Типы батарей: Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор: Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов.	Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Тип	Применение	Обозначение	Рабочая температура, ºC	Напряжение элемента, В	Удельная энергия, Вт∙ч/кг
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный)	Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д.	Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)	-20 … +40	3,2-4,2	280
никель-солевой	Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии	Na/NiCl	-50 … +70	2,58	140
никель-кадмиевый	Электрокары, речные и морские суда, авиация	Ni-Cd	–50 … +40	1,2-1,35	40 – 80
железо-никелевый	Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления	Ni-Fe	–40 … +46	1,2	100
никель-водородный	Космос	Ni-h3		1,5	75
никель-металл-гидридный	электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника.	Ni-MH	–60 … +55	1,2-1,25	60 – 72
никель-цинковый	Фотоаппараты	Ni-Zn	–30 … +40	1,65	60
свинцово-кислотный	Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д.	Pb	–40 … +40	2, 11-2,17	30 – 60
серебряно-цинковый	Военная сфера	Ag-Zn	–40 … +50	1,85	<150
серебряно-кадмиевый	Космос, связь, военные технологии	Ag-Cd	–30 … +50	1,6	45 – 90
цинк-бромный		Zn-Br		1,82	70 – 145
цинк-хлорный		Zn-Cl	–20 … +30	1,98-2,2	160 – 250

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция.

В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

• Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

  Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

  Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

• OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

  Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

  Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

  
  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

• OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

  Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

  Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

  Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Тип	LA	VRLA	AGM VRLA	GEL VRLA	OPzV	OPzS
Емкость, Ампер/час	10 – 300	1 – 300	1 – 3000	1 – 3000	50 – 3500	50 – 3500
Напряжение, Вольт	6, 12	4, 6, 12	2, 4, 6, 12	2, 6, 12	2	2
Оптимальная глубина разряда, %		30	<40	<50	<60	<60
Допустимая глубина разряда, %		<75	<80	<90	<90	<100
Циклический ресурс, D. O.D.=50%		<250-300	<1000	<1400	<3200	<3300
Оптимальная температура, °С	0 … +45	+15 … +25	+10 … +25	+10 … +25	0 … +30	0 … +30
Диапазон рабочих температур, °С	–50 … +70	–35 … +60	–40 … +70	–40 … +70	–40 … +70	–40 … +70
Срок службы, лет при +20°С	<7	<7	5 – 15	8 – 15	15 – 20	17 – 25
Саморазряд, %	3 – 5	2 – 3	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Макс. ток заряда, % от емкости	10 – 20	20 – 25	20 – 30	15 – 20	15 – 20	10 – 15
Минимальное время заряда, ч	8 – 12	6 – 10	6 – 10	8 – 12	10 – 14	10 – 15
Требования к обслуживанию	3 – 6 мес.	нет	нет	нет	нет	1 – 2 года
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач.	70 – 150	200 – 250	250 – 380	350 – 500	1000 – 1400	1500 – 3500

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

• Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

  Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

  На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

  Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

  На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

  Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. 

• Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

  Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

  NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

• Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

  Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

• Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

• Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

  Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

  Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

  В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

  Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

  Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Параметр \ Тип	LiCoO2	LiMn2O4	LiNiMnCoO2	LiFePO4	LiNiCoAlO2	Li4Ti5O12
Напряжение элемента, Вольт;	3. 6	3.7	3.6-3.7	3.2	3.6	2.4
Оптимальная глубина разряда, %;	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90	85-90
Допустимая глубина разряда, %;	100	100	100	100	100	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	700 – 1000	1000 – 2000	1000 – 2000	1000 – 2000	1000 – 2000	5000 – 8000
Оптимальная температура, °С;	+20. ..+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30	+20…+30
Диапазон рабочих температур, °С;	–10 …+60	–10 …+45	–10 …+55	–10 …+60	–10 …+55	–10 …+45
Срок службы, лет при +20°С;	5 – 7	10	10	20 – 25	20 – 25	18 – 25
Саморазряд в мес., %	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2	1 – 2
Макс. ток разряда	1C	10C/30C 5с	2C	25 – 30C	1C	10C/30С 5с
Макс. ток заряда	0,7-1C	0,7-1C	0,7-1C	1C	0,7C	1C
Минимальное время заряда, ч	2 – 3	2 – 2.5	2 – 3	2 – 3	2 – 3	2 – 3
Требования к обслуживанию	нет	нет	нет	нет	нет	нет
Уровень стоимости	высокий	средний	средний	низкий	средний	высокий

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	1 – 1500
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	60 – 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	2300
Оптимальная температура, °С;	0 … +20
Диапазон рабочих температур, °С;	-50 … +70
Срок службы, лет при +20°С;	25
Саморазряд в мес. , %	4
Макс. ток разряда	10 C5
Макс. ток заряда	0.4 C5
Минимальное время заряда, ч	5
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые или необслуживанемые
Уровень стоимости	средняя (300 – 400$ 100Ач)

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Параметр \ Тип	Никель-кадмиевые / Ni-Cd
Емкость, Ампер/час;	10 – 1000
Напряжение элемента, Вольт;	1,2
Оптимальная глубина разряда, %;	50 – 80
Допустимая глубина разряда, %;	100
Циклический ресурс, D.O.D.=80%;	1800 – 2300
Оптимальная температура, °С;	+15 . .. +25
Диапазон рабочих температур, °С;	-40 … +60
Срок службы, лет при +20°С;	20
Саморазряд в мес., %	15
Макс. ток разряда	0.25C 5
Макс. ток заряда	0.25C 5
Минимальное время заряда, ч	12 – 16
Требования к обслуживанию	Малообслуживаемые
Уровень стоимости	средняя, низкая

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Основные типы аккумуляторов

Наиболее распространенные типы аккумуляторов – для бытовой техники, радиотелефонов, фотоаппаратов, фонариков, ИБП, их особенности и лучшие производители.

Электрический аккумулятор – специальное устройство, накапливающее электроэнергию и обеспечивающее автономное питание оборудования. При его эксплуатации происходит переход одного вида энергии в другой, а также обратимость описанного процесса.

В большинстве случаев используется электрохимический метод. Среди названий электрического аккумулятора – вторичный химический источник тока, так как перед эксплуатацией требуется его зарядка.

Типы аккумуляторов

По типу аккумуляторы разделяют в зависимости от их химсостава, который влияет на их эксплуатационные свойства.

• никель-кадмиевые (Ni-Cd) – наиболее старый тип аккумуляторных батареек, отличается необходимостью соблюдения цикла «полный разряд» – «полный заряд» (имеют эффект памяти) и чувствительны к холоду (плохо отдают энергию на морозе), но могут хранится разраженными и отличаются низким саморазрядом, сейчас используются в основном в электроинструменте
• никель-металл-гидридные (Ni-MH) – очень распространенный тип простых и дешевых компактных аккумуляторных батареек, эффект памяти и чувствительность к холоду несколько ниже, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, но их нужно хранить заряженными и у них выше саморазряд, сейчас они используются в основном в радиотелефонах
• литий-ионные (Li-Ion) – более современный тип аккумуляторов, почти не подвержены эффекту памяти (снижению емкости), что позволяет заряжать их в любое время и необязательно разряжать до конца, чувствительность к холоду есть, но не критична, нужно поддерживать заряд при хранении, они часто используются в фотоаппаратах
• литий-полимерные (Li-Pol) – облегченный вариант литий-ионных аккумуляторов, обладающий теми же свойствами, но со значительно меньшим весом, что нашло применение в компактных мобильных устройствах и дронах
• свинцово-кислотные (SLA) – большие мощные аккумуляторы, способные быстро отдавать огромную энергию (силу тока), что используется в пусковых установках двигателей (стартерах) и источниках бесперебойного питания, требуют периодической подзарядки во время хранения

Также аккумуляторы отличаются напряжением в вольтах (В), емкостью в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч) и физическим размером (типоразмером).

Классификация аккумуляторов

Все аккумуляторы можно условно разделить по назначению на несколько основных групп:

• бытовые (аккумуляторные батарейки)
• для радиотелефонов
• для фонариков
• автомобильные
• для ИБП
• промышленные

Теперь рассмотрим их немного подробней, включая типоразмеры и лучших производителей.

Аккумуляторные батарейки

Для обеспечения нормального функционирования техники применяются аккумуляторы разных типоразмеров. Основная сфера их использования – питание мелких устройств бытового назначения.

Аккумуляторные батарейки используются для самых различных устройств – радио мышек, клавиатур, фотоаппаратов, простых фонариков, часов, другой мелкой электроники.

Они имеют различные типоразмеры:

• AA (пальчик) – наиболее распространенный формат круглых батареек длиной 5 см, напряжением 1.2 В и емкостью 1000-3000 мАч
• AAA (мини-пальчик) – также широко распространены, имеют длину 4. 4 см, такое же напряжение 1.2 В, но меньшую емкость 500-1500 мАч
• крона – более редкая прямоугольная батарейка с напряжением 9 В, используется в некоторых электроприборах (например, мультиметрах)

Существуют и другие, более редкие форматы аккумуляторных батареек:

• CS (Sub C) – короткая круглая батарейка
• C (R14) – средняя круглая батарейка
• D (R20) – большая круглая батарейка

Они мало распространены и используются в некоторых специфических устройствах и старых фотоаппаратах.

К лучшим популярным производителям аккумуляторных батареек можно отнести Panasonic, Varta, Ansmann, Sanyo. Есть также много других именитых брендов, но их чаще подделывают.

Аккумуляторы для радиотелефонов

Это может быть монолитная аккумуляторная батарея либо отдельные элементы. Подобные устройства отличаются небольшим размером и незначительным весом. Аккумуляторы для радиотелефонов часто представляют собой удобные готовые сборки обычных Ni-MH аккумуляторных батареек.

Также в некоторых телефонах используются нестандартные фирменные аккумуляторы. Из производителей можно порекомендовать Panasonic и Robiton.

Аккумуляторы для фонариков

Аккумуляторы для фонарика представлены на рынке в широком ассортименте и выбор зависит от конкретной модели.

Наибольшей популярностью пользуются:

• АА (14500) – аккумуляторы для больших фонариков (длина 5 см, диаметр 1.4 см)
• ААА – обычные Ni-MH элементы с номинальным напряжением 1.2 В и емкостью 500-1100 мАч
• CR123A 16340– созданы для компактных фонариков (длина 3.4 см)

Есть также специальные аккумуляторы для мощных фонариков и электрошокеров.

Они имеют свои уникальные типоразмеры, которые нужно подбирать в зависимости от модели фонарика:

Эти аккумуляторы отличаются физическими размерами и емкостью. В основном они являются литий-полимерными, что делает их очень легкими. Из производителей хорошо зарекомендовали себя Panasonic, Robiton, Fenix.

Автомобильные аккумуляторы

Об автомобильных аккумуляторах мы особо рассказывать не будем, коснемся только отличий от всех других, которые нужно знать.

Это большие обслуживаемые кислотно-свинцовые батареи с жидким электролитом. Они способны быстро отдавать огромный ток, но необходимо следить за их зарядом и уровнем электролита (доливать по необходимости). Хранить свинцовый аккумулятор разряженным нельзя, так как где-то через полгода он выйдет из строя.

Аккумуляторы для ИБП

Аккумуляторы для компьютерных ИБП призваны обеспечить недлительное питание техники в случае временного отключения электричества. Они также являются свинцово-кислотными, но в отличие от автомобильных необслуживаемыми, а электролит в них загущенный в виде геля, что предотвращает утечки.

В остальном эти аккумуляторы подобны автомобильным, они могут быстро отдать большой ток и требуют периодической подзарядки. В разных ИБП используются аккумуляторы с разным напряжением (12 или 24 В), разной емкости (7, 9, 12 Ач) и разного физического размера. Также есть модели, в которые устанавливается несколько соединенных вместе батарей.

Выбирайте аккумулятор такого же напряжения и размера как в вашем ИБП, емкость при желании можно чуть больше (например, 9 Ач вместо 7 Ач) – это продлит работу ПК от ИБП. Из производителей можно порекомендовать SCB, Yuasa и Delta.

Аккумуляторы в ИБП для газового котла и другой ответственной техники, отличаются большей емкостью по сравнению с моделями, применяемыми при работе компьютерного оборудования. Ведь они рассчитаны на поддержание функционирования отопительных приборов на протяжении суток и более.

Такие аккумуляторы часто являются внешними и подключаются к ИБП с помощью специальных клемм, а сами ИБП должны выдавать напряжение в форме чистой синусоиды, что важно для электронасосов, используемых в системах отопления и другой чувствительной к форме напряжения техники.

Промышленные аккумуляторы

Обычно огромные батареи большой емкости. Могут быть разного напряжения, в том числе высоковольтные. Больше мы о них ничего говорить не будем, так как это не тематика нашего сайта.

Заключение

Для того, чтобы аккумулятор хорошо держал заряд и прослужил достаточно долго, он должен быть от надежного проверенного производителя и само собой оригинальным, а не дешевой подделкой. Также важно в каких условиях и как долго хранятся аккумуляторы.

Поэтому лучше всего приобретать аккумуляторы в специализированных магазинах, которые уделяют особое внимание их качеству. Качественные аккумуляторы для самых различных целей от лучших производителей можно приобрести на сайте https://voltacom.ru/catalog/power/akkum.

Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2C 20000mAh
Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 2 10000mAh
Зарядное устройство Xiaomi Mi Power Bank 5000mAh

Аккумуляторные батареи. Виды и устройство. Применение

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных:

Устройство

1 — Отрицательный электрод
2 — Разделительный слой
3 — Положительные электроды
4 — Отрицательный контакт
5 — Предохранительный клапан
6 — Положительные электроды
7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

• LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
• VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
• AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
• GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
• OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
• OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.

 Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи.

Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Похожие темы:

Виды и типы аккумуляторов

На сегодня основным используемым типом аккумуляторов для ИБП и автономных решений являются кислотно-свинцовые и литий-ионные аккумуляторы.

 На рынке сегодня можно найти много разновидностей кислотно-свинцовых (LA = lead-acid) аккумуляторов и АКБ. Это стартерные, GEL, AGM, OPzV, OPzS. И из описаний «различных» типов LA аккумуляторов создаётся впечатление, что можно некоторым образом подобрать их и, заплатив таки весьма приличную сумму, надолго избавиться от этой проблемы. Однако это совсем не так.

Как бы красиво не назывался LA аккумулятор, в нём всегда есть водный раствор серной кислоты, свинец и их многочисленные соединения. Все прочие добавки в виде кальция, сурьмы, серебра … если и влияют на химические реакции, протекающие в ячейках, то только в худшую сторону. Применение этих добавок вызвано в основном физическими свойствами чистого свинца, а именно его мягкостью, которая не позволяет применять чистый свинец в АКБ автомобилей и других транспортных средств из-за вибраций и ударов. Классическая призматическая компоновка ячеек LA АКБ, мягко говоря, малооптимальна, батареи же из ячеек рулонного (циллиндрического) типа стоят несоразмерно дорого.
LA АКБ лучше всего работают при температуре около 25°С, при понижении температуры теряется  их электрическая ёмкость, а при повышении температуры снижается ресурс (количество циклов заряда-разряда). Так AGM батарея при 25°С может работать 10 лет, а при 33°С – только 5 лет, а при 42°С – 1 год. Оптимальная глубина разряда LA аккумуляторов обычно не превышает 30%, а при превышении оптимальной глубины разряда опять-таки снижается ресурс, причём иногда для того чтобы необратимо «убить» такой аккумулятор достаточно один раз разрядить его в ноль (например, на сильном морозе это легко сделать, как и случается с незаводящимися автомобилями). Вообще LA АКБ не любят недозаряда, хотя и перезаряд также вреден для них, и лучше всего работают в буферном режиме, а в системе автономного энергоснабжения АКБ работает в циклическом режиме. А, поскольку, любая батарея это последовательная цепочка из первичных ячеек, которые не могут быть совершенно идентичными, всегда возникает проблема разбалансировки уровней заряда на разных ячейках. Либо одни ячейки недозаряжаются, либо другие ячейки перезаряжаются, и проконтролировать это подручными средствами очень трудно. Несмотря на то, что все эти проблемы давно известны, не существует за внятные деньги аппаратуры, следящей за уровнями заряда для каждой ячейки, вероятно из-за того, что эти АКБ умирают тихо, а простейшие стартерные батареи стоят сравнительно недорого и в любом случае эксплуатируются в недружественных температурных режимах.

Это далеко не все, но вполне достаточные причины, чтобы считать LA аккумулятор очень нежным устройством. Этот аккумулятор может отработать заявленное количество циклов, но Вы должны постоянно следить за уровнем заряда в каждой его ячейке и эксплуатировать его при 20-25°С. Насколько это реально? Думаю, что это совершенно невыполнимая задача для простого пользователя. А результатом будут убитые за год-два аккумуляторы, может быть самые дорогие и стойкие продержаться три-четыре года. Поскольку же время жизни LA АКБ очень сильно зависит от множества трудно выдерживаемых в реальной жизни параметров, не один продавец не сможет внятно сказать, сколько реально прослужат LA АКБ именно у Вас. Зато открывается широкое поле для всякого рода недоговорённостей и умных слов, смысл которых сводится к следующему: кислотно-свинцовые АКБ у рядового пользователя ВСЕГДА проработают в несколько раз меньше в сравнении с максимально заявляемым сроком. Выражение «в несколько раз» при интенсивной эксплуатации я оцениваю как число между двумя и семью. И, наконец,  последний гвоздь в крышку гроба кислотно-свинцовых аккумуляторов. Они заряжаются очень долго – просто непозволительно долго. Нормальный ток зарядки в амперах для них составляет всего лишь 10% от амперчасов ёмкости АКБ (такой ток называется C/10 или 0,1C). Это означает следующее: даже если Вы возьмёте самые стойкие элементы OPzS и будете разряжать их до допустимых (но не оптимальных!) для них 70% разряда, то заряжать их Вам придётся около 6 часов, а потом «добивать» в импульсном режиме оставшиеся 5-10% ёмкости ещё 3-5 часов. Это не проблема для резервных систем, заряжаемых от сети, но очень неэффективно для автономных, внесетевых систем, и уж совсем неэффективно для зимней автономии, когда по времени солнца очень мало. Для добивки (полной зарядки) АКБ в пасмурную погоду потребуется несколько часов малопродуктивной работы топливного генератора практически на холостом ходу. А ведь все топливные генераторы не очень любят работать без нагрузки, т.е. в режиме холостого хода, они быстро теряют свой ресурс. Если же LA АКБ не дозаряжать, в них активно развиваются процессы сульфатации пластин, приводящие к снижению срока службы и реальной ёмкости. Сейчас на рынке появились LA АКБ, которые производитель «позволяет» заряжать до 80% ёмкости токами 0,3С, однако все основные параметры паспортной ёмкости как и прежде позиционируются на 0,05С. Это значит, что заряжая LA АКБ в таком режиме мы уменьшаем их ресурс и снижаем электрический КПД* АКБ. Для LA АКБ КПД = 65-80% (в зависимости от конкретного производителя и скоростей заряда и разряда)

Литий-ионные аккумуляторы, а именно LiFePO₄ АКБ последнего поколения выглядят более предпочтительно как для использования в системах полной автономии так и для серьёзных резервных систем. Их КПД в автономных системах 96-99%. Диапазон рабочих температур от -40 до +60°С. В диапазоне от  0 до +35°С без существенного  снижения ёмкости и ресурса. Хорошо держат глубокий разряд. Циклический заряд-разряд до 60-80% от номинальной ёмкости абсолютно нормальное явление для литиевых АКБ. 100%-й разряд не убивает литиевую АКБ, а только незначительно (менее 0,1%) снижает её общий ресурс. Количество глубоких циклов заряда-разряда достигает 5-8 тысяч, что существенно превосходит показатели кислотно-свинцовых АКБ.  Ток зарядки литиевых АКБ может достигать 3С. Реально же нужны меньшие значения в диапазоне 0,3-0,5С, что позволяет за 1-2 часа заряжать АКБ. Причём необязательно заряжать АКБ на 100%, для литиевых батарей это несущественно. А ведь именно в режиме неполного заряда очень часто работает система автономного энергоснабжения.

