RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 
Главная » Разное » Виды аккумуляторных батарей

Виды аккумуляторных батарей


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

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.

Рассмотрим какие бывают виды аккумуляторов.

Ученые многих стран мира постоянно разрабатывают новые типы аккумуляторов и занимаются усовершенствованием существующих видов, которые наиболее отвечаю все возрастающим требованиям потребителей и условиям их применения.

Все разновидности аккумуляторов имеют свои положительные и отрицательные характеристики, но до настоящего времени идеальной батареи изобрести пока не удалось.Поэтому в каждом конкретном устройстве используются АКБ с оптимальными характеристиками.

Рассмотрим основные виды аккумуляторов, маркировку, условные обозначения и типы клемм.
У аккумуляторов, изготовленных по различным стандартам, конструктивное устройство клемм отличаются.По европейскому стандарту одним из наиболее распространённых является конус «А». Отрицательный токовывод имеет диаметр 17,9 мм, а положительный — 19,5 мм.
Европейский тип клемм «Е» (винтовые).

АКБ, выпускаемые в странах азиатского региона, имеют тип клемм конус «В». Отрицательный токовывод имеет диаметр 11,1 мм, а положительный ─ 12,7 мм.

Сурьмянистые

Сурьмянистые аккумуляторы относятся к классическим, но также и устаревшим типам АКБ по причине повышенного состава сурьмы (более 5%).
Свинец в чистом виде не используется при изготовлении аккумуляторных батарей, поэтому в пластины для повышения прочности добавляется сурьма. Такая добавка позволяет ускорить процесс электролиза.

При работе батареи повышается температура электролита и вода начинает выкипать, что неизбежно вызывает падение уровня электролита в батарее. При обслуживании аккумуляторной батареи необходимо эпизодически добавлять дистиллят. По этой причине данный тип АКБ относят к классу обслуживаемых, поскольку в процессе эксплуатации необходимо периодически проводить проверку уровня и плотности электролита.

На современном этапе для автомобилей применяются различные типы аккумуляторов, имеющие низкое содержание сурьмы или не имеющие её вовсе. От сурьмянистых аккумуляторов однако не отказались совсем. Их применение осуществляется там, где работает квалифицированный персонал. К достоинствам сурьмяных батарей необходимо отнести невысокую стоимость, доступность в обслуживании. Однако этих достоинств уже оказывается недостаточно, чтобы сохранять лидерство на рынке автомобильных батарей.

Малосурьмянистые

Материалом для пластин является свинец с небольшой примесью сурьмы. Такие батареи универсальны и довольно широко представлены на российском потребительском рынке.
При разработке этого вида батарей ставилась задача — максимальное снижение процесса выкипания электролита. Немаловажный фактор малосурьмянистых АКБ — степень саморазряда значительно меньше, чем в сурьмянистых АКБ.

Малосурьмянистым батареям также необходимо обслуживание, хоть и с довольно меньшей периодичностью, чем сурьмянистым. Небольшое испарение воды все же происходит, поэтому иногда требуется производить контроль соответствия уровня и плотности, добавляя дистиллированную воду.

В силу этих обстоятельств малосурьмянистые АКБ можно назвать малообслуживаемыми. Преимущества: малый уровень саморазряд при хранении, невысокая цена, устойчивость к нестабильности параметров бортовой сети автомобиля, высокой срок эксплуатации. Данный тип АКБ в силу своих преимуществ чаще всего применяются на отечественных автомобилях, которые страдают нестабильностью бортовой сети.

Кальциевые

При производстве кальциевых батарей свинцовые пластины легированы 0,07-0,1% кальцием. Они могут иметь различные заряды (отрицательный или положительный). Виды аккумуляторных батареи такого типа маркируются «Са/Са», что обозначает наличие кальция в составе пластин обоих полюсов. Кальций существенно снижает испарение воды из электролита, в связи с чем отпадает необходимость контроля соответствия уровня и плотности практически отпадает. За счет введения кальция батареи приобретают высокую виброустойчивость и повышается их коррозоустойчивость. Положительный эффект достигается введением в материал пластин небольшого количества серебра. Это повышает КПД и энергоёмкость батареи.

Для кальциевых АКБ противопоказаны глубокие разряды. Настоятельно рекомендуется не разряжать Сa/Сa ниже границы в 70%. Кальциевые батареи теряют около 50% своей энергоёмкости даже после одного полного разряда (уровень ниже 10в). Данный тип АКБ рекомендуется тем, кто часто ездит на значительные расстояния, кому нужны виброустойчивые аккумуляторы, хорошо переносящие постоянные перезаряды (ввиду длительности поездки).

Если вы планируете приобрести для своего автомобиля кальциевую батарею, то необходимо быть уверенным в исправности электроприборов и стабильности напряжения в бортовой сети автомобиля. Немаловажный минус данного типа аккумуляторов — более высокая стоимость в сравнении с сурьмянистыми АКБ. Однако данный недостаток нивелируется высокой степенью надежности и отличным качеством, а также отсутствием периодического контроля электролита.

Подробней о кальциевых аккумуляторах Вы можете почитать здесь.

Гибридные

Гибридные аккумуляторы повсеместно вытесняют кальциевые. Конструктивные отличия состоят в том, что при их производстве объединили две технологии: одна, когда пластины формируется из сплава свинца и сурьмы (положительные электроды), другая же – из сплава свинца и кальция (отрицательные электроды). В результате это дало неоспоримое преимущество в сравнении с кальциевыми батареями.

Для гибридной батареи глубокий разряд перестал быть гибельным. Для тех автовладельцев, которые пользуются автомобилем круглогодично, это теперь позволяет значительно увеличить период службы АКБ. В связи с тем, что практически перестал выкипать электролит, такой тип батареи стал считаться полностью необслуживаемым.

Ключевая особенность гибридных аккумуляторов — лучшая виброустойчивость, которую высоко ценят водители. Такой результат достигнут благодаря толстым литым пластинам, применение которых позволило повысить срок эксплуатации до семи лет.

Ошибочно считать, что гибридные аккумуляторы являются лучшими и их следует применять без учета особенностей каждого автомобиля. К тому же гибридные АКБ до сих пор имеют довольно высокую цену. По гибридной технологии изготавливает автомобильные аккумуляторы кампания A-Mega: Premium, Ultra+, Special. В результате автомобилисты получили батареи с разработками, которые применяются в АКБ более высокой ценовой категории. Маркируются данные аккумуляторы обозначением Са+ или Ca/Sb. Подробнее о гибридных аккумуляторах.

Гелевые

В начале 21-го века на автомобильном рынке появился новый тип АКБ – гелевые автомобильные аккумуляторы. Отличительная особенность гелевых аккумуляторов — применение гелеобразного (киселеобразного) электролита. Данная технология позволила снизить текучесть электролита, в котором содержится агрессивная серная кислота.

В случае небрежного обращения с аккумулятором возможны повреждения кожи от контакта с электролитом. Чтобы электролит приобрел гелеобразное состояние в него добавляют кремний. К преимуществам гелевых АКБ можно отнести низкую скорость саморазряда. Гелевые батареи относятся к необслуживаемым.

Какие же недостатки имеют гелевые батареи?

К сожалению, не смотря на все достоинства, гелевые батареи не являются «вечными», наполненные гелеобразным электролитом они могут беспроблемно работать от восьми до десяти лет, а при правильной эксплуатации и соответствующем обслуживании – и до двенадцати. На гелевые аккумуляторы наносится специальный знак, с включением в него аббревиатуры «GEL».

EFB

EFB — «улучшенная жидкозаполненная батарея». Свинцовые пластины в ЕФБ аккумуляторах в два раза толще, чем у обычных, в следствии чего увеличивается их ёмкость. Каждая пластина запечатана в пакет из специальной ткани, который наполнен жидким сернокислотным электролитом.
Преимущества аккумуляторов EFB:

АКБ по технологии EFB довольно безопасны и требуют минимального обслуживания. Их можно заряжать в домашних условиях, поскольку электролит не испаряется. Из недостатков можно отметить меньшую отдаваемую мощность, чем у AGM изделий.

Подробней о аккумуляторе АКОМ + EFB.

AGM

Отличительной особенностью данного типа аккумуляторных батарей является то, что в электролит между пластинами с помощью специальной технологии монтируются стекловолоконные микропористые прокладки.

Предназначение таких прокладок – удержание геля и защита электродов от осыпания. В принципе, основные характеристики батареи GEL и AGM отличаются незначительно. Батареи AGM имеют меньшую стоимость; у них ниже чувствительность к подаваемому напряжению при зарядке, КЗ и температуре окружающей среды. Устойчивы к вибрации и тряске. Они также как и GEL АКБ, практически не требуют обслуживания.

К недостаткам относят меньшее число циклов заряда-разряда (примерно в два раза). Они более чувствительны к глубокому разряду, имеют более быстрый саморазряд. При зарядке необходимо специальное ЗУ. Обычное зачастую не подходит. Отличительной особенностью при обслуживании является необходимость внимательно изучать инструкции перед использованием по предназначению. AGM АКБ чаще применяются в условиях, когда необходим большой период циклов заряда и разряда. При маркировке аккумуляторов данного типа используют аббревиатуру «AGM».

Щелочные

Исторически щелочные источники энергии появились позже кислотных аккумуляторов, вследствие этого некоторые недостатки, свойственные кислотным, не присутствуют у щелочных аккумуляторов. Более того, щелочные АКБ имеют преимущества над кислотными: они переносят перегрузки и короткие замыкания, хорошо работают при различных температурах и т.д. Во всех ЩА (почему они и называются щелочными) применяется растворенная в воде щёлочь.

Что же касается состава химически активной массы пластин, то он может быть различным. При их производстве применяют никель, кадмий, цинк, серебро или др. материалы. От вида использования соответствующих химических элементов в отрицательных пластинах (электродах) щелочные аккумуляторы подразделяются на: цинково-никелевые, кадмиево-никелевые, железо-никелевые, серебряно-цинковые и т.д.

В аккумуляторах щелочного типа количество пластин в положительных и отрицательных электродах не одинаково. В никель-кадмиевом аккумуляторе количество положительных пластин на одну больше количества отрицательных пластин. В щелочных аккумуляторах с никель-железными пластинами больше на одну отрицательную.


