Li-ioon vs NiCad

Liitiumioon (või Li-ioon) patareid on väiksema suurusega, vajavad vähe hooldust ja on keskkonnasõbralikumad kui Nikkel-kaadmium (nimetatud ka NiCad, NiCd või Ni-Cd) patareid. Ehkki neil on sarnasusi, erinevad liitiumioon- ja NiCd-patareid oma keemilise koostise, keskkonnamõju, rakenduste ja kulude osas.

Võrdlusdiagramm

Li-ioon versus NiCad võrdlustabel

	Li-ioon	NiCad
Konkreetne jõud	~ 250- ~ 340 W / kg	1800mha
Mälu efekt	Ärge kannatage mäluefektide pärast	Kannatab mäluefekti

Sisu: Li-ion vs NiCad

• 1 elektrokeemia
• 2 Keskkonnamõju
• 3 Maksumus
• 4 Kasutamine ja jõudlus
• 5 suurust ja tüüpi
• 6 rakendust
• 7 viidet

Elektrokeemia

Nikkel-kaadmiumpatarei kasutab anoodi jaoks kaadmiumi (negatiivne ots), katoodi jaoks nikkeloksühüdroksiidi (positiivne ots) ja kaaliumhüdroksiidi vesilahus elektrolüüdina.

Liitium-ioon aku kasutab anoodina grafiiti, katoodi jaoks liitiumoksiidi ja elektrolüüdina liitiumsoola. Liitiumioonid liiguvad tühjenemise ajal negatiivsest elektroodist positiivsesse elektroodi ja laadimisel tagasi. Liitium-ioon-elektrokeemilised elemendid, erinevalt ühekordselt kasutatavatest liitiumpatareidest, kasutavad elektroodimaterjalina metallide liitiumi asemel interkaleeritud liitiumühendit.

Keskkonnamõju

NiCad patareid sisaldavad 6% (tööstuslikud patareid) kuni 18% (tarbepatareid) kaadmiumi, mis on mürgine raskemetall ja vajab seetõttu aku hävitamise ajal erilist hoolt. Föderaalvalitsus liigitab selle ohtlike jäätmete hulka. Ameerika Ühendriikides on osa aku hinnast tasu selle nõuetekohase utiliseerimise eest kasutusaja lõppedes.

Liitium-ioon akude komponendid on keskkonnaohutud, kuna liitium on ohtlikud jäätmed.

Maksumus

Liitiumioonaku tootmine maksab umbes 40 protsenti rohkem, kuna pinge ja voolu jälgimiseks on vajalik lisakaitseahel.

Toimimine ja jõudlus

Nikkel-kaadmiumpatareide suurim puudus on see, et neil on "mäluefekt", kui neid tühjendatakse ja laaditakse mitu korda samasse olekusse. Aku "jätab meelde" laadimistsükli punkti, kus laadimine algas ja järgneva kasutamise ajal langeb pinge selles kohas ootamatult, justkui oleks aku tühjaks saanud. Kuid aku maht ei vähene oluliselt. Mõni elektroonika on loodud spetsiaalselt selle vähendatud pinge talumiseks piisavalt kaua, et pinge normaliseeruks. Kuid mõned seadmed ei suuda sellel alanenud pinge perioodil töötada ja aku näib olevat "surnud" tavapärasest varem.

Sarnane efekt, mida nimetatakse pingelanguseks või laisa aku efektiks, tuleneb korduvast ülelaadimisest. Sel juhul näib aku olevat täielikult laetud, kuid tühjeneb kiiresti vaid pärast lühikest tööperioodi. Nikkel-kaadmiumpatarei võib korralikult töötades kesta 1000 või enam tsüklit, enne kui selle maht langeb alla poole algsest mahust.

Teine probleem on vastupidine laadimine, mis ilmneb kasutaja vea tõttu või siis, kui mitme akuga aku on täielikult tühjaks saanud. Pöördlaadimine võib lühendada aku tööiga. Pöördlaadimise kõrvalsaadus on vesinikgaas, mis võib olla ohtlik.

Kui neid ei kasutata regulaarselt, kipuvad dendriidid tekkima NiCad-akudes. Dendriidid on õhukesed juhtivkristallid, mis võivad tungida elektroodide vahelisse separaatori membraani. See toob kaasa sisemise lühise ja enneaegse rikke.

Liitium-ioon akud vajavad vähe hooldust. Neid saab enne täielikku tühjenemist uuesti laadida, ilma “mäluefekti” tekitamata ja need töötavad laiemas temperatuurivahemikus. Ni-Cd-ga võrreldes on liitiumioonide isetühjendus vähem kui pool, mistõttu sobib see hästi tänapäevasteks kütusemõõdiku rakendusteks. Ainsaks puuduseks on liitiumioonaku, mis on habras ja ohutu töö tagamiseks vajab kaitselülitust. Kaitselülitus on sisse ehitatud igasse pakendisse, mis piirab iga elemendi tipppinget laadimise ajal ja hoiab ära raku pinge tühjenemisel liiga madala languse. Äärmuslike temperatuuride vältimiseks jälgitakse ka raku temperatuuri.

Suurused ja tüübid

Ni-Cd-elemente on saadaval AAA-st D-ni, sama suurusega kui leelispatareid, aga ka mitut mitmeelemendilist suurust. Lisaks üksikutele elementidele on need saadaval kuni 300-elemendiliste pakenditena, mida kasutatakse tavaliselt autotööstuses ja raskeveokite tööstuses. Teisaldatavate rakenduste korral on lahtrite arv alla 18 lahtri. NiCd akusid on 2 tüüpi: suletud ja õhutatud.

Li-ioonakud on väiksemad, kergemad ja annavad rohkem energiat kui nikkel-kaadmiumakud. Neid on saadaval ka väga erineva kuju ja suurusega neljas vormingus:

• Väike silindriline (klemmideta kindel korpus, näiteks sülearvuti akudes kasutatav)
• Suur silindriline (tugev kere suurte keermestatud klemmidega)
• Kott (pehme, lame korpus, näiteks mobiiltelefonides kasutatav)
• Prismaatiline (poolkõva plastkorpus suurte keermestatud klemmidega, kasutatakse sageli sõidukite veopakkides)

Kotirakkudel on ümbrise puudumise tõttu suurim energiatihedus. Kuid laienemise vältimiseks, kui selle laadimisseisundi (SOC) tase on kõrge, nõuab see teatud välist isoleerimisvormi.

Rakendused

NiCad patareid võib kokku panna patareidesse või kasutada eraldi. Väikesi ja miniatuurseid rakke saab kasutada taskulampide, kaasaskantava elektroonika, kaamerate ja mänguasjade jaoks. Need suudavad varustada suhteliselt väikese sisemise takistusega suuri kõrgepingevoolusid, muutes need soodsaks valikuks kaugjuhtimisega elektrimudelitega lennukite, paatide, autode, juhtmeta elektritööriistade ja kaameravälkude jaoks. Suuremaid üleujutatud elemente kasutatakse õhusõidukite akude käivitamiseks, elektrisõidukite jaoks ja ooterežiimi toiteks.

Selliste omaduste nagu kõrge energiatihedus, mäluefekti puudumise ja aeglase laadimiskaotuse korral, kui neid ei kasutata, on liitium-ioonakud tarbeelektroonikas kõige populaarsem valik. Nende populaarsus kasvab ka sõjaväe, elektrisõidukite ja kosmosevaldkonnas.

Viited

• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/bt-liion-main.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel-cadmium_battery
• http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery