Říká se jim různě. LiFePO4, LiFE, Lifečka, Železofosfát baterie a podobně. Nejčastěji mi kladenou otázkou je: "Co mně na nich tak fascinuje, že prosazuji vesměs tento typ akumullátorů?" Řeknu Vám, že vůbec nic. Pouze léta praxe s nimi. Pracuji s nimi několik roků a doposud (přibilžně od roku 2012, kdy je aktivně používáme) nás ani v jednom případě nezklamaly. Problémy či reklamace byly vždy spojené s podpůrnou elektronikou bez které se bohužel lithiové baterie neobejdou pokud hrajeme na životnost sestavy. Dříve jsem se snažil lidem odpovědět na jejich otázku odborným vysvětlováním problematiky. Dnes vím, že si lidi raději koupí "monočlánek" za dvacku, než LiFe za dvě stovky. Maximálně ten "monočlánek" nahradí nějakým NiMh, který není až tak o moc dražší. Ale je tu mnoho faktorů, které jsou na dlouhé rozepisování. Vyberu jen několik z těch nejdůležitějších:

  • 1/ Napětí jednoho článku je 3.2V Takže se seriově velmi dobře spojují pro aplikace, kde se používají baterie 12V,
  • 2/ Životnost udávaná výrobci je 2000-3000 cyklů nabití a vybití na 20% kapacity. Ale ani  potom se nešrotují - jejich kapacita spadne na 80% na dalších cca 1000 cyklů,
  • 3/ Jsou ve srovnání s ostatními lithiovými články (LiPol, Lion, Liion) podstatně bezpečnější z hlediska požárního,
  • 4/ Rozsah pracovních teplot při dodržení parametrů je neuvěřitelný. Některé typy LiFe pracují v rozsahu -20 až +80 stupňů. Běžné aplikace jsou do prostředí -10 až +65 stupňů,
  • 5/ Jejich hmotnost oproti olověnému článku stejné kapacity je až o 30% menší,
  • 6/ Jejich reálná opakovatelná kapacita je dlouhodobě velmi stabilní. To jak je velmi pomalý trend v širší veřejnosti  v oblasti baterií LiFe svědčí to, že LiFe články existují již  od roku 1996. A teprve dnes se s nimi zabývají výrobci tak, že je máme v podobě nejen velkých baterí, ale jsou dostupné i ve velikosti tužkové baterie. Přitom jejich životnost je taková, že teprve dnes se začíná mluvit o tom, jak se bude zacházet s opotřebovanými LiFe bateriemi. Rozumějte s těmi co byly vyrobeny před 30-ti lety. U nás je to něco jako bavit se o vesmírném programu. Ve světě jsou trendy sběren LiFe baterií a v tom smyslu, že i po 20-ti letech nejsou ve stavu k likvidaci, ale měly by se roztřídit a oddělit ty opravdu nepoužitelné (likvidace) a ty, které mají ještě řekněme 50% kapacity, budou přeprodány za směšnou cenu do nenáročných aplikací.

O bateriích a s nimi související problematikou je toho na webu napsáno dost a dost. Buhužel, laik nemá šanci se v této oblasti ani orientovat a už vůbec ne  se v tom vyznat natolik, aby si udělal ucelený názor na problematiku, popřípadě dokázal vyřešit byť i pro znalého člověka banální otázku. A nedivme se tomu. Baterie jsou technická problematika tak širokého záběru, že jen pro rozlišení typů akumulátorů jsem napočítal na dvě stovky možných parametrů jak akumulátory rozdělit a technicky identifikovat. Ale jednoznačně pro neodborníka či laika by mělo platit vždy jedno   pravidlo s prioritou nejvyšší a tím je, že špatně aplikovaný článek, nebo chcete-li špatně použitá baterie je vždy dobrým zdrojem problémů a špatným zdrojem elektrické energie .  V horším případě je zdrojem potenciálně nemalého nebezpečí. A tak tento web se snaží přiblížit problematiku akumulátorů z oblasti lithiových článků  poněkud lidovější rétorikou s použitím pokud co nejméně odborných  termínů za cenu delšího rozepisování. A hlavně - bez komerčních či obchodních vlivů,  jelikož jsme výrobci komponent už hotových, využívající baterie a nikoli  výrobci či velkododavatelé samostatných článků.