По конструкции электродов (пластин) кадмиево-никелевые и железо-никелевые аккумуляторы разделяются на ламельные и безламельные, по способу исполнения — на герметичные и негерметичные.
Наиболее широкое распространение получили ламельные щелочные кадмиево-никелевые и железо-никелевые аккумуляторы, и те и другие схожи как по устройству, так и по действию.

Например, сосуды этих аккумуляторов производятся из никелированного железа при помощи сварки, состав активной массы плюсовых пластин и электролит одинаков. У железо-никелевых и кадмиево-никелевых различаются только отрицательные пластины, но не по устройству, а по составу активной массы. В процессе зарядки и разрядки плотность электролита не изменяется.

Активная масса щелочной батареи заключена в стальные перфорированные пакеты, или ламели, а ламели впрессованы в стальные стойки (рамку) пластин. Для лучшего контакта и электропроводности между активной массой и никелированной основой пластин в активную массу добавляют чешуйки графита или лепестки Никеля.

Номинальное напряжение одного аккумулятора составляет 1,25в. Большинство потребителей работают на напряжении 14-15в., поэтому аккумуляторы представляют из себя сборку. Характерная особенность щелочных АКБ – они не требуют разборки. При грамотной эксплуатации и уходе батареи могут использоваться до 10 лет.

Литий-ионные

Химическое внедрение сторонних атомов и молекул («гостей») в кристаллическую решетку основного материала («хозяина») известно с начала XX века. Название процесса — «внедрение» перевели на латынь и начали говорить не о внедрении-извлечении, а об интеркалации-деинтеркалации (от латинского iniercalarius, другое написание iniercalatus — вставной, добавочный). Осуществлённое во второй половине XX века обратимое проведение этого процесса электрохимическим способом в неводных средах создало экспериментальную основу для разработки нового поколения вторичных источников тока.

Первоначальное название такого аккумулятора — «кресло-качалка» (rocking chair), которое затем устойчиво сменилось на литий-ионный аккумулятор (далее Li-ion).
Впервые коммерциализировала это изделие японская фирма Sony в начале 90-х годов XX века. Новое поколение АКБ стремительно вошло в нашу жизнь и уверенно завоёвывает позиции во всех автономных изделиях, требующих независимого питания электрической энергией. На рынке Li-ion имеют два основных конкурента, Ni-Cd (никель-кадмиевые) и Ni-MH (никель-металлгидридные) аккумуляторы. Основа коммерческого успеха Li-ion АКБ лежит в том, что он появился в нужное время и в нужном месте.

В качестве анодного материала используется широкий круг углеродов, который можно разделить на две группы — углероды с неупорядоченной структурой, так называемые жесткие углероды, и обладающие упорядоченной структурой графиты.

Современными катодными материалами являются литий металл оксиды. К ним относится главным образом литий кобальт диоксид (LiCo02), представляющий собой твердофазное соединение оксидов лития и кобальта. Этот оксид удовлетворяет всем техническим требованиям, но имеет высокую цену, а также токсичен. Это побуждает заменить, хотя бы частично, кобальт на никель, а также на другие металлы, в частности на марганец. В Li-ion используется жидкий электролит, представляющий собой раствор фторсодержащих солей лития типа LiPF6 в смеси эфиров угольной кислоты (карбонатов), например, ЭК и ДМК. Отличительной особенностью литиевых первичных источников тока является длительная сохранность. Диапазон рабочих температур (-20… + 60 °С)

Первичные литиевые источники тока имеют более широкий диапазон рабочих температур по сравнению с традиционными водными элементами. Это обусловлено использованием для изготовления электролитов неводных растворителей с существенно более низкой температурой замерзания и более высокой температурой кипения по сравнению с водой. Однако электропроводность этих электролитов заметно снижается с понижением температуры. Для слаботочных первичных литиевых источников тока это обстоятельство не является критичным.

У Li-ion температурная зависимость электропроводности имеет место не только в электролите, но и в матрицах электродов. Наложение этих явлений приводит к тому обстоятельству, что преимущества неводных электролитов, имеющие место для первичных литиевых элементов, не проявляются в Li-ion батареях. Герметичное исполнение и автоматический контроль состояния аккумулятора обеспечивают его долгую эксплуатацию. Полное отсутствие эффектов памяти и прочих недостатков делает Li-ion АКБ весьма комфортным в использовании.

виды батарей, их преимущества и недостатки

Аккумуляторные батареи прочно вошли в жизнь современного человека и активно используются в мобильных электронных устройствах и автомобилях. Однако не все они одинаковые: существует несколько типов аккумуляторов. Различия между ними заключаются в материалах, из которых изготовлены электролит и электроды. От этого зависят технические характеристики АКБ, например, электрическая емкость и количество циклов перезарядки .

Принцип работы и устройство

Аккумуляторы представляют собой химические источники электрического тока. Для увеличения электрической емкости в их состав включается несколько элементов питания. Например, в автомобильных АКБ чаще всего используется шесть элементов (банок) с напряжением в 2,1 вольта. В результате аккумуляторная батарея способна выдавать около 12,6 В.

Первый аккумулятор был создан много лет назад, но его конструкция и принцип работы остались прежними. С тех времен изменились только материалы, используемые для изготовления электродов и раствора электролита.

При разговоре о том, какие бывают аккумуляторные батареи, многие сразу вспомнят о литий-ионных (Li — ion). Они сегодня активно используются в портативной электронике, например, смартфонах и ноутбуках.

Принцип работы АКБ можно рассмотреть на примере литий-ионной батареи. Два электрода (катод изготовлен из алюминиевой фольги, а анод из медной) находятся в пористом материале (сепараторе), который пропитан электролитом. Заряд в аккумуляторе переносится с помощью положительных ионов лития, которые во время разрядки перемещаются от катода к аноду. Когда АКБ заряжается, ионы двигаются в противоположном направлении.

Основные виды АКБ

В зависимости от вида, аккумуляторные батареи отличаются техническими характеристиками. Говоря о том, какие бывают АКБ, стоит познакомиться с особенностями наиболее распространенных.

Сурьмянистые или традиционные

Эти батареи содержат 5% и более сурьмы. Хотя они и называются традиционными (классическими), в современных устройствах это вещество используется в меньших количествах. Сурьма входит в состав пластин для увеличения их прочности, так как свинец в чистом виде является очень мягким металлом. Кроме этого, сурьма способствует ускорению процесса электролиза, активизирующегося в аккумуляторе при напряжении в 12 В.

В результате уровень электролита постепенно уменьшается, и пластины оголяются. Это делает сурьмянистый аккумулятор требовательным к обслуживанию, которое заключается в доливании дистиллированной воды. Сегодня этот тип АКБ уже не устанавливается в автомобили, так как был вытеснен более современными типами батарей.

Малосурьмянистые батареи

Снижение количества сурьмы в пластинах (менее 5%) позволило снизить интенсивность процесса испарения воды из раствора электролита. В результате этот тип аккумуляторных батарей не нуждается в частом обслуживании, что является его бесспорным преимуществом. Также, в отличие от традиционных АКБ, малосурьмянистые обладают меньшим показателем саморазряда.

В сравнении с новыми видами АКБ, например, гелевыми, батареи с малым содержанием сурьмы более терпимы к параметрам бортовой сети машины.

Специалисты уверены, что в отечественные автомобили стоит устанавливать именно малосурьмянистые батареи. Это связано с тем, что не все модели российских машин способны обеспечить стабильное напряжение в бортовой электросети.

Кальциевые и гибридные

Введение в кристаллическую решетку свинцовых пластин кальция вместо сурьмы позволило значительно уменьшить потери воды в банках из-за электролиза. Если в обозначении АКБ указана маркировка Са/Са, то кальций входит в состав как положительных, так и отрицательных электродных пластин. Для увеличения эффективности кальциевых аккумуляторов некоторые производители добавляют небольшое количество серебра.

В современных батареях этого типа на протяжении всего срока эксплуатации вода практически не испаряется. В результате автовладельцу не приходится контролировать уровень и плотность раствора электролита. Введение в состав электродов кальция позволило снизить показатель саморазряда примерно на 70% в сравнении с сурьмянистыми. В результате такие батареи могут сохранять свои технические характеристики на протяжении длительного отрезка времени.

Однако без недостатков не обошлось — кальциевые АКБ отличаются высокой чувствительностью к перепадам напряжения в бортовой электросети. Кроме этого, они отличаются более высокой стоимостью в сравнении с содержащими небольшое количество сурьмы. Устанавливать их стоит на иномарки, качественное электрооборудование которых гарантирует стабильность всех электрических характеристик.

В попытке объединить достоинства малосурьмянистых и кальциевых батарей на свет появились гибридные. Отличить их можно по маркировке, в которой встречаются обозначения Са/Sb либо Ca+. Они говорят о том, что пластины электродов изготовлены по разным технологиям. Такие аккумуляторы имеют средние характеристики.

Гелевые аккумуляторы и AGM

В этих батареях электролит находится в связанном состоянии, а создавались они для повышения безопасности эксплуатации. В классических АКБ электролит может протекать, а кислота является весьма агрессивным веществом. Уменьшение показателя текучести раствора позволило не только сделать батареи более безопасными, но и замедлить процесс осыпания активного материала электродных пластин.

Гелевая технология отличается от AGM способом связывания раствора электролита. В первом случае в него добавляются соединения кремния, а во втором — раствором пропитывается пористое стекловолокно, расположенное между электродами. Название технологии AGM (Absorbent Glass Mat) можно перевести, как «абсорбирующий стекломатериал».

Среди преимуществ батарей этого типа следует отметить:

Среди недостатков стоит выделить непереносимость низких температур, а также требования к стабильным характеристикам бортовой системы автомобиля. Кроме этого, стоимость гелевых АКБ довольно высокая.

Щелочные устройства

В таких батареях в качестве электролита используются не кислоты, а щелочи. Сегодня существует много видов аккумуляторов, изготовленных по этой технологии. Однако они крайне редко используются в автомобилях. В сравнении с кислотными АКБ, щелочные обладают рядом преимуществ:

Есть у щелочных АКБ и недостатки. Во-первых, они имеют меньшее напряжение, что приводит к увеличению количества банок и, соответственно, габаритов. Во-вторых, стоимость их выше, чем у кислотных.

