Akumulatory LTO w rozmiarze 18650 i o pojemności 1500 mAh

Akumulatory litowo-tytanowe są w sprzedaży już od dłuższego czasu, ale jakoś tak się złożyło, że wcześniej ich nie miałem. Postanowiłem więc nadrobić zaległości i zamówić kilka sztuk do testów i zaspokojenia własnej ciekawości.
Oględziny, testy i mały bonus.

Akumulatory litowo-tytanowe to odmiana akumulatorów litowo-jonowych, w których jako anody używa się tytanianu litu (Li4Ti5O12). Wyróżniają się większą niezawodnością i dłuższą żywotnością, a także mogą normalnie pracować w niskich temperaturach — właśnie to odróżnia je od pozostałych ogniw.

Mają też jeszcze jedną cechę: napięcie 2,4 V, dzięki czemu nadają się do zastąpienia dwóch akumulatorów niklowych (1,2+1,2=2,4 V), choć trzeba pamiętać o pewnych zastrzeżeniach dotyczących ładowania.
Ta cecha jest przydatna, bo „zwykły” akumulator litowo-jonowy zastępuje trzy akumulatory niklowe, więc można go stosować tam, gdzie używano 3, 6, 9 itd. ogniw. Nie nadawał się natomiast do urządzeń z 2 lub 4 ogniwami; niewiele pomagały też akumulatory LiFePO4. Na przykład mam dobrą wkrętarkę, ale zasilaną akumulatorem 4,8 V — jedno ogniwo 3,7 V to za mało, a dwa to już za dużo.
Niestety sprawa nie jest taka prosta. Na przykład nie udało mi się jeszcze znaleźć układu zabezpieczającego do 1–2 ogniw, a do tego potrzebna jest płytka na prąd powyżej 20 A.

Wróćmy więc do akumulatorów.
Zamówiłem je w ukraińskim sklepie. Kosztują 68 UAH za sztukę (2,4 dolara), a z dostawą para wyszła 7,3 USD. Na plus: dostawa była bardzo szybka — wysłali wieczorem, a w południe akumulatory były już u mnie w domu. Samo zamówienie online realizowali jednak długo, musiałem nawet zadzwonić.

Zapakowali je w woreczek, w którym para akumulatorów była ciasno owinięta folią. Ogólnie w porządku.


Z wyglądu to zupełnie zwyczajne ogniwa 18650. Wyróżniają je tylko litery LTO w oznaczeniu. Na końcu jest jeszcze oznaczenie PSR, ale ponieważ widziałem w internecie takie akumulatory z oznaczeniem PSQ, mam silne podejrzenie, że to data produkcji, a ostatnia litera oznacza rok.


Wymiary i masa — wszystko w porządku, poza tym, że jeden akumulator jest lżejszy od drugiego.


A skoro o parametrach mowa: karty katalogowej nie udało mi się znaleźć. Na stronie sprzedawcy jest tabelka z parametrami, która już przy pobieżnym przeglądzie budzi pewne wątpliwości, bo zarówno nominalny, jak i maksymalny prąd ładowania podano jako 5 A.


Wyszukiwanie w internecie doprowadziło mnie do kilku podobnych akumulatorów. Pierwszy jest z wyglądu niemal identyczny, poza oznaczeniem PSQ (właśnie dlatego pomyślałem, że to data produkcji), ale nie ma go w sprzedaży. Drugie są dostępne w sprzedaży, mają podobne parametry, ale różnią się wyglądem, a do tego są wyraźnie droższe.

Moim zdaniem ich parametry są jednak nieco skromniejsze, zwłaszcza jeśli chodzi o prąd rozładowania: do 7 A w pierwszym przypadku i do 9 A w drugim. W przypadku testowanych akumulatorów deklarowany prąd wynosi do 15 A.


Przed testami przeprowadziłem cykl „normalizacji” obu akumulatorów: ładowanie, rozładowanie i ładowanie prądem 1C. Już na tym etapie pierwszy akumulator osiągnął zaledwie 1215 mAh, a wynik drugiego był wyraźnie lepszy — 1413 mAh.


Ponieważ nie byłem pewien ich parametrów, sprawdziłem ładowanie w dwóch trybach: 0,5C i 1C, gdzie C=1,5 A.
Najpierw wyniki drugiego akumulatora — tutaj wszystko wygląda całkiem dobrze: 2 godziny i 5 minut przy 0,5C.


Przy 1C ładowanie trwało nieco dłużej, ale wynik nadal jest bardzo dobry. Ładowanie przeprowadzono po całkowitym rozładowaniu prądem 0,2C.


Pierwszy akumulator wypadł znacznie gorzej. Sprawdzałem go tylko przy prądzie ładowania 1C (1,5 A). Czas ładowania był tylko nieco dłuższy niż w przypadku drugiego, ale biorąc pod uwagę mniejszą pojemność, wychodzi, że trwało to dłużej. Faza CV mocno się przeciąga — widać to zresztą na wykresie.


Pomiary. Ładowanie prądem 1,5 A do napięcia 2,8 V, zakończenie po spadku prądu do 50 mA, rozładowanie do napięcia 1,6 V.

Najpierw pierwszy egzemplarz: prąd rozładowania 0,2C, 0,5C, 1C, 2C, 5 A i 7,5 A (5C). Cóż, wyniki są bardzo słabe. Przy 5C akumulator oddał zaledwie 950 mAh, a nawet przy 0,2C było tylko nieco ponad 1400 mAh — nie wspominając o dużym spadku napięcia.


Temperatura przy prądach rozładowania 3, 5 i 7,5 A.


Drugi akumulator okazał się znacznie lepszy od pierwszego, dlatego rozszerzyłem test i sprawdziłem go przy prądach 10 i 15 A. Mogę powiedzieć, że przy 10 A działa jeszcze w miarę normalnie, ale przy 15 A widać wyraźne przeciążenie, więc nie spełnia deklaracji z opisu dotyczącej 15 A. Bardziej odpowiadają mu parametry znalezionych na AliExpress akumulatorów, dla których podawano 7,5 i 9 A.


Temperatura przy prądach 3, 5 i 7,5 A była o około 10 stopni niższa niż w przypadku pierwszego egzemplarza.


Przy prądach 10 i 15 A była oczywiście wyższa, ale przynajmniej przy 10 A całkiem w normie.


Wykres porównujący pierwszy i drugi egzemplarz przy prądach 0,2C, 1C i 7,5 A. Dobrze widać, jak bardzo pierwszy egzemplarz ustępuje drugiemu.


Rezystancja wewnętrzna po otrzymaniu, po „normalizacji” i po wszystkich testach.
Widać tu również, że impedancja pierwszego egzemplarza jest wyższa. Zauważyłem też, że zależy ona od napięcia; w przypadku „zwykłych” akumulatorów litowo-jonowych i LiFePO4 ta zależność jest znacznie mniejsza.
Rezystancja nie odpowiada też deklarowanym 16 mΩ, a bardziej pasuje do 20 mΩ, jakie mają akumulatory o maksymalnym prądzie 7,5 A.


A teraz mały bonus.
W Wikipedii o akumulatorach litowo-tytanowych piszą:


Na potrzeby testu włożyłem drugi akumulator na kilka godzin do zamrażarki, gdzie schłodził się do temperatury około -15 stopni. Akumulator był wcześniej w pełni naładowany, tak jak w poprzednich testach. Podczas testu znajdował się w zamrażarce i był dodatkowo chłodzony.
Impedancja akumulatora również wzrosła z 18 do prawie 24 mΩ.


W ramach eksperymentu najpierw obciążyłem akumulator prądem 1C. Uznałem, że w ten sposób test nie potrwa tak długo jak przy mniejszych wartościach, ale prąd nie będzie też na tyle duży, by akumulator zaczął sam się nagrzewać.
Drugi test przeprowadziłem przy 7,5 A. Napięcie akumulatora spadło tak mocno, że zacząłem się nawet obawiać, czy obciążenie nie wyłączy się po osiągnięciu dolnego limitu. Pomogło jednak to, że przy napięciu poniżej 1,8 V nie było w stanie utrzymać zadanych 7,5 A i obniżyło prąd do 6,6 A — dały o sobie znać długie przewody.
Wyraźnie widać etap spadku napięcia, a potem jego zauważalny wzrost w miarę nagrzewania się akumulatora. Gdyby obciążenie przez cały czas utrzymywało prąd 7,5 A, wahania byłyby jeszcze większe.

Ostatecznie w obu trybach uzyskałem około 1150 mAh. W pierwszym dlatego, że prąd był niewielki, a w drugim zadziałało samonagrzewanie akumulatora. W obu przypadkach różnica jest jednak całkiem spora.


Akumulatory LTO pozwalają nie tylko rozładowywać się w ujemnych temperaturach, ale także ładować. Czasem może to mieć kluczowe znaczenie, bo „zwykłe” akumulatory tego nie dopuszczają.
Na przykład w dwóch znalezionych kartach katalogowych akumulatorów o większej pojemności podano temperaturę -40, a nawet -50 stopni.


Ciekawiło mnie też, jak zachowa się akumulator, jeśli spróbuję naładować go w temperaturze -15 stopni.
Po rozładowaniu akumulatora prądem 1,5 A rozpocząłem ładowanie tym samym prądem. Tak, naładował się, ale ładowanie dostarczyło 1050 mAh, mimo że „pobrał” 1150 mAh. Sam wykres jest też wyjątkowo mizerny; pod koniec myślałem, że już nie da rady.

Po zakończeniu ładowania wyjąłem akumulator, ogrzałem go i włożyłem do tej samej ładowarki, której używałem wcześniej. Udało się doładować jeszcze 141 mAh, po czym ponownie go schłodziłem i przeprowadziłem test przy prądzie 7,5 A.


Wnioski.
Pod względem pojemności pierwszy egzemplarz spełnia deklarację 1500 mAh, ale chyba tylko to się zgadza. Rezystancja była nieco wyższa, a przy prądzie 15 A występuje przeciążenie i silny spadek napięcia. Na podstawie testów mogę powiedzieć, że rzeczywiste parametry są nieco skromniejsze i bardziej odpowiadają akumulatorom z AliExpress o pojemności 1500 mAh, rezystancji 20 mΩ i prądzie do 7,5 A.

Drugi egzemplarz naprawdę mnie zaskoczył — można odnieść wrażenie, że to zupełnie dwa różne akumulatory. Kiedyś opowiadałem, że wykres rozładowania akumulatora jest jak odcisk palca człowieka: każdy typ ma swoją unikalną charakterystykę. Powyżej wyraźnie widać, że różnią się nie tylko parametrami, ale i wykresem, co wskazuje na zastosowanie różnych ogniw.

Jeśli chodzi o pracę w niskich temperaturach, również spodziewałem się więcej. Teraz planuję, w miarę możliwości, dodawać takie testy do recenzji. Zamierzam też przeprowadzić test żywotności obejmujący co najmniej tysiąc cykli i sprawdzić, jak akumulator zachowa się w takim trybie. Muszę tylko ustalić parametry testu.

Na dziś to wszystko. Mam nadzieję, że było przydatne.