Avšak bez minimálního vysvětlení  alespoň základních pojmů se neobejdeme, pokud chceme alespoň pojmout základy. Aby to bylo co nejjednodušší pro mne i pro zákazníky, sestavil  jsem jisté úplně nejzákladnější údaje, které by měl uživatel baterie znát, tedy pokud se chce zabývat bateriemi v tom smyslu, že s nimi chce  minimálně experimentovat. Těmito základními údaji , pokud vynecháme rozměry a hmotnost jsou: 

  • - napětí (voltáž) na jeden článek
  • - kapacita - proudová zatížitelnost nabíjecí i vybíjecí
  • - teplotní stabilita a odolnost
  • - životnost
  • - spolehlivost
  • - přetížitelnost
  • - nutnost podpůrné elektroniky
  • - bezpečnost 

Po technické stránce jsou  lithiové baterie řazeny mezi takzvané baterie s vysokou hustotou energetické absorbce. Ta je daná jakýmsi poměrem hmotnosti článku a energií, kterou je schopná pojmout. (laicky řečeno kolik elektriky se dá našlapat do jednoho kila baterie). Lithiové baterie mají tento poměr velmi vysoký, což je předurčuje k širokému použití. Každá baterie se skládá ze tří základních částí.  Anody (odtud odebíráme kladnou část energie), katody (odtut odebíráme zápornou část energie) a dielektrika, které tvoří jakéhosi prostředníka , nebo chcete-li most mezi anodou  a katodou).  Voltáží  na jeden článek  je myšleno napětí jednoho článku, respektive rozsah napětí od vybitého po plně nabitý stav. Pojem   kapacita   asi netřeba vysvětlovat. Snad jen jednotky, které se udávají v miliampérhodinách (mAh), častěji však v ampérhodinách (Ah).  Proudová zatížitelnost  je udávaná pro režim nabíjení zvlášť a pro režim vybíjení také zvlášť.Bývá udávána buď přímo v ampérech (A), u lithiových baterií to bývá častěji jakýsí matematický vztah mezi kapacitou baterie v ampérech (A) a násobkem značeným písmenem "C" z anglického capacity. Tedy například značení baterie 1C/30C značí , že baterie se nabíjí maximálně jednonásobkem kapacity ve vztahu nikoli ampérhodin, ale ampér a vybíjí maximem třicetinásobku kapacity. Toto značení se hojně využívá ve značení modelářských LiPol akumulátorů. Přikladně akumulátor s označením 5000mAh (5 Ah) 2C/25C nabíjíme doporučeným proudem maximálně 10A a múžeme spolehlivě vybíjet  špičkovým proudem až 125A.V reálu bude ale akumulátor schopen trvalého ustáleného vybíjecího proudu asi poloviny této hodnoty z důvodu zahřívání. Ale o tom v dalším pokračování o  Teplotní stabilitě a odolnosti . Toto jsou rozhodující parametry pro takzvanou   odolnost, spolehlivost, přetížitelnost a bezpečnost.  

