet werden. Sie können aufgeladen bleiben, und nachdem der Akku vollständig aufgeladen ist, unterbricht das Ladegerät die Versorgung.

    Die in Lithium-Ionen-Batterien eingebaute Schutzschaltung überwacht eine Reihe von Aspekten ihres Betriebs. Die Schutzschaltung begrenzt die Spitzenspannung jeder Zelle während des Ladevorgangs, da eine übermäßige Spannung die Zellen beschädigen kann. Sie werden normalerweise in Reihe geladen, da normalerweise nur eine Verbindung für eine Batterie besteht. Da unterschiedliche Zellen unterschiedliche Ladestufen erfordern können, besteht die Möglichkeit, dass eine Zelle eine höhere Spannung als erforderlich aufweist.

    Die Schutzschaltung verhindert auch, dass die Zellenspannung beim Entladen zu niedrig fällt. Dies kann wiederum passieren, wenn eine Zelle weniger Ladung als andere auf der Batterie speichern kann und ihre Ladung vor den anderen erschöpft ist.

    Ein weiterer Aspekt der Schutzschaltung besteht darin, dass die Zelltemperatur überwacht wird, um extreme Temperaturen zu vermeiden. Der maximale Lade- und Entladestrom der meisten Packungen ist auf 1 ° C bis 2 ° C begrenzt. Trotzdem werden einige gelegentlich beim schnellen Aufladen etwas warm.

  • Altern: Einer der Hauptnachteile von Lithium-Ionen-Batterien für die Unterhaltungselektronik besteht darin, dass Lithium-Ionen-Batterien unter Alterung leiden. Diese Zeit oder dieser Kalender sind nicht nur abhängig, sondern auch von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die der Akku durchlaufen hat. Oft können Batterien nur 500 - 1000 Lade- und Entladezyklen standhalten, bevor ihre Kapazität sinkt. Mit der Entwicklung der Li-Ion-Technologie steigt diese Zahl, aber nach einer Weile müssen die Batterien möglicherweise ausgetauscht werden. Dies kann ein Problem sein, wenn sie in das Gerät eingebettet sind.

    Lithium-Ionen-Batterien altern auch, unabhängig davon, ob sie verwendet werden oder nicht. Trotz der Verwendung gibt es auch ein zeitbezogenes Element für die Kapazitätsreduzierung. Wenn eine typische Lithium-Kobaltoxid-, LCO-Batterie oder -Zelle eines Verbrauchers gelagert werden muss, sollte sie teilweise aufgeladen werden - etwa 40% bis 50% - und kühl gelagert werden Bereich. Die Lagerung unter diesen Bedingungen verlängert die Lebensdauer.

  • Transport: Dieser Nachteil des Li-Ionen-Akkus ist in den letzten Jahren in den Vordergrund getreten. Viele Fluggesellschaften beschränken die Anzahl der Lithium-Ionen-Batterien, die sie benötigen, und dies bedeutet, dass ihr Transport auf Schiffe beschränkt ist.

    Für Flugreisende müssen Lithium-Ionen-Batterien häufig im Handgepäck sein, obwohl sich dies aufgrund der Sicherheitsposition von Zeit zu Zeit ändern kann. Die Anzahl der Batterien kann jedoch begrenzt sein. Alle separat mitgeführten Lithium-Ionen-Batterien müssen durch Schutzabdeckungen usw. vor Kurzschlüssen geschützt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn einige der großen Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in großen Powerbanks verwendet werden.

    Vor dem Flug muss geprüft werden, ob eine große Powerbank mitgeführt werden kann oder nicht. Leider ist die Anleitung nicht immer besonders klar.

  • Kosten: Ein Hauptnachteil der Lithium-Ionen-Batterie sind ihre Kosten. Typischerweise sind sie in der Herstellung etwa 40% teurer als Nickel-Cadmium-Zellen. Dies ist ein wichtiger Faktor bei der Verwendung in Massenprodukten, bei denen zusätzliche Kosten ein großes Problem darstellen.
  • Technologie entwickeln: Obwohl Lithium-Ionen-Batterien seit vielen Jahren erhältlich sind, können sie von einigen als unreife Technologie angesehen werden, da sie sich in hohem Maße in einem Entwicklungsbereich befinden. Dies kann ein Nachteil sein, da die Technologie nicht konstant bleibt. Da jedoch ständig neue Lithium-Ionen-Technologien entwickelt werden, kann dies auch von Vorteil sein, da bessere Lösungen verfügbar sind.

Obwohl dies nicht unbedingt ein Vorteil oder Nachteil ist, ist es wahrscheinlich erwähnenswert, dass Lithium-Ionen-Batterien an einem kühlen Ort gelagert werden sollten, was den Alterungsprozess von Lithium-Ionen (und anderen Chemikalien) verlangsamt. Hersteller empfehlen Lagertemperaturen von ca. 15 ° C. Außerdem sollte der Akku während der Lagerung teilweise aufgeladen werden. Hersteller empfehlen normalerweise einen Ladezustand von etwa 40% bis 50%.

Die Li-Ionen-Batterietechnologie bietet sehr viele Vorteile. Dementsprechend ist die Technologie weit verbreitet, und diese wird nur noch zunehmen. Das Verständnis der Vor- und Nachteile oder Einschränkungen ermöglicht die bestmögliche Nutzung der Batterietechnologie.

Schau das Video: Brandbekämpfung bei Lithium-Ionen-Akkus (Oktober 2020).