Chọn Hóa Chất Pin cho Dự Án của Bạn

Nếu bạn đang phát triển một sản phẩm cần nguồn cung cấp năng lượng di động, bạn có thể ngay lập tức nghĩ đến việc sử dụng pin lithium polymer phổ biến hoặc pin AA đơn giản. Tuy nhiên, đó có thực sự là lựa chọn tối ưu cho thiết bị của bạn không? Hãy cùng xem xét về một loạt các lựa chọn khác nhau cũng như các yếu tố khác khi lựa chọn pin.

Các Điểm Quan Trọng Cần Cân Nhắc

Một khía cạnh thường bị kỹ sư bỏ qua khi chọn pin là cách sản phẩm sẽ được giao đến tay người dùng cuối. Với các quy định vận chuyển đối với pin dựa trên Lithium, việc gửi một sản phẩm có chứa pin lithium polymer đến tay người dùng qua đường bưu điện có thể trở nên khó khăn. Nhưng vận chuyển pin không chỉ là về quy định, ví dụ một pin axit chì rất nặng và có thể gây ra chi phí đáng kể cho việc giao hàng do trọng lượng. Những bất lợi này có thể lấn át bất kỳ lợi ích nào bạn có được từ bất kỳ loại pin nào.

Một yếu tố khác thường bị bỏ qua là điều kiện môi trường nơi thiết bị được sử dụng. Nếu sản phẩm sẽ được sử dụng ngoài trời, hoặc trong một môi trường công nghiệp, bạn có thể thấy nó phải chịu đựng nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn nhiều so với một số hóa chất có thể chịu đựng được. Khi bạn đang kiểm tra sản phẩm trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ phòng, mọi thứ trông có vẻ tốt, sau đó sản phẩm lại ở Canada phải chịu đựng -40°C, hoặc ở Úc trải qua nhiệt độ môi trường +45°C và bất ngờ, pin không hoạt động như mong đợi. Pin dựa trên phản ứng hóa học, chậm lại ở -40°C, nếu chất điện phân không đóng băng hoàn toàn và ngăn pin hoạt động. Trong ví dụ về Úc, một hộp đen dưới nắng có thể dễ dàng đạt trên 70°C. Nhiệt độ cao như vậy có thể khiến một số hóa chất thất bại theo cách cháy nổ.

Nếu sản phẩm của bạn sẽ di động, thể tích và trọng lượng của pin có thể đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn. Máy trợ thính là một ví dụ tuyệt vời về điều này, vì bạn không mong đợi thấy một pin axit chì trong máy trợ thính, ít nhất là không phải dành cho con người.

Điện áp của pin cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong lựa chọn của bạn. Nếu bạn cần nhiều cell để đạt được điện áp thực tế cho dự án của mình, gói pin có thể trở nên quá cồng kềnh hoặc không thực tế. Liên quan chặt chẽ đến điện áp là dĩ nhiên là dòng điện. Một số pin có khả năng cung cấp dòng điện rất cao, và một số khác có thể gặp khó khăn để sản xuất ra nhiều. Nếu bạn có nhu cầu dòng điện cao cho động cơ, đèn LED sáng, hoặc sức mạnh xử lý, bạn có thể loại bỏ ngay lập tức nhiều loại hóa chất.

Là một ví dụ về những điều cần xem xét này, tôi đã từng chứng kiến một chiếc máy bay nông nghiệp không người lái chụp ảnh từ trên cao bị rơi do hệ thống tự lái thử nghiệm gặp sự cố không lâu trước đây. Vụ tai nạn xảy ra giữa một cánh đồng đã 6 tháng không mưa, vào một ngày gió mạnh với nhiệt độ 42°C (107.6°F). Pin lithium ion polymer 4 cell lớn bị nghiền nát, và một cell bắt đầu hỏng. Sự cố này lan sang các cell khác cho đến khi khí thoát ra bắt lửa và làm cháy cỏ xung quanh. Chúng tôi may mắn có một xe cứu hỏa sẵn sàng cho tình huống này, nếu không đó có thể đã là một thảm họa lớn. Từ đó, chúng tôi chỉ bay với các cell LiFePO4, vì chúng không biểu hiện chế độ hỏng lan và ổn định hơn nhiều. Tôi cần mật độ năng lượng của một cell lithium thứ cấp, nhưng không cần khả năng gây ra thiệt hại hàng triệu đô la do hỏa hoạn.

Vụ cháy có vẻ không nghiêm trọng lắm, nhưng nếu sự cố này xảy ra ở cuối khu vực bay, gần với những cây cối ở xa, đó sẽ là một thảm họa lớn vào thời điểm chúng tôi có thể lái xe đến đó. Tôi đã làm rơi hàng chục máy bay khi thử nghiệm phần cứng/phần mềm mới, đây là lần đầu tiên một chiếc bắt lửa. Điều này cho thấy, mặc dù đã thử nghiệm rất nhiều, nhưng các trường hợp ngoại lệ về hành vi của pin có thể gây ra rắc rối nếu tình huống đúng như vậy.

Pin Sơ cấp so với Pin Thứ cấp

Khi tìm kiếm một pin, bạn cần xem xét liệu pin sạc có phải là lựa chọn đúng đắn hay không. Việc có mạch sạc trong thiết bị của bạn có thể rất tiện lợi, nhưng cũng có thể đi kèm với các yêu cầu quy định và phê duyệt an toàn đáng kể. Pin dựa trên lithium nhạy cảm với cách chúng được sạc, và có thể gây ra thảm họa cháy nếu không được xử lý cẩn thận. Các hóa chất khác có thể chịu được việc sạc quá mức mà không biến thành động cơ tên lửa.

Nếu bạn có một thiết bị sẽ được lưu trữ trong thời gian dài và cần độ tin cậy tuyệt vời khi được sử dụng, thì pin sạc có lẽ không phải là giải pháp bạn đang tìm kiếm. Ví dụ bạn có thể đã gặp bao gồm Bộ định vị cá nhân và Máy khử rung ngoài cơ thể tự động.

Vậy pin sơ cấp hoặc pin thứ cấp là gì? Đơn giản, pin sơ cấp là dùng một lần. Các hóa chất trong pin tạo ra điện tích, nhưng phản ứng đó không thể được đảo ngược bằng cách sạc cell. Pin thứ cấp cho phép tái sử dụng bằng cách sạc lại.

Pin sơ cấp thường có mật độ năng lượng tương đối cao và thời gian lưu trữ so với các cell thứ cấp. Pin thứ cấp có thể tiện lợi hơn, vì chúng không cần phải được thay thế sau khi cạn kiệt, tuy nhiên, chúng không thể được lưu trữ trong trạng thái sạc trong một thời gian dài và có thể không có dung lượng tương đương với một pin sơ cấp cùng kích thước.

So sánh Nhanh

Đây là một so sánh nhanh về những yếu tố quan trọng mà tôi xem xét cho mỗi loại hóa chất.

Pin Sơ cấp

Đối với dòng xả, C là dung lượng. Vì vậy, một dòng xả 0.1C của pin 2500mAh sẽ là 250mAh.

Pin Thứ cấp

Nickel Cadmium is banned for new applications within Europe.

Alkaline

Khoảng 80% pin được sản xuất là pin alkaline, vì vậy chúng có thể là loại pin bạn tiếp xúc nhiều nhất. Chúng là các tế bào sơ cấp, có nghĩa là không thể sạc lại. Bạn sẽ tìm thấy chúng trong nhiều hình thức phổ biến, như kích thước chữ (AAA, AA, C, D), pin nút, hoặc các bộ pin (pin 9v). Những hình thức phổ biến này không chỉ dành riêng cho pin alkaline, nhưng là hình thức tiêu chuẩn nhất bạn sẽ tìm thấy pin alkaline.

Điện áp danh định của pin alkaline là 1.5v. Tuy nhiên, một pin mới sẽ thay đổi từ 1.5v đến 1.65v tùy thuộc vào chất lượng của nó. Một tế bào đã xả hết sẽ có điện áp nghỉ khoảng 0.8v đến 1.0v.