Литий-ионные и полимерные

Именно этот тип АКБ считается наиболее перспективным. Используя разный материал электродов, можно изменять характеристики аккумулятора. Среди преимуществ литий-ионных батарей можно отметить:

Однако и недостатков у них много. Наиболее существенный — это химическая деградация, которая приводит к уменьшению срока хранения батарей. Также они весьма чувствительны к низким температурам. Сегодня литий-ионные аккумуляторы активно используются в портативных электронных девайсах и значительно реже в автомобилестроении.

Литий-полимерные АКБ являются результатом совершенствования технологии изготовления литиевых батарей. Роль электролита в них выполняет особый полимерный материал.

Они лишены некоторых недостатков предыдущей технологии. Однако пока не удалось устранить химическую деградацию: получилось несколько замедлить этот процесс. Кроме этого, полимерные АКБ, в случае перегрева или при получении чрезмерного заряда, склонны к самовозгоранию, что и является их главным недостатком.

Работы над усовершенствованием аккумуляторных батарей ведутся постоянно. В основном они направлены на увеличение показателя энергоемкости, применение максимально безопасных материалов и повышение морозоустойчивости. Большинство специалистов уверены, что в ближайшее время на смену свинцово-кислотным АКБ придут более эффективные источники питания.

типы аккумуляторных батарей и их особенности

Одной из важнейших составляющих электрического оборудования и техники любого типа является аккумуляторная батарея, или, проще говоря, аккумулятор. Существуют различные виды аккумуляторов, и в данной статье речь пойдет обо всех типах таких приспособлений.

Самый первый АКБ был создан более полутора столетий назад во Франции ученым Гастоном Планте. С каждой последующими попытками усовершенствования устройства становились все лучше, однако принцип их функционирования и строение остались неизменны. Сейчас же существуют самые разнообразные типы аккумуляторов: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd и многие другие. Они имеют примерно одинаковый принцип работы, но у каждого — свои особенности. Стоит рассказать обо всех этих разновидностях по порядку.

Устройства с пониженным содержанием сурьмы

Пожалуй, стоит начать описание с одного из самых часто применяемых видов аккумуляторов. АКБ с содержанием менее 5% сурьмы избавили от необходимости частого добавления дистиллированной воды. Хотя это не делает аккумуляторы данного типа необслуживаемыми из-за имеющихся расходов жидкости.

Также они обладают крайне малой степенью саморазряда батареи и переносимости электрических характеристик автомобильной бортовой сети, в отличие от своих более новых аналогов.

Сурьмянистые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторных батарей признан устаревшим. Ему на замену пришли более современные и усовершенствованные типы АКБ с пониженным содержанием сурьмы. Однако до сих пор аккумуляторы данного вида служат по своему назначению в стационарных токовых источниках с неприхотливыми батареями.

Кальциевые альтернативы

Кальциевые АКБ хороши тем, что они уменьшают интенсивность электролиза и снижают уровень электролита. Помимо этого, кальций, заменивший сурьму, увеличил напряжение, нужное для начала осуществления электролиза, что уменьшило критичность последствий перезаряда.

Но не стоит забывать, что, как и все существующие типы аккумуляторных батарей, кальциевые АКБ обладают своими слабыми сторонами. Главный минус — повышенная чувствительность к мощному разряду ведет к резкому падению емкости.

Щелочные АКБ

Щелочными батареями называют такие устройства, в которых электролитом выступает щелочь, а не кислота. Устройства такого вида встречаются в автомобилях далеко не часто, однако они могут выступать в качестве аккумуляторов, например, для шуруповертов.

Одним из таких приспособлений является Ni-Cd аккумулятор — по факту его признали устаревшим, тем не менее он еще может встать наравне со своими более новыми конкурентами за счет дешевизны. Однако так называемый «эффект памяти» и повышенный саморазряд делают применение Ni-Cd устройства весьма проблематичным.

Его никель-металл-гидридный конкурент, разумеется, выше по цене, но при этом по качеству он существенно лучше. По сравнению с Ni-Cd аналогами, «эффект памяти» у них выражается в меньшей степени, хотя он все же присутствует. Также увеличенная вместимость и пониженный саморазряд вполне объясняют высокую цену.

Литий-ионная альтернатива

Пожалуй, из всех существующих видов аккумуляторов для автомобилей и не только самым лучшим можно назвать Li-ion. Он стоит значительно дороже своих Ni-MH и Ni-Cd аналогов. Это можно объяснить тем, что аккумуляторы с ионами лития не имеют тех недостатков, которыми обладают рассмотренные ранее модели. Хотя приспособления такого вида, равно как и все существующие устройства, все же не лишены своих слабых сторон, причем действительно существенных.

Среди главных уязвимостей можно выделить:

Модели такого типа широко применимы в качестве зарядного устройства для мобильных устройств. В случае, если технологический прогресс дойдет до достаточного уровня, чтобы Li-Ion приспособления лишились своих уязвимостей, они сумеют встать на замену кислотным батареям.

Стоит также заметить, что в старых моделях литий-ионных аккумуляторов применялись разнообразные оксиды лития, в которых также содержался марганец либо кобальт. Однако в более новые модели эти элементы добавлять перестали, заменив их сплавами литий-ферро-фосфатов в связи с их дешевизной, уменьшенной токсичностью и более простой возможносттю переработки.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-ионный полимерный аккумулятор, известный также как Li-Pol, LiPo, Li-polymer, представляет собой улучшенную версию стандартного литиевого аккумулятора и находит применение во многих видах техники. Электролитом здесь служит полимерный материал.

Такие типы литиевых аккумуляторов хороши тем, что обладают значительной энергетической плотностью на единицу объема и массы, пониженным саморазрядом, донельзя тонкими элементами (всего от 1 мм), возможностью гибкости, крайне несущественным перепадом напряжения в процессе разрядки, широким диапозоном температур, при которых устройство продолжит свою полноценную работу. И, ко всему прочему, LiPo не имеет эффекта памяти.

Хотя не стоит слепо полагать, что батареи такого плана на самом деле можно назвать полностью идеальными. Даже у Li-Pol есть свои изъяны. Один из самых существенных — опасность возгорания в случае перезарядки и избыточного потребления тепла. Недостатком представляется и сравнительно небольшое количество рабочих циклов — 800-900, а также старение аккумуляторов, даже если они лежат в стороне без надобности.

Наконец, даже сама зарядка весьма пагубно влияет на приспособление: если процесс зарядки уменьшает вместимость, то при глубоком заряде прибор можно смело отправлять в металлолом.

AGM и GEL-батареи

Гелевые батареи, как их часто называют, выступили как альтернативный вариант, безопасный в использовании. Проблему безопасности решили посредством перемещения электролита в связанное состояние, чтобы обеспечить уменьшение текучести.

Другими достоинствами GEL-батарей стали:

Их также можно наклонять практически под любым удобным углом, они могут храниться в течение достаточно продолжительного времени за счет медленного саморазряда, а переразряд не «смертелен» и не несет никакого ущерба технике в процессе.

А вот перезарядка устройства этого типа, наоборот, может крайне отрицательно повлиять на него. Поэтому AGM и GEL-батареи все же требуют очень аккуратного и бережного обращения.

К примеру:

При надежном хранении устройства оно сможет прослужить до десяти лет.

Гибриды

Название говорит само за себя: гибридными считаются те батареи, в строение которых входят неодинаковые пластины, то есть выполненные из различных материалов. Стоит учесть, что положительно заряженные пластины включают в себя компоненты сурьмы (ее содержание в них не превышает 5%), в то время как отрицательно заряженные пластины имеют в составе кальциевые компоненты.

Новый, чуть ли не революционный метод изготовления аккумуляторных батарей смог привести к следующему:

Конечно, это вовсе не означает, что данные аккумуляторы можно считать полностью идеальными «без единого изъяна». Они не имеют никаких особых преимуществ над всеми вышеописанными устройствами. Но при этом по качеству характеристик их можно поставить прямо посередине этого ряда.

Никель-металл-гидрид

Никель-металл-гидриды, или Ni-MH, как их обозначают в сокращенном варианте, являются такими видами аккумуляторных батарей, где в качестве отрицательного иона выступает водородный металлогидридный электрод, калиевый гидроксид в качестве электролита, никелевый — в качестве положительного иона.

Существует немалое количество различных типов батарей Ni-MH. К примеру, есть батареи долгого хранения LSD NiMH, которым не страшен мороз и длительный срок хранения. Они функционируют и с повышенными токами разряда, не разрываясь и не приходя в негодность из-за чрезмерной нагрузки.

Поэтому, к примеру, никель-металл-гидриды размера АА могут быть применимы в различных видах мелкой техники. Так, АА с большим объемом емкости в 1500-3000 мА/ч можно поместить в музыкальный плеер, радиоуправляемые игрушки, фотоаппарат и многие другие приспособления, где будет произведена зарядка за относительно непродолжительное время.

Весьма хороши и АА-батареи с уменьшенным объемом вместимости — такие АА, где емкость составляет всего 300-1000 мА/ч. АА данного типа применимы в качестве обеспечения питанием неавтоматических фонариков, управляемых пультом ДУ игрушек, раций и электронных приспособлений со сбалансированным энергопотреблением.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея стала первым изобретенным аккумулятором, увидевшим свет и нашедшим широкое применение в автомобилях и ряде других технических приборов.

Свое название приспособление получило за счет опущенных в воду и серную кислоту пластин из свинца, выполняющих роль электродов, хотя с течением времени водород в устройстве начинает теряться.

Популярность такие приспособления получили неслучайно, а благодаря очевидным достоинствам:

Хотя, несмотря на немалое количество достоинств, даже у этих моделей есть и свои слабые стороны:

Никелево-железные аналоги

Дешевые и малообслуживаемые Ni-Fe, они же никелево-железные батареи, обладают никель оксидо-гидроксидами, используемые как положительные пластины. В роли отрицательных пластин выступают оксиды-гидроксиды феррума. Жидкий электролит представляется в виде разъедающего калия.

Стоит признать, что данный тип батарей весьма надежен благодаря выносливости к тотальным разрядам, частой перезарядке. В отличие от той же свинцово-кислотной альтернативы, такие аккумуляторы не выйдут из строя, будучи в недозаряженном состоянии.

Какие бывают аккумуляторы в мобильной, компьютерной и бытовой технике | Батарейки и аккумуляторы | Блог

Аккумуляторы окружают нас повсеместно. Их можно встретить как в привычных каждому пользователю мобильных гаджетах, так и в сложных системах резервного электропитания. В каждой из областей используется свой тип аккумуляторной батареи, в которой ее характеристики «раскрываются» наилучшим образом. В данном материале поговорим о типах аккумуляторных элементов, областях применения и основных правилах эксплуатации.

Аккумуляторы. Общие принципы

По историческим меркам аккумулятор — довольно «молодое» изобретение, которому немногим более 160 лет. Основной принцип работы любого аккумуляторного элемента — протекание в нем обратимой электрохимической реакции, т. е. при приложении к контактам элемента  постоянного напряжения, на его пластинах (электродах) накапливается электрическая энергия, при приложении нагрузки — происходит ее расходование. Причем протекает такая реакция на протяжении большого количества циклов заряда/разряда. Как правило, возможное количество перезарядок  зависит от типа аккумуляторного элемента, но в среднем, современный аккумулятор способен обеспечить 300–1000 полных циклов.

Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.

Какого бы типа не был аккумулятор, костяк конструкции и основной принцип действия у них остается неизменным. В каждом аккумуляторе есть два электрода (положительный и отрицательный, иначе именуемые анод и катод), погруженные в специальную среду — электролит, являющуюся прекрасным «поставщиком» ионов вследствие электролитической диссоциации.

Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.

В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы

Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).

Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.

Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.

Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.

Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.

Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).

К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от - 40 до + 40 ° С).

Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.

Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.

Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.

К отрицательным моментам относят их малую удельную емкость, высокий саморазряд, длительное время зарядки (восполнять энергию нужно малыми зарядными токами) и ярко выраженный «эффект памяти».

Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.

Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.

Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.

Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.

Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.

Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.

Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.

NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.

Один элемент генерирует 1,2–1,25 в ЭДС, а его удельная энергия составляет 60–75 Вт*ч/кг. Теоретический расчетный «потолок» этого параметра находится на уровне 300 Вт*ч/кг, но видимо технологии производства NiMH-элементов, еще не до конца совершенны.

Литий-ионные аккумуляторы

Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.

Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.

Справедливости ради следует сказать, что «литий-ионный аккумулятор» — это обобщенное название целой группы электрохимических элементов, переносчиком заряда в которых выступают ионы лития. Разница заключается в составе материала катода и типе электролита.

Наибольшее распространение в бытовом сегменте получили литий-полимерные аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется специальный твердый полимер, а катодный и анодный материал нанесены на тонкие слои алюминиевой и медной фольги соответственно. Такое конструктивное решение позволяет производить аккумуляторы любой формы и размера, изящно «вписывая» их в разрабатываемые устройства.

Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.

Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.

Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.

Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.

Самым существенным недостатком литий-ионного элемента является его категорическое «нежелание» полноценно работать при отрицательных температурах. Эксплуатация литиевого элемента на морозе очень быстро приблизит его выход из строя.

краткие технические характеристики и маркировка автомобильных аккумуляторных батарей

Обзоры

Производители элементов питания предлагают разные виды аккумуляторов для автомобилей. Все они имеют различные характеристики и цены. При выборе батареи учитывают не только совместимость с транспортным средством, но и возможность восстановления, срок службы, емкость и назначение изделия.

Виды аккумуляторов для авто.

Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле

Аккумулятор — система, в которой выработка энергии происходит благодаря постоянному течению электрохимических реакций. Источник тока состоит из нескольких элементов, поэтому его называют перезаряжаемой батареей. Объединение деталей дает возможность получения высокого стартового тока и напряжения. В автомобили устанавливаются баночные аккумуляторы, состоящие из 6 элементов.

Источники питания обеспечивают запуск двигателя и бесперебойную работу компонентов автомобиля. Выдаваемое батареей напряжение составляет 12,6 В.

Основные виды автомобильных аккумуляторных батарей — краткая характеристика, маркировка

В автомобили устанавливаются разные модификации свинцово-кислотных батарей. Они отличаются увеличенной энергоемкостью и способностью подавать ток высокой силы. Это позволяет поддерживать работу стартера, участвующего в процессе запуска мотора. Основные компоненты АКБ опасны для окружающей среды, однако полностью заменить их невозможно.

Сурьмянистые

Сурьмянистые АКБ.

Этот вид относится к устаревшим. Пластины такого аккумулятора содержат до 10% сурьмы и 90% свинца. Первая повышает прочность элементов батареи. Чистый свинец отличается мягкой структурой, не позволяющей использовать его в виде электрода.

Сурьма ускоряет процесс распада, протекающего в батарее при высоком напряжении. Электролит начинает кипеть, выделяется газ. Главный недостаток сурьмянистого аккумулятора — быстрое выкипание воды. Из-за снижения количества кислотного раствора пластины взаимодействуют с воздухом и разрушаются.

Сурьмянистые АКБ требуют регулярного обслуживания — добавления очищенной воды. Этот тип батарей редко используется для пуска двигателя. Его заменили более современные модификации кислотно-свинцовых устройств.

АКБ, содержащие большое количество сурьмы, устанавливают в источники бесперебойного питания, требующие простых в обслуживании батарей.

Малосурьмянистые АКБ

Уменьшение содержания сурьмы в пластинах позволяет снизить скорость выкипания воды. К малосурьмянистым относятся батареи, электроды которых содержат не более 5% вспомогательного компонента. Это исключает необходимость частого добавления воды, однако элементы питания также требуют обслуживания. К другим преимуществам относятся такие особенности:

  1. Медленная потеря заряда при нахождении вне автомобиля. Такие батареи можно хранить дольше, чем те, которые содержат большее количество сурьмы.
  2. Устойчивость к изменению параметров автомобильной сети. При возникновении скачков напряжения рабочие качества аккумулятора ухудшаются незначительно. Этим малосурьмянистые АКБ отличаются от более современных моделей — гелевых, свинцово-кальциевых или AGM.
Данный вид АКБ чаще устанавливаются на машины отечественного производства.

Малосурьмянистые АКБ подходят для установки в отечественные машины. Бортовая сеть некоторых российских автомобилей не поддерживает стабильное напряжение. Кроме того, малосурьмянистые источники питания отличаются приемлемой ценой.

Щелочные

Электролитом здесь является не кислота, а щелочь. Существуют разные типы щелочных АКБ, однако только 2 вида устанавливают в автомобили. Они маркируются как NiCd и NiMh. Число плюсовых и минусовых электродов в таких аккумуляторах отличается. Катодов здесь больше, чем анодов. Электроды совмещены с корпусом. Щелочной раствор практически не расходуется при течении электрохимических реакций. Другими преимуществами являются такие характеристики:

Характеристики щелочных аккумуляторов.
  1. Нечувствительность к разряду. При хранении щелочные батареи практически не утрачивают рабочих качеств.
  2. Возможность использования в экстремальных условиях. Элементы питания хорошо переносят низкие температуры.
  3. Невысокий уровень саморазряда.
  4. Безопасность в использовании. При зарядке батареи не выделяются токсичные пары.
  5. Накопление большого количества заряда на единицу массы. Это позволяет АКБ отдавать ток в течение большого промежутка времени.

К отрицательным качествам щелочных АКБ можно отнести:

  1. Более низкое, чем у кислотных, напряжение. Для получения нужной величины соединяют большее число элементов. Это негативно сказывается на габаритах батареи.
  2. Более высокая, по сравнению с кислотными, цена.

Кальциевые

В состав свинцовых пластин входит кальций, препятствующий испарению кислотного раствора. На корпусе изделия можно найти маркировку Ca/Ca. Это значит, что кальций содержит в положительном и отрицательном электродах. Существуют модели с минимальным испарением воды, поэтому водителю не придется регулярно оценивать уровень электролита. Другими преимуществами кальциевой АКБ считаются такие характеристики:

  1. Медленная самопроизвольная потеря заряда. В отличие от сурьмянистых моделей, этот показатель меньше на 70%. При хранении батареи медленнее утрачивают эксплуатационные качества.
  2. Увеличение напряжения, при котором начинается электролиз. Это позволяет снизить чувствительность к перезаряду.
Достоинства и недостатки кальциевых аккумуляторов.

Кальциевые типы автомобильных аккумуляторов имеют и недостатки. К ним относятся:

  1. Неустойчивость к критическому разряду. После 2-4 полных потерь мощности АКБ утрачивает емкость. Она перестает накапливать и удерживать заряд, становясь непригодной к использованию.
  2. Чувствительность к перепадам напряжения. Перед применением кальциевого аккумулятора нужно проверить состояние компонентов автомобильной сети.
  3. Увеличенная, по сравнению с малосурьмянистыми АКБ, стоимость.

Аккумуляторы с кальциевыми электродами устанавливаются в иномарки с небольшим количеством электронных компонентов. Бортовая сеть такой машины поддерживает стабильное напряжение.

AGM и гелевые батареи

Аккумуляторы этих типов содержат вязкий электролит, не вытекающий при изменении положения корпуса. Отличие между АКБ AGM и GEL заключается в расположении наполнителя. В первом случае кислотным составом пропитывают стекловолокно, заполняющее пространство между электродами. При производстве гелевых АКБ наполнитель сгущают, добавляя производные кремния. К преимуществам АКБ с маркировками GEL или AGM относятся:

Преимущества гелевых аккумуляторов.
  1. Возможность установки в любом положении. Размещать батарею вверх дном все же не рекомендуется.
  2. Низкий уровень саморазряда.
  3. Подача высокого стартового тока. Эта способность не утрачивается по мере снижения заряда. После критического разряда батарея восстанавливает эксплуатационные характеристики.

К недостаткам можно отнести такие моменты:

  1. Требовательность к процессу зарядки. При восстановлении мощности подают ток меньшей силы. Рекомендуется использовать автоматические зарядные устройства.
  2. Чувствительность к перепадам напряжения в электрической сети автомобиля.
  3. Снижение проводимости электролита в морозную погоду.

Гибридные АКБ

На верхней крышке гибридного аккумулятора можно найти обозначение Ca/Sb или Ca+. Электроды в таких батареях выполняются из разных материалов. Катод изготавливается с использованием сурьмы, анод — кальция. Аккумуляторы смешанного типа стали попыткой объединения преимуществ кальциевых и сурьмянистых элементов питания.

Батареи имеют средние рабочие характеристики, в некоторых моментах они уступают кальциевым.

Литий-ионные АКБ

Аккумуляторы, отмечаемые маркировкой Li-ion, отличаются большой емкостью. Напряжение компонента батареи выше, чем у свинцово-кислотной. Литий-ионная АКБ саморазряжается медленно, поэтому подходит для длительного хранения. К недостаткам относят чувствительность к низким температурам. В холодную погоду сила пускового тока падает. При длительном использовании емкость батареи снижается. Мощность недостаточна для использования в виде стартовых аккумуляторов.

Мне нравитсяНе нравится

Различные типы батарей и их применение

Батарея - это совокупность одной или нескольких ячеек, которые подвергаются химическим реакциям, создавая поток электронов в цепи. В области аккумуляторных технологий ведется много исследований и улучшений, и в результате в настоящее время во всем мире испытываются и используются прорывные технологии. Батареи вошли в игру из-за необходимости хранить генерируемую электрическую энергию. Поскольку генерировалось хорошее количество энергии, важно было сохранить энергию, чтобы ее можно было использовать при отключении генерации или когда возникает необходимость в питании автономных устройств, которые нельзя привязать к источнику питания от сети.Здесь следует отметить, что в батареях можно хранить только постоянный ток, а переменный ток - нельзя.

Батарейные элементы обычно состоят из трех основных компонентов;

  1. Анод (отрицательный электрод)
  2. Катод (положительный электрод)
  3. Электролиты

Анод - это отрицательный электрод, который производит электроны во внешнюю цепь, к которой подключен аккумулятор. Когда батареи подключены, на аноде начинается накопление электронов, которое вызывает разность потенциалов между двумя электродами.Затем электроны естественным образом пытаются перераспределиться, этому препятствует электролит, поэтому, когда электрическая цепь подключена, она обеспечивает свободный путь для движения электронов от анода к катоду, тем самым запитывая цепь, к которой он подключен. Изменяя компоновку и материал, используемый для изготовления анода, катода и электролита, мы можем достичь многих различных типов химического состава аккумуляторов, что позволяет нам разрабатывать различные типы аккумуляторных элементов. В этой статье мы расскажем о различных типах аккумуляторов и их использовании , так что давайте начнем.

Типы аккумуляторов

Батареи обычно можно разделить на различные категории и типы, в зависимости от химического состава, размера, форм-фактора и вариантов использования, но под всеми из них можно выделить два основных типа батарей;

  1. Первичные батареи
  2. Вторичные батареи

Давайте посмотрим глубже, чтобы понять основные различия между первичной ячейкой и вторичной ячейкой.

1.Первичные батареи

Первичные батареи - это батареи, которые нельзя перезарядить. после разряда. Первичные батареи состоят из электрохимических элементов, электрохимическая реакция которых необратима.

Первичные батареи существуют в различных формах , начиная от таблеток и заканчивая батареями типа AA . Они обычно используются в автономных приложениях, где зарядка нецелесообразна или невозможна. Хороший пример этого - устройства военного класса и оборудование с батарейным питанием.Использовать аккумуляторные батареи будет непрактично, так как перезарядка батареи будет последним, о чем будут думать солдаты. Первичные батареи всегда имеют высокую удельную энергию, а системы, в которых они используются, всегда рассчитаны на потребление небольшого количества энергии, чтобы батарея прослужила как можно дольше.

Некоторые другие примеров устройств, использующих первичные батареи, включают ; Стрелки, трекеры животных, наручные часы, пульты дистанционного управления и детские игрушки, и это лишь некоторые из них.

Самым популярным типом первичных батарей являются щелочные батареи . Они обладают высокой удельной энергией, экологически безопасны, экономичны и не протекают даже при полной разрядке. Они могут храниться в течение нескольких лет, имеют хорошие показатели безопасности и могут перевозиться на борту самолета без соблюдения транспортных и других правил ООН. Единственным недостатком щелочных батарей является низкий ток нагрузки, что ограничивает их использование устройствами с низким потреблением тока, такими как пульты дистанционного управления, фонарики и портативные развлекательные устройства.

2. Аккумуляторы вторичные

Вторичные батареи - это батареи с электрохимическими элементами, химические реакции которых можно обратить вспять, подав на батарею определенное напряжение в обратном направлении. Также называемые перезаряжаемыми батареями , вторичные элементы, в отличие от первичных, могут перезаряжаться после того, как энергия на батарее будет израсходована.

Они обычно используются в приложениях с высоким энергопотреблением и других сценариях, где будет либо слишком дорого, либо нецелесообразно использовать однозарядные батареи.Вторичные батареи малой емкости используются для питания портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны , и других гаджетов и приборов, в то время как сверхмощные батареи используются для питания различных электромобилей и других приложений с высоким энергопотреблением, таких как выравнивание нагрузки при производстве электроэнергии. Они также используются в качестве автономных источников питания вместе с инверторами для подачи электроэнергии . Хотя первоначальная стоимость приобретения аккумуляторных батарей всегда намного выше, чем стоимость первичных батарей, в долгосрочной перспективе они являются наиболее рентабельными.

Вторичные батареи можно разделить на несколько других типов в зависимости от их химического состава . Это очень важно, потому что химический состав определяет некоторые атрибуты батареи, включая ее удельную энергию, срок службы, срок годности и цену, чтобы упомянуть некоторые из них.

Ниже приведены различных типов аккумуляторных батарей , которые обычно используются.

  1. Литий-ионный (Li-ion)
  2. Никель-кадмий (Ni-Cd)
  3. Никель-металлогидрид (Ni-MH)
  4. Свинцово-кислотный

1. Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевый аккумулятор (никель-кадмиевый аккумулятор или никель-кадмиевый аккумулятор) - это тип аккумуляторной батареи, в которой в качестве электродов используются гидроксид никеля и металлический кадмий. Никель-кадмиевые батареи превосходно поддерживают напряжение и заряд, когда они не используются. Однако батареи NI-Cd легко становятся жертвой ужасного эффекта «памяти», когда частично заряженная батарея перезаряжается, что снижает будущую емкость батареи.

По сравнению с другими типами перезаряжаемых элементов, никель-кадмиевые батареи обеспечивают хороший срок службы и производительность при низких температурах при достаточной емкости, но их наиболее значительным преимуществом будет их способность обеспечивать полную номинальную емкость при высокой скорости разряда. Они доступны в различных размерах, включая размеры, используемые для щелочных батарей, от AAA до D. Ni-Cd элементы используются по отдельности или собираются в пакетах из двух или более элементов. Маленькие пакеты используются в портативных устройствах, электронике и игрушках, а более крупные - в пусковых батареях самолетов, электромобилях и резервных источниках питания.

Некоторые свойства никель-кадмиевых батарей перечислены ниже.

2. Никель-металлогидридные батареи

Металлогидрид никеля (Ni-MH) - еще один химический состав, используемый для аккумуляторных батарей.Химическая реакция на положительном электроде батарей аналогична реакции никель-кадмиевого элемента (NiCd), при этом оба типа батарей используют один и тот же гидроксид оксида никеля (NiOOH). Однако отрицательные электроды в никель-металлогидриде используют сплав, поглощающий водород, вместо кадмия, который используется в никель-кадмиевых батареях

.

.

Батареи

NiMH находят применение в устройствах с высоким энергопотреблением из-за их большой емкости и плотности энергии.Аккумулятор NiMH может иметь емкость в два-три раза больше, чем аккумулятор NiCd того же размера, а его плотность энергии может приближаться к плотности литий-ионного аккумулятора. В отличие от химии NiCd, батареи на основе химии NiMH не восприимчивы к эффекту «памяти» , который испытывают NiCad.

Ниже приведены некоторые свойства батарей, основанные на химии никель-металлгидрида;

3. Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи

- один из самых популярных типов аккумуляторных батарей. Есть много различных типов литиевых батарей , но среди всех литий-ионных батарей используются наиболее часто. Вы можете найти эти литиевые батареи в различных формах, популярных среди электромобилей и других портативных устройств.Если вам интересно узнать больше об аккумуляторах, используемых в электромобилях, вы можете прочитать эту статью о батареях для электромобилей. Они встречаются в различных портативных устройствах, включая мобильные телефоны, интеллектуальные устройства и некоторые другие аккумуляторные устройства, используемые дома. Благодаря легкости они также находят применение в аэрокосмической и военной промышленности.

Литий-ионные батареи - это тип перезаряжаемых батарей, в которых ионы лития от отрицательного электрода мигрируют к положительному электроду во время разряда и возвращаются обратно к отрицательному электроду, когда батарея заряжается.Литий-ионные батареи используют интеркалированное соединение лития в качестве материала одного электрода, по сравнению с металлическим литием, используемым в неперезаряжаемых литиевых батареях.

Литий-ионные батареи

обычно обладают высокой плотностью энергии, небольшим эффектом памяти или отсутствием его и низким саморазрядом по сравнению с батареями других типов. Их химический состав, а также производительность и стоимость варьируются в зависимости от сценария использования, например, литий-ионные батареи, используемые в портативных электронных устройствах, обычно основаны на оксиде лития-кобальта (LiCoO 2 ), который обеспечивает высокую плотность энергии и низкие риски безопасности при повреждении, в то время как Li Батареи на основе литий-фосфата железа, которые предлагают более низкую плотность энергии, более безопасны из-за меньшей вероятности возникновения неблагоприятных событий, широко используются в электроинструментах и ​​медицинском оборудовании.Литий-ионные аккумуляторы предлагают лучшее соотношение производительности и веса, а литий-серные аккумуляторы - самое высокое.