V kombinaci se způsobem zacházení s akumulátorem jsou tyto parametry rozhodující pro  životnost každého akumulátoru jakékoli technologie. Jak jsem uvedl výše, lithiové akumulátory patří mezi takzvané baterie s vysokou energetickou hustotou. Jednoduše řečeno - do menšího váhového poměru se vejde víc energie než ve srovnání s příkladně olověným akumulátorem. To je velmi laicky řečeno dosaženo tím, že malé množství lithia se prostřdnictvím elektrolitu při nabíjení a vyjení baterie chemickou cestou přemisťuje od anody ke katodě.  Anoda bývá uhlíková, katoda kovová slitina. Nejmodernější akumulátory využívají uhlíkové nanotechnologie, která bateriím propůjčuje ještě lepší parametry. Množství lithia v baterii v poměru k její celkové hmotnosti je malé. U malých akumulátorů jsou to tisíciny až setiny gramu. U středních akumulátorů jsou to desetiny až nanejvýš jednotky gramů. Až u velkých baterií se jedná o jednotky až deseítky gramů lithia. Při tomto poměrně složitém chemickém procesu vždy dochází k ohřívání celé konstrukce článku. Některé typy lithiových akumulátorů dokáží být velmi tvrdými zdroji proudu. Dokonce natolik tvrdými zdroji proudu, že spolehlivě při zkratu ničí svoji vnitřní  strukturu, což  se stane samozřejmě s každou baterií, avšak některé lithiové baterie to dokáží fatálním způsobem. Typickou skupinou takto se chovajících baterií jsou baterie LiPol - tak hojně využívané modeláři právě z důvodu schopnosti "vyzvracet" ze sebe v krátkém intervalu obrovské množství energie, kterou potřebují elektromodely jako vrtulníky větších řad, lodě a podobně. Pojďme si popsat některé skupiny baterií Lixx a položme si zásadní otázku. LiFe články ano či ne?   Já říkám jednoznačně ano. Ale samozřejmě i dobré věci mají svoje úskalí a konkrétně LiFe baterie mají také jisté vlastnosti, které je vylučují z jistého spektra aplikovatelnosti. Popišme si tedy jakési úplně nejzákladnější rozdělení lithiových článků. Vynecheme primární lithiové baterie na jedno použití a věnujme se  v současnosti nejpoužívanějším, dobíjitelným.   

Baterie Li-Pol

Lipolky, jak se jim říká jsou velmi oblíbené baterie mezi modelářskou komoditou. Důvody jsem popsal výše. S určitými nemalými riziky je kvůli nižší ceně používají někteří výrobci do elektrovozíků a dalších aplikací. Avšak jejich nižší cenu výrazně převažují rizika bezpečnostní. Na druhou stranu jejich takzvané voltamperové charaktiristiky jsou velni dobré. Opakuji - za cenu vyšších bezpečnostních rizik.

Video je z mojí modelářské praxe, kdy jsem nastrojil T-Rexe 500 do kapoty AH-1 Cobra. Model byl  původně vybaven šestičlánkovým packem Lipol 5Ah. I přes to, že jsem vybíral baterii s co nejlepšími  vybíjecími charakteristikami, vzhledem k hmotnosti modelu 7,5 kg a motoru 2,2kW s regulátorem  150A se po 10-ti minutách trvalé zátěže Lipolky rozehřály na docela vysokou teplotu, v ruce se takřka udržet nedaly, tedy odhaduji 50 stupňů a  víc. V současnosti je model vybaven osmičlánkem  LifePo4 (24V/10Ah) a ve výsledku se barie ohřejí na příjemně vlažnou teplotu. Je pravdou a faktem, že LiFepo4 články nejsou stavěny na proudovou zatížitelnost jako LiPol, avšak v tomto případě jsem toto pravidlo obešel. Výsledkem je provoz i při teplotách těsně pod nulou, kdy LiPol je takřka nepoužitelná, dále pak doposud stálá kapacita, přičemž LiPol již po cca 20-ti nabití měla polovinu kapacity. Popišme si Lipol trošku technicky . Jsou to takzvané Lithium Polymerové baterie. Jako elektrolyt slouží speciální gel. Bohužel právě tento gel je příčinou řady požárů. Z modelářské praxe jsem jich viděl docela dost. Problém nastává při mechanickém poškození baterie, ale POZOR - také při přehřátí. Gel v baterii má samovzněcovací schopnost již při něco málo nad 100 stupňů celsia. Hoří velmi prudce do extrémně hustého bílého dýmu, který strčí do kapsy kde jakou dýmovnici. Následky vzplanutí Lipolky v místnosti jsou na stoprocent fatální k vybavení interiéru. S tímto souvisí často opomíjená bezpečnostní pomůcka, kterou by měla být vybavena každá LiPol baterie. Je to speciální bezpečnostní protipožární  vak či sáček, konstruovaný speciálně na tyto baterie. Tento vak zabrání prohoření gelu mimo baterii a omezuje riziko rozšíření požáru. Opomíjený je zejména kvůli jeho pořizovacím nákladům, které tvoří až polovinu ceny akumulátoru. LiPol baterie by měly být skladovány, dobíjeny a dokonce i používány v těchto  bezpečnostních obalech. LiPol baterie jsou vyráběny  většinou v prismatickém provedení  v rozmanitých velikostech s páskovými vývody kvůli zatížitelnosti.   Napětí na článek  mají ve vybitém stavu pod 2.8V (toto je již kritická hodnota), nabíjí se na 4,2V maximálně.  Teplotní stabilita  je silně závislá na charekteru  zatěžování.  Životnost  je samozřejmě podstatně vyšší, než například NiMh baterií. Avšak rychle klesá dle stylu zatěžování. LiPol baterie vyžadují stejně jak naprostá většina lithiových baterií přísnou kontrolu napětí každého samostatného článku. A to vesmyslu vybití pod únostnou mez i ve smyslu možného přebití. Neobejdou se tedy bez podpůrné elektroniky, nebo speciálně kontruovaných nabíječek.   

Baterie LiIon

Jedná se o takzvané Lithium iontové baterie. Nejčastěji je najdeme  ve spotřební elektronice jako jsou baterie v noteboocích. V prismatické podobě (placka) se objevují  v tabletech a ultra tenkých telefonech. Jsou vyráběny ve značném množství provedení cylindrického i prismatického tvaru. Jejich současné používání momentálně dominuje. Jde o vylepšenou technologii lithiových baterií ve smyslu zejména bezpečnosti. Liionky, jak se jim říká jsou nástupci LiOn, keré měly svoje "mouchy" a technologie LiIon je výrazně redukovala. Z hlediska  napětí na článek  jsou však velmi záludné. A to doslova. Na thu jsou desítky typů a provedení LiOn i LiIon článků různých výrobců. Ale materiály použité zejména na elektrodách baterí dávají bateriím sice na první pohled nepatrné, avšak ve vlastním provozu fatálně důležité rozdíly ve voltáži baterie. Proto se často setkávám s aplikacemi, kdy v dobré víře byla baterie použitá velmi vhodně pro konkrétní aplikaci, avšak nevhodně navržená nabíjecí elektronika celý projekt degradovala. Následovalo zklamání a logicky návrat k původním bateriím. Vysvětlení je prosté. Někteří výrobci LiIonek uvádějí 3.6V na článek, jiní zase 3,7V. S tím souvisí maximální napětí na nabití článku. Je to jen jedna desetina voltu, ale věřte mi nebo ne, přebíjení článku o už jen 0.05V zkracuje jeho životnost takřka na polovinu. Naopak, u LiIon baterií , které mají při správném užívání životnost od  500 po 1000  nabíjecími cykly se doporučuje články "podbíjet", nebo chcete - li nanabíjet na plnou kapacitu, ale cca na 70-80%. Tím se výrazně zvýší jeho životnost až o dvojnásobek. Potom ale máme z článku s kapacitou 2Ah pouze 1,5Ah.  Proudová zatížitelnost  LiIonek je velmi flexibilní dle výběru. Cylindrické články jsou konstruovány na takzvané měkké vybíjení, které je typické u spotřební elektroniky. Pro tvrdé vybíjení jsou z hlediska konstrukce mnohem vhodnější prismatické články. Jejich teplotní stabilita  je o poznání lepší než u LiPolek , jelikož jako dielektrikum není použit gel. V  životnosti  jsou na tom LiIon a LiPol velmi podobně. Mají  dokonce ještě jednu společnou vlastnost. Jejich  nominální opakovatelná kapacita  klesá poměrně výrazně počtem cyklů nabití / vybití. Již  při jen několika cyklech je rozdíl velmi patrný. Krátce řečeno  - původní článek 5Ah LiPol mi už při asi desátém nabíjení vykazoval jen 4,2 Ah. Tento jev je způsoben způsobem "přemisťováním" lithia mezi elektrodami, což u LiPol a LiIon akumulátorů je vždy jen maximálně polovina množství lithia v článku. Zbytek rychle oxiduje a stárne. Z hlediska bezpečnosti jsou na tom LiIon baterie výrazně lépe, než LiPol.  ALE ! A teď se podržte, přijde rána.  U každé baterie platí pravidlo zhoršování bezpečnosti s tím jak stárne. A lithiové baterie LiPol a LiIon jsou u konce svojí životnosti (po určitém počtu cyklů nabití a vybití) docela nebezpečné. Zejména pak LiPol baterie, které se viditelně nafukují jsou pak velmi nebezpečné. S tím souvisí jeden fígl výrobců baterií zejména pro noteboocky.

Všimli jste si určitě, že Váš nový noteboock po roce užívání hlásí opotřebeneou baterii. A u někoho je to až po dvou letech. A měli jsme tu i případy že po zakoupení repasované baterie byla tato označena jako nepoužitelná už po půl roce. Mívám  dotazy lidí, kteří jsou technicky zdatní a šikovní a vymění si články v baterii do noteboocku sami, ale neúspěšně. Ptají se, jestli koupili vadné články, nebo co je za problém. A tak se podržte, problém je ve dvou důvodech. Každý výrobce baterií potřebuje odbyt a opakovatelnost odbytu. Žádný výrobce baterií do noteboocku nestojí o to, aby Vám baterie sloužila 20 let. A druhým , závažnějším důvodem, je to, že bezpečnost lithiového článku  klesá s počtem cyklů. Proto byl do systému LiIon baterií do noteboocků zakomponován systém monitoringu baterií, který měří počet nabití a vybití a jednoduše řečeno odečítá životnost baterie, o které potom přes seriovou sběrnici informuje vlastní operační systém. Bývá nastavem kolem 600 cyklů . Podle toho, jak často nabíjíte a nebo necháváte noteboock na stole pod zdrojem Vám vydrží baterie. Proto někomu dva roky, někomu jen rok u naprosto stejného modelu noteboocku. Avšak sebepreciznější amatérská výměna článků ve vlastní baterii nezabere.  Je třeba ještě resetovat čip, který má na svědomí onu cyklickou záležitost .Bez resetu čipu baterie je noteboock stále informován o tom, že jeho baterie je na konci životnosti. Na jednu stranu je to jakýsi podvod na zákazníka, na stranu druhou - již těch výbuchů a požárů LiOn a LiIon baterií není tolik co bývalo. A tak i přes to, že LiIon články jsou díky současným technoligiím daleko bezpečnější na tolik, že je požívají výrobci aku nářadí bez nějakých počítadel životnosti, výrobci baterí noteboocků je tam dávat budou aby se kšeft točil. Ne, že by Vám výrobce baterie nabídnul možnost u noteboocku po záruce stáhnout si aplikaci na reset čipu baterie, kterou má k dispozici každé servisní středisko baterií. Ne, kup si novou, aby jsi nevyhořel ! Dle mého názoru je to kombinace podvodu a psychického nátlaku k zajištění výroby. Přitom dnes kde jaký tablet a telefon nic takového nemá. A taky Vám ten akumulátor může explodovat dokonce přímo u hlavy. A výrobci operačních systémů budou do svého software velmi ochotně implementovat nesmyslné utility kontrolující životnost bateri. No ještě aby ne!  Maličko jsem rozebral LiPol a LiIon baterie. A pokud jste se dočetli až sem, tak Vám mohu sdělit, že už roky jsem hledal baterie, které co nejvíc eliminují  nepříjemné vlastnosti baterií popsané výš. Ale všechno je to jen a jen o obchodních vztazích, reklamě, obratech, výrobcích atd. Jinak  řečeno je to o tom, co nám jako jednotlivcům páni technologičtí oligarchové a ropní magnáti dovolí. Umělou regulací cen počínaje a celními poplatky jednotlivých států konče. Přitom by jste možná byli překvapeni, co již dnes existuje za technologie. Měl jsem možnost "nakouknout" a věřte mi, zíral jsem.

Nasledujte nás na Facebooku