Khoảng điện áp này khá thuận tiện cho hầu hết các thiết bị điện tử, vì ba tế bào với một bộ điều chỉnh giảm áp rất thấp có thể chạy một thiết bị 3.3v. Khi dung lượng của tế bào giảm xuống, điện áp sẽ giảm thấp hơn, nhưng hầu hết IC sẽ xử lý điện áp thấp một cách nhẹ nhàng. Tuy nhiên, do cùng kích thước tế bào được sử dụng với các tế bào thứ cấp có điện áp danh định là 1.2v, một bộ bốn tế bào thường là tối thiểu bạn muốn sử dụng để cấp điện cho một thiết bị 3.3v.

Dòng xả từ một tế bào alkaline tương đối thấp, và dung lượng sử dụng được trực tiếp liên quan đến dòng kéo. Với một dòng kéo 25mA từ một tế bào kích thước AA, bạn có thể mong đợi khoảng 2700mAh. Tuy nhiên, với tải 500mA, bạn sẽ thấy chỉ khoảng một nửa dung lượng đó có thể sử dụng được.

Pin alkaline không có bất kỳ hạn chế nào cho việc vận chuyển bằng đường hàng không, và có sẵn tại hầu như mọi cửa hàng tạp hóa, cửa hàng tiện lợi, và cửa hàng phần cứng trên thế giới, điều này làm cho việc thay thế pin cạn kiệt rất đơn giản. Chi phí của pin alkaline thương hiệu có thể khá cao, nhưng các thương hiệu giá thấp và thương hiệu cửa hàng có thể rất rẻ với rất ít dung lượng bị mất, và thậm chí có thể giữ dung lượng lớn hơn so với lựa chọn thương hiệu.

Một trong những nhược điểm chính của pin alkaline là chúng dễ bị rò rỉ. Một số tế bào thương hiệu được quảng cáo là 100% không rò rỉ với bảo hành, và tùy thuộc vào ứng dụng của bạn, có thể đáng giá trả thêm cho thương hiệu. Rò rỉ được gây ra khi pin xả và tạo ra khí hydro. Khí này có thể làm hỏng cách ly giữa vỏ và nắp, hoặc các thiết bị an toàn khác như lỗ thông hơi mở ra. Một khi con dấu bị hỏng, axit sẽ rò rỉ ra dưới dạng tăng trưởng tinh thể sẽ ăn mòn hầu hết các kim loại nó tiếp xúc.

Pin alkaline dễ dàng được tái chế, với nhiều cửa hàng tạp hóa và văn phòng phẩm trên thế giới (đặc biệt là ở Châu Âu) cung cấp các thùng tái chế cho chúng.

So sánh pin Alkaline trên Octopart.

Lithium (Primary Cells)

Có hai loại hóa chất chính của pin lithium sơ cấp tiêu dùng, lithium mangan dioxide (Li-MnO2) và lithium sắt disulfide (Li-FeS2). Pin lithium mangan dioxide có điện áp danh định 3-3.3v và thường được tìm thấy trong bao bì dạng nút. Lithium sắt disulfide thường được tìm thấy trong các loại pin thay thế kiềm có khả năng xả cao/dung lượng cao ở kích cỡ pin AAA/AA.

Nếu bạn đang làm việc trong lĩnh vực hàng không vũ trụ hoặc quân sự, lithium carbon monofluoride là một lựa chọn khả thi cho tự xả thấp ở nhiệt độ cao, và được chứng nhận cho các ứng dụng trong không gian. Mật độ năng lượng cao làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng như vậy, tuy nhiên chi phí của nó là quá cao đối với các sản phẩm tiêu dùng.

Pin lithium của tất cả các loại hóa chất đều bị hạn chế vận chuyển bằng đường hàng không. Một số hãng hàng không, dịch vụ chuyển phát nhanh và dịch vụ bưu chính sẽ không còn vận chuyển chúng nữa, hoặc có thể hạn chế vận chuyển đối với pin được lắp đặt trong thiết bị tiêu dùng. Thật không may, điều này không phải do quá thận trọng; đã có nhiều máy bay hàng hóa bị mất do hỏa hoạn từ cả pin lithium sơ cấp và thứ cấp khi các cell pin được đóng gói kém hoặc bị lỗi. Đã có nhiều vụ việc cháy liên quan đến pin lithium, mà bạn có thể tìm thấy nếu tìm kiếm qua hồ sơ của NTSB và CTSB.

Lithium Mangan Dioxide

Loại hóa chất này của pin lithium là phổ biến nhất trên thị trường. Bạn có thể thấy chúng được sử dụng trong đồng hồ hoặc pin đồng hồ thời gian thực do tự xả thấp và mật độ năng lượng cao. Ở nhiệt độ cao, tỷ lệ tự xả tăng nhanh chóng, làm cho nó phù hợp nhất với các ứng dụng ở nhiệt độ phòng.

Điện áp danh định của cell là 3.0v, nhưng một cell mới sẽ cung cấp điện áp mạch mở khoảng 3.3v. Một khi đã xả hết, cell sẽ có điện áp mạch mở khoảng 2.0v. Trong một cell 2500mAh, tỷ lệ xả giữa 5mA và 100mA có ảnh hưởng không đáng kể đến dung lượng sử dụng được. Tuy nhiên, dưới tải 200mA, cell chỉ còn 1700mAh dung lượng sử dụng được, và dưới tải 300mA, con số này giảm xuống còn khoảng 1300mAh. Pin lithium mangan dioxide xử lý tốt các xung dòng cao ngắn hạn, nhưng không phải tải liên tục. Dòng sử dụng của chúng cũng thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Ví dụ, ở 60°C, một tải 40mA trên cell 2500mAh đã đề cập sẽ cho phép tiêu thụ toàn bộ 2500mAh, nhưng ở 0°C, con số này giảm xuống còn khoảng 2200mAh. Nó giảm nhanh chóng giữa -10°C và -20°C, từ 1800mAh xuống chỉ còn hơn 1000mAh.

Các kích cỡ pin đồng xu phổ biến nhất đều có sẵn trên toàn thế giới tại các cửa hàng tiện lợi và siêu thị. Thật không may, chúng cũng có thể nằm ngay cạnh các loại pin kiềm thay thế trong cùng một bao bì, mà rẻ hơn. Một người dùng cuối có thể không biết sử dụng một cell kiềm làm thay thế có thể khiến thiết bị của bạn không hoạt động theo đặc tả nếu bạn yêu cầu các xung xả cao hoặc dung lượng lớn hơn nhiều của cell lithium.

So sánh pin Lithium Mangan Dioxide trên Octopart.

Lithium Sắt Disulfide

Nếu bạn muốn một loại pin hoạt động ở nhiệt độ thấp rất thấp, không có nhiều loại pin có thể cạnh tranh được với pin lithium sắt disulfide. Chúng thường được tìm thấy dưới dạng các cell AAA hoặc AA của Energizer Lithium/Lithium Advanced. Giá mỗi watt giờ của các cell này rất cao so với pin kiềm. Tuy nhiên, nếu ứng dụng đòi hỏi tuổi thọ dài, hoặc việc thay thế pin đã hết năng lượng gặp khó khăn, chúng có thể là lựa chọn duy nhất khả thi. Tôi đã sử dụng chúng trong một ứng dụng đòi hỏi hiệu suất ở -50°C, và chúng là loại pin duy nhất hoạt động được.

Các cell này có điện áp danh định là 1.5v với điện áp mạch mở khi được sạc đầy khoảng 1.7v. Khi được xả hết, cell sẽ giảm xuống còn khoảng 0.8v mạch mở. Ngoài khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp của các pin này, chúng còn xử lý tốt các tốc độ xả liên tục tương đối cao. Một cell Energizer Ultimate Lithium dạng AA có gần gấp đôi dung lượng của một cell kiềm, và đáng chú ý nhất, dung lượng này hầu như không giảm khi dưới tải 1amp. Dưới tải 1amp, cell sẽ giữ gần như toàn bộ dung lượng 3500mAh của nó, trong khi một pin kiềm sẽ có dưới 1/3 dung lượng định mức ở dòng thấp có thể sử dụng được.

Bạn sẽ tìm thấy các cell này ở hầu hết các cửa hàng lớn trên thế giới. Các cửa hàng tiện lợi nhỏ hơn sẽ không luôn có chúng do giá tương đối cao.

So sánh pin Lithium Sắt Disulfide trên Octopart.

Kẽm Oxit

Đôi khi được gọi là pin kẽm-khí, bạn sẽ tìm thấy các pin này trong một số lượng giới hạn kích cỡ. Chủ yếu, các pin này được sử dụng trong máy trợ thính và có dung lượng lớn, nhưng một khi được kích hoạt chúng có tuổi thọ rất ngắn. Pin kẽm-khí có một miếng dán trên một mặt của cell để ngăn không khí vào. Oxy trong không khí tạo thành cực dương, vì vậy một khi miếng dán được gỡ bỏ pin có thể hoạt động. Cực âm của pin được bão hòa bởi một chất điện phân sẽ thu hút độ ẩm trong không khí và giảm hiệu quả, cũng như phản ứng với carbon dioxide làm giảm độ dẫn điện của nó. Những đặc tính này cho cell một tuổi thọ khoảng 7 đến 12 ngày sau khi tiếp xúc, bất kể việc sử dụng. Nếu bạn có một ứng dụng cho phép thay pin thường xuyên với kích thước rất nhỏ, pin này có thể dành cho bạn.

Pin kẽm oxit có điện áp danh định là 1.4v, và sẽ có điện áp mạch mở khoảng 1.05v khi được xả hết. Mặc dù hóa học có mật độ năng lượng cao nhất trên thị trường, tốc độ xả khá hạn chế. Energizer coi một xung 24mA mỗi 2 giờ, với một dòng xả liên tục 8mA trên cell, là dòng xả cao, và với một dòng rút 5mA được coi là tiêu chuẩn trên một cell 600mAh. Dung lượng xả cũng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, với phản ứng hóa học không thực tế dưới khoảng -10⁰C.

Bạn có thể mua pin máy trợ thính ở hầu hết các cửa hàng bán bất kỳ loại pin nào, và tại các hiệu thuốc trên thế giới. Sự sẵn có của các pin này có thể làm chúng rất hấp dẫn bất chấp tuổi thọ ngắn.

Bạc Oxit

Bạn chỉ có thể tìm thấy pin ôxít bạc dưới dạng đồng xu và chúng tương đối đắt đỏ. Pin kiềm cùng kích thước và điện áp có sẵn rộng rãi, tuy nhiên có dung lượng đáng kể thấp hơn. Nếu bạn cần một giải pháp nhỏ gọn, dòng điện thấp mà cung cấp tuổi thọ sử dụng hàng năm và dung lượng cao, bạn có thể xem xét pin ôxít bạc.

Điện áp danh định cao hơn một chút so với pin kiềm ở mức 1.55v, và pin có thể được xả xuống 1.2v. Dung lượng giảm một cách tuyến tính từ nhiệt độ phòng xuống -20⁰C, nơi mà pin có khoảng 50% dung lượng sử dụng tại nhiệt độ phòng. Pin ôxít bạc có hiệu suất xả cực thấp, với hầu hết các bảng dữ liệu cung cấp đường cong xả chỉ cho 0.2mA, không có minh chứng về khả năng chịu tải xung.

Pin ôxít bạc khó tìm hơn so với pin kiềm cùng kích thước. Khi tôi tìm kiếm tại các cửa hàng địa phương ở Vương quốc Anh, tôi chỉ có thể tìm thấy pin kiềm và pin nút lithium. Chúng có sẵn trực tuyến, nhưng có lẽ không phải là thứ bạn có thể dễ dàng mua một cell thay thế trong khi đi mua sắm hàng tạp hóa.

So sánh pin ôxít bạc trên Octopart.

Chì Axit

Pin chì axit rất rẻ mỗi watt-giờ, nhưng khá cồng kềnh và nặng. Bạn thường tìm thấy chúng trong ô tô và hệ thống báo động. Nếu bạn cần chạy một hệ thống tại một vị trí cố định từ xa có khả năng sạc bằng năng lượng mặt trời vào ban ngày, pin chì axit có thể là những gì bạn đang tìm kiếm. Pin không đặc biệt kén chọn về việc sạc và khá an toàn, và một pin giải trí 100amp-giờ sẽ chạy hầu hết các hệ thống một cách đáng tin cậy trong thời gian dài với chi phí tối thiểu.

Pin chì axit có điện áp danh định là 2.1v mỗi cell, nhưng hiếm khi được cung cấp dưới dạng một cell đơn. Thông thường, chúng có sẵn trong cấu hình 3, 6, hoặc 12 cell, với pin báo động là 3 hoặc 6 cell, pin ô tô và giải trí có 6 cell, và pin xe tải có 12. Tốc độ xả trong thời gian ngắn khá ấn tượng; một pin xe tải nhẹ điển hình có thể xả hơn 7C khi lạnh.

Việc loại bỏ pin có thể khó khăn do cấu tạo từ chì và axit sulfuric, và có thể rất nguy hiểm nếu bị hỏng. Thông thường, khi mua một pin mới, bạn sẽ có thể đổi pin cũ để tái chế.

So sánh pin chì axit trên Octopart.

Niken Cadmium

Pin Niken Cadmium là một công nghệ cũ đã gần như hoàn toàn được thay thế bằng NiMH (sẽ được thảo luận tiếp theo), và hóa chất này đã bị cấm cho tất cả các ứng dụng mới ở Châu Âu. Các cell rất rẻ tiền và có thể xử lý tốc độ xả rất cao, điều này là hấp dẫn, tuy nhiên, mối nguy hại môi trường làm mất đi những lợi ích về chi phí nhỏ của hóa chất này.

Do những hạn chế về việc sử dụng ở Châu Âu, hóa chất này có thể được coi là lỗi thời và không dùng cho bất kỳ thiết kế mới nào.

Nickel Metal Hydride

Khác với nickel cadmium, các cell nickel metal hydride có sẵn ở khắp mọi nơi trên thế giới với số lượng lớn. Nếu bạn đang làm việc trên một thiết bị tiêu dùng, pin NiMH là một lựa chọn rất mạnh mẽ cho một cell phụ. Chúng không có mật độ năng lượng cao như các cell phụ dựa trên lithium, nhưng cũng không có hạn chế về vận chuyển, không bắt lửa nếu bạn không sạc đúng cách, và cực kỳ rẻ. Các cell nickel metal hydride không phù hợp cho các ứng dụng xả cao, và có đặc tính tự xả cao. Tuy nhiên, có những hóa chất mới với tự xả thấp, tuy nhiên, mật độ năng lượng vẫn thấp hơn trong những cell này.

Điện áp danh nghĩa của một pin NiMH thấp hơn so với một pin alkaline cùng kích thước, ở mức 1.2v thay vì 1.5v của alkaline. Điều này có thể gây ra vấn đề trong một mạch được thiết kế cho điện áp cao hơn của alkaline. Khi được xả hết, cell sẽ có điện áp mạch mở khoảng 0.9v. Mặc dù hóa chất không phù hợp cho dòng xả cao liên tục, nó vẫn có khả năng xử lý xả 2C.

Tự xả có thể là một vấn đề lớn với các cell NiMH. Các hóa chất mới được quảng cáo là tự xả thấp (LSD) có thể mất ít như 1% dung lượng mỗi tháng, tương tự như một cell chính. Điều này đi kèm với hình phạt khoảng 8-10% dung lượng ít hơn trong cell. Mặt khác, các hóa chất tự xả không thấp có thể mất 20% dung lượng ngay ngày đầu tiên sau khi sạc, và lên đến 4% mỗi ngày sau đó. Đối với các ứng dụng có dòng rút nhỏ, sự mất mát dung lượng từ một cell tự xả thấp có thể được bù đắp nhiều hơn trong tuổi thọ dịch vụ kéo dài.

Các cell NiMH có sẵn rộng rãi, tuy nhiên, việc kiểm tra bao bì của chúng để biết dung lượng là rất quan trọng. Trong các kích cỡ cell lớn như C và D, các thương hiệu lớn đã được biết đến với việc gắn một cell nhỏ hơn vào một vỏ nhựa khiến cho cell có một phần nhỏ của dung lượng mong đợi, với giá cao hơn so với một thương hiệu ít nổi tiếng hơn. Điều này có nghĩa là bạn có thể dễ dàng tìm thấy các cell AA, C, và D tất cả với cùng dung lượng và trọng lượng tương tự từ một thương hiệu như Energizer.

So sánh các pin Nickel Metal Hydride (NiMH) trên Octopart.

Nickel Zinc

Nếu điện áp thấp hơn của nickel metal hydride làm chúng không thực tế cho ứng dụng của bạn, nickel zinc có thể là những gì bạn đang tìm kiếm, nhờ vào điện áp cao hơn. Sự phát minh của nickel zinc trở lại từ năm 1901, nhưng chỉ gần đây các lựa chọn thương mại mới trở nên khả thi sau khi giải quyết vấn đề tuổi thọ pin rất hạn chế. Bây giờ, các cell NiZn có thể đạt được số chu kỳ tương tự như các cell NiMH. Thật không may, các cell này có tự xả khá đáng kể, được báo cáo là tăng đáng kể sau khoảng 30 chu kỳ.

Hóa chất NiZn cung cấp một điện áp danh định là 1.65v, tuy nhiên sau khi sạc có thể cao tới 1.85v. Một thiết kế mong đợi sử dụng pin NiMH hoặc Alkaline có thể thấy điện áp vượt quá đánh giá của một số linh kiện tùy thuộc vào số lượng pin được mắc nối tiếp. Khi hoàn toàn xả hết, pin sẽ còn lại ở mức 1.1 hoặc 1.2v. Các cell thường có biểu đồ dữ liệu của nhà sản xuất với dòng xả 3C hoặc cao hơn chỉ cho thấy sự giảm nhẹ không đáng kể về khả năng xả, làm cho chúng trở nên rất hấp dẫn đối với các thiết bị dùng dòng cao, hoặc các thiết bị có các xung dòng cao.

Sự tự xả của các cell này là điểm trừ lớn nhất theo ý kiến của tôi. Nó khá đáng kể, với hơn 10% mỗi tháng! Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu pin phải kéo dài hàng tháng, điều này có thể loại trừ cell NiZn. Nếu bạn cần dòng điện cao hoặc điện áp cao hơn NiMH, và có thể sạc pin thường xuyên hơn, nó có thể không phải là vấn đề.

Hiện tại, cell NiZn chủ yếu có sẵn dưới dạng AAA và AA, và tôi chỉ tìm thấy chúng trực tuyến. Các cửa hàng điện tử và nhiếp ảnh ở Vương quốc Anh không có chúng khi tôi ghé thăm.

Lithium (Cell Phụ)

Giống như các cell chính của chúng, cell phụ Lithium bị hạn chế nghiêm ngặt khi di chuyển do khả năng biến thành động cơ tên lửa của họa hoạn. Bạn có thể đã nghe những câu chuyện từ truyền thông về điện thoại, máy tính xách tay, hoặc máy tính bảng biến thành quả cầu lửa! Đó là do pin lithium. Vận chuyển hàng không ở nhiều quốc gia là không thể, và ngay cả vận chuyển đường bộ cũng có thể bị hạn chế. Điều này có thể làm cho việc bán một sản phẩm với pin lithium sạc lại tích hợp trở nên rất khó khăn. Tôi có rất nhiều kinh nghiệm với cell phụ lithium, và cảm thấy rằng nguy cơ cháy được phóng đại, nhưng tôi đã từng gặp hỏa hoạn, và đó chắc chắn là điều cần phải lưu ý.

Cell lithium có mật độ năng lượng rất hấp dẫn và tỷ lệ xả cực kỳ lớn trong một số hóa chất. Tuy nhiên, sự không ổn định này có nghĩa là chúng rất nhạy cảm với việc bị xả quá mức, sạc quá mức, quá nhiệt, và dòng điện quá cao. Nếu bạn đang sử dụng một cell phụ lithium, bạn nên chắc chắn rằng mạch bảo vệ và sạc pin của bạn phù hợp. Rất phổ biến khi tìm thấy cảm biến nhiệt gắn với cell lithium trong các thiết kế để cho phép thiết bị tắt nếu pin quá nóng do xả hoặc sạc.

Có rất nhiều hóa chất có sẵn cho pin lithium, và bạn có thể không thực sự biết bạn đang mua cái gì. Hóa chất phổ biến nhất bạn sẽ thấy là lithium cobalt oxide (LiCoO2), thường được ghi nhãn là ‘ICR’. Đang trở nên phổ biến là lithium manganese oxide (LiMn2O4) thường được ghi nhãn là ‘IMR’. Mangan rẻ hơn đáng kể so với cobalt, và mang lại điện áp cell cao hơn (3.9v danh định so với 3.7v danh định). Tuy nhiên, cell mangan có mật độ năng lượng thấp hơn. Cell xả cao có thể là lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNixMnyCo1-x-yO2), được ghi nhãn là ‘INR’. Cell INR cũng có mật độ năng lượng rất tốt, và là những gì bạn có thể tìm thấy trong một phương tiện điện. Đây đều là công nghệ lithium ion, cũng có sẵn trong cấu trúc polymer ion lithium. Lithium ferrous phosphate (LiFePO4) được thảo luận riêng biệt.

Lithium Ion so với Lithium Ion Polymer

Sự khác biệt chính giữa hai loại là phương pháp chế tạo. Pin lithium polymer sử dụng một màng polymer microporous mỏng với chất điện phân dạng gel, điều này dẫn đến mật độ năng lượng cao hơn và khả năng xả điện cao hơn. Màng polymer mỏng này cũng là lý do khiến các cell polymer trở nên dễ biến động hơn, vì cell dễ bị chập mạch hoặc quá nhiệt gây ra vấn đề. Điều này, khi kết hợp với mật độ năng lượng cao hơn, cho phép một sự cố năng lượng mạnh mẽ hơn.

Bạn sẽ tìm thấy cả hai loại cấu trúc có sẵn trong các cell hình trụ, cũng như cell hình học (túi). Chi phí thường thấp hơn đối với lithium ion, vì cấu trúc ít phức tạp hơn.

Các hóa chất có điện áp danh định 3.7v đều có điện áp sạc đỉnh là 4.2v, và không bao giờ nên được xả xuống dưới 3.0v. Một pin được xả xuống dưới 2.8v cho mỗi cell sẽ bị hỏng và tuổi thọ của nó sẽ bị giảm, với nguy cơ cao hơn trở nên không ổn định khi sạc hoặc xả nặng.

Lithium Ferrous Phosphate

LiFePO4 là người anh em nhẹ nhàng hơn, mật độ thấp hơn, điện áp thấp hơn so với các cell lithium ion khác.

Lithium ferrous phosphate mang lại cho bạn một điện áp danh định là 3.2v, và không nên được xả xuống thấp hơn 2.2v. Xả xuống 2.0v là đang mạo hiểm làm hỏng cell. So với lithium ion, và đặc biệt là lithium ion polymer, chúng có khoảng 20% dòng xả đỉnh và dung lượng thấp hơn cho cùng một trọng lượng/thể tích. Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu dòng xả cao, nhưng cũng cần an toàn hơn so với các lựa chọn lithium khác, cell này có thể dành cho bạn.

Lưu ý về câu chuyện về đám cháy của tôi, tôi đã làm rơi máy bay một hoặc hai lần mỗi tuần vào thời điểm đó để khắc phục lỗi. Nói chung, các cell có thể trông giống như một quả chuối và vẫn ổn, nhưng chỉ cần một sự kiện nơi cell bị chập mạch bên trong và gây ra đám cháy để gây ra nhiều thiệt hại. Các cell lithium ion polymer có dung lượng nhỏ khá khó để làm cháy. Tôi đã cố gắng rất nhiều để làm hỏng vật lý các gói có đánh giá 100-200mAh đến mức cháy mà không thành công. Tuy nhiên, sạc quá mức ngay cả một pin nhỏ cũng khá có khả năng kết thúc không tốt.

So sánh pin Lithium Ion trên Octopart.

Chúng tôi hy vọng bạn thấy bài viết này hữu ích! Nếu bạn muốn nhận nội dung như thế này gửi vào hộp thư của mình, đăng ký nhận bản tin hàng tháng của chúng tôi!