(5) 
Представление о современном мире было бы абсолютно другим, если бы не существовало литиевых аккумуляторных батарей. Литий-ионные аккумуляторы стали частью технологической революции, результаты которой мы постоянно наблюдаем вокруг себя (смартфоны, планшеты, ноутбуки и с недавних пор электротранспорт).
Несмотря на существование более продвинутых источников питания, например литий-титанатных ячеек (LTO), именно Li-Ion стали по-настоящему массовыми. Это связано с компактными размерами источника питания, невысокой ценой производства и оптимальным ресурсом работы. Под оптимальным ресурсом понимается далеко не самый длительный срок службы, а наоборот: литиевый аккумулятор зачастую соответствует жизненному циклу техники.
В связи с распространенностью элементов Li-Ion, полезно знать, как устроен литий-ионный аккумулятор, как правильно его эксплуатировать и в каких случаях он представляет опасность.
Как работает литий-ионный аккумулятор
В общих чертах строение литиевой батареи похоже на старые добрые свинцово-кислотные АКБ: здесь тоже есть анод, катод и электролит. Активными веществами здесь выступают графит (минус) и оксид лития (плюс). Конечно, анод и катод не состоят исключительно из перечисленных выше веществ. Данные вещества наносятся тонким слоем на медную и алюминиевую фольгу соответственно. Между листами фольги располагается разделитель, пропитанный электролитом.
В итоге получается эдакий пласт из тонких листов фольги, который и представляет собой литий-ионный аккумулятор. Далее этот пласт скручивается в трубочку - и получается стандартный цилиндрический элемент 18650 и других типоразмеров.
А каким образом описанная выше структура вообще способна накапливать и отдавать электроэнергию? Тут все тоже довольно-таки интересно. Электрический ток - это движение заряженных частиц. Именно это движение нам требуется обеспечить. Цикл работы литий-ионного аккумулятора можно представить следующим образом:
- Процесс заряда. При подключении внешнего источника питания от стабильного оксида лития на алюминиевой пластине отделяются крайне нестабильные атомы лития. На внешней орбите атома имеется электрон, который стремится отделиться. Это мгновенно и происходит с атомом лития. Отделившийся электрон не может пройти через слой разделителя - тот пропускает только положительные ионы. Поэтому электрон минует разделитель через внешнюю цепь (зарядное устройство), попадая на медную пластину. После этого оставшиеся на “минусе” положительные ионы лития тоже начинают “притягиваться” положительным полюсом. Они беспрепятственно преодолевают разделитель. В итоге мы имеем положительный полюс, состоящий из слоев графита, которые захватили электроны лития и его ионы. В таком состоянии Li-Ion аккумулятор считается заряженным.
- Процесс разряда. Пока к аккумулятору не подключается внешняя цепь в виде нагрузки, ионы и электроны лития остаются в слоях графита. Но стоит подключить к АКБ потребителя, как начнется активное движение. Ионы “поспешат” вернуться на свое место, протекая через разделитель. Электроны, как и ранее, пройти его не могут и вынуждены двигаться через внешнюю цепь, которая представляет собой потребителя электроэнергии. Пусть это будет традиционная лампочка. Протекая из положительной пластины через потребителя, электроны образуют электрический ток. Достигнув пункта назначения, ионы лития и электроны снова становятся частью стабильного оксида лития.
Таким образом, основной идеей литий-ионных аккумуляторов является то, что электронам требуется внешняя цепь, чтобы перетечь вслед за положительными ионами. Именно на счет этого аккумулятор может как заряжаться, так и разряжаться - меняется лишь направление движения частиц.
Опасны ли Li-Ion аккумуляторы
Как мы теперь знаем, в работе литиевого аккумулятора замешаны нестабильные вещества, которые то и дело норовят высвободить энергию. В процессе электрохимической реакции выделяются газы, так как когда ионы лития оседают на одной пластине, на другой образуются соли кислорода. Как и в случае с необслуживаемыми свинцово-кислотными АКБ, в случае нормальной работы газовыделение полностью контролируется. Но в случае перегрева или перезаряда аккумулятор может вздуться от внутреннего давления.
Как правило, АКб мобильных гаджетов оснащены контроллером и нарушение параметров заряда практически невозможно. Но всегда есть место заводскому браку или халатности “no-name” производителей, в результате чего аккумулятор может представлять опасность. Если АКБ вздулась - незамедлительно ее утилизируйте, иначе может случиться воспламенение.
Как взрываются литий-ионные аккумуляторы? Опять же, все снова связано с нестабильностью лития. При контакте с кислородом он тут же воспламеняется. Поэтому герметичность элемента питания очень важна. Также одной из стандартных причин возгорания может стать короткое замыкание между положительной и отрицательной пластиной. Наиболее часто это происходит из-за сочетания сильной степени износа и допущения перегрева, который негативно сказывается на целостности электролита. Разделитель призван защитить пользователя от внутреннего короткого замыкания, однако вероятность этого все равно имеется.
Что же делать, если аккумулятор вот-вот загорится или уже горит? Можно ли тушить литиевую батарею водой? Выше мы уже обратили внимание, что литий активно реагирует с кислородом, который в том числе имеется в составе воды. Поливать аккумулятор не рекомендуется, так как это может спровоцировать взрыв элемента. Пользователи, имевшие дело с воспламенением литий-ионного аккумулятора, советуют дать реакции закончится естественным способом, поместив АКБ в безопасное место, например в закрытую кастрюлю. Если же аккумулятор уже горит и взять его невозможно, очаг следует накрыть чем-то негорючим. Опять же, условная кастрюля, которой можно накрыть АКБ, отлично для этого подходит: и не допустит распространение огня, и перекроет доступ кислорода.