Некоторые характеристики литий-ионных батарей перечислены ниже;

4.Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи

- это недорогая и надежная силовая рабочая лошадка, используемая в тяжелых условиях. Обычно они очень большие и из-за своего веса всегда используются в непереносных устройствах, таких как накопители энергии на солнечных батареях, зажигание и освещение транспортных средств, резервное питание и выравнивание нагрузки при производстве / распределении электроэнергии. Свинцово-кислотные аккумуляторы являются самым старым типом аккумуляторных батарей, которые по-прежнему актуальны и важны в современном мире. Свинцово-кислотные батареи имеют очень низкое отношение энергии к объему и энергии к весу, но они имеют относительно большое отношение мощности к весу и, как следствие, при необходимости могут обеспечивать огромные импульсные токи.Эти свойства наряду с низкой стоимостью делают эти батареи привлекательными для использования в нескольких сильноточных приложениях, таких как питание стартерных двигателей автомобилей и хранение в резервных источниках питания. Вы также можете ознакомиться со статьей о работе свинцово-кислотных аккумуляторов, если хотите узнать больше о различных типах свинцово-кислотных аккумуляторов, их конструкции и областях применения.

У каждой из этих батарей есть своя область, которая лучше всего подходит, и изображение ниже помогает выбрать между ними.

Выбор подходящего аккумулятора для вашего приложения

Одной из основных проблем, препятствующих технологическим революциям, таким как IoT, является мощность, время автономной работы влияет на успешное развертывание устройств, требующих длительного времени автономной работы, и даже несмотря на то, что для увеличения срока службы аккумулятора принимаются несколько методов управления питанием, совместимый аккумулятор все равно должен быть выбран для достижения желаемого результата.

Ниже приведены некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе правильного типа батареи для вашего проекта.

1. Плотность энергии: Плотность энергии - это общее количество энергии, которое может храниться на единицу массы или объема. Это определяет, как долго ваше устройство остается включенным, прежде чем ему потребуется подзарядка.

2. Плотность мощности: Максимальная скорость разряда энергии на единицу массы или объема. Низкое энергопотребление: ноутбук, i-pod. Высокая мощность: электроинструменты.

3. Безопасность : Важно учитывать температуру, при которой устройство, которое вы собираете, будет работать.При высоких температурах некоторые компоненты батареи выходят из строя и могут подвергаться экзотермическим реакциям. Высокие температуры обычно снижают производительность большинства батарей.

4. Срок службы: Стабильность плотности энергии и удельной мощности батареи при многократных циклах (зарядка и разрядка) необходима для длительного срока службы батареи, необходимого для большинства приложений.

5. Стоимость: Стоимость - важная часть любых инженерных решений, которые вы будете принимать.Важно, чтобы стоимость выбранного вами аккумулятора была соизмерима с его производительностью и не приводила к чрезмерному увеличению общей стоимости проекта.

.

Различные типы батарей, их применение и применение

Батарея - 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 (то есть 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 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 желаемого уровня. 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 нельзя хранить, а постоянный ток можно хранить без каких-либо проблем. 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, зарядный ток, разрядный ток, напряжение отключения, 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 значит?? 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 A = 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, то она может 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 необходимо приложить 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, батарея разряжается очень быстро, что приводит к быстрому нагреву батареи, что также вызывает взрыв батареи. Поэтому следует с осторожностью определять величину тока, потребляемого нагрузкой, а также максимальный ток разряда, который может выдержать батарея.

Срок годности:

Может возникнуть ситуация, когда батареи будут оставаться неиспользованными / закрытыми, особенно в магазинах / магазинах, в течение длительного периода времени. Итак, срок годности определяет период времени, в течение которого батарея может оставаться включенной, и должна иметь возможность использовать ее в течение номинального периода времени . Срок годности в основном рассматривается для неперезаряжаемых батарей, потому что их можно использовать и выбросить. 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 реальной емкости, тогда считается, что батарея проработала 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 нельзя рассматривать как срок службы.

Удельная мощность:

Определяет мощности батареи для заданной массы объема.

Например, 100 Втч / кг (стандартная удельная мощность щелочной батареи) означает, что для 1 кг химического состава она обеспечивает 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.

Вт · ч (для 11,5 г) = 100 * 11,5 / 1000 = 1,15 Вт · ч

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 мощности стандартной щелочной батареи AAA.

Типы аккумуляторов

Батареи в основном делятся на 2 типа:

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.

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.

Заявки:

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

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. Возможность низкого потребления тока

Заявки:

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 повторно использовать, 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.Они более предпочтительны в продуктах, где размер / пространство и вес не имеют значения. Они имеют номинальное напряжение от 2 В до 24 В и чаще всего 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 плотность мощности

Заявки:

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

Ni-Cd батареи

Эти батареи изготовлены из никеля и кадмия по химическому составу. Хотя они используются очень редко, они очень дешевы и имеют очень низкую скорость разряда по сравнению с NiMH 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.

Заявки:

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, имеющая почти все сходства, а также перезаряжаемая.

Недостатки:

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

Заявки:

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 имеют компактный размер, их можно использовать в большинстве портативных приложений, требующих высоких характеристик 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 немного дороже.
  2. Если клеммы закорочены, аккумулятор может взорваться.
  3. Требуется схема защиты аккумулятора.

Li-Po батареи

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

Преимущества:

  1. Они обладают более 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 Ni-Cad и Ni-MH батареями.

Недостатки:

  1. Дорого.
  2. При неправильном подключении может взорваться.
  3. Не допускайте сгибания или воздействия высокой температуры, которая может вызвать взрыв.

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

.

Типы аккумуляторов и элементов и их применение

Различные типы аккумуляторов и элементов и их применение

Давным-давно единственным способом получения портативной энергии был пар или топливо. После изобретения батареи жизнь стала проще, чем когда-либо. В настоящее время каждый ищет портативные машины для облегчения повседневных задач. В этом случае батареи способны удовлетворить потребность в производстве энергии на ходу.

Без сомнения, батареи выглядят довольно маленькими и тусклыми, но они, несомненно, способны превратить ваш маленький цилиндр в вашу собственную микроэлектростанцию.Идея создания портативной энергии не является чем-то новым, и даже доисторический человек использовал для ее производства древесину и топливо. Просто батареи - мгновенный источник энергии. Вы можете просто нажать кнопку и осветить темную комнату за секунду или даже меньше.

На рынке представлено несколько видов аккумуляторов. Все такие батареи работают по одному и тому же принципу преобразования химической энергии в электрическую. В этой статье мы обсудим все, что вам нужно знать о различных типах аккумуляторов, их работе и использовании.

Перед тем, как начать с работы и типов аккумуляторов, просто просмотрите историю аккумуляторов. Откуда они взялись? И кем они открыты.

История аккумуляторов

В 1800 году Вольта обнаружил, что определенная жидкость может генерировать непрерывную электрическую энергию при использовании в качестве проводника. Это открытие привело к созданию первого гальванического элемента, названного батареей. Изобретение Вольта батареи положило начало новой эре экспериментов с батареями.И ряд ученых пробовали различные эксперименты по изготовлению батарей. Но мало кто из них смог прийти к выводу. Вольта и Даниэль были двумя учеными, созданными клетками, известными как Вольтаическая и Даниэль соответственно.

Гальванический элемент: Гальванический элемент использует химическую реакцию для производства электроэнергии. Один анод и катод выполнены напротив друг друга. На аноде происходит окисление, а на катоде - восстановление. Между ними создается соляной мостик, чтобы завершить цепь. Части, в которых происходит окисление и восстановление, называются полуэлементами.Внешняя цепь используется для проведения потока электронов.

Гальванический элемент, изобретенный Вольтой, был не таким уж портативным и имел слишком много недостатков. После этого стала популярной ячейка Дэниела, разработанная «Джоном Фредериком Дэниелом».

Ячейка Даниила: После изобретения гальванической ячейки ячейка Даниила была популярна в более ранние века как источник электричества. В этом типе ячеек контейнер разделен на два отсека. Промежуток выполнен проницаемой для ионов мембраной.В одном из компонентов цинковый электролит был погружен в раствор сульфата цинка. В другом отсеке погружали медный электрод в раствор сульфата меди. Ячейка была способна подавать ток до тех пор, пока не кончился сульфат цинка или меди.

Джон Дэнсер продолжил этот эксперимент и разработал первую батарею с пористой конструкцией.

В 1859 году свинцово-кислотная батарея , разработанная Гастоном Планте, стала популярной из-за возможности перезарядки батареи.Простая конструкция батареи позволяла осуществлять подзарядку путем реверсирования тока обратно в батарею. Эта батарея до сих пор используется во многих местах, таких как автомобильные батареи, автомобили и т. Д.

Кроме того, Карл Гесснер изобрел батарею Leclanche как сухую конструкцию, в которой не было жидкого электролита.

Давайте посмотрим на ячейку Лекланша.

Это изобретение сделало использование батареи очень простым и удобным, так как проблема проливания и ориентации была полностью устранена.Снова была изобретена никель-кадмиевая батарея, известная как щелочная батарея. В 1970-х годах большинство литиевых батарей было изобретено для использования в портативных устройствах.

Общая химия батареи:

Батарея состоит из трех слоев: катода, анода и разделителя. Отрицательный слой батареи называется анодом, а положительный слой - катодом. Когда нагрузка присоединяется к батарее, ток начинает течь через анод к катоду.Точно так же, когда мы подключаем зарядное устройство, ток начинает течь в противоположном направлении, то есть от катода к аноду.

Каждая батарея работает по химической реакции, называемой реакцией окисления-восстановления. Реакция протекает между катодом и анодом через сепаратор (электролит).

В результате один электрод получает отрицательный заряд из-за реакции окисления. И этот отрицательно заряженный электрод называется катодом. Второй электрод заряжается положительно из-за реакции восстановления, который в дальнейшем называется анодом.Когда два разных металла погружаются в один и тот же раствор электролита, один из электродов приобретает электрон, а другой теряет электрон.

В результате один из металлов потеряет электрон, а другой металл получит электрон. Эта разница в концентрации электронов двух металлов вызывает разность электрических потенциалов между металлами. Эта разность потенциалов может использоваться как источник напряжения в любом электрическом устройстве.

Ионы проходят только через сепаратор, он блокирует все движение от анода к катоду.Следовательно, единственный способ получить ток - это от клемм аккумулятора.

Давайте посмотрим, как аккумуляторы классифицируются…

Различные типы аккумуляторов

Аккумуляторы обычно используются в бытовых устройствах, а также для промышленного применения. Каждая батарея предназначена для выполнения определенных задач и может использоваться в соответствии с требованиями. В основном есть две категории батарей, которые называются первичными и вторичными элементами. Однако батареи подразделяются на четыре широкие категории, а именно: первичный элемент, вторичный элемент, топливный элемент и резервный элемент.Ниже приведено все, что вам нужно знать о различных типах аккумуляторов и их работе.

Первичный элемент (неперезаряжаемые батареи)

Неперезаряжаемые батареи, также известные как первичные батареи или первичный элемент. Первичные батареи - это батареи, которые нельзя использовать снова после того, как их накопленная энергия будет использована полностью. Эти батареи не могут восстанавливать энергию никаким внешним источником.По этой причине первичные элементы также называют одноразовыми батареями.

Основным фактором, сокращающим срок службы первичных батарей, является их поляризация во время использования. Чтобы продлить срок службы батареи за счет уменьшения эффекта поляризации, используется химическая деполяризация, то есть окисление водорода до воды путем добавления в элемент окислителя. Как и в цинк-углеродных ячейках и ячейках Лекланша, используется диоксид марганца, а в ячейках Бунзена и Грове используется азотная кислота.

Связанное сообщение: Как проверить батарею с помощью тестера?

Применение первичных ячеек :

Неперезаряжаемые батареи бывают многих типов. Они приведены ниже

Связанные с ними Сообщение: Типы конденсаторов | Фиксированные, переменные, полярные и неполярные

  1. Цинк-угольные батареи

Углеродно-цинковые батареи - первые коммерческие сухие батареи, которые обеспечивают очень низкую мощность и также известны как сухие элементы.Угольный стержень помещен в батарею, которая собирает ток от электрода из диоксида марганца. Он может выдавать 1,5 В постоянного тока. Эти типы батарей используются в фонариках, радио, пультах дистанционного управления и настенных часах.

  1. Щелочная

Щелочная батарея также является сухой батареей, она состоит из цинкового анода и катода из диоксида марганца. Щелочная батарея упакована в стальную банку, а крайняя внутренняя область заполнена диоксидом марганца.Цинк и электролит гидроксида калия залиты в центральную часть батареи. Щелочные батареи имеют более высокую плотность, чем другие батареи. Как правило, он используется в аудиоплеерах, радиоприемниках и фонарях.

  1. Литиевые элементы

Литиевые батареи выпускаются в виде монет или кнопок. Он обеспечивает более высокое напряжение (3 В), чем цинковые, щелочные и марганцевые батареи. Литиевые элементы меньше по размеру и легче по весу.У литиевых элементов высокое внутреннее сопротивление, и они не подлежат перезарядке. Самым популярным круглым элементом, используемым в электронике, является CR2032, который обеспечивает выход 3 В. Литиевые элементы имеют более длительный срок службы (около 10 лет).

  1. Элементы из оксида серебра :

Батареи из оксида серебра - это маломощные батареи с большой емкостью. По внешнему виду они похожи на ртутные элементы и обеспечивают более высокую ЭДС 1,5 В. Катод батареи состоит из оксида серебра.Электролит внутри батареи состоит из гидроксида калия или натрия. Поскольку серебро стоит дорого, эта батарея имеет очень ограниченное применение.

Отличными характеристиками элементов из оксида серебра являются:

Применение элементов из оксида серебра:

  1. Воздушно-цинковые элементы

Цинково-воздушные батареи достигают полного рабочего напряжения в пределах 5 минут сразу после распечатывания. Это первичные батареи с перезаряжаемой конструкцией. Содержание кислорода в воздухе действует как активная масса аккумулятора. Катод представляет собой пористое тело из углерода с доступом воздуха.Допустимое выходное напряжение элемента составляет 1,65 В. При разряде масса частиц цинка образует пористый анод, насыщенный электролитом. Кислород, присутствующий в воздухе, реагирует с гидроксильным ионом и образует цинкат. Этот цинкат образует оксид цинка, а вода возвращается в электролит.

Вторичный элемент (аккумуляторные батареи)

Аккумуляторные батареи также известны как вторичные элементы. Его можно использовать снова и снова, подключив их к зарядке, и получить многоразовое использование, прежде чем потребуется замена батареи.Первоначальная стоимость аккумуляторных батарей обычно превышает стоимость одноразовых, но общая стоимость владения и воздействия на окружающую среду этих батарей ниже, поскольку их можно недорого перезарядить много раз, прежде чем потребуется их замена.

Применение вторичных элементов:

Перезаряжаемые или вторичные батареи в основном бывают трех типов:

Связанный пост: Калькулятор срока службы батареи

  1. Свинцово-кислотный

Свинцово-кислотный аккумулятор - очень распространенный тип перезаряжаемых батарей.Они обычно используются для хранения энергии от солнечной энергии, потому что их качество отличается от других. Эти батареи обеспечивают высокий ток и используются в автомобиле. Когда аккумулятор перестанет работать, его можно отправить на переработку. Около 93% всего свинца в аккумуляторных батареях повторно используется для переработки в новые свинцово-кислотные батареи.

  1. Литий-ионные (литий-ионные)

Литий-ионные батареи - это перезаряжаемые батареи, также известные как литий-ионные батареи. Эти батареи обычно используются в электронике, так как имеют большую удельную мощность.Эти батареи могут хранить 150 ватт-часов на кг. Во время разряда ионы лития перемещаются от отрицательного электрода к положительному и наоборот. Перегрев может привести к повреждению аккумулятора или возгоранию.

  1. Никель-металлогидридные (Ni-MH)

Никель-металлогидридные батареи представляют собой перезаряжаемые батареи. Металл батареи интерметаллический. Эти типы батарей имеют длительный срок службы и способны выдерживать большие токи. Он может хранить 100 ватт-часов на кг.Они более термостойкие, чем литий-ионные батареи. Саморазряд выше, чем у других батарей.

Никель-кадмий (Ni-Cd)

В никель-кадмиевых перезаряжаемых батареях в качестве электрода используются гидроксид никеля и металлический кадмий. Он также известен как никель-кадмиевый аккумулятор или никель-кадмиевый аккумулятор. Никель-кадмиевые батареи хороши для поддержания напряжения и электрического заряда, когда они не используются. Основным недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов, который может привести к снижению емкости аккумулятора в будущем, является то, что при перезарядке частично заряженного аккумулятора он может стать жертвой « Ужасного эффекта памяти» (т.е.е. изменения в отрицательной или кадмиевой пластине, например, зарядка включает преобразование CD (OH) в металлический Cd) и снижение напряжения.

Никель-кадмиевые обеспечивают номинальную мощность при полной скорости разряда и имеют хороший срок службы при работе при низких температурах.

Разница между первичными и вторичными элементами:
Спецификации:

Первичные элементы имеют высокое внутреннее сопротивление, большую емкость и меньше по размеру. Вторичные элементы имеют низкое внутреннее сопротивление, имеют обратимые химические реакции и сложны по конструкции.

Дизайн:

Первичные элементы обычно являются сухими. Это означает, что в них нет жидкости и они заполнены пастой, которая позволяет ионам перемещаться внутри батареи. Это причина того, что первичные клетки устойчивы к разливу. Однако вторичные элементы состоят либо из жидкой, либо из расплавленной соли.

Чтобы вы могли лучше сравнить первичные и вторичные элементы, их преимущества и недостатки, мы суммировали различия в приведенной ниже таблице:

Первичные элементы Вторичные элементы
Подходит для портативных приложений из-за небольшого веса и меньшей конструкции Не подходит для портативных устройств
Хорошее удержание заряда Низкое удержание заряда
Не подходит для дорогостоящих приложений Настоятельно рекомендуется для резервного копирования и высокой стоимости приложений
Ограничено конкретными приложениями Очень универсален и, следовательно, имеет широкий спектр приложений
Низкая начальная стоимость Более высокая начальная стоимость

Пройдя по приведенной выше таблице, я надеюсь, что вы теперь будете в состоянии выяснить плюсы и d минусы первичных и вторичных батарей.

Резервный элемент

Резервный аккумулятор или элемент также известен как резервный аккумулятор. Электролит остается неактивным в твердом состоянии до тех пор, пока не будет достигнута точка плавления. Как только достигается температура плавления, начинается ионная проводимость и аккумулятор активируется.

Резервные элементы далее подразделяются на три категории:

Применения резервных батарей:

Связанный пост: В чем разница между батареей и конденсатором?

Топливный элемент

В аккумуляторах этого класса активные материалы питаются от внешнего источника.Топливные элементы способны вырабатывать электрическую энергию, пока на электроды подаются активные материалы. Протонообменная мембрана использует газообразный водород и кислород в качестве топлива. Реакция протекает внутри ячейки, и как продукт реакции вырабатывается вода, электричество и тепло. Четыре основных элемента топливных элементов - это анод , катод, электролит и катализатор .

Преимущества технологии, используемой в топливных элементах:

Применение топливных элементов

Связанный пост: Как подключить солнечную панель к батарее 12 В и нагрузке постоянного тока 12 В?

Преимущество аккумулятора перед другими источниками энергии

Связанное сообщение: Как подключить солнечную панель к инвертору 220 В, батарее 12 В и нагрузке постоянного тока 12 В?

Недостатки аккумуляторов

Связанное сообщение: Как соединить две панели солнечных батарей 24 В параллельно с двумя батареями 12 В последовательно

Выбор правильной батареи в соответствии с вашим приложением?

Очень важно правильно выбрать аккумулятор для вашего приложения, чтобы избежать повреждения устройства или приложения.Ниже приведены некоторые соображения, которые следует учитывать при выборе подходящей батареи для вашего приложения.

Основной или дополнительный: Это один из наиболее важных факторов при выборе правильного типа батареи для вашего устройства. Вы можете использовать первичную батарею для периодического использования и в одноразовых устройствах, таких как игрушки и т. Д. Однако, если вы используете устройство в течение длительного времени, то вам больше подойдут вторичные или аккумуляторные батареи.

Диапазон температур: Выбор правильной батареи с правильной температурой поможет снизить риск теплового разгона.Литий-ионные батареи можно заряжать в узком температурном диапазоне от 20 до 45 градусов Цельсия. Взрыв аккумуляторов может произойти в результате перезарядки, высокотемпературной зарядки или короткого замыкания, что в конечном итоге повредит устройство или приложение.

Долговечность: Долговечность батареи в значительной степени зависит от двух факторов, а именно: срок службы заряда и общий срок службы. Кроме того, физические факторы батареи также способствуют ее долгому сроку службы.

Плотность энергии: Общее количество энергии, хранящейся в батарее на единицу объема, называется плотностью энергии.Он определяет стабильность батареи: как долго она проработает до следующей зарядки.

Безопасность: Выбранная вами батарея должна соответствовать ее рабочей температуре. Иногда температура батареи превышает допустимую, что может привести к повреждению компонентов устройства. Кроме того, если температура устройства превышает допустимую, производительность может снизиться.

К другим факторам относятся:

аккумулятор для электромобилей

аккумулятор для электромобилей предназначен для обеспечения питания от длительный период времени.Факторы, которые отличают их от других батарей, - это возгорание и молния. Батареи для электромобилей увеличивают свою долю на рынке благодаря надежности и экологичности.

Самыми распространенными аккумуляторами в современных автомобилях являются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. Ячейки устанавливаются в виде модулей. Другими словами, одна форма батареи устанавливается, чтобы сделать батарею. Возьмем для примера электромобиль BMW, в котором всего установлено 96 ячеек.Количество элементов, помещенных в раму, защищает батареи от внешнего тепла и вибрации. Комбинация ячеек называется модулем.

Несколько таких модулей, блок охлаждения и система управления батареями объединены в единый блок.

В электромобилях используются два основных типа ионно-литиевых батарей:

В автомобилях, например, в транспортных средствах, литий-ионные батареи более безопасны с точки зрения химической опасности и удобства.

Строительство аккумуляторов для электромобилей

В настоящее время электромобили работают на литиевых батареях.Нормальное напряжение литиевого элемента составляет 3,7 вольта, но для электромобиля требуется 300 В. Для достижения этого значения напряжения и тока литиевые элементы объединяются в последовательные и параллельные. Комбинация таких литиевых элементов известна как модуль. Модули поставляются с BMS (системой управления батареями) для их защиты. Ниже приведена фотография Nissan Leaf, на которой показаны модули литиевых элементов, созданные для достижения необходимого напряжения.

Важные инструкции по использованию аккумуляторных батарей для электромобилей

Похожие сообщения:

.

Типы батарей / источники питания: принципы работы и преимущества

Батареи являются наиболее распространенным источником питания для базовых портативных устройств и крупномасштабных промышленных приложений. Батарею можно определить как; это комбинация одной или нескольких электрохимических ячеек, которые способны преобразовывать накопленную химическую энергию в электрическую.

Работа батареи:

Батарея - это устройство, которое состоит из различных гальванических элементов. Каждый гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных последовательно проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы.Одна полуячейка включает электролит и электрод, к которому перемещаются анионы, то есть анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и электрод, к которому движутся катионы, то есть катод или положительный электрод.

В окислительно-восстановительной реакции, которая питает аккумулятор, происходит восстановление катионов на катоде, в то время как окисление происходит до анионов на аноде. Электроды не касаются друг друга, но электрически связаны электролитом. В основном полуэлементы имеют разные электролиты.Учитывая все обстоятельства, каждая полуячейка заключена в контейнер, а сепаратор, пористый для ионов, но не большая часть электролитов, предотвращает смешивание.

Работа батареи

Каждая половина элемента имеет электродвижущую силу (ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть элемента. Чистая ЭДС ячейки - это разница между ЭДС ее полуячеек. Таким образом, если электроды имеют ЭДС, иными словами, чистая ЭДС представляет собой разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Как ухаживать за аккумулятором?

Для поддержания аккумулятора в хорошем состоянии необходимо выравнивание заряда аккумулятора. Из-за старения все элементы заряжаются по-разному, некоторые элементы заряжаются очень быстро, а другие заряжаются постепенно. Выравнивание может быть выполнено путем небольшой перезарядки аккумулятора, чтобы позволить более слабым элементам также полностью зарядиться. Напряжение на клеммах полностью заряженной батареи составляет 12 В, автомобильная батарея показывает 13,8 В на клеммах, а 12-вольтная трубчатая батарея - 14.8В. Автомобильный аккумулятор должен быть надежно закреплен в автомобиле, чтобы избежать тряски. Батарею инвертора следует по возможности поставить на деревянную доску.

2 типа батарей

1) Основные батареи:

Как видно из названия, эти батареи предназначены для одноразового использования. После того, как эти батареи используются, их нельзя перезарядить, так как устройства нельзя легко восстановить, и активные материалы могут не вернуться к своей первоначальной форме. Производители батарей не рекомендуют перезаряжать первичные элементы.

Некоторыми примерами одноразовых батареек являются обычные батарейки AA, AAA, которые мы используем в настенных часах, пультах дистанционного управления от телевизора и т. Д. Другое название этих батарей - одноразовые батарейки. Типы

Батарея
2) Вторичные батареи:

Вторичные батареи также называются аккумуляторными. Эти батареи можно использовать и заряжать одновременно. Обычно они собираются из активных материалов, причем активный элемент находится в разряженном состоянии. Перезаряжаемые батареи заряжаются с помощью электрического тока, который обращает вспять химические реакции, происходящие во время разряда.Зарядные устройства - это устройства, обеспечивающие необходимый ток.

Некоторыми примерами этих аккумуляторных батарей являются батареи, используемые в мобильных телефонах, MP3-плеерах и т. Д. В таких устройствах, как слуховые аппараты и наручные часы, используются миниатюрные элементы, а в таких местах, как телефонные станции или компьютерные центры обработки данных, используются более крупные батареи.

Вторичные батареи

Типы вторичных (перезаряжаемых) батарей:

SMF, свинцово-кислотные, литиевые и никелевые

Батарея SMF
:

SMF - это герметичные необслуживаемые батареи , обеспечивающие надежную, стабильную и низкую потребляемую мощность для приложений ИБП.Эти батареи могут подвергаться глубокому разряду и минимальному техническому обслуживанию в сельских районах и районах с дефицитом электроэнергии. Эти батареи доступны от 12 В.

В современном информационном мире нельзя упускать из виду требование, чтобы аккумуляторные системы были разработаны для восстановления важных квалифицированных данных и информации и запуска основных контрольно-измерительных приборов в течение желаемого времени. Батареи необходимы для мгновенной подачи энергии. Ненадежные и некачественные батареи могут привести к потере данных и отключению оборудования, что может стоить компаниям значительных финансовых потерь.Следовательно, сегменты ИБП требуют использования надежной и проверенной аккумуляторной системы.

SMF Батарея
Литиевая (Li) Батарея:

Все мы используем ее в портативных устройствах, таких как сотовый телефон, портативный компьютер или электроинструмент. Литиевая батарея была одним из величайших достижений портативной энергетики за последнее десятилетие; Благодаря использованию литиевых батарей мы смогли перейти с черно-белых мобильных телефонов на цветные с дополнительными функциями, такими как GPS, оповещения по электронной почте и т. д.Это устройства с потенциалом высокой плотности энергии для более высоких мощностей. И относительно невысокий саморазряд аккумуляторов. Также специальные элементы могут обеспечивать очень высокий ток для таких приложений, как электроинструменты.

Li Батарея
Никель-кадмиевая (Nicd) батарея:

Никель-кадмиевые батареи имеют то преимущество, что их можно перезаряжать много раз, они обладают относительно постоянным потенциалом во время разряда и имеют большую электрическую и физическую стойкость. В этой батарее используется оксид никеля в качестве катода, соединение кадмия для анода и раствор гидроксида калия в качестве электролита.

Когда аккумулятор заряжается, химический состав катода изменяется, и гидроксид никеля меняется на NIOOH. В аноде образование ионов кадмия происходит из гидроксида кадмия. Когда батарея разряжена, кадмий реагирует с NiOOH с образованием гидроксида никеля и гидроксида кадмия.

Cd + 2h3O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Свинцово-кислотная батарея:

Свинцово-кислотные батареи широко используются в автомобилях, инверторах, системах резервного питания и т. Д.В отличие от трубчатых и необслуживаемых батарей, свинцово-кислотные батареи требуют надлежащего ухода и обслуживания для продления срока службы. Свинцово-кислотная батарея состоит из ряда пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Пластины имеют сетки, на которые крепится активный материал. Пластины делятся на положительные и отрицательные. Положительные пластины содержат чистый свинец в качестве активного материала, в то время как оксид свинца прикреплен к отрицательным пластинам.

Свинцово-кислотная батарея

Полностью заряженная батарея может разрядить свой ток при подключении к нагрузке.В процессе разряда серная кислота соединяется с активными материалами на положительной и отрицательной пластинах, что приводит к образованию сульфата свинца. Вода - самый важный шаг в обслуживании свинцово-кислотной батареи. Периодичность подачи воды зависит от использования, способа зарядки и рабочей температуры. Во время процесса атомы водорода серной кислоты реагируют с кислородом с образованием воды.

Это приводит к высвобождению электронов из положительных пластин, которые будут приняты отрицательными пластинами.Это приводит к образованию электрического потенциала на батарее. Электролит в свинцово-кислотной батарее представляет собой смесь серной кислоты и воды, имеющую удельный вес. Удельный вес - это вес кислотно-водной смеси по сравнению с равным объемом воды. Удельный вес чистой воды, не содержащей ионов, составляет 1.

Свинцово-кислотные батареи обеспечивают наилучшее соотношение мощности и энергии на киловатт-час; имеют самый длительный жизненный цикл и большое экологическое преимущество, поскольку они перерабатываются с чрезвычайно высокой скоростью.Никакая другая химия не может коснуться существующей инфраструктуры для сбора, транспортировки и переработки свинцово-кислотных аккумуляторов.

Наряду с этой статьей обсуждается литий-ионный аккумулятор, его достоинства и недостатки.

Работа литий-ионных аккумуляторов

Литий-ионные аккумуляторы сейчас популярны в большинстве портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты и т. Д., Благодