A modern elektronika előtt álló legnagyobb kihívások közé tartozik a hatékony energiagyűjtés és -tárolás. Az ilyen piaci igényekre válaszul a Nichicon, a kondenzátorok gyártásában vezető japán cég kifejlesztette az SLB sorozatú kisméretű akkumulátorokat: lítium-ion cellákat lítium-titán elektródával. Ezek innovatív, miniatűr cellák, amelyek páratlan teljesítménnyel és tartóssággal büszkélkedhetnek.
Ebben a cikkben a következő témákkal foglalkozunk:
- Miben tűnnek ki az SLB sorozatú kis akkumulátorok a versenyképes többi megoldás közül?
- Töltési tényező és C-ráta
- Továbbfejlesztett Nichicon cellateljesítmény
- Az energiagyűjtési technológia elmélete és gyakorlata
A dolgok internete, azaz az IoT technológiák évek óta velünk vannak. Bár ezeknek az eszközöknek a haszonélvezői ezt nem tudják, sok kényelem köszönhető a kicsi, energiatakarékos készülékeknek, amelyek bonyolult méréseket és számításokat végeznek mindennapi környezetünkben. Lehetővé teszik a pontos adatgyűjtést a forgalomról, az időjárásról, a városi levegő minőségéről, egészségünkről – javítják a futárküldemények továbbítását, a raktári rendelésfelvételt, a közúti, vasúti és akár légi szállítást – mi több, biztonságosabbá teszik otthonainkat és munkahelyeinket. Mindezt pedig még azelőtt, hogy elérnénk az okos eszközök által kínált kényelemet: aktivitásérzékelők, háztartási automatizálás stb. Mindezen technológiák középpontjában az energiahatékony vezeték nélküli kommunikációs modulok állnak, amelyek BLE vagy LoRa modulok, miniatürizált, mégis hatékony energiaforrásokkal.
Manapság a mobil tápellátás területén technológiai forradalom zajlik. Egészen a közelmúltig a fejlődés útjában álló fő akadályt nem az integrált áramkörök kapacitása jelentette, hanem az őket elegendő energiával ellátó technikák korlátai. Az energiatárolás legmodernebb módszerei közül kiemelkednek a miniatűr megoldások, amelyeket távoli szenzorokban vagy személyes, viselhető eszközökben használnak. A globális piacon több száz ilyen alkalmazásra szánt termék érhető el, de csak néhány felel meg a Nichicon SLB sorozatban található lítium-ion akkumulátorok által kínált teljesítményszabványnak. A Toshiba szabadalmaztatott SCiB™ technológiáján alapulnak – elsősorban nagyáramú energiatárolásra használják. A Nichicon által szállított miniatürizált formában megőrzik kiváló elektromos teljesítményüket, de olyan burkolatba vannak zárva, amelyek mérete nem haladja meg egy apró elektrolitkondenzátor méretét.
A japán beszállító, az áramellátó és erősítő rendszerek alkatrészeinek gyártására szakosodott, az SLB sorozatot azért vezette be termékpalettájába, hogy megfeleljen a hordozható eszközök, ipari érzékelők, valamint fogyasztási cikkek gyártóinak igényeinek. Ezek az akkumulátorok lehetővé teszik az energiatárolás hatékonyságának maximalizálását a hagyományosan vagy az energiagyűjtéssel működő kis rendszerekben.
A Nichicon SLB újratölthető akkumulátorok technológiai előnyei
Miniatűr SLB cellák egy közönséges toll méretéhez viszonyítva.
Mielőtt az SLB újratölthető akkumulátorok lehetőségeire összpontosítanánk, nézzük meg azok jellemzőit. A szabványos megoldásokhoz, például az átlagos 18650-es cellához képest a Nichicon termékei gyakorlatilag minden területen kiemelkednek. Úgy tervezték, hogy ne csak a méretek, hanem az elektromos teljesítmény és a fizikai állóképesség tekintetében is megfeleljenek a magas követelményeknek.
Hosszú élettartam és biztonság
Az SLB cellák 25 000 töltési/kisütési ciklus élettartamot biztosítanak. Ennek köszönhetően olyan áramkörökben használhatók, amelyekbe rendszertelenül, időszakosan vagy akár szórványosan jut külső energia. Ilyenek lehetnek például a fotovoltaikus paneleket vagy miniatűr szélturbinákat használó eszközök, vagy olyan fogyasztói termékek, amelyeket csak akkor kell tölteni, amikor az a felhasználó számára kényelmes. Az akkumulátor napközbeni ismételt újratöltése (pl. felhőzet vagy változó szél miatt) nem befolyásolja jelentősen az SLB cellák energiatároló képességét.
Töltési és kisütési áram
A Nichicon akkumulátorok jelenlegi képességei igazán figyelemre méltóak. Töltési/kisütési áramuk eléri a 20C besorolást, azaz az akkumulátor kapacitásának 20-szorosát osztva 1 órával. Ez azt jelenti, hogy az SLB12400L1511CV (150 mAh) modell esetében a betáplált és fogyasztott áram akár 150 mA * 20 = 3A is lehet. Ilyen töltési paraméterekkel a cella teljes feltöltése már 3 perc elteltével elérhető. Ezzel szemben az akkumulátor rövid időn belül nagy áramot tud leadni, pl. lámpa/riasztó bekapcsolása, üzenet küldése nagy hatótávolságú rádiómodulon stb. A hosszú élettartammal kombinálva ez utat nyit olyan eszközök felépítéséhez, amelyek: (a) csak időszakonként töltődnek (karbantartáskor, mérőérték leolvasáskor), a felhalmozott energiát napi szinten takarékosan felhasználva; (b) vagy fokozatosan feltöltve is, pl. kisméretű napelemmel, de bizonyos feltételek mellett nem csak elektronikus áramkörök, hanem elektromechanikus alkatrészek, például szervók, mágnesszelepek stb.
Ellenállás környezetei tényezőkkel szemben
Amint azt már említettük, sok olyan alkalmazás, amelyben SLB sorozatú cellákat használnak és fognak használni, zord környezeti feltételek mellett működnek. Ide tartoznak a mezőgazdaságban használt távérzékelők, valamint hordható fogyasztói eszközök, azaz a testen viselhető elektronikai cikkek, például orvosi karszalagok, helycímkék vagy okosórák. Ezért a Nichicon lítium-ion újratölthető akkumulátorainak különösen fontos jellemzője a hőtűrés. Ezek a termékek probléma nélkül működnek -30°C és 60°C közötti hőmérsékleten. Ezen túlmenően még az adott paraméterek túllépése esetén is nagyon kicsi a meghibásodás, spontán gyulladás vagy robbanás valószínűsége. Ez különösen fontos jellemző lesz a fogyasztói készülékek gyártói számára.
Energiagyűjtés – ideje beteljesíteni Tesla álmát
Az egyik legnépszerűbb történet az elektronika kezdeteiről Nikola Tesla projektje: egy nagyméretű hálózat, amelynek célja az elektromos áram vezeték nélküli elosztása. Bár a projekt soha nem jutott ki a demó-prototípusok fázisából, amit ma koncepciótervnek neveznénk, a modern technológia bizonyos mértékig legitimálja a szerb feltaláló koncepcióját. Itt, az energiaigényes IoT (Dolgok Internete) áramkörök korszakában a „légből” táplált eszközök megépítése már nem tűnik álomszerűnek.
Azenergiagyűjtés kifejezés alatt csoportosított technológiák egy sor módszert tartalmaznak kis mennyiségű energia kinyerésére a környezetből. Ide tartoznak a „klasszikus” megoldások, mint például a fotovoltaikus cellák és szélturbinák, de a kevésbé hagyományos technikák is. A légköri jelenségek okozta mozgáson túlmenően az energia származhat bármilyen gáz- és folyadékáramlásból, például vízvezetékekben, szennyvízcsövekben, valamint utak közelében vagy klímacsatornákban. Piezoelektromos anyagokat is használnak az energia aggregálására, ahol változó nyomás hatására feszültség keletkezik (például járdákon vagy utakon). Az IoT technológia fejlődésével megfigyelhető a Peltier-effektuson alapuló termoelektromos források növekvő használata, lehetővé téve a hőmérséklet-különbségek (pl. a légkör és a hőforrás, a melegvíz-ellátás vagy akár az emberi test közötti) használatát kis elektromos áramok generálására. Ezek nem túl sok, de elegendő teljesítményt adnak pl. BLE modulokhoz. Végül pedig itt kell megemlíteni a Tesla ötletéhez legközelebb álló módszert: RF energiagyűjtés. RF energiagyűjtés mindenütt jelenlévő rádiójeleket (Wi-Fi, TV és még műholdjeleket) használ energiaforrásként.
A Nichicon SLB újratölthető akkumulátorai olyan teljesítményparamétereket biztosítanak, amelyek tökéletesen megfelelnek azenergiagyűjtés technológiáját használó eszközök igényeinek. Mivel nagyon nagy, de nagyon alacsony áramerősséggel is tölthetők (az SLB03070LR351BS modellnél ez 3,5 µA), a fent említett megoldásokat használó áramkörökben is megvalósíthatók. Ez egy teljesen új típusú elektronikai eszközök – önellátó megoldások – felépítését jelenti. További következményként óriási megtakarítást jelent az energiaellátó infrastruktúra kiépítésének és karbantartásának korlátozott igénye miatt, valamint skálázható és összetett hálózatok kiépítésének lehetőségét mind az iparban (pl. kereskedelem, raktározás, hajózás) és közterületen (forgalomirányítási rendszerek, tömegközlekedés, meteorológiai, szeizmikus szenzorhálózatok stb.). A Nichicon SLB celláival működtetett jelzőállomások vagy környezeti érzékelők (gyakran elérhető energiaforrások töltésével) egy újabb lépést jelentenek a komputerizált, biztonságos és környezetbarát jövő felé.