Литиевая АКБ в сравнении с аналогичной по номинальной ёмкости AGM дороже последней приблизительно в 3,5 раза. Однако AGM имеет оптимальную глубину разряда около 40 %, и соотношение цен за эффективный ватт-час равно уже 2-м. Вспоминаем сроки жизни сравниваемых АКБ. Для AGM заявленный срок работы в буферном режиме при 25°С составляет 7 лет, при циклическом режиме 2-3 года, т.е. около 1000 циклов, для LiFePO₄ батарей срок жизни как таковой не существует, кол-во же циклов таково, что можно говорить о 25 годах циклической эксплуатации. Т.е. время жизни LiFePO₄ в 8-12 раз больше чем AGM. Подытоживая всё вышесказанное, итоговая стоимость 1 полезного кВт-ч в AGM будет в 5-8 раз выше чем в LiFePO4.

Кроме того важным преимуществом LiFePO₄ АКБ является то, что в процессе работы они ничего не выделяют, их можно устанавливать в любом месте дома или офиса. А вот кислотно-свинцовые АКБ изначально требуют отдельного помещения с вентиляцией и поддержанием температуры в +20 +25°С, что сразу же удорожает вроде бы небольшую начальную стоимость этих АКБ.

* Коэффициент использования энергии или КПД АКБ, показывает отношение энергии, отданной АКБ, к энергии, израсходованной для её заряда

Основные виды аккумуляторных батарей – Pulsar

Обзор технологий «консервированного электричества»

Аккумуляторные батареи (АКБ) активно потребляются большинством отраслей промышленности и просто человеческой деятельности. Без АКБ немыслимы сегодня энергетика, телекоммуникации и транспорт. Огромный пласт использования АКБ составляет работа вычислительной техники, систем передачи данных с участием источников бесперебойного питания (а это промышленные предприятия, офисы, банки, государственные и научные учреждения, ЦОД, и вообще практически любой производственный участок, где присутствует компьютер). Масштабно эксплуатируются сегодня АБ в частном жилом секторе. Мы уже не говорим о мини-аккумуляторах, питающих бесчисленное семейство всяческих мобильных устройств. Одним словом – без батарей никуда.

На базе устойчивого спроса и само производство аккумуляторных батарей давно уже стало самостоятельной отраслью. Тысячи предприятий в мире ежедневно выдают «на-гора» миллионы единиц «консервированного электричества». И среди этого разнообразия уже не так-то просто порой сделать правильный выбор. Конструкций АКБ сегодня множество, и в каждой имеются свои тонкости и премудрости.

Основные виды аккумуляторных батарей

Прежде чем говорить о видах аккумуляторных батарей, стоит договориться о понятиях. По сути, «аккумулятор» и «аккумуляторная батарея» – одно и то же. Если подходить строже, то аккумулятором называют единичный элемент того или иного напряжения (пара электродов с электролитом), а батареей – несколько таких элементов, соединенных между собой. На практике обычно мы имеем дело с батареями, хотя называем их аккумуляторами.

Как мы сказали ранее, мир аккумуляторов – это бескрайнее море, однако среди них различают три основных вида – свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (вариант – никель-железные металл-гидридные) и литиевые. Названия отражают различия активных материалов в конструкции. Свинцово-кислотные – со свинцовыми пластинами и кислотным электролитом, у никель-кадмиевых – одна пластина содержит никель, а другая – кадмий (иногда железо), электролитом здесь выступает щелочь. В литиевых батареях применяется твердый электролит, а в виде электродов – литий (отрицательный потенциал) и другие материалы (нередко полимерного происхождения).

Электрохимические процессы, которые происходят в батарее, в зависимости от материалов обеспечивают характеристики АКБ и их свойства для электропитания. Важный электрический параметр – это напряжение элемента, которое может меняться в пределах от 1 до 3,6 В. Ещё один ключевой параметр – ёмкость (запас энергии, который может питать нагрузку с определенной силой тока в течение определенного времени, измеряется в ампер-часах – Ач). Ещё один важный параметр, который мы будем часто упоминать, – количество циклов заряда-разряда, что напрямую связано со сроком службы АКБ. Безусловно, имеют значения и другие параметры: диапазон рабочих температур, глубина разряда, значения токов заряда и разряда.

Самые распространенные аккумуляторы на сегодняшний день – это свинцово-кислотные (СК). Они характеризуются относительной простотой и доступностью. При изготовлении СК используются относительно недорогие материалы: свинец в качестве электродов и раствор серной кислоты. Стандартный элемент имеет напряжение 2 В, а диапазон емкостей АКБ варьируется в диапазоне от долей Ач до тысяч Ач. Такие АКБ широко применяются в качестве стартерных в автомобиле. Промышленные модели обычно отличаются по исполнению и характеристикам.

Никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы относятся к группе щелочных. Здесь одна пластина содержит гидроокись кадмия, другая – гидроокись никеля. Активный материал в виде порошка запрессован в пластины, представляющие собой решетчатую или перфорированную структуру Перфорация обеспечивает обмен зарядами через электролит. Впрочем, бывают и другие варианты конструкции, например, с так называемыми «спеченными электродами».

Аккумуляторы НК отличаются высокой надежностью. Одно из главных их достоинств – низкая чувствительность к перепадам температур, в чем они превосходят свинцово-кислотные. Поэтому для работы в особых климатических условиях, низких и высоких температурах выбираются именно НК. Они неприхотливы, не боятся глубокого разряда, перезаряда, они не могут внезапно выйти из строя, что иногда случается с аккумуляторами СК. Как следствие, и срок службы хорошо сделанных НК заметно превосходит стандартный срок службы для СК в полтора-два раза – 15-25 лет против 5-10-ти. Соответственно НК и стоят подороже.

Непосредственно к группе НК примыкает и их подвид – никель-железные АКБ, но их роднит разве что слово «никель», сама технология и близкая устойчивость к температурам. А в остальном это совсем другой класс устройств, с более низкими характеристиками. И по надежности уступают НК, низкий КПД, большие потери, сложны в обслуживании. Еще недавно считалось, что это уже устаревшая конструкция и используется главным образом на постсоветском пространстве по причине относительной дешевизны и устоявшейся традиции. Однако, по последним сведениям, интерес к никель-железным АКБ возродился, и причем даже не в нашей стране, а как раз за рубежом. Причина – простота утилизации, экологичность. К слову, и сама технология модернизировалась.

Еще одна разновидность АКБ – это литиевые батареи, прежде известные всем главным образом по батарейкам в мобильных телефонах или в ноутбуках. Ранее в серьезных мощных системах литий-ионные аккумуляторы не применялись по причине дороговизны. Однако в последние несколько лет все решительно изменилось. Во-первых, литиевые батареи почти уровнялись по стоимости с традиционными АКБ (с НК практически сравнялись, и лишь вдвое дороже СК). А во-вторых, как выяснилось, литий-ионные (точнее, литий-железо-фосфатные) аккумуляторы превосходят все остальные по всем статьям. Какой параметр ни возьми, будь то температурный диапазон, ресурс службы, устойчивость к глубоким разрядам – везде они лучшие. Добавим сюда еще лучший показатель удельной запасаемой энергии, т.е. максимальный запас энергии в минимальном объеме – и станет ясно, что за этими АКБ будущее. Сегодня они в основном используются в электромобилях, но уже постепенно завоевывают место и в других сферах. Особенно интересно направление альтернативной энергетики.

О параметрах подробнее

Какого бы типа не были АКБ, их качество и возможности описываются одними и теми же параметрами. Главные из них – это напряжение и емкость. Суть емкости заключается в том, сколько тока в течение определенного времени (при заданном напряжении) способна отдать батарея до своего минимума разряда. Поэтому измеряется емкость в ампер-часах. Емкость АКБ обычно привязывают ко времени, поэтому на изделии можно встретить пометки: С5, С10 или С20. Наибольшую абсолютную емкость АКБ имеют при длительном разряде в стационарном режиме. Емкость при отдаче за короткое время меньше.

Значение емкости во многом зависит от температуры эксплуатации. Номинальная емкость нормируется для комнатной температуры, при повышении температуры емкость возрастает, при понижении – падает, причем очень быстро, экспоненциально (замедление химических процессов). Скажем, на нулевой температурной отметке в зависимости от тока емкость может упасть на 50-70% для разных типов АКБ. Самые чувствительные в этом плане свинцово-кислотные АКБ: рабочий температурный диапазон для них – от -30 до +40°С, а самые устойчивые никель-кадмиевые и литиевые – от -40-50 до + 50-60°С. Превышение этих норм, особенно в сторону тепла, приводит к резкому сокращению сроков службы.

Емкость зависит от продолжительности заряда, и у каждой АКБ такое время задано. Обычно они заряжаются несколько часов, например, свинцово-кислотные в зависимости способа заряда могут заряжаться от 8 до 48 часов. Никель-кадмиевые можно зарядить до 90% за несколько часов, а литиевым для полного заряда достаточно будет и часа (а для некоторых типов литиевых батарей – и 20 минут).

Еще один важный параметр – срок службы. Обычно за норму принимается расчетный срок службы в АКБ в режиме буферного подзаряда (когда аккумулятор постоянно подключен к источнику постоянного тока). Т.е. они периодически находятся в этом режиме и иногда, от случая к случаю разряжаются. У свинцово-кислотных, например, такой срок составляет 3-5 лет, но может быть и 10-15, у наиболее продвинутых – 8-20 лет, есть и другие, которые служат ещё больше. Все зависит от исполнения АКБ, от технологи и, от состава активных материалов, от качества материала, добавок. Чистота материала – это очень важный фактор, поскольку переработанный свинец рафинировать до бесконечности невозможно, меняется структура материала, и срок службы резко снижается. К сожалению, в Украине такая продукция может иногда встречаться.

Наиболее долговечные АКБ свинцово-кислотного типа – это АКБ из сплошного свинца. Так называемые элементы Планте, или как их сейчас называют GroE, могут служить и 20, и 30 лет.

Обслуживаемые и герметизированные

АКБ бывают обслуживаемые, малообслуживаемые и необслуживаемыe. Обслуживание – это постоянный контроль уровня электролита и время от времени долив в аккумулятор дистиллированной воды. Отметим, что при разряде АКБ вода не просто испаряется, а происходит диссоциация, ее разложение на водород и кислород. Улетучивание происходит обычно через специальный фильтр пробки, которая защищает от испарения аэрозолей, паров, и от проникновения искры внутрь.

Литиевые – по определению необслуживаемые. НК, как правило, обслуживаемые. СК тоже могут быть обслуживаемыми, и такие батареи называются обслуживаемыми АКБ вентилируемого типа. Вентилируемые батареи обычно устанавливаются в отдельных аккумуляторных помещениях с серьезной вентиляцией. Их нужно обслуживать, периодически доливать воду в электролит измерять плотность, испытывать. И такие батареи ещё в недавнее время составляли большинство.

Вместе с тем те же типы АКБ могут быть и необслуживаемыми. НК, например, обслуживаемые по определению, но имеются разновидности НК, которые в определенных режимах могут и не обслуживаться. То есть не требуют долива в течение длительного срока, порой десятилетий.

Как мы уже отметили раньше, в процессе разряда на разных пластинах выделяется водород и кислород, и если их превращать обратно в воду, не позволяя испариться, то АКБ в обслуживании не нуждается. Такой метод называется рекомбинацией, и чаше всего используется в СК аккумуляторах (т.н. батареи рекомбинационного типа).

Чтобы кислород и водород не улетучивались, а обязательно встречались и объединялись в молекулы воды, им создаются специальные условия. Для этого электролит делают затушенного типа, добавляя в раствор серной кислоты силиконовые добавки. Таким образом, электролит в виде хорошей сметаны или геля (желе) находится между пластинами, не заполняет другие объемы и представляет собой этакий бутерброд. При диффузии эти частички газов затрачивают больше время, чтобы вылететь наружу, увязают в геле, и вероятность встречи повышается и рождается молекула воды. Так происходит рекомбинация, а такие АКБ называются гелевыми. Отметим, что АКБ этого типа могут работать в любом положении: на боку, даже вверх ногами – из них ничего не вытекает.

Но самым удачным представителем в семействе герметичных батарей считаются так называемые AGM батареи. Здесь пространство между пластинами заполняется пористым губчатым веществом, обычно это стеклокапиллярный материал, салфетка из стекловолокна, которая напитывается электролитом (только электролит здесь более жидкий). За счет длинного пути, который кислороду и водороду нужно проделать по лабиринтам этой губки, рекомбинация получается ещё эффектней, чем в геле. Вот почему эти АКБ и называются AGM – Absorbent Glass Mat, или абсорбция в стекловолоконном материале.

Эти АКБ имеют высший коэффициент рекомбинации, потери воды очень незначительны, при нормальных условиях зарядки коэффициент рекомбинации превышает даже 99% при нормальных условиях заряда и разряда. Казалось бы, служить ему и служить, но на самом деле газы понемногу стравливаются. Для этого есть клапан, который представляет собой мембрану, рассчитанную на определенное избыточное давление, что-то типа ниппеля, только наоборот.

Собственно, постепенное очень медленное выбрасывание газов и ведет к конечной точке службы. Обслуживание невозможно, доливать воду некуда, так уж оно устроено.

Каждый из этих АКБ имеет свою сферу применения. АКБ с жидким электролитом обычной плотности в силу лучшей в этой среде подвижности носителя заряда имеют лучшие динамические характеристики, то есть скорость заряда-разряда.

Гелевые желательно применять в системах, которое имеют стационарный продолжительный разряд, и точно так же неспешно могут заряжаться, потому что заряд большим током ведет к их разрушению.

Гелевые АКБ имеют довольно сильный плюс – больший циклический ресурс. Если говорить о глубоком разряде, то гелевые глубокого заряда и разряда могут обеспечить вдвое, а то и втрое циклов больше. Гелевые могут иметь 500-600 циклов, a AGM – 250-300 (есть исключения), причем устройства примерно одного уровня по качеству. Из-за своего потенциала цикличности гелевые АКБ и стоят дороже.

Впрочем, на сегодня уже есть AGM аккумуляторы, способные обеспечить 600 и более циклов глубокого разряда (например, АКБ ТМ EverExceed). Обслуживаемые АКБ могут иметь ресурс ещё выше.

Скромная привлекательность литиевых батарей

Технология литиевых батарей получила такое развитие, что грозит оставить за спиной более традиционные АКБ, прежде всего свинцово-кислотные в связи с массой преимуществ и снизившейся ценой. Если пять лет назад литиевые батареи были раз в шесть дороже аналогичных свинцово-кислотных, то сейчас можно говорить только о двукратном превышении цены.

Литиевые батареи применяются уже не только в электромобилях, но и телекоммуникации, источниках бесперебойного питания, системах резервного питания и в альтернативной энергетике, где требуется большой циклический ресурс батарей.

Все больше поставщиков добавляют в свой ассортимент литиевые батареи. Когда только в два раза дороже и целый веер преимуществ, потребитель уже благосклонно смотрит на этот товар.

Чем же хороши литиевые батареи конкретно? Срок службы литиевых батарей на сегодня на отметке 15 лет. У свинцово-кислотных ожидаемый срок службы, у батарей средней емкости, 30-300 Ач, – 10-12 лет. Но в реальных условиях, с поправкой на условия эксплуатации, с учетом человеческого фактора, этот срок службы обычно 7-8 лет. У литий-ионных – 15.

Циклический ресурс у свинцово-кислотных, самых хороших, наиболее распространенных, обычно в пределах нескольких сотен циклов глубокого разряда, максимум 600-700. У литиевых батарей – 4000 циклов.

Конструкция литий-ионных батарей

Литиевые батареи абсолютно другого типа, нежели СК. Во-первых, они управляемы на программном уровне, они не могут работать без блока управления BMS. По сути, это компьютер, который отслеживает все параметры, следит за зарядкой, прекращает разряд, фиксирует параметры сопротивления – и все это транслирует на монитор. Обычные батареи – это вообще черный ящик, там трудно даже определить, по какой причине батарея вышла из строя, почему потеряла емкость. Здесь же мы все видим, можем посмотреть историю, сколько циклов разряда прошла батарея.

Форма литий-ионной аккумуляторной батареи на автомобиле KIA Motors

Литиевые батареи собираются из маленьких элементов, похожих на пальчиковые батарейки или патроны. Благодаря такому модульному исполнению батареи могут принимать самые необычные формы разных размеров, заполняя пустоты. А могут сохранять и традиционную форму, свойственную привычным АКБ. В электромобиле конструкция неправильной формы вдоль днища набита этими кассетами. Для телекоммуникаций – стоечное исполнение 19¨.

Литий-ионные аккумуляторы легче и компактней. Что еще? Быстрая зарядка, большие токи разряда, высокая плотность энергии (Втч/кг), работа в широком t-диапазоне… Для полного перечня достоинств нет места.

Литиевая батарея EverExceed в телекоммуникационной стойке

Назначение аккумуляторов

Будучи источником автономного и резервного питания аккумуляторные батареи широко используются в различным сферах жизни, и, конечно, в промышленности. В различных от­раслях АКБ призваны выполнять раз­ные задачи. И для каждой отрасли есть наиболее подходящий тип батарей.

В энергетике аккумуляторные ба­тареи применяются очень широко. В огромном хозяйстве электростан­ций, подстанций, систем различной автоматики, механики слежения обя­зательно присутствуют батареи. Во многих производственных процессах АКБ несут миссию безопасности и резервного питания. Подача мас­ла насосами на подшипники в генера­торе – беспрерывный процесс, кото­рый не должен прерываться. И здесь нужна АКБ для резервирования пита­ния. Причем подойдет батарея любо­го типа, потому что каких-то больших толчковых токов здесь не требуется.

А вот при аварийных включениях требуются большие пусковые, толчковые токи, кратковременные, которые длятся доли секунды, включение – и ток заканчивается. Здесь пригодят­ся свинцово-кислотные аккумуляторы типа GrоЕ.

Стоит добавить, что в наши дни в энергетике все чаше при­меняют стационарные необслу­живаемые аккумуляторы герме­тизированного типа АGМ, хоть дорогу эти современные реше­ния в консервативной энергетической среде пробивали с тру­дом. Приходилось слышать от поставщиков досаду на привер­женность к старым наливным системам именно в энергетике.

В телекоммуникациях (мо­бильные операторы, системы фиксированной связи) используются, как правило, стационарные СК акку­муляторы, потому что в телекоммуникациях используется продолжитель­ный стационарный разряд и не нужны динамические режимы. Важный пара­метр здесь – срок службы. На участ­ках, где возможен глубокий разряд, устанавливаются СК с трубчатыми пластинами типа OPzS или OPzV, об­ладающие, кстати, солидным ресурсом циклического разряда – 1500 циклов.

В системах, где нагрузка небольшая, где нужна емкость десятками или не­большими сотнями ампер-часов, используются герметизированные аккумуляторы типа АGМ, реже гелевые. В телекоммуникациях в шкафах с оборудованием редко кто применяет какие-то другие аккумуляторы, кроме герме­тизированных, критериями их подбора могут быть разве что емкость и напряжение. По габаритным размерам они унифицированы и удобно устраиваются в шкафах электропитания, в источ­никах бесперебойного питания, рядом с чувствительной электроникой.

На транспорте также роль АКБ труд­но переоценить. На железной дороге батареи служат для резервирования функций включения-отключения, в локомотивах, электропоездах и теплово­зах, а также для автономного питания в вагонах. На ходу вагон питается от генератора, и он же заряжает эти ак­кумуляторы, а на стоянке эти АКБ дают освещение, вентиляцию, кондиционирование в вагоны. На железной до­роге применяются как свинцово-кислотные, так и никель-кадмиевые, и никель-железные, причем последние, щелочные, чаше.

На городском электротранспорте обычно в работе никель-кадмиевые, там сильные вибрации, низкие-высо­кие сезонные температуры, там СК не выдержит. АКБ на электротранспорте могут выполнять несколько функций, например, в метро – резервирование открывания дверей и работы автома­тики, в трамвае – электромагнитный тормоз, такой башмак, который притя­гивается под напряжением к рельсам и тормозит.

Тормозной башмак трамвая АКБ

На промышленных предприятиях примеров применения АКБ не пере­честь. На каждом крупном заводе есть свои подстанции, ИБП, система ава­рийного питания. Поэтому примене­ние – смотри выше.

Близки к электротранспорту, напри­мер, шахты. Там редко бывает контакт­ная сеть (опасно по газу, по пыли), поэтому уголь вывозится электровозами с вагонетками, которые приводят в движение тяговые АКБ.

Традиционно в шахтах применяются никель-железные АКБ и никель-кадмиевые, но уже несколько лет в шахтах в подвижном электротранспорте рабо­тают и свинцово-кислотные. Тоже тяговые, которые имеют хорошие пока­затели и дешевле (никель-кадмиевые по надежности и безопасности выше, но они дороже вдвое-втрое).

То ли к промышленности, то ли к транспорту можно отнести погру­зочно-разгрузочный парк. Это тоже очень большая сфера: склады, мага­зины, логистические центры, заводы, здесь в основном используются кислотно-свинцовые тягового назначения с трубчатыми пластинами (а сегодня уже и литиевые). К тяговым аккумуля­торам повышенные требования по механической устойчивости. Также они должны быть устойчивы к циклическому режиму дня: день разряжаются, но­чью заряжаются; и если это хороший тяговый аккумулятор на 1500 циклов, и мы имеем в виду 250 рабочих дней, то хватит его на 6 лет.

АКБ для автопогрузчика

Частный сектор. Здесь системы безо­пасности, сигнализации, это любой киоск, магазинчик и частная сигнализация в домах. Здесь применяют АКБ АGМ-типа, небольшой емкости, 5-20 Ач.

Когда люди хотят за­резервировать себе какие-то системы, на­пример, газовые котлы с собственной систе­мой прокачки и элек­троприводом – здесь нужны АКБ АGМ типа большой емкости, можно гелевые, если денег больше.

Объекты малого бизнеса. Обычно это ИБП. Но те, что применяются в банках, офисах, обычно рассчитаны на непродолжительное время работы, на 5-10 мин, редко на час. Как прави­ло, такие ИБП могут работать только от батареи ограниченной емкости.

Для жилья такие источники беспе­ребойного питания неприемлемы, они зашивают самые важные функции на короткое время. Для жилья нужно ду­мать о большом времени резервиро­вания. Здесь требуется очень мощное зарядное устройство, способное под­держивать АКБ очень большой емкости, обеспечивая многочасовую авто­номность, может, суточную.

Завершая этот небольшой обзор, следует сказать, что мир аккумуля­торов безбрежен, и существует мно­жество вариаций, как внутри самих технологий, так и у отдельных произ­водителей. Знакомство с фирменны­ми тонкостями мы продолжим в следу­ющем материале.

Подготовил Евгений ПОЛИЩУК

Выражаем большую благодарность за проведённое интервью и предосатвленные материалы журналу «Украина-Электро» (http://ua-electro.com)

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Аккумуляторная батарея — химический источник электрического тока, состоящий из объединения (батареи) нескольких отдельных элементов питания. Использование нескольких элементов вместо одного позволяет получить большее напряжение или большую силу тока, в зависимости от способа подключения — последовательного или параллельного.

Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся материалом электродов и электролита. Многие слышали и знают, например, что есть всевозможные никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, литий-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторы.

Из всего разнообразия в автомобилях в качестве стартерных используются только свинцовые. Это обусловлено тем, что аккумуляторы этого типа обладают максимальной, по сравнению с другими, энергоемкостью и способностью за короткий момент времени отдавать большой ток. При этом приходится мириться с тем, что как кислота, так и свинец — очень вредные вещества. Корпуса всех свинцовых аккумуляторов делаются из прочной кислотостойкой пластмассы, чтобы обеспечить максимальную безопасность во время транспортировки и эксплуатации.

В настоящее время в качестве материала для электродов используется свинец не в чистом виде, а с разнообразными добавками, в зависимости от которых АКБ делят на несколько типов.

В зависимости от добавок для материала электродов автомобильные аккумуляторы делят на:

• Традиционные («сурьмянистые»)
• Малосурьмянистые
• Кальциевые
• Гибридные
• Гелевые, AGM
  И дополнительно:
• Щелочные
• Литий-ионные

Традиционные («сурьмянистые»)

АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин ≥5% сурьмы. Часто их еще называют классическими, традиционными. Но такое название на сегодняшний день уже не актуально, так как классическими уже стали АКБ с меньшим содержанием сурьмы.

Сурьму добавляют в свинец, чтобы увеличить прочность пластин. Но из-за этой добавки резко усиливается, ускоряется процесс электролиза, который начинается уже при 12 вольтах. Из-за выделяющихся газов (кислород и водород) кажется, что вода кипит. Из-за того, что вода улетучивается наружу в большом количестве, меняется концентрация электролита и оголяются верхние края электродов. Для компенсации «выкипевшей» воды в АКБ заливают дистиллированную воду.

Аккумуляторы с высоким содержанием сурьмы делают легкообслуживаемыми. Это вызвано тем, что приходится довольно часто, не реже одного раза в месяц, производить проверку плотности электролита и заливку воды.

Сейчас АКБ данного типа уже не устанавливаются на автомобили, т.к. прогресс уже давно ушел вперед. «Сурьмянистые» батареи могут устанавливаться на стационарные установки, где важнее неприхотливость источников питания и где нет особых проблем с их обслуживанием. Все автомобильные аккумуляторы изготавливаются с малым содержанием сурьмы или же совсем без нее.

Малосурьмянистые

Для уменьшения интенсивности «выкипания» воды в аккумуляторах стали использовать пластины со сниженным количеством сурьмы (меньше 5%). Это позволило избавиться от необходимости часто проверять уровень электролита. Также снизился уровень саморазряда АКБ при хранении.

Такие аккумуляторы чаще всего называют малообслуживаемыми или вовсе необслуживаемыми, подразумевая, что данные АКБ не требуют контроля и ухода. Хотя термин «необслуживаемый» больше маркетинговый, чем реальный, так как не получилось абсолютно избавиться от потерь воды из электролита. Вода все равно понемножку «выкипает», хоть и гораздо в меньших количествам, чем у обычных обслуживаемых аккумуляторов. Огромным плюсом малосурьмянистой батареи является ее нетребовательность к качеству электрооборудования автомобиля. Даже при перепадах напряжения бортовой сети характеристики данной АКБ не меняются так необратимо, как это бывает с более современными аккумуляторами, например, кальциевыми или гелевыми.

Малосурьмянистые аккумуляторные батареи больше подходят для легковых автомобилей российского производства, так как отечественные авто пока не могут похвастаться обеспечением стабильности напряжения бортовой сети. Тем более, малосурьмянистые аккумуляторы отличаются минимальной стоимостью по сравнению с другими.

Кальциевые

Еще одним решением снизить интенсивность «выкипания» воды в аккумуляторе было использование вместо сурьмы другого материала в решетках электродов. Наиболее подходящим оказался кальций. Аккумуляторные батареи данного типа часто имеют маркировку «Ca/Ca», что обозначает, что пластины обоих полюсов содержат в своем составе кальций. Также в состав пластин иногда добавляют еще и серебро в малых количествах, что снижает внутреннее сопротивление АКБ. Это положительно сказывается на энергоемкости и КПД батареи.

Применение кальция позволило значительно снизить интенсивность газовыделения и потери воды, по сравнению с малосурьмянистыми аккумуляторами. Фактически, потери воды за весь срок службы батареи составили столь малую величину, что отпала необходимость в проверке плотности электролита и уровня воды в банках. Таким образом, кальциевые аккумуляторные батареи имеют право называться необслуживаемыми.

Кроме низкой скорости «выкипания» воды, кальциевые аккумуляторы имеют еще и сниженный почти на 70%, по сравнению с малосурьмянистыми, уровень саморазряда. Это позволяет кальциевым батареям дольше сохранять свои эксплуатационные свойства при долгом хранении.

Т.к. использование кальция вместо сурьмы позволило повысить напряжение начала электролиза воды с прежних 12 до 16 вольт, перезаряд стал не так страшен.

Однако кальциевые аккумуляторные батареи имеют не только плюсы, но и минусы.

Одним из главных минусов аккумуляторов данного типа является капризность в отношении переразряда. Достаточно 3-4 раза чересчур разрядить, как необратимо снижается уровень энергоемкости, т.е. резко уменьшается количество тока, которое батарея способна накопить. Аккумуляторную батарею в таких случаях, как правило, просто меняют.

Кальциевые аккумуляторы чувствительны к напряжению бортовой сети автомобиля, крайне плохо перенося резкие перепады. Перед покупкой аккумуляторной батареи данного типа следует убедиться в стабильности напряжения автомобиля.

Еще одним минусом является более высокая цена кальциевых аккумуляторов. Но это уже не является недостатком, а вынужденной платой за качество.

Чаще всего кальциевые аккумуляторные батареи устанавливаются на иномарках среднего ценового диапазона и выше, т.е. на те автомобили, где качество и стабильность электрооборудования гарантировано. При покупке аккумулятора данного типа следует иметь в виду, что батарея в эксплуатации более требовательна, чем малосурьмянистая, но зато при должном уходе Вы получаете высококачественный и надежный источник питания для Вашего автомобиля.

Гибридные

Часто обозначаются как «Ca+». В гибридных аккумуляторах пластины электродов сделаны по разным технологиям: положительные – малосурьмянистые, отрицательные — кальциевые. Это позволяет совместить положительные качества обоих типов аккумуляторных батарей. Расход воды у гибридных батарей в два раза меньше, чем у малосурьмянистых, но все равно больше, чем у кальциевых. Зато выше устойчивость к переразрядам и перезарядам.

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

Гелевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит не в «классическом» жидком виде, а в связанном, гелеобразном состоянии (отсюда и название типа батареи).

Инженерам на протяжении более чем полторы сотни лет истории аккумуляторных батарей приходилось решать множество проблем, задач. Одной из важнейших проблем было осыпание активного вещества с поверхности пластин-электродов. Этот вопрос временно решили путем добавления в состав оксида свинца различных присадок — сурьмы, кальция и т.д. Еще одной очень важной задачей было обеспечение безопасности эксплуатации батарей, т.к. электролит — водный раствор серной кислоты — мог легко вытечь при повреждении корпуса АКБ. Не надо рассказывать, насколько агрессивным химическим веществом является серная кислота. Необходимо было найти способ не допустить, минимизировать возможность утечки электролита при повреждении корпуса батареи.

Эта проблема была решена путем перевода электролита из жидкого в гелеобразное состояние. Т.к. гель гораздо более плотный и менее текучий, чем жидкость, это решило сразу обе проблемы — активное вещество уже не осыпалось (плотная окружающая среда фиксировала его) и электролит не вытекал (гель имеет низкую текучесть).

И в гелевых, и в AGM батареях электролит находится в гелеобразном состоянии. Отличие в том, что в AGM аккумуляторах помимо этого между пластинами-электродами находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания. Сама аббревиатура «AGM» так и расшифровывается — Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). Т.к. гелевые и AGM аккумуляторы имеют почти схожие характеристики, далее по тексту под гелевыми будут иметься в виду и AGM батареи. В случае имеющихся различий об этом будет указано отдельно.

Благодаря тому, что гель в аккумуляторах находится фактически в зафиксированном состоянии, данные батареи не боятся наклонов. Производители пишут даже, что эксплуатация батареи допустима в любом положении. Хотя это лишь маркетинговое высказывание, т.к. все равно не стоит держать гелевые АКБ в перевернутом состоянии.

Отличная виброустойчивость — это не единственное положительное качество гелевых аккумуляторов. Данные типы батарей имеют низкую скорость саморазряда, благодаря чему их можно хранить долгое время без критического снижения заряда. Хранить следует в заряженном состоянии.

Гелевые АКБ могут выдавать одинаково высокий ток вплоть до полного разряда. При этом они не боятся переразряда, полностью восстанавливая после подзарядки свою номинальную емкость.

Если при разряде гелевые аккумуляторы менее капризны, чем классические, то с зарядом батарей ситуация совсем иная. Недопустим ускоренный заряд — процесс зарядки гелевых аккумуляторных батарей должен происходить гораздо меньшим током. Для этого даже используются специальные зарядные устройства, подходящие для зарядки только гелевых аккумуляторов. Хотя на рынке имеются и универсальные ЗУ, умеющие, по заверениям производителей, производить зарядку всех типов батарей. Насколько это соответствует действительности — необходимо смотреть внимательно, обращая внимание на репутацию и гарантии производителя.

К сожалению, гелевые батареи при очень низких температурах ведут себя хуже, чем классические. Это связано с тем, что гель становится менее проводимым при снижении температуры. При благоприятных условиях эксплуатации гелевые аккумуляторные батареи могут работать до 10 лет.

Благодаря своей абсолютной герметичности, относительной виброустойчивости и своей фактической (а не просто маркетинговой) необслуживаемости гелевые батареи широко применяются там, где классические АКБ использовать опасно или невыгодно: внутри помещений (например, в источниках бесперебойного питания), в мототехнике (мотоцикл, в отличие от автомобиля, едет, периодически отклоняясь от вертикальной плоскости), в морском и речном транспорте (данные аккумуляторы не боятся качки, свойственной судам). Разумеется, гелевые батареи также применяются и в автомобилях. Чаще всего — в престижных иномарках, что обусловлено довольно высокой ценой этих АКБ (плата за качество и надежность).

Щелочные

Как известно, в качестве электролита в аккумуляторах может использоваться не только кислота, но и щелочь. Существует множество разновидностей щелочных АКБ, но мы рассмотрим только те, что нашли применение в автомобилях.

Автомобильные щелочные аккумуляторы бывают двух типов: никель-кадмиевые и никель-железные. В никель-кадмиевой батарее положительные пластины покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH) (он же гидрат окиси никеля III или метагидроксид никеля), отрицательные пластины — смесью кадмия и железа. В никель-железной батарее положительные пластины покрыты тем же составом, что и в никель-кадмиевой батарее — гидроксооксидом никеля. Отличие лишь в отрицательном электроде — в никель-железном аккумуляторе он сделан из чистого железа. Электролитом в обоих типах аккумуляторов является раствор едкого калия КОН.

Пластины-электроды в щелочных батареях упаковываются в «конверты» из тончайшей перфорированной металлической пластины. В эти же конверты запрессовывается активное вещество. Это позволяет сильно повысить виброустойчивость батарей.

У щелочных АКБ есть интересная особенность: в никель-кадмиевых аккумуляторах положительных пластин на одну больше, чем отрицательных, и находятся они по краям, соединяясь с корпусом. В никель-железных аккумуляторах все наоборот — отрицательных пластин больше, чем положительных.

Еще одной особенностью щелочных батарей является то, что в них при протекании химических реакций не расходуется электролит. По этой причине его требуется меньше, чем в кислотных, где приходится наливать электролит с запасом по причине его «выкипания».

У щелочных аккумуляторных батарей есть ряд преимуществ по сравнению с кислотными:

• Хорошая переносимость переразрядов. При этом батарея может храниться в разряженном состоянии без потери своих характеристик, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные батареи относительно легко переносят перезаряд. При этом есть мнение, что их лучше перезарядить, чем недозарядить.
• Щелочные аккумуляторы гораздо лучше работают в условиях низкой температуры. Это позволяет почти безотказно обеспечивать запуск двигателей в зимнее время.
• Саморазряд щелочных батарей ниже классических кислотных.
• Из щелочных АКБ не выделяются вредные испарения, чего нельзя сказать про кислотные АКБ.
• Щелочные аккумуляторы умеют накапливать больше энергии на единицу массы. Это дает возможность дольше выдавать электрический ток (при тяговом режиме эксплуатации).

Однако у щелочных аккумуляторных батарей есть и недостатки, если сравнивать с кислотными:

• Щелочные аккумуляторы выдают напряжение меньше, чем кислотные, из-за чего приходится объединять большее количество «банок» для достижения нужного напряжения. По этой причине, при одинаковом напряжении, габариты щелочного аккумулятора будут больше.
• Щелочные батареи намного дороже кислотных.

Щелочные батареи в настоящее время используются чаще в качестве тяговых аккумуляторов, чем стартерных. Из-за своих габаритов большинство выпускаемых стартерных щелочных АКБ — для грузовиков.

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

Литий-ионные аккумуляторные батареи (и ее подвиды) считаются наиболее перспективными в качестве дополнительного источника электрического тока.

В химических элементах этого типа носителями электрического тока являются ионы лития. К сожалению, нельзя однозначно описать материалы электродов, т.к. технология постоянно меняется, совершенствуется. Можно лишь сказать, что первое время в качестве отрицательных электродов использовался металлический литий, но подобные аккумуляторы оказались взрывоопасными. В дальнейшем стал использоваться графит. В качестве материала положительных электродов раньше использовались оксиды лития с добавлением либо кобальта, либо марганца. Однако сейчас они всё больше замещаются литий-ферро-фосфатными, т.к. новый материал оказался менее токсичным, более дешевым и экологичным (можно безопасно утилизировать).

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

• Высокая удельная емкость (емкость на единицу массы).
• Выдаваемое напряжение выше, чем у «обычных» — один элемент питания способен выдавать около 4 вольт. Напомним, что напряжение элемента классической АКБ — 2 вольта.
• Низкий саморазряд.

Однако все имеющиеся достоинства перевешивают недостатки, из-за которых не получается уже сегодня массово использовать литий-ионные батареи в качестве замены классических свинцово-кислотных.

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

• Чувствительность к температуре воздуха. При отрицательных температурах способность отдавать энергию очень резко снижается. И это одна из главных проблем, над решением которой и бьются разработчики.
• Число зарядов-разрядов пока слишком мало (в среднем, около 500).
• Литий-ионные аккумуляторы «стареют». При хранении происходит постепенное уменьшение емкости. В течение 2 лет — около 20% ёмкости. Просьба не путать с саморазрядом или эффектом памяти. Но хорошо, что работа над решением этой проблемы все-таки ведется.
• Литий-ионные аккумуляторы крайне чувствительны к глубоким разрядам.
• Недостаточная мощность для использования в качестве стартерной батареи. Силы тока, выдаваемой литий-ионным элементом, хватает для питания электронных приборов, но недостаточно для пуска двигателя.

Когда инженерам удастся решить эти недостатки, литий-ионные аккумуляторы станут отличной заменой классической кислотной АКБ.

Идет непрерывная работа над усовершенствованием существующих типов аккумуляторных батарей. В исследовательских центрах ищут способы увеличения энергоемкости источников питания, что позволит уменьшить размеры аккумуляторов. Для северных районов очень пригодится изобретение морозоустойчивой батареи (и тогда не было бы проблемы отказа завода двигателя в сильные морозы).

Очень важна работа и в направлении обеспечения экологичности, т.к. нынешние технологии производства аккумуляторных батарей не могут обойтись без использования ядовитых и просто опасных веществ (взять хотя бы свинец или серную кислоту).

Вряд ли у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей есть будущее. AGM батареи — это промежуточный этап в эволюции. Аккумулятор будущего не будет иметь в своем составе жидкость (чтобы ничего не вылилось при повреждении), будет иметь произвольную форму (чтобы была возможность использовать все возможные пустоты автомобиля), а также множество других параметров, которые позволят автовладельцам наслаждаться поездкой, а не нервничать по поводу того, что аккумуляторная батарея может отказать в самый неподходящий момент.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Типы аккумуляторов у ноутбуков

Различные типы аккумуляторов в ноутбуках напрямую влияют на продолжительность автономной работы устройства. При выборе нужно учитывать не только совместимость с конкретной моделью, но и тип элемента питания, от которого зависит целый ряд свойств аккумуляторной батареи. АКБ разных типов отличаются принципом работы и способом заряда, поэтому менять их между собой нельзя.

Основные типы аккумуляторов в ноутбуках

В современных переносных компьютерах используются следующие типы аккумуляторных батарей:

• Литий-ионные батареи (маркировка Li-on) – самый распространенный современный тип аккумуляторов для ноутбуков. Преимуществом являются компактные размеры и небольшой вес, они также отличаются долговечностью. Литий-ионный аккумулятор рассчитан на 300 циклов полной зарядки и разрядки. Однако у него есть и важные минусы это способность к саморазряду и уменьшению емкости со временем, работать такая батарея в состоянии только при пюсовых температурах. Однако они продолжают пользоваться спросом из-за высокой производительности. Ниже представлена схема литий-ионных аккумуляторов:

• Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCad). Продолжительность использования достигает 350 циклов зарядки и разрядки, от литий-ионных батарей они отличаются невысокой стоимостью. Главное преимущество – возможность работы в любых условиях, в том числе при низких температурах и резких температурных перепадах. Однако есть и существенный минус – большой вес. Такие батареи относительно редко применяются в ноутбуках.
• Никель-металл-гидридные батареи питания (NiMh). В отличие от никель-кадмиевых, они обладают увеличенной емкостью, что продлевает автономную работу ноутбука, при этом по размеру и весу они практически не отличаются. При их изготовлении не применяются тяжелые металлы поэтому они считаются наиболее безопасными экологически.
• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) – относительно новое изобретение, обладающее маленькими габаритными размерами. Такие элементы питания используются в различных небольших гаджетах, их можно справедливо назвать технологией будущего. Одно из преимуществ – возможность придания любой формы, что дополнительно расширяет возможности использования в портативных устройствах.

В зависимости от того, как вы собираетесь использовать аккумулятором в связи с вашими привычками и ритмом жизни, есть следующие рекомендации:

В ближайшем будущем можно ожидать появление более совершенных аккумуляторных батарей, которые позволят забыть о постоянной подзарядке ноутбука. Технологии продолжают совершенствоваться, развитие техники идет в сторону уменьшения веса АКБ и увеличения ее емкости.

Ниже представлена сводная таблица по характеристикам аккумуляторов для ноутбуков

Тип аккумулятора	SLA (герметичный свинцово-кислотный)	NiCD (никель-кадмиевый)	NiMH (никель-металл-гидридный)	Li-Ion (литий-ионный)	Li-Pol (литий-полимерный)
Напряжение на элемент, Вольт	02.янв	01.фев	01.фев	03.июн	03.июн
Удельная энергоёмкость, Вт*ч/кг	30-40	40-60	30-80	100-250	130-200
Удельная энергоплотность, Вт*ч/литр	60-75	50-150	140-300	250-360	~300
Максимальное число циклов заряд/разряд	500-800	2000	500-1000	1000-1200	500-1000
Саморазряд за месяц	3%-20%	10%	30%	8-15%	~5%
Минимальное время зарядки, часов	авг.16	1	02.апр	02.апр	02.апр
Диапазон рабочих температур, градусов Цельсия	-20…60	-40…60	-20…60	-20…60	0…60
Пиковый ток нагрузки (в долях от ёмкости)	5С	20C	5C	> 2.0C	> 2.0C
Оптимальный ток нагрузки (в долях от ёмкости)	0.2С	1C	0.5C	< 1.0C	< 1.0C
Эффект памяти	Отсутствует	Присутствует	Присутствует	Отсутствует	Отсутствует
Устойчивость к перезаряду	Высокая	Средняя	Низкая	Очень низкая	Очень низкая

Что такое эффект памяти аккумуляторов?

Батареи типа Ni-Cad и Ni-Mh обладают свойством, которое получило название «эффект памяти». Аккумулятор ноутбука способен «запоминать», сколько энергии было отдано, и в следующий раз при зарядке количество полученной энергии окажется меньше. Этот эффект приводит к постепенному снижению емкости батареи и уменьшению промежутков между зарядкой от сети.

Чтобы уменьшить проявления эффекта памяти, батареи таких типов необходимо обязательно заряжать и разряжать полностью, в результате энергия будет расходоваться и накапливаться в соответствии с изначальной емкостью. Эффект памяти обусловлен химическими процессами, протекающими в данных видах аккумуляторных батарей.

Все типы аккумуляторов нуждаются в аккуратном обращении и соблюдении требований производителя. Соблюдение простых правил эксплуатации и хранения позволяет значительно увеличивать продолжительность их работы, и АКБ не придется менять часто. Разные виды батарей предъявляют разные условия к эксплуатации, необходимо ознакомиться с инструкцией производителя.

различных типов батарей, их применение и применение

Аккумулятор – это основной источник питания для любого беспроводного электронного устройства, будь то смартфон, ноутбук, часы или пульт. Вы можете представить ситуацию без этих источников энергии? Мы не сможем построить какое-либо беспроводное электронное устройство, и нам придется полагаться только на проводной источник питания, даже электромобили и космические миссии были бы невозможны без батарей. Сегодня в этом руководстве мы кратко обсудим различные типы батарей, их классификацию, терминологию и характеристики.

Что такое аккумулятор и почему он используется?

Давайте посмотрим на основную разницу между батареей и элементом . Также давайте выясним, почему нам именно нужна батарея и почему мы не можем использовать переменное питание (т. Е. Питание переменного тока от настенных розеток) вместо питания постоянного тока.

Ячейка: Ячейка – это источник энергии, который может выдавать только постоянное напряжение и ток в очень малых количествах. Например, если мы возьмем ячейки, которые мы используем в часах или пультах дистанционного управления, он может дать максимум 1.5 – 3В.

Батарея: Функциональность батареи точно такая же, как у элемента, но батарея представляет собой набор элементов, расположенных последовательно / параллельно , так что напряжение может быть повышено до желаемых уровней. Самый известный пример аккумулятора – это внешний аккумулятор, который используется для зарядки смартфонов. Если мы когда-нибудь увидим внутреннюю часть блока питания, мы сможем найти набор батарей, расположенных последовательно / параллельно в зависимости от требований. Батареи расположены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения тока.

Now Почему постоянный ток предпочтительнее переменного тока ? В большинстве портативных электронных устройств переменный ток не может храниться там, где постоянный ток может храниться без каких-либо затруднений. Даже потери из-за мощности переменного тока больше по сравнению с мощностью постоянного тока. По этой причине DC предпочтительнее для портативных электронных устройств.

Технические термины, используемые при работе с аккумуляторами

Мы не можем просто продолжать использовать только напряжение и ток, чтобы объяснить функциональность батареи, существуют некоторые уникальные термины, которые определяют характеристики батареи, такие как ватт-час (мАч), рейтинг C, номинальное напряжение, напряжение зарядки и т. Д. зарядный ток, разрядный ток, отключенное напряжение, срок хранения, срок службы – вот несколько терминов, используемых для определения характеристик батарей.

Давайте кратко обсудим каждый термин,

Мощность :

Это энергия , хранящаяся в батарее , которая измеряется в ватт-часах

Ватт-час = В * I * часы {поскольку напряжение остается постоянным, поэтому оно измеряется в Ач / мАч}

Обычно при чтении спецификаций смартфона мы видим номинал батареи 2500 мАч или 4000 мАч. Что это обозначает?? Давайте посмотрим

Пример: 2500 мАч это означает, что аккумулятор имеет емкость 2.Ток 5А / 2500мА на нагрузку в течение 1 часа. Продолжительность непрерывной работы батареи зависит от потребляемого ею тока нагрузки. Таким образом, если нагрузка потребляет только 25 мА тока, батарея может проработать 100 часов. Как это?

25 мА * 100 часов {т. Е. 25 мА тока в течение 100 часов}

Аналогично 250 мА в течение 10 часов Итак…

Хотя теоретические расчеты кажутся идеальными, срок службы батареи меняется в зависимости от температуры, потребления тока и т. Д.

Мощность :

Это означает величину тока , которую батарея может доставить . Он также известен как C-рейтинг.

Теоретически рассчитывается делением A-h на 1 час.

Пример. Рассмотрим аккумулятор емкостью 10000 мАч.

После деления 10000 мА час / 1 час дает 10000 мА = 10 А = 10 C

Таким образом, батарея емкостью 10000 мАч будет иметь рейтинг C 10 C, что означает, что батарея способна выдавать ток 10 А при постоянном напряжении (фиксированное напряжение / номинальное напряжение).

Если батарея имеет номинал 1С, она способна выдавать ток 1А.

Примечание : Чем выше рейтинг C, тем больше ток, который может потребляться от батареи.

Номинальное напряжение:

При определении мощности у нас есть единица под названием Вт · ч , которую можно представить как V * I * час, но куда пропало напряжение? Поскольку напряжение батареи будет постоянным и не будет изменяться, оно считается номинальным напряжением (фиксированное напряжение).Таким образом, поскольку напряжение фиксировано, только Ампер и час считаются единицей ( Ач / мАч) .

Зарядный ток:

Это максимальный ток , который может применяться для зарядки аккумулятора , то есть практически максимум 1A / 2A может применяться, если встроена схема защиты аккумулятора, но все же 500 мА – лучший диапазон для зарядки аккумулятора.

Напряжение зарядки:

Это максимальное напряжение, которое должно быть приложено к аккумулятору для его эффективной зарядки.Обычно 4,2 В – лучшее / стандартное напряжение зарядки. Хотя мы подаем на батарею 5 В, она принимает только 4,2 В.

Ток разряда:

Это ток , который может быть получен от батареи и передан на нагрузку . Если ток, потребляемый нагрузкой, превышает номинальный ток разряда, аккумулятор разряжается очень быстро, что приводит к быстрому нагреву аккумулятора, что также приводит к взрыву аккумулятора. Поэтому следует с осторожностью определять величину тока, потребляемого нагрузкой, а также максимальный ток разряда, который может выдержать аккумулятор.

Срок годности:

Может возникнуть ситуация, когда батареи будут бездействовать / опломбированы, особенно в магазинах / магазинах, в течение длительного периода времени. Итак, срок годности определяет период времени, в течение которого аккумулятор может оставаться включенным, и должен иметь возможность использовать его в течение номинального периода времени . Срок годности в основном рассматривается для неперезаряжаемых батарей, потому что их можно использовать и выбрасывать. Для аккумуляторных батарей, даже если срок хранения меньше, мы все равно можем их зарядить.

Напряжение отключения:

Это напряжение , при котором аккумулятор можно считать полностью разряженным. , после чего, если мы все же попытаемся разрядить его, аккумулятор повредится. Таким образом, за пределами напряжения отключения аккумулятор должен быть отключен от цепи и должен быть заряжен соответствующим образом.

Срок службы:

Предположим, что батарея полностью заряжена и разряжена до 80% от своей фактической емкости, тогда считается, что батарея разряжена за один цикл.Аналогично, таких циклов, которые батарея может заряжать и разряжать, определяет срок службы . Чем больше продолжительность цикла, тем лучше будет качество аккумулятора. Но если батарея разряжена, скажем, на 40% от ее фактической емкости, учитывая, что батарея изначально полностью заряжена, это не может считаться циклическим сроком службы.

Удельная мощность:

Определяет мощности батареи для заданной массы объема.

Например, 100 Втч / кг (стандартная удельная мощность щелочных батарей) означает, что для 1 кг химического состава обеспечивается 100 Втч мощности.

Теперь объем щелочной батареи AAA составляет 11,5 грамма. Итак, если 1 кг может дать емкость 100 Втч, то сколько может дать 11,5-граммовая батарея AAA ?? Давайте посчитаем.

Втч (для 11,5 г) = 100 * 11,5 / 1000 = 1,15 Втч

Итак, мы знаем, что номинальное напряжение щелочной батареи составляет 1,5 В. Таким образом, он обеспечивает 1,5 В * (1,15 / 1,5) А * 1 час дает 0,76 Ач = 760 мАч емкости, что почти равно емкости стандартной щелочной батареи AAA.

Типы аккумуляторов

Батареи в основном делятся на 2 типа:

• Неперезаряжаемые батареи (первичные батареи)
• Аккумуляторы (аккумуляторные батареи)

Неперезаряжаемые батареи

В основном они рассматриваются как первичные батареи , потому что их можно использовать только один раз.Эти батареи нельзя перезаряжать и использовать снова. Давайте посмотрим на обычные, повседневные первичные батареи, которые мы видим.

• Щелочные батареи: В основном они построены с химическим составом цинка (Zn) и диоксида марганца (MnO ₂ ), поскольку в нем используется гидроксид калия, который является чисто щелочным веществом. щелочная батарея с удельной мощностью 100 Втч / кг.

Преимущества:

1. Срок службы больше
2. Более совместимый и эффективный для включения портативных устройств.
3. Срок годности больше.
4. Маленький размер.
5. Высокоэффективный.
6. Низкое внутреннее сопротивление, поэтому состояние разряда в состоянии покоя меньше.
7. Утечка низкая.

Недостатки:

1. Стоимость немного высока. Кроме этого все является преимуществом.

Приложения:

Может использоваться в фонариках, пультах дистанционного управления, настенных часах, небольших портативных гаджетах и ​​т. Д.

• Батареи типа «таблетка»: Химический состав батарей катушечных элементов также является щелочным по своей природе. Помимо щелочного состава, для производства этих батарей будут использоваться химические вещества оксида лития и серебра, которые более эффективны в обеспечении стабильного и стабильного напряжения в таких небольших размерах. Он имеет удельную мощность 270 Втч / кг.

Преимущества:

1. Легкий
2. Маленький
3. Высокая плотность
4. Низкая стоимость
5. Высокое номинальное напряжение (до 3 В)
6. Легко получить высокое напряжение путем последовательного размещения
7. Длительный срок хранения

Недостатки:

1. Требуется держатель
2. Способность к низкому потреблению тока

Приложения:

Используется в часах, настенных часах, миниатюрных электронных продуктах и ​​т. Д.

Аккумуляторы

Обычно они называются вторичными батареями , которые можно перезаряжать и использовать повторно. Хотя стоимость высока, их можно перезаряжать и использовать повторно, и они могут иметь огромный срок службы при правильном использовании и безопасной зарядке.

Свинцово-кислотные батареи

Он состоит из свинцово-кислотного вещества, которое очень дешево и используется в основном в автомобилях и транспортных средствах для питания систем освещения в нем.Они более предпочтительны для продуктов, где размер / пространство и вес не имеют значения. Они имеют номинальное напряжение от 2 В до 24 В и обычно используются как батареи 2 В, 6 В, 12 В и 24 В. Он имеет удельную мощность 7 Втч / кг.

Преимущества:

1. Дешево по стоимости
2. Легко перезаряжаемый
3. Высокая выходная мощность

Недостатки:

1. Очень тяжелый
2. Занимает много места
3. Очень низкая удельная мощность

Приложения:

Используется в автомобилях, ИБП (источники бесперебойного питания), робототехнике, тяжелой технике и т. Д..

Никель-кадмиевые батареи

Эти батареи сделаны из никеля и кадмия по химическому составу. Хотя они используются очень редко, они очень дешевы и имеют очень низкую скорость разряда по сравнению с никель-металлгидридными батареями. Они доступны во всех стандартных размерах, таких как AA, AAA, C и прямоугольной формы. Номинальное напряжение составляет 1,2 В, часто соединенные вместе по 3 штуки, что дает 3,6 В. Он имеет удельную мощность 60 Втч / кг.

Преимущества:

1. Дешево по стоимости
2. Легко заряжается
3. Может использоваться во всех средах
4. Поставляется всех стандартных размеров

Недостатки:

1. Более низкая удельная мощность
2. Содержит токсичный металл
3. Необходимо очень часто заряжать, чтобы избежать роста кристаллов на пластине аккумулятора.

Приложения:

Используется в радиоуправляемых игрушках, беспроводных телефонах, солнечных батареях и в основном там, где важна цена.

Ni-MH батареи

Никель-металлогидридные батареи намного предпочтительнее никель-кадмиевых батарей из-за их меньшего воздействия на окружающую среду. Его номинальное напряжение составляет 1,25 В, что больше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. У них меньшее номинальное напряжение, чем у щелочных батарей, и они являются хорошей заменой из-за своей доступности и меньшего воздействия на окружающую среду.Удельная мощность Ni-MH аккумуляторов составляет 100 Втч / кг.

Преимущества:

1. Доступны все стандартные размеры.
2. Высокая удельная мощность.
3. Легко заряжается.
4. Хорошая альтернатива щелочному раствору, имеющая почти все сходства, а также перезаряжаемая.

Недостатки:

1. Саморазряд очень высок.
2. Дороже, чем никель-кадмиевые батареи.

Приложения:

Используется во всех приложениях, подобных щелочным и никель-кадмиевым батареям.

Литий-ионные аккумуляторы

Они состоят из металлического лития и являются новейшими аккумуляторными батареями. Поскольку они компактны по размеру, их можно использовать в большинстве портативных приложений, требующих высокой мощности. Это лучшие из имеющихся аккумуляторных батарей. Они имеют номинальное напряжение 3.7 В (чаще всего у нас 3,6 В и 7,2 В) и имеют различные диапазоны мощности (от 100 мАч до 1000 мАч). Даже C-рейтинг колеблется от 1C до 10C, а плотность мощности литий-ионных аккумуляторов составляет 126 Втч / кг.

Преимущества:

1. Очень легкий.
2. Высокий рейтинг C.
3. Плотность мощности очень высокая.
4. Напряжение элемента высокое.

Недостатки:

1. Это дороговато.
2. Если клеммы закорочены, аккумулятор может взорваться.
3. Требуется схема защиты аккумулятора.

Li-Po батареи

Их также называют литий-ионными полимерными перезаряжаемыми батареями, потому что в них вместо жидкого электролита используется полимерный гель / полимерный электролит с высокой проводимостью. Они относятся к литий-ионной технологии. Это немного дорого. Но батарея очень хорошо защищена по сравнению с литий-ионными батареями.Он имеет удельную мощность 185 Втч / кг.

Преимущества:

1. Они обладают высокой защитой по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
2. Очень легкий
3. Тонкая структура по сравнению с литий-ионными батареями.
4. Плотность мощности, номинальное напряжение сравнительно очень высоки по сравнению с никель-кадмиевыми и никель-металлгидридными батареями.

Недостатки:

1. Дорого.
2. При неправильном подключении может взорваться.
3. Не допускайте сгибания или воздействия высокой температуры, которая может привести к взрыву.

Применения: Может использоваться во всех портативных устройствах, которые нуждаются в перезарядке, таких как дроны, робототехника, радиоуправляемые игрушки и т. Д.

19 различных типов батарей (подробная классификация батарей)

Типов батареек намного больше, чем AA, AAA и автомобильных.Фактически, аккумуляторные технологии развиваются как сумасшедшие. Узнайте о различных классификациях аккумуляторов и о том, что делает каждый тип (т. Е. Что они питают и как).

Аккумуляторы существуют уже очень давно и стали чрезвычайно важным и удобным устройством для питания. По сути, батареи хранят химическую энергию, которая преобразуется в электрическую и заставляет работать другие устройства. По сути, батареи – это крошечные химические реакторы, которые производят энергичные электроны в качестве конечной реакции и протекают через подключенное устройство.

Батареи сегодня настолько распространены, что без них трудно представить современную жизнь. Однако батареи не всегда были «вездесущими». Считается, что в 1938 году директор Багдадского музея обнаружил «Багдадскую батарею» в подвале своего музея. Батарея в форме кувшина имела длину 5 дюймов (12,7 см) и состояла из железного стержня, заключенного в медь; При исследовании выяснилось, что эта необычная батарея датируется примерно 200 г. до н. э. С момента открытия специалисты воспроизводили модель различными способами, чтобы произвести электрический заряд.Эти багдадские батареи в основном использовались в религиозных или медицинских целях или для гальваники.

В 1749 году один из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамин Франклин использовал термин «батарея», когда проводил электрические эксперименты с параллельными конденсаторами. Но только в 1800 году была изобретена первая настоящая батарея. Алессандро Вольта – итальянский физик – создал первую батарею, составив чередующиеся диски из цинка, картона и серебра. Этот набор различных элементов был назван «гальванической связкой» и был первым устройством, выпускавшим непрерывный и продолжительный ток.К сожалению, первая батарея оказалась не самой лучшей, поскольку имела немало недостатков. В 1859 году появился самый прочный аккумулятор – свинцово-кислотный. Батареи этого типа все еще используются и могут считаться самой старой формой «аккумуляторных батарей».

Сегодня вы найдете батареи самых разных размеров, форм, моделей и функций; каждый из которых различается в зависимости от типа батареи. В этом сообщении блога мы обсудим различные типы батарей, которые помогут вам понять, чем каждый тип отличается от другого.

Общие типы батарей

Хотя батареи можно разделить в зависимости от их размера, состава, формы и функций, они, как правило, делятся на следующие категории:

• Первичные батареи
• Вторичные батареи

Первичные батареи

Самое простое значение для понимания основных батарей состоит в том, что эти батареи предназначены только для одноразового использования и затем должны быть утилизированы.Эти батареи также известны как неперезаряжаемые батареи, поскольку их нельзя перезаряжать и использовать снова. Именно такую ​​батарею первым изобрел Алессандро Вольта в 1800 году.

Неперезаряжаемые батареи обладают рядом преимуществ, которые делают эти устройства выбором номер один для большинства пользователей. Во-первых, первичные батареи стоят очень дешево по сравнению с другими интеллектуальными батареями. Помимо доступности, эти батареи легки, просты и удобны до такой степени, что любой новичок может использовать их без каких-либо проблем.

Часто рентабельные товары имеют короткий срок службы. Однако это не относится к первичным батареям, поскольку эти устройства имеют срок службы 10 лет. Эта характеристика делает эти батареи сверхнадежными и долговечными. Лучше всего то, что вы можете найти их в широком диапазоне размеров и форм, которые могут идеально подходить для различных типов приложений.

Существует несколько основных типов первичных батарей, которые подробно рассматриваются ниже:

Щелочные батареи

Это один из основных типов первичных батарей, которые получают энергию в результате химической реакции между металлическим цинком и диоксидом марганца.По сравнению с другими батареями, такими как угольно-цинковые батареи из хлорида цинка, щелочные батареи обладают большей плотностью энергии и более длительным сроком службы.

Вместо кислого хлорида аммония или хлорида цинка батарея состоит из щелочного электролита гидроксида калия и из-за этого свойства называется «щелочные батареи».

Щелочные батареи состоят из постоянного напряжения, которое обеспечивает лучшую плотность энергии и сопротивление утечкам, в отличие от угольно-цинковых батарей.Эти батареи получают эту характеристику в основном из-за присутствия анода из диоксида марганца, поскольку он лучше и плотнее, а другие компоненты не занимают много ненужного места.

Основные пользователи щелочных батарей находятся в регионах Северной Америки и Европы. Однако в Латинской Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе вероятность роста рынка щелочных батарей выше. Это потому, что в этих регионах переходят от угольно-цинковых батарей к щелочным.Что касается Ближнего Востока и Африки, в обоих этих регионах наблюдается растущая тенденция использования этих батарей.

Вы можете найти щелочные батареи различных размеров, например AAA, AA, C, D, 9 В и т. Д. C, D и 9 В идеально подходят для устройств с высоким энергопотреблением, а AA и AAA – для приложений с низким энергопотреблением.

Литиевые батареи

Эти первичные батареи, также известные как литиевые аккумуляторные батареи, состоят из металлического лития в качестве анода.Сегодня они широко популярны, так как вы можете использовать их для питания таких устройств, как MP3-плееры, автомобильные замки, термометры, лазерные указки и слуховые аппараты.

Что отличает их от других типов батарей, так это то, что они обеспечивают высокую плотность заряда и высокую стоимость за единицу. Литиевые элементы известны тем, что вырабатывают напряжение от 1,5 В до 3,7 В, в зависимости от их модели и используемых химических соединений.

Однако не следует путать литиевые батареи с литиево-ионными батареями , поскольку они являются перезаряжаемыми аккумуляторными батареями, используемыми в таких устройствах, как ноутбуки, сотовые телефоны, КПК и iPod.

Меркурий

Ртутная батарея, также известная как оксид ртути или ртутный элемент, представляет собой неперезаряжаемую электрохимическую батарею, которая может использоваться до 10 лет. В этой миниатюрной батарее используется химическая реакция между цинковыми электродами и оксидом ртути в щелочном электролите.

Благодаря длительному сроку службы и стабильному выходному напряжению, эти батареи являются наиболее распространенным типом батарей в 20, ^и годах.Они широко используются в портативных электронных устройствах, таких как часы, калькуляторы, игрушки, фотоаппараты, цифровой термометр и т. Д.

В отличие от двух других батарей, которые обсуждались выше, ртутные элементы имеют форму и размер в виде кнопки, что делает эти батареи очень удобными и удобными для переноски.

Цинково-воздушная батарея

Воздушно-цинковые батареи, также называемые воздушно-цинковыми топливными элементами, представляют собой воздушно-металлические устройства, которые работают с комбинацией кислорода и окисляющего цинка.Эти батареи обладают высокой плотностью энергии и не требуют больших затрат в производстве. Вы можете приобрести эти батареи различных размеров по вполне доступной цене.

Цинково-воздушные топливные элементы содержат анод, состоящий из гранулированного порошка и электролита. Электролит действует как гелеобразующий агент, который помогает поддерживать контакт между частицами цинка и электролитом. Во-вторых, эти батареи также содержат катод, который помогает кислороду вступать в контакт с другим химическим соединением, чтобы могла произойти реакция.

Обычно воздушно-цинковые топливные элементы используются в часах, фонариках, пультах дистанционного управления, пленочных камерах, слуховых аппаратах , и т. Д. В зависимости от размера устройства вы можете выбрать воздушно-цинковую батарею соответственно.

Вторичные батареи

Также называемые аккумуляторными батареями , вторичные батареи поставляются с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно легко обратить вспять, приложив некоторое количество напряжения в противоположном направлении.

В отличие от первичных батарей, вторичные элементы можно перезаряжать и использовать снова. Обычно эти элементы используются в устройствах с большим стоком или в ситуациях, которые могут быть слишком дорогими или непрактичными. Аккумуляторы можно использовать в мобильных телефонах, MP3-плеерах, компьютерах, телефонных станциях, наручных часах, слуховых аппаратах и ​​т. Д.

Ниже приведены типы аккумуляторных батарей, которые широко используются сегодня:

Свинцово-кислотный гель

Свинцово-кислотно-гелевый аккумулятор , также известный как «гелевые элементы», представляет собой аккумулятор типа VRLA (что означает свинцово-кислотный аккумулятор с регулируемым клапаном) с гелеобразным электролитом.Эта гелеобразная масса производится из смеси серной кислоты с коллоидальным кремнеземом. Гелевую ячейку часто путают с ячейками в стиле AGM, поскольку в них обоих находится взвесь электролита. Однако, в отличие от ячеек AGM, гелевый элемент имеет кремнезем, который делает электролит жестким. Преимущество гелевых аккумуляторов перед другими видами аккумуляторов в том, что они служат дольше, особенно в жаркую погоду.

Имейте в виду, что это самые чувствительные батареи, поскольку они могут вызвать нежелательную реакцию, если они будут чрезмерно заряжены.Кроме того, если для питания свинцово-кислотных элементов используется неправильное зарядное устройство, устройство может плохо работать или полностью выйти из строя. Диапазон напряжения поглощения от 14,0 до 14,2 вольт.

Гелевые элементы

не так распространены, как другие батареи, такие как AGM, но они широко используются в инвалидных колясках, троллинговых двигателях и велосипедах на колесах.

Литий-ионный аккумулятор Литий-ионные батареи

чрезвычайно популярны в наши дни, поскольку они используются для зарядки или перезарядки популярных устройств, таких как КПК, сотовые телефоны, плееры iPod и ноутбуки.Помимо того, что они помогают заряжать устройства, без которых мы не можем жить, эти батареи считаются самыми легкими и энергоемкими из имеющихся на рынке.

Эти батареи состоят из сверхвоздушного лития и углерода, поэтому они легкие по своей природе. Литий также обладает высокой реактивной энергией, что означает, что литий-ионные батареи могут накапливать чрезмерное количество энергии в своих атомных связях.

Более того, у литий-ионных аккумуляторов отсутствует эффект памяти.Это означает, что вам не нужно сначала их разряжать, чтобы перезарядить, как это бывает с некоторыми другими батареями. Прежде всего, эти элементы способны накапливать 5% заряда каждый месяц по сравнению с 20% -ными потерями, наблюдаемыми в NiMH батареях.

Никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор

Это тип аккумуляторной батареи, в которой в качестве электродов используются металлический кадмий и гидроксид никеля. Чтобы эти клетки работали, их нужно поддерживать в пределах от +60 градусов по Цельсию до минус 20 градусов по Цельсию.

Выбор подходящего сепаратора, такого как полипропилен или нейлон, и электролита, такого как LiOH, NaOH и KOH, также имеет первостепенное значение для эффективной работы этих батарей. Эти составляющие сохраняют напряжение в никель-кадмиевых батареях, особенно в таких случаях, как сильноточная разрядка.

При неправильном использовании или неправильном обращении эти батареи могут вызвать опасно высокое давление, которое может полностью повредить устройство. Чтобы этого не произошло, в этих элементах есть обратимый предохранительный клапан.Лучшее преимущество никель-кадмиевых элементов заключается в том, что они очень долго остаются прочными.

Никель-металлогидридная батарея

Никель-металлогидридная батарея, обозначаемая аббревиатурой NiMH или Ni-MH, предлагает множество преимуществ по сравнению с другими аккумуляторными батареями. Прежде всего, никель-металлогидридные батареи – это быстро работающие батареи, которые могут работать очень долгое время, не подвергаясь стрессу.

Даже при неправильном использовании эти батареи могут обеспечить хорошую нагрузочную способность и довольно длительный срок хранения.Эти батареи не требуют особого обслуживания и могут храниться в разряженном состоянии. Несмотря на то, что они предлагают широкий спектр преимуществ, эти батареи экономичны, и их можно использовать в различных размерах, формах и характеристиках.

Однако аккумулятор имеет определенные ограничения. Например, по сравнению с более новыми системами батарей эти батареи излучают мало энергии. Эти батареи также требуют саморазряда даже после хранения. Хуже всего то, что кадмий – опасный металл, а это означает, что батарею нужно использовать осторожно, иначе она может вызвать серьезные разрушения.

Другие типы батарей

Промышленные аккумуляторы

Как следует из названия, эти батареи специально разработаны для промышленных целей. Они тяжелые, потребляют больше энергии и обеспечивают высокую прожорливость в промышленности.

Основное применение этих аккумуляторов – питание тяжелой техники, железных дорог и систем резервного питания для коммунальных служб и телекоммуникаций. Ниже приведены некоторые распространенные типы промышленных батарей , используемых сегодня:

Absolyte Battery

Это промышленный аккумулятор, который может похвастаться свинцово-кислотной конструкцией с регулируемым клапаном (VRLA).По сравнению с другими видами промышленных батарей, абсолитные батареи более безопасны, поскольку они препятствуют выделению вредного газообразного водорода и утечке кислоты. Этот аккумулятор имеет поразительно современный дизайн. Например, он состоит из сосуда, закрывающего термосварку, сепаратора с отличным сжатием, модульного стального поддона и т. Д.

Вы можете использовать эти батареи для телекоммуникаций, энергетических систем, аккумуляторов энергии, железнодорожной сигнализации и связи, распределительных устройств и фотоэлектрических устройств.

Никель-железный аккумулятор

Никель-железная батарея – это еще одна промышленная батарея, состоящая из никеля (III), оксидно-гидроксидных положительных пластин и железных отрицательных пластин.В дополнение к этому, высоковольтная батарея состоит из электролита гидроксида калия.

Эти батареи, как правило, обладают удивительным жизненным циклом и имеют широкий спектр применения. Первоначально он использовался в горных поездах и на железных дорогах. Однако сегодня у него есть совершенно новая область применения, так как он используется для перемещения и зарядки электромобилей.

Стальной корпус

Это надежные и чрезвычайно мощные промышленные аккумуляторы, которые используются в самых разных сферах – подъемники и вилочные погрузчики.

Чтобы идентифицировать эти батареи, вы должны знать, что они тяжелее любого другого типа промышленных батарей и весят от нескольких сотен килограммов до тысяч килограммов.

Батареи

в стальном корпусе также доступны в виде лома, что означает, что они могут быть переработаны и использованы снова. Большинство складов металлолома готовы принять их, но, скорее всего, они не примут другие типы батарей.

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

Залитые свинцово-кислотные батареи известны тем, что используют солнечную энергию и используются во многих автономных энергетических системах.Они имеют относительно долгий срок службы и дешевизну на ампер-час; но для того, чтобы максимально использовать эти преимущества, эти батареи нуждаются в регулярном обслуживании , включая очистку и полив их внутренних компонентов .

Некоторыми распространенными примерами свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых только в солнечных и ветровых электрических системах, являются 2-вольтовые промышленные элементы, 6-вольтовые L-16 и 6-вольтовые батареи для гольф-каров.

Автомобильные аккумуляторы

Судя по названию, автомобильные аккумуляторы используются в таких транспортных средствах, как легковые автомобили, грузовики, велосипеды и т. Д.Эти батареи подают электрический ток в двигатель автомобиля, чтобы запустить его.

Когда двигатель начинает работать, автомобиль приводится в действие генератором переменного тока – внутренней функцией автомобиля, которая помогает заряжать аккумулятор автомобиля. Ниже приведены некоторые популярные типы автомобильных аккумуляторов, о которых вы должны знать:

Гибридный автомобиль

Аккумулятор гибридного автомобиля похож на любой другой аккумулятор, только он является перезаряжаемым и имеет достаточно заряда, чтобы автомобиль мог работать на многие километры.

Гибридные батареи состоят из двух электродов, которые помогают принимать и излучать электрический заряд. Эти электроды находятся в растворе на основе ионов, известном как электролит. Электроды разделены разделителем, чтобы избежать короткого замыкания. Двухпозиционный переключатель, подключенный к вашему телефону или ноутбуку, помогает электродам ячейки вырабатывать энергию, что приводит к электрохимической реакции.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея , изобретенная Гастоном Плантом (французским физиком) в 1859 году, является одной из старейших, но наиболее широко используемых батарей в мире.Это вид автомобильного транспортного средства, в котором используется губчатый свинец и перекись свинца для преобразования химической энергии в электрическую.

Хотя это обычный автомобильный аккумулятор, он также широко используется на различных электростанциях и подстанциях из-за его отличной емкости по напряжению и более низкой стоимости.

Сохранять химическую и электрическую энергию, хранящуюся в батарее, помогают две части батареи – контейнер и пластина. Контейнер свинцовой батареи изготовлен из стекла, свинца, эбонита или твердой резины, что помогает предотвратить разряд электролита.С другой стороны, пластина свинцово-кислотной батареи сконструирована из сетки, которая обеспечивает равномерное распределение тока. Без равномерного распределения электрический ток может просочиться наружу и повлиять на аккумулятор.

VRLA Аккумуляторы

VRLA – это необслуживаемые аккумуляторы среднего и большого размера, которые также иногда называют герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Внутри этой батареи есть элементы VRLA, которые состоят из плоских пластин, таких как заливная свинцово-кислотная батарея или спиральный валик.

Батареи

VRLA поставляются с устройством сброса давления, которое активируется, когда давление газообразного водорода начинает расти. Эта активация клапана приводит к утечке некоторого количества газа и электролита. Это, в свою очередь, снижает общую емкость аккумулятора.

Один из распространенных методов зарядки аккумулятора VRLA – зарядка постоянным напряжением. Однако для быстрой зарядки методов VRLA используются и другие методы. Наличие VRLA в вашем автомобиле требует регулярного обслуживания.В противном случае могут возникнуть такие инциденты, как короткое замыкание и небольшие пожары.

Аккумуляторы, несомненно, являются наиболее надежным и компактным способом производства электроэнергии в различных устройствах, оборудовании, механизмах и транспортных средствах. Без разных типов батарей мир был бы тяжелым и тяжелым местом для жизни.

Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

| Свинцово-кислотная батарея Введение

Есть много разновидностей свинцово-кислотных аккумуляторов. Каждый из них разработан для своего конкретного применения с определенными характеристиками разряда и заряда.Эти типы аккумуляторов специально разработаны для определенного конечного применения.
Важно выбрать подходящую свинцово-кислотную батарею для вашего конкретного применения. Невыполнение этого требования может снизить производительность и в некоторых случаях необратимое повреждение батареи, что приведет к резкому сокращению ее общего срока службы.

Обычно свинцово-кислотные батареи делятся на две основные категории; Залитые (или влажные) элементы и необслуживаемые герметичные свинцово-кислотные батареи (SLA).

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи с заливкой

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

являются наиболее часто встречающимся типом свинцово-кислотных аккумуляторов и широко используются в автомобильной промышленности. Они представляют собой наиболее экономичное решение из всех свинцово-кислотных аккумуляторов с наименьшей стоимостью ампер-часа.

Современные мокрые камеры выпускаются в двух стилях; ремонтопригоден и не требует обслуживания. Обычные залитые аккумуляторные батареи требуют особого ухода и регулярного обслуживания в виде полива, выравнивания зарядов и поддержания клемм в чистоте.Затопленные ячейки необходимо устанавливать правильно, и они могут быть подвержены утечке.

Транспортировка заливных свинцово-кислотных аккумуляторов сопряжена со своими проблемами. Залитые свинцово-кислотные батареи, классифицируемые как «опасный товар», требуют особых методов транспортировки и могут быть отправлены только аккредитованными сертифицированными транспортными и курьерскими компаниями.

Свинцово-кислотные батареи герметичные

Обычно известен как свинцово-кислотный продукт с регулируемым клапаном (VRLA) или герметичный свинцово-кислотный продукт (SLA).Батареи SLA доступны в нескольких различных форматах. Их основной производственный процесс, включая количество пластин и толщину пластин, определяет назначенное конечным пользователем приложение. Батареи SLA, как правило, не сульфатируются или разлагаются так же легко, как влажные элементы, и считаются самыми безопасными свинцово-кислотными аккумуляторами в использовании.

Обычно встречаются две основные версии герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA). AGM (Absorbed Glass Matt) и Gel Cell (гелеобразный электролит).

Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор AGM

Аккумуляторы

AGM предлагают лучшую цену среди свинцово-кислотных аккумуляторов с клапанным регулированием.Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы AGM используют процесс матирования абсорбированного стекла (AGM), который превосходит традиционную технологию заливного стекла. Тонкие, высокопористые сепараторы из микроволоконного стекла поглощают электролит, повышая эффективность за счет снижения внутреннего сопротивления, что, в свою очередь, увеличивает емкость. Более низкое внутреннее сопротивление также означает, что аккумулятор можно заряжать намного быстрее, чем обычные заливные или влажные свинцово-кислотные аккумуляторы. Батареи AGM имеют гораздо большую емкость при меньшем размере корпуса и могут быть установлены на их стороне и отправлены с использованием стандартных процессов доставки.Аккумуляторы
AGM используются во многих областях; ИБП, сигнализация и телекоммуникации, тележки и тележки для гольфа, мобильные автомобили, высокопроизводительные автомобили и многое другое. Как всегда, важно убедиться, что вы выбрали правильный аккумулятор AGM для вашего приложения. Хотя напряжение, емкость, размеры и номинальные значения могут быть очень похожими в разных диапазонах, каждая батарея AGM имеет определенное применение, в котором они должны использоваться.

Свинцово-кислотные гелевые герметичные типы

Распространенное заблуждение состоит в том, что все «герметичные» свинцово-кислотные батареи – гелевые.Гелевые батареи VRLA содержат гелеобразный электролит, который отличается от своих аналогов AGM. Серная кислота смешивается с дымом кремнезема, что делает полученную массу гелеобразной и неподвижной. Это создает полностью необслуживаемый, герметичный свинцово-кислотный аккумулятор. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом или свинцово-кислотных аккумуляторов, гелевые аккумуляторы не нужно хранить в вертикальном положении, и их можно отправлять стандартным способом ».

Унаследованный дизайн

GEL снижает испарение электролита, утечку и последующую коррозию, которая очень часто встречается в залитых батареях или батареях с жидкими элементами.Гелевые батареи обладают большей устойчивостью к экстремальным температурам, ударам и вибрации. Они способны выдерживать чрезмерную разрядку, которая обычно вызывает необратимые повреждения затопленных аккумуляторов и некоторых аккумуляторов AGM. Они идеально подходят для приложений, где требуется постоянный ток, таких как тележки для гольфа, мобильные устройства, блоки питания и блоки питания для жилых автофургонов.
GEL обычно намного дороже, чем их аналоги AGM и Flooded. У них очень низкая скорость разряда (1% в месяц), но они требуют определенных методов зарядки и должны заряжаться с помощью специального зарядного устройства для гелевых аккумуляторов.

Свинцово-кислотные батареи глубокого цикла

Герметичные свинцово-кислотные батареи

Deep Cycle, как следует из названия, специально разработаны для приложений с глубоким циклом. У них меньше пластин, чем у их заводных или пусковых аналогов. Эти пластины также намного толще. Это уменьшает общую площадь поверхности, в результате чего батарея обеспечивает более низкий максимальный ток, но способна к гораздо более глубокому состоянию заряда.

Аккумуляторы глубокого разряда обычно разряжаются до 50% своей емкости и снова заряжаются.Это известно как глубина разряда (DoD). Этот уровень цикличности обычно используется в приложениях, где батарея обеспечивает постоянный ток в течение длительных периодов времени. Такие как тележки для гольфа, скутеры для передвижения, блоки питания, блоки питания для автофургонов, системы солнечной энергии и т. Д.

Основная формула, которой мы руководствуемся, рекомендуя батарею глубокого разряда, заключается в том, чтобы предложить батарею с остаточной емкостью, примерно в три раза превышающей предполагаемое ежедневное использование. Рекомендуется полностью заряжать аккумуляторы Deep Cycle каждые несколько месяцев, чтобы поддерживать их истинную емкость на уровне.Несоблюдение этого требования сократит срок службы батарей, и со временем их емкость будет все меньше и меньше. Свинцово-кислотные батареи глубокого цикла обычно классифицируются по их номинальной ампер-часам (AHr). Ампер-час – это мера емкости батарей.

Батареи

Deep Cycle доступны в вариантах AGM и GEL.

Свинцово-кислотные батареи для запуска или запуска двигателя

Аккумуляторы

Engine Start имеют большее количество более тонких пластин. На общий выходной ток влияет общая площадь поверхности.С более тонкими пластинами на батарею конечным результатом является увеличенная площадь поверхности, которая обеспечивает гораздо более высокий потенциал тока.

В общем, аккумуляторные батареи с кривошипом отличаются от своих аналогов глубокого разряда, поскольку они были специально разработаны для создания большого всплеска тока за короткий промежуток времени. Это особенно полезно при запуске двигателя. Пусковые батареи обычно классифицируются на основе их номинального тока ccA (ток холодного пуска). Ампер холодного пуска – это мера полного тока, который полностью заряженный аккумулятор при -18 градусов Цельсия может обеспечить в течение 30 секунд, не опускаясь ниже 1.2 В на элемент (7,2 В для аккумулятора 12 В). Обычно это 1% емкости аккумулятора. Чем выше рейтинг ccA, тем больший двигатель может перевернуть аккумулятор.

Аккумуляторные батареи не предназначены для глубокого цикла или разряда. Они предназначены для переворачивания двигателя и использования плавающего заряда, обеспечиваемого генератором переменного тока автомобиля. Разрядка аккумулятора приведет к необратимому повреждению пластин аккумулятора. Это в конечном итоге снизит его производительность, общий срок службы и в некоторых случаях приведет к полному отказу.

Лучшее из двух миров

Известен под разными именами, но чаще всего как Гибрид. Эти аккумуляторы предназначены как для запуска двигателя, так и для глубокого цикла. Это особенно полезно в морских и жилых домах, где для запуска двигателя требуется большой ток срабатывания, а также возможность циклического включения бортовых устройств и приборов.

Эти батареи можно найти как в гелевых, так и в AGM-вариантах.

Свинцово-кислотные батареи резервного питания

Резервные герметичные свинцово-кислотные батареи – это самая базовая разновидность герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов.Как следует из названия, они были разработаны только для резервных приложений, где они работают с плавающей (очень низкой) нагрузкой, поддерживая источники бесперебойного питания (ИБП), системы сигнализации, телекоммуникации и сетевые системы.
Резервные батареи обычно относятся к группе AGM.

Судовые аккумуляторы

Судовой аккумулятор может быть проворачиваемым, глубоким циклом или их комбинацией. Решающим фактором, позволяющим использовать эту батарею в морских приложениях, является процесс ее изготовления.
Морские условия вызывают большую нагрузку и чрезмерную вибрацию аккумулятора. Использование стандартного глубокого цикла и / или запуска батареи для этого приложения даст нормальные результаты в краткосрочной перспективе. Однако в долгосрочной перспективе суровые морские условия, чрезмерная вибрация и износ могут повредить хрупкую свинцово-кислотную батарею, в результате чего срок службы батареи будет значительно меньше номинального срока службы, указанного производителем. Аккумуляторы, предназначенные для использования в морских условиях, будут иметь специальную маркировку «Marine Grade».Спросите своего продавца, предназначен ли аккумулятор, который вы покупаете, для использования в морских условиях.

Морские батареи могут быть залитыми, гелевыми или AGM.

Типы аккумуляторов – Любопытные

Наши старые друзья

Свинцово-кислотный

Когда в последний раз вам приходилось вытаскивать рукоятку кривошипа, вставлять ее в коленчатый вал вашего автомобиля и провернуть, чтобы двигатель заработал? Никогда? Это потому, что у нас есть свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, подключенные к двигателям наших автомобилей, которые обеспечивают ту мощность, которая необходима двигателю для запуска.Они были изобретены Гастоном Планте в 1859 году.

Свинцово-кислотные аккумуляторы обычно используются для запуска автомобильных двигателей. Источник изображения: Стив Рейнуотер / Flickr.

Как следует из названия, в этих батареях содержится немного свинца. Фактически, оба электрода (проводники, через которые электричество входит или выходит из батареи) содержат некоторое количество свинца – анод (положительно измененный электрод) сделан из металлического свинца (Pb), а катод (отрицательно заряженный электрод) – из диоксида свинца (PbO ₂ ). Электроды помещают в раствор серной кислоты (H ₂ SO ₄ ), который состоит из ионов водорода (H ⁺ ) и бисульфат-ионов (HSO ₄ ).

Свинец на аноде реагирует с бисульфатом электролита, высвобождая некоторые электроны и образуя сульфат свинца, который образует кристаллы на аноде, и ионы водорода, которые переходят в электролит. Электроны перемещаются к катоду через внешнюю цепь, где они вместе с бисульфатом и ионами водорода из электролита вступают в реакцию с катодом из диоксида свинца. При этом также образуется сульфат свинца, который снова образует кристаллы, на этот раз на катоде.

Свинцово-кислотные аккумуляторы – аккумуляторы в наших автомобилях заряжаются с помощью небольшого генератора, подключенного к двигателю, который называется генератором переменного тока.Вот почему, когда вы оставили свет в машине включенным, а батарея разрядилась, рекомендуется некоторое время покататься вокруг после запуска, чтобы дать батарее время для повторной зарядки.

По мере зарядки аккумулятора описанные выше химические реакции, производящие электричество, возвращаются в обратном направлении. Покрытия из сульфата свинца растворяются и возвращаются в электролит в виде ионов Pb2 + и SO ₄ ^2-. Затем ионы Pb ²⁺ захватывают два электрона и повторно наносятся на анод как нейтральный Pb.

На катоде ионы Pb ²⁺ отдают два электрона для образования и реакции с молекулами воды (H ₂ O) с образованием нейтрального диоксида свинца на катоде и некоторых ионов бисульфата, которые возвращаются в раствор электролита. – \ to \ text {PbSO} _4 + \ text { 2H} _2 \ text {O} $$

Суммарная реакция:

$$ \ text {Pb} + \ text {PbO} _2 + \ text {2H} _2 \ text {SO} _4 \ to \ text {2PbSO} _4 + \ text {2H} _2 \ text {O} $$

Ультра аккумулятор

Разработанный в CSIRO аккумулятор Ultrabattery представляет собой усовершенствованную версию традиционной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.Он сочетает в себе стандартную свинцово-кислотную аккумуляторную батарею с суперконденсатором. Когда нормальная свинцово-кислотная батарея разряжается, реакция, которая запускает ее, приводит к образованию кристаллов сульфата свинца как на аноде, так и на катоде. В процессе зарядки эти покрытия удаляются, но электроды (и, следовательно, аккумулятор) со временем изнашиваются. Кроме того, аккумулятор не любит работать в частичном состоянии заряда – состоянии, при котором аккумулятор подвергается повторяющимся коротким циклам разрядки и перезарядки без полного разряда или полной зарядки аккумулятора.Это частичное состояние заряда особенно важно для транспортных средств.

UltraBattery использует суперконденсатор для компенсации проблемных реакций свинцовых электродов в свинцово-кислотной батарее, увеличивая срок ее службы. Поскольку суперконденсатор может очень быстро принимать и накапливать заряд, он может поглощать доступную мощность, а затем подавать ее в батарею с нужной скоростью. Ему удается уменьшить накопление сульфатов в результате процесса разрядки-перезарядки в стандартной свинцово-кислотной батарее.

UltraBattery также сравнительно дешев в производстве, примерно на 70 процентов дешевле, чем литий-ионные батареи, которые в настоящее время используются в гибридных электромобилях. Еще одно потенциальное применение UltraBattery – на электростанциях для хранения и «сглаживания» энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками, такими как солнце и ветер. В крупномасштабных испытаниях ветряных электростанций в Австралии UltraBattery превзошел обычные свинцово-кислотные батареи.

• Что такое суперконденсатор?

  Конденсатор похож на батарею… но не совсем.Энергия батареи возникает в результате химической реакции между ее компонентами. Электричество генерируется потоком электронов в окислительно-восстановительной реакции между анодом и катодом.

  Конденсатор также дает энергию, но не в результате химической реакции. Конденсаторы состоят из двух проводящих пластин, между которыми находится диэлектрик или изолятор (вещество, не проводящее электричество). Когда эти пластины подключены к электрическому току, ток течет в них; одна пластина хранит отрицательный заряд на своих поверхностных атомах, а другая – положительный заряд, опять же на поверхностных атомах.Поскольку эти по-разному заряженные пластины разделены непроводящим диэлектриком, создается электрическое поле, в котором накапливается электрическая энергия. Когда конденсатор подключен к другой цепи, он высвобождает (разряжает) электрическую энергию.

  Конденсаторы обычно очень быстро высвобождают свою энергию – они обеспечивают быстрые выбросы энергии. Это делает их полезными для довольно специфических задач, таких как включение вспышки на камере. Вспышка быстро расходует много энергии для создания яркого света, а затем конденсатор перезаряжается от аккумулятора камеры, чтобы его можно было снова использовать для следующей фотографии.

  Облако – это конденсатор: когда маленькие частицы льда в облаке сталкиваются друг с другом и с другими частицами влаги, электроны могут отлетать. Эти электроны имеют тенденцию накапливаться в нижних частях облака. Маленькие, а теперь положительно заряженные частицы поднимаются к вершине облака. Это означает, что в облаке происходит разделение зарядов и электрическое поле. По мере того, как отрицательный заряд в нижней части облака увеличивается в силе, он отталкивает от него другие отрицательные заряды – он толкает электроны на поверхности Земли глубже в землю, а это означает, что на поверхности накапливается положительный заряд.В итоге мы получаем отрицательно заряженную область (нижнюю часть облака), отделенную от положительно заряженной области (земли) плохим проводником электричества (воздухом). Когда электрическое поле в облаке становится достаточно сильным, оно может «разбивать» окружающий воздух на ионизированные (заряженные) частицы, превращая его из непроводящего изолятора в проводник. Электрическая энергия, хранящаяся в облаке, мгновенно высвобождается во вспышке молнии.

  Суперконденсаторы

  – это просто сверхмощные конденсаторы с большей емкостью.Это означает, что они способны хранить гораздо больше электроэнергии, чем обычные конденсаторы.

Никель-кадмиевый

Никель-кадмиевые (никель-кадмиевые) батареи стали первыми перезаряжаемыми батареями, которые использовались в электроинструментах, фонариках и других портативных устройствах. Эти люди работали в наших мобильных телефонах до того, как их вытеснили литий-ионные аккумуляторы. Иногда их все еще находят в виде старых перезаряжаемых батареек AA для фонарей и игрушек. Подобно свинцово-кислотной батарее, эта химия элементов существует уже давно – первые никель-кадмиевые батареи поступили в продажу в 1910 году!

Никель-кадмиевые батареи были первыми перезаряжаемыми батареями, которые использовались в электроинструментах, фонариках и других портативных устройствах.Источник изображения: цифровой интернет / Flickr.

Анод изготовлен из кадмия (Cd), а их катоды – из гидроксида оксида никеля (NiO (OH) ₂ ), обычно с электролитом из гидроксида калия (КОН).

Гидроксид никеля является очень хорошим электродом, так как он может иметь большую площадь поверхности, и это увеличивает активную площадь, доступную для реакции. Кроме того, он не реагирует с электролитом во время реакции, что сохраняет раствор электролита красивым и чистым и помогает элементу прослужить (относительно) долгое время, прежде чем надоедливые побочные реакции приведут к его разложению.-

долл. США

Полная реакция при разряде аккумулятора:

$$ \ text {2NiO (OH)} + \ text {Cd} + \ text {2H} _2 \ text {O} \ to \ text {2Ni (OH)} _ 2 + \ text {Cd (OH)} _ 2

$

Никель-кадмиевые батареи имели несколько недостатков. Во-первых, они были склонны к так называемому «эффекту памяти», когда батареи «запоминали» предыдущие уровни разряда и не заряжались должным образом. Это было вызвано образованием крупных, а не мелких кристаллов кадмия в процессе перезарядки.Проверка того, что аккумулятор был правильно разряжен перед подзарядкой, в какой-то мере способствовала предотвращению этой проблемы. Но нужно было быть осторожным – полная разрядка никель-кадмиевой батареи также повредила ее.

Во-вторых, скорость саморазряда никель-кадмиевых батарей составляет около 15–20 процентов в месяц. Это означает, что если они просидели на полке несколько месяцев, они потеряли большую часть своего заряда.

В-третьих, кадмий – это дорогой и токсичный тяжелый металл, а это означает, что утилизация батарей вредна для окружающей среды.

Никель-металлогидрид (NiMH)

Эти проблемы с никель-кадмиевыми батареями привели к замене кадмиевого анода на поглощающий водород интерметаллический сплав (комбинация металлов с определенной кристаллической структурой), который может поглощать до 7 процентов водорода по весу. По сути, анод – это водород; металлический сплав просто служит для него резервуаром для хранения.

Наиболее распространенная комбинация металлов для этого сплава – это те, которые обладают сильной гидридообразующей способностью наряду со слабым гидридообразующим металлом.

Еще одно соображение при сборке металлического сплава заключается в том, что, когда некоторые металлы поглощают водород, в результате реакции выделяется тепло – оно экзотермическое. Другие поглощают тепло в результате эндотермической реакции. Нам действительно не нужна батарея, которая либо выделяет, либо поглощает тепло при разряде, поэтому, наряду с сочетанием сильного и слабого гидридообразующего сплава, из которого также сделан сплав, нам нужна комбинация экзотермических и эндотермических металлов.

Чаще всего электрод представляет собой комбинацию редкоземельного элемента, такого как лантан (La), церий (Ce), неодим (Nd) или празеодим (Pr), смешанный с никелем (Ni), кобальтом (Co), марганцем ( Mn) или алюминия (Al).

Электроны, производящие электрический ток батареи, возникают в результате окисления атомов водорода, которые превращаются в протоны. –

$

Полная реакция при разряде аккумулятора:

$$ \ text {NiO (OH)} + \ text {MH} \ to \ text {M} + \ text {Ni (OH)} _ 2 + \ text {H} _2 \ text {O} $$

Никель-металлогидридные батареи очень похожи на никель-кадмиевые батареи с точки зрения напряжения, емкости и применения.Эффект памяти – меньшая проблема, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, и они имеют более высокую плотность энергии. Они по-прежнему используются в качестве стандарта для аккумуляторных батарей AA.

Щелочной

Щелочные батарейки используются в игрушках, электронике, портативных проигрывателях компакт-дисков, которые мы использовали в девяностых годах, и в Walkmans, которые были популярны в восьмидесятых. На их долю приходится основная часть аккумуляторов, которые производятся сегодня, хотя их место на вершине, вероятно, скоро будет оспорено литий-ионными аккумуляторами в наших телефонах, ноутбуках и все большем числе других гаджетов.

Щелочные батареи бывают разных форм и размеров, и на их долю приходится большая часть батарей, производимых сегодня. Источник изображения: Pulpolux / Flickr.

Они популярны, потому что имеют низкую скорость саморазряда, что обеспечивает длительный срок хранения и не содержат токсичных тяжелых металлов, таких как свинец или кадмий. Хотя перезаряжаемые щелочные батареи были разработаны, эти ребята, как правило, предназначены только для одноразового использования. Когда они выходят из строя, они отправляются на склад для вторичной переработки (или, что чаще, на свалку, поскольку их не так много мест, где их перерабатывают).

Эти батареи имеют цинк в качестве анода и диоксид марганца (MnO ₂ ) в качестве катода. Однако их название происходит от щелочного раствора, используемого в качестве электролита. Обычно это гидроксид калия (КОН), который может содержать большое количество растворенных ионов. Чем больше ионов может поглотить раствор электролита, тем дольше может продолжаться окислительно-восстановительная реакция, приводящая в действие аккумулятор.

Цинковый анод обычно бывает порошкообразным. Это дает ему большую площадь поверхности для реакции, а это означает, что клетка может довольно быстро высвобождать свою энергию.-

долл. США

Mn начинается с +4 и становится +3, когда получает один электрон.

Полная окислительно-восстановительная реакция составляет:

$$ \ text {Zn (s)} + \ text {2MnO} _2 \ text {(s)} \ longleftrightarrow \ text {Mn} _2 \ text {O} _3 \ text {(s)} + \ text { ZnO (s)} $$

И это подводит нас к батареям, которыми сегодня питается большинство наших смартфонов и ноутбуков: литий-ионным батареям. Эти ребята настолько важны, что мы хотели относиться к ним с уважением (и вниманием к деталям), которого они заслуживают, поэтому вы можете прочитать о них в их собственной статье о Nova.

Новички

Редокс-поток

В проточной окислительно-восстановительной батарее нет реактивных электродов, и в ней используется раствор электролита для передачи электронов, создающих ток. Проточная батарея по-прежнему имеет анодную и катодную стороны, но вместо металлических электродов, которые отдают и принимают электроны, у нее есть два «резервуара», заполненных растворами электролита, в которых растворяются активные химические вещества.Есть два типа растворов: анолит, который заменяет анод типичного элемента, и католит, который действует как катод. Эти растворы накачиваются вокруг батареи и встречаются в реакционной ячейке или «стопке». Здесь они разделены мембраной, поэтому они не смешиваются, хотя ионы и электроны могут обмениваться через барьер. Они также встречаются с электродами.

Ученые-исследователи IBM с батареей с окислительно-восстановительным потоком. Источник изображения: IBM Research / Flickr.

Поскольку раствор анолита содержит химические вещества с более высоким химическим потенциалом, чем те, которые содержатся в растворе католита, когда два раствора встречаются в реакционной ячейке, электроны из анолита направляются через ионопроницаемую мембрану в католит.Эти электроны перехватываются и отправляются делать свою полезную работу.

Опять же, это окислительно-восстановительная реакция, которая управляет генерацией электрического тока в батареях этого типа. Анолит окисляется, когда теряет электроны, а католит восстанавливается, когда он принимает электроны. Когда весь анолит окислился, то есть потерял все электроны, которые он должен был отдать, его емкость исчерпана, и его необходимо перезарядить.

В проточных батареях с окислительно-восстановительным потенциалом хорошо то, что их емкость зависит от размера резервуаров с раствором электролита – если вам нужна батарея, которая может работать дольше, вам просто нужно приобрести резервуары большего размера с большим количеством раствора в них.Однако это также означает, что они довольно громоздкие. В основном они используются в промышленных масштабах, например, для хранения энергии, производимой на ветряных или солнечных фермах. В вашем ноутбуке никогда не будет проточной батареи.

Еще одна интересная особенность проточных батарей заключается в том, что, поскольку у них нет твердых электродов, они не страдают от большинства способов, которыми аккумуляторные батареи со временем разлагаются. В принципе, это обеспечивает им очень долгий срок службы – идеально подходит для использования в солнечных или ветровых электростанциях, когда батареи заряжаются и разряжаются, по крайней мере, каждый день.

В батареях

Flow чаще всего используется ванадий (V). Поскольку этот элемент может успешно существовать в нескольких различных степенях окисления – состояниях с разными химическими / окислительно-восстановительными потенциалами – и анолит, и католит могут быть изготовлены из различных форм ванадия. Это решает любые проблемы перекрестного загрязнения растворов электролитов, состоящих из разных элементов.

Для подзарядки проточной батареи система работает в обратном порядке. Применяется внешнее напряжение, и электроны, которые оказались в католите при использовании батареи, выталкиваются обратно в анолит, а положительные ионы возвращаются обратно в католит.

Новое исследование привело к созданию проточной батареи, в которой используются ионы лития, и в основном она работает на тех же химических принципах, что и литий-ионные батареи в наших телефонах и ноутбуках. Аккумулятор содержит анолит диоксида титана (TiO ₂ ) и католит фосфата лития-железа (LiFePO ₄ ). Раньше проблемы с мембраной, разделяющей два раствора электролита, не позволяли успешно применять литий-ионную технологию в проточной батарее – они либо были слишком хрупкими, либо не позволяли эффективно течь литий-ионам.

Эта батарея имеет потенциальную плотность энергии в 10 раз большую, чем другие проточные батареи. Однако скорость, с которой он в настоящее время поставляет энергию, слишком мала для практического использования, поэтому исследователи ищут способы улучшить это.

Главный недостаток проточных батарей состоит в том, что их работа зависит от насосной системы для циркуляции растворов анолита и католита через реакционную ячейку. Это приводит к появлению ряда движущихся частей, которые необходимо регулярно обслуживать и обслуживать.

Литий-сера

Литий-серные батареи

обещают стать дешевой альтернативой дорогостоящим литий-ионным батареям. Сера дешевая, и ее много.

Анод литий-серной батареи представляет собой чрезвычайно тонкую (и легкую) полоску металлического лития. Катодом будет … как вы уже догадались … сера (ну, смесь серы и углерода). Эта комбинация имеет очень хорошее потенциальное напряжение, и оба электрода будут легче, чем в обычных литий-ионных батареях, в результате чего удельная энергия батареи до пяти раз больше.

Литий-серная батарея (слева) по сравнению с размером монеты. Литий-серные батареи перспективны, но пока не используются в промышленных масштабах. Источник изображения: Национальная лаборатория Ок-Ридж / Flickr.

Реакция, происходящая во время разряда, включает окисление лития на аноде и образование сульфида лития. В то же время высвобождаются электроны, обеспечивая электрический ток. На катоде сера восстанавливается, а также вступает в реакцию с литием, образуя последовательный ряд соединений с различным содержанием серы в них (полисульфиды).

$$ \ text {S} _8 \ to \ text {Li} _2 \ text {S} _8 \ to \ text {Li} _2 \ text {S} _6 \ to \ text {Li} _2 \ text {S} _4 \ to \ text {Li} _2 \ text {S} _2 $$

Проблема в том, что этот аккумулятор не работает очень долго, так как серный катод не очень долговечен. Многие из полисульфидов легко растворяются в растворе электролита, а это означает, что во время каждого цикла разряда часть серы с катода безвозвратно теряется в растворе.

Другая проблема заключается в том, что, когда литий вступает в реакцию с серой катода, объем образовавшегося соединения серы лития примерно на 80 процентов больше, чем объем серного катода до реакции.Это расширение вызывает износ катода.

Независимо от их состава, батареи незаменимы в нашей повседневной жизни и останутся таковыми в будущем. Они будут иметь решающее значение для обеспечения непрерывных достижений в области портативных технологий, обеспечения усовершенствования и повышения практичности электромобилей и обеспечения того, что часто называют «недостающим звеном» возобновляемой энергии, – способности хранить избыточную электроэнергию, генерируемую ветром, солнечной и другой энергией. источники для дальнейшего использования.

Эта тема является частью нашей серии из четырех статей об аккумуляторах. Для дальнейшего чтения посмотрите, как работает аккумулятор, литий-ионные аккумуляторы и аккумуляторы будущего. Типы батарей

и их сравнение | Аккумуляторы

Типы батарей и сравнение – VRLA, GEL и AGM

Свинцово-кислотные аккумуляторы с затопленным клапаном (VRLA)

Свинцово-кислотные аккумуляторы с гелевым электролитом (GEL)
Конструкция аккумуляторов с усовершенствованным стеклом (AGM) Сегодня существует три различных типа производимых свинцово-кислотных аккумуляторов, и любой из них может быть спроектирован и построен как для запуска, так и для приложений с глубоким циклом.К этим типам относятся заливная кислота, гелеобразная кислота и Advanced AGM (Absorbed Glass Mat). Для каждого типа доступны различные уровни качества. Цена зависит от конструкции продукта, затрат на обработку и производство. Это включает количество свинца, чистоту этого свинца, методы приклеивания и отверждения пластин, степень и тип межпластинной изоляции, качество корпуса и используемый метод герметизации. Как правило, высокое качество означает более высокую стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с затопленным клапаном (VRLAB)
Самые старые типы свинцово-кислотных аккумуляторов – это аккумуляторы с затопленным клапаном.Они существуют уже несколько десятилетий и превратились из моделей с деревянными ящиками в модели с пластиковым клапаном, представленные сегодня на рынке. Электролит в этих батареях – жидкий раствор серной кислоты. Этот материал довольно едкий и разрушил более чем несколько комплектов одежды и кусков оборудования для жилых домов. Залитые батареи VRLA генерируют и выделяют опасные взрывоопасные газы через регулировку клапана, и их необходимо выпускать во внешний мир. Эти аккумуляторы также имеют кислотный «туман» во время зарядки и разрядки.Это приводит к коррозии их выводов и часто кислотному повреждению окружающих поверхностей. (Взгляните на автомобильный аккумулятор для примера) Аккумуляторы VRLA Flooded должны устанавливаться вертикально, могут протекать кислоты и требуют регулярного полива. Если их не полить, они не будут работать в соответствии со спецификациями. При этом они также являются наименее дорогим типом и поэтому являются выбором многих владельцев возобновляемых источников энергии и домов на колесах.

Свинцово-кислотная батарея с гелевым электролитом (GEL)
Следующие типы аккумуляторов представляют собой гелевые кислотные (электролитные) батареи.Они были представлены американским энтузиастам RV и морской пехоты компанией Sonnenschein из Германии более 30 лет назад. Их внедрение и широкое распространение было связано с их повышенной эффективностью и конструктивными особенностями безопасности. Их кислота иммобилизуется путем добавления «коллоидного» диоксида кремния к раствору серной кислоты и последующего запечатывания батареи. Они внутренне рекомбинируют большую часть газов (водород и кислород), образующихся во время зарядки, и поэтому не требуют обслуживания. Конструкции аккумуляторов с гелеобразным электролитом, как правило, довольно старые, и осталось мало инженерных решений для их улучшения.Гелевый электролит очень вязкий, и во время зарядки и разрядки в геле могут образовываться пустоты (карманы) или трещины при увеличении силы тока. Эти карманы препятствуют току кислоты и приводят к потере емкости аккумулятора. Также загущенная смесь может разжижаться при загрузке из-за сдвигающего действия газообразования (это свойство называется «тиксотропным»). После прекращения заряда может потребоваться час, чтобы кислота снова превратилась в гель. В это время жидкость движется, и батарея может протечь, если возникнет какое-либо отверстие.Наконец, гелевые батареи могут накапливать водород, который не рекомбинировал. Когда перезарядка вызывает открывание вентиляционных крышек гелевой батареи, взрывоопасные газы могут выходить в батарейный отсек. Этот выпущенный водород вызвал ряд «быстрых отказов» или взрывов батарей.

Конструкция герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов с усовершенствованным стекломатовым клапаном (AGM или VRSLAB)
Новейшая и самая передовая технология производства аккумуляторов – это батареи Advanced AGM VRSLAB (усовершенствованный стеклянный коврик, герметичные свинцово-кислотные батареи с клапаном), которые были разработаны для обеспечения повышенная безопасность, эффективность и долговечность по сравнению со всеми существующими типами батарей.В аккумуляторах Advanced AGM кислота абсорбируется очень тонким стеклянным матом и удерживается на месте за счет капиллярного действия. Этот метод строительства в сочетании с конструкцией с двойными стенками и герметизацией имеет много преимуществ.

Никогда не существует способа освободить кислоту от растекания. Это позволяет установку под любым углом и привело к освобождению от DOT для USPS, UPS и FedEx. (Отдел транспорта)

За счет сохранения «влажного» электролита рекомбинация газа более эффективна (99% AGM).Это приводит к меньшему количеству случаев взрыва батарей, чем любой из двух типов, указанных выше.

Поскольку материал AGM имеет чрезвычайно низкое электрическое сопротивление, аккумулятор обеспечивает гораздо более высокую мощность и эффективность, чем другие типы аккумуляторов.

Поскольку материал AGM имеет чрезвычайно низкое электрическое сопротивление, он может включать и выключать большее количество ампер без ущерба для жизни. Аккумуляторы AGM рассчитаны на 100% своей емкости по току зарядки и разрядки. (по сравнению с примерно 35% для гелевых и заливных моделей)

Чем меньше кислоты, тем легче аккумулятор

Аккумуляторы

Advanced AGM обладают исключительным сроком службы, намного лучше, чем гелевые или заливные аккумуляторы.Это продлевает срок службы батареи и увеличивает рентабельность инвестиций

.

Еще несколько вещей, которые следует учитывать – чистота свинца и конструкция аккумулятора.

Чистый свинец: (чистота 99,999% или “тройная 9”) Производители, которых мы выбрали для перечисления, используют в своей продукции материалы только этого качества. Проще говоря, переработанный свинец в батареях химически не способен поглощать заряд. Вероятность того, что чистый свинец выдержит химический заряд, на 20% выше. * Пожалуйста, сдавайте свои батерейки на переработку.Переработанный свинец отлично подходит для многих других применений и является лучшим для окружающей среды.

Ячейки, припаянные вручную: Свинец – чрезвычайно пористый металл, и это приводит к несоответствиям при пайке 2 частей выводов. Ручная пайка – безусловно, самый эффективный и проверенный временем способ соединения этого металла. За последние несколько лет несколько компаний первыми изобрели машины для пайки, позволяющие варьировать каждый сварной шов в соответствии со спецификациями. Эти системы становятся все более точными и становятся приемлемыми для стационарных установок с низким уровнем вибрации.Батареи Sun Xtender и Lifeline паяются вручную здесь, в Соединенных Штатах, и проверяются на качество перед зарядкой и доставкой.
Rolls – Surrette Батареи припаяны машинным способом, но проходят тщательные испытания как самые качественные из имеющихся на рынке залитых батарей.

Конструкция с двойными стенками:
Нефтяные танкеры должны иметь два корпуса для предотвращения попадания нефти в океан. Батареи должны иметь 2 стены, чтобы кислота не попала в жилую комнату. Кроме того, пространство между корпусами следует использовать для рекомбинации газов, образующихся во время электролиза, чтобы уменьшить взрывоопасный характер установки.В батареях Sun Xtender и Lifeline используется конструкция с двойными стенками, обеспечивающая дополнительный запас прочности и долговечности.

Общие типы батарей

Общие типы батарей Батареи представляют собой группы электрохимических ячеек, соединенных в серию или параллельно . Параллельные соединения (все аноды соединены, все катоды соединены) не приводят к изменению общего напряжения цепи, в то время как при последовательном соединении (анод одной ячейки с катодом следующей) напряжение умножается на количество ячеек. На этой схеме показано параллельное соединение четырех ячеек по 1,5 В, а на нижнем рисунке показаны аналогичные элементы, подключенные последовательно. Чтобы хранить электрическую энергию, клетки должны быть легко обратимыми. Свинцово-кислотный Это наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в автомобилях и для хранения солнечной энергии, поскольку они могут обеспечивать высокий ток и их стоимость относительно невысока. Они хранят всего около 25 ватт-часов на килограмм. Каждая ячейка состоит из свинцовых электродов в растворе серной кислоты.Один свинцовый электрод покрыт оксидом свинца. Последовательное соединение 6 из этих элементов дает батарею на 12 В. Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые электроды, чем стандартные стартерные аккумуляторы. Гелевые батареи и герметичные свинцово-кислотные батареи обычно используются для хранения солнечной электроэнергии для автономных приложений. Литий-ионные Литий-ионные батареи используются в компьютерах и бытовой электронике. В настоящее время ведется работа по их адаптации для других приложений из-за их большей удельной мощности.Они хранят около 150 ватт-часов на килограмм. Электроды из оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ) и графита с твердым литиевым электролитом. Более подробная информация об этих батареях содержится в разделе «Как все работает». Напряжение элемента высокое, примерно до 4 В, для переноса Li + из частично восстановленного графита в частично окисленный оксид лития-кобальта. Батареи могут взорваться при высокой температуре. Текущие исследования в этой области касаются новых электродных материалов и электролитов для повышения термической стабильности в больших батареях. Никель-металлогидрид (NiMH) Металл никель-металлогидридной батареи представляет собой интерметаллид, AB 5 , где A представляет собой редкоземельную смесь лантана, церия, неодима, празеодима, а B – никель. , кобальт, марганец и / или алюминий. Они хранят около 100 ватт-часов на килограмм и намного более термически стабильны, чем литий-ионные батареи. Некоторые из них были разработаны для гибридных автомобилей. анод Ni (OH) 2 (s) + HO – (водн.) Ni (O) (OH) + H 2 O + e – E 0 = 0.49 В катод M (с) + H 2 O + e – MH (с) + HO – (водн.) E 0 5 = 0,8 Назад Компас Столы Индекс Вступление Домашнее задание

Типы аккумуляторов 12 В: какой из них подойдет вам?

Маркетинг 5 апреля 2021 г.

Когда дело доходит до 12-вольтовых батарей, выбор может показаться немного сложным для тех, кто не знаком с аккумуляторными технологиями.Все типы 12-вольтовых батарей похожи в том, что они обеспечивают питание вашей 12-вольтовой электрической системы. Однако есть существенные различия в том, как они спроектированы, их мощность, объем необходимого обслуживания и стоимость покупки и установки.

Присоединяйтесь к нам, мы внимательно рассмотрим и подберем для вас подходящий тип батареи!

Что такое аккумулятор 12 В?

Двенадцатавольтные батареи обычно используются в жилых домах, лодках и других автомобильных системах. С технической точки зрения, в батарее используется одна или несколько ячеек, чтобы позволить химическую реакцию, создающую поток электронов в цепи.Батареи не создают энергию или мощность сами по себе. Батареи просто хранят энергию, которую вы можете использовать, когда она вам понадобится.

Электропитание, которое вы получаете от аккумулятора, является постоянным (DC) и отличается от переменного тока (AC), которое вы получаете от настенных розеток в вашем доме. При необходимости мощность постоянного тока можно преобразовать в мощность переменного тока с помощью инвертора.

Вы можете подключить несколько 12-вольтных батарей последовательно или параллельно, чтобы получить более высокое напряжение или большую емкость.Например, если вы подключите две батареи на 12 В последовательно, у вас будет 24-вольтовая система. Если вы подключите эти же 12-вольтовые батареи параллельно, у вас все равно будет 12-вольтовая система, но она сможет питать одно и то же устройство вдвое дольше, чем одна 12-вольтовая батарея.

Эти батареи устанавливаются на лодке последовательно, чтобы обеспечить 36 вольт для троллингового мотора.

Аккумуляторная система на 12 В будет питать большинство ваших основных систем, таких как фонари и некоторые приборы в вашем доме на колесах.Вы будете заряжать эту аккумуляторную систему, когда она подключена к береговому источнику питания, и получать от нее энергию во время путешествия или стыковки.

Типы батарей 12 В

Что касается 12-вольтных аккумуляторных батарей, то в настоящее время используются два основных типа: свинцово-кислотные и литий-ионные.

Свинцово-кислотные батареи существуют уже давно, а литий-ионные – более новая технология. Есть много типов свинцово-кислотных аккумуляторов, поэтому давайте сначала рассмотрим их.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с заливкой

Свинцово-кислотные батареи – это самый основной тип батарей на 12 В.Они сделаны из свинцовых пластин, взвешенных в растворе серной кислоты. Это создает химическую реакцию, которая позволяет накапливать энергию.

Свинцово-кислотные аккумуляторы с заливной жидкостью – наиболее распространенная разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов. Для правильной работы этих батарей вам потребуется достаточное количество воды. Это означает, что для контроля этой батареи требуется периодическое обслуживание. Залитые свинцово-кислотные батареи обычно служат от 2 до 5 лет, в зависимости от использования и обслуживания. Стоимость может сильно варьироваться, начиная от 100 долларов.

Плюсы

Так как это наиболее распространенные типы батарей, они также являются наиболее доступными и дешевыми, когда их можно заранее заменить. Батареи этого типа также не имеют никакой электроники и могут вырабатывать большой ток в течение короткого периода времени. Это делает их идеальными для запуска аккумуляторных батарей в автомобильных двигателях.

Минусы

Поскольку эти батареи нуждаются в определенном количестве жидкости для правильной работы, вам нужно будет комфортно обслуживать свою систему батарей каждые 3-6 месяцев.Это может быть сложно, в зависимости от того, где находятся ваши батареи в вашем доме на колесах.

Залитые свинцово-кислотные батареи также имеют самый короткий общий срок службы среди основных типов батарей, и на них могут негативно повлиять экстремально высокие или низкие температуры. Вы также должны установить их в вертикальном положении, иначе они будут протекать водой и кислотой и выйти из строя.

Залитые батареи имеют порты, которые можно снять сверху, чтобы добавить дистиллированную воду, когда она станет низкой.

Свинцово-кислотные батареи с герметичным клапаном (VRLA)

Герметичные свинцово-кислотные батареи с клапанной регулировкой (VRLA) устраняют большую часть потребностей в техническом обслуживании своих залитых аналогов.Как следует из их названия, они запечатаны необходимыми ингредиентами для правильной работы в течение всего срока службы вашей батареи.

Так как они герметичны, при разряде химическая реакция начинает повышать давление газообразного водорода. Большая часть этого газа рекомбинируется обратно в воду в батарее, но во время быстрой зарядки или разрядки давление газа может превышать требования безопасности батареи. Регулирующий клапан используется для сброса этого избыточного давления, но, к сожалению, в то же время медленно снижает емкость аккумулятора.

Их также довольно легко найти во время замены. Срок службы герметичных свинцово-кислотных батарей примерно такой же, как у залитых (2-8 лет), и, как правило, они стоят несколько сотен долларов.

Этот тип батареи VRLA не поддерживает ее

Плюсы

Отсутствие технического обслуживания означает более беспроблемную жизнь для вас. Хотя они дороже, чем залитые батареи, они по-прежнему остаются одними из самых экономичных вариантов батарей. Однако в расчете на поставленную энергию эти батареи будут стоить больше, чем залитые батареи.

Минусы

Как уже упоминалось, повышение цен может быть важным для покупателей, заботящихся о затратах. Невозможность обслуживать аккумулятор также может привести к неоптимальным характеристикам в течение срока их службы из-за потери некоторого количества газа. Правильно обслуживаемый залитый свинцово-кислотный аккумулятор прослужит дольше герметичного аккумулятора, но плохо обслуживаемый залитый аккумулятор будет иметь более короткий срок службы, чем герметичный аккумулятор.

Гелевые аккумуляторы на 12 В

Следующим шагом вперед в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В является гелевый аккумулятор.Гелевые батареи подвешивают свои свинцовые пластины внутри более толстого геля вместо жидкости и считаются типом батарей VRLA. Гелевые аккумуляторы на 12 В обычно служат от 2 до 5 лет и стоят от 100 до 800-900 долларов. Стоимость обычно возрастает по мере увеличения емкости аккумулятора.

Плюсы Гелевые батареи

не требуют регулярного обслуживания, и вам не нужно беспокоиться о вытекании жидкости, как в случае залитых батарей. Благодаря этому их не нужно устанавливать вертикально.Они также хорошо работают при высоких температурах, в отличие от других типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Это делает их широко используемыми в особых случаях или в качестве высокотемпературных пусковых батарей для двигателей.

Минусы Гелевые аккумуляторы

требуют большей осторожности при зарядке, чтобы убедиться, что они не повреждены. Для них требуется конкретный тип контроллера заряда и более медленные циклы зарядки при более низком напряжении. Все это означает увеличение стоимости всей системы, помимо стоимости ваших батарей.Как и для других свинцово-кислотных аккумуляторов, для этих аккумуляторов не подходят глубокий разряд и быстрая перезарядка.

AGM 12 В аккумуляторы

Что такое аккумулятор AGM? Это технология абсорбирующего стеклянного мата (AGM), которая представляет собой герметичные свинцово-кислотные батареи.

В аккумуляторах AGM 12 В свинцовые пластины находятся между матами из стекловолокна, насыщенного электролитом. Это позволяет повысить эффективность разрядки и перезарядки. Аккумуляторы AGM обычно служат 4-7 лет и стоят от 200 долларов.

Плюсы Аккумуляторы

AGM не требуют регулярного обслуживания, герметичны и хорошо работают при большинстве температур. Они также не требуют специального зарядного оборудования и ухода, необходимого для гелевых аккумуляторов, и, как правило, имеют более длительный срок службы.

Минусы

За эти дополнительные преимущества приходится платить. Аккумуляторы AGM могут быть значительно дороже свинцово-кислотных или гелевых аккумуляторов аналогичной емкости.

Проблемы для всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов

Все батареи, которые мы обсуждали до сих пор, представляют собой разновидности технологии свинцово-кислотных аккумуляторов и используют одну и ту же внутреннюю химическую реакцию.Из-за этого все они страдают схожими недостатками в эксплуатационных характеристиках.

Все типы свинцово-кислотных аккумуляторов требуют строгих требований к использованию и зарядке для обеспечения полного срока службы. Чтобы получить полный срок службы этих батарей, необходим мониторинг уровней разряда и заряда, поскольку глубокая разрядка и частичная зарядка могут повредить батарею. Эти батареи также имеют длительное время перезарядки и требуют особого цикла абсорбционной зарядки для полной зарядки. Это делает свинцово-кислотные аккумуляторы плохим выбором для приложений, требующих большого количества циклов зарядки и разрядки, например, для возобновляемых источников энергии.

Типы литий-ионных батарей на 12 В

Литий-ионные батареи

относительно новые и в настоящее время являются самыми дорогими из батарей 12В. Однако они предлагают множество преимуществ для тех, кто хочет обновиться. В отличие от своих свинцово-кислотных аналогов, литий-ионные батареи работают с использованием соли лития для создания более эффективного накопления электроэнергии. Литий-ионные батареи RV стоят около 900 долларов каждая.

Плюсы Литий-ионные аккумуляторы

обладают самой высокой емкостью из всех типов аккумуляторов RV 12 В и имеют самую быструю и эффективную зарядку.Кроме того, они служат дольше всех, прежде чем их потребуется заменить, иногда в 3-5 раз дольше, чем у традиционных батарей. Литий-ионные батареи легче и не требуют регулярного обслуживания, как батареи других типов.

Наконец, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-ионные батареи могут разряжать больше накопленной энергии, не повреждая батарею и не снижая ее мощность. Благодаря всем этим преимуществам зарядки этот тип батареи очень хорошо справляется с повторяющимися и частичными задачами зарядки, такими как солнечные энергосистемы.

Литий-ионные батареи можно устанавливать где угодно, и они не должны соответствовать существующим формам и размерам. Батарея Battle Born GC3 имеет другой форм-фактор, который обладает большой мощностью и уникальной формой, предназначенной для установки в любом месте.

Минусы Литий-ионные батареи

– безусловно, самые дорогие из всех имеющихся типов 12-вольтных батарей. Кроме того, поскольку литий-ионная технология является более новой, вам нужно будет обновить не только свои батареи, если вы хотите перейти на систему литий-ионных аккумуляторов.

Однако литий-ионные батареи служат намного дольше, и в них также используется электроника, которая защищает батарею и вас. В целом это делает аккумулятор намного безопаснее, чем свинцово-кислотная альтернатива.

Наконец, они ограничивают ток до значения, указанного на паспортной табличке. Это означает, что большинство литий-ионных аккумуляторов на 12 В не будут работать в качестве аккумулятора для запуска двигателя.

Литий-ионные аккумуляторы на 12 В лучше всего подходят для аккумуляторов.

Как выбрать лучший тип батареи на 12 В для вас

Выбор наиболее подходящего для вас типа 12-вольтовой батареи – это поиск компромиссов.У каждого типа батареи есть свои преимущества и недостатки, и они могут различаться в зависимости от вашего стиля поездки на автофургоне или путешествия.

RVer с ограниченным бюджетом может пойти на более дешевые залитые свинцово-кислотные батареи, даже если долгосрочная стоимость будет выше. Те, кто часто работает при очень высоких или низких температурах, могут захотеть отказаться от свинцово-кислотных батарей, однако в пользу литий-ионных батарей, которые будут защищать себя и работать лучше.

Гелевые аккумуляторы

устраняют некоторые из этих проблем, но владельцу должно быть комфортно с дополнительными требованиями к зарядке.

RV тем, кто ищет батареи, не требующие особого обслуживания, следует сосредоточиться на герметичных свинцово-кислотных, гелевых, AGM или литиевых батареях и вообще игнорировать залитые свинцово-кислотные батареи.

Литий-ионные батареи

– очевидный лучший выбор, так как они сочетают в себе оптимальное сочетание безопасности, низких эксплуатационных расходов, эффективности, длительного срока службы и мощности.

Для чего вам нужна энергия? Наши литий-ионные батареи Battle Born позволяют тысячам людей хранить энергию, чтобы воплощать свои мечты в жизнь, где бы они ни находились!

Выберите лучший тип аккумулятора 12 В для своего приключения

Все типы 12-вольтовых батарей могут показаться сложными, но в конечном итоге результаты одинаковы.Как только вы поймете свои потребности и бюджет, вы сможете использовать все плюсы и минусы, которые мы обсудили, чтобы сделать лучший выбор для вас и вашего дома на колесах, чтобы оставаться в пути на долгие годы.

Мы рекомендуем вам проверить нашу линейку литий-ионных аккумуляторов, собранных прямо здесь, в США, для вашего следующего жилого дома, морского или автономного питания!

Хотите узнать больше об электрических системах и литиевых батареях?

Мы знаем, что строительство или модернизация электрической системы может быть сложной задачей, поэтому мы здесь, чтобы помочь.Наши специалисты по продажам и обслуживанию клиентов из Рино, штат Невада, готовы ответить на ваши вопросы по телефону (775) 622-3448!

Также присоединяйтесь к нам в Facebook, Instagram и YouTube, чтобы узнать больше о том, как системы с литиевыми батареями могут способствовать вашему образу жизни, увидеть, как другие построили свои системы, и обрести уверенность, чтобы выйти на рынок и остаться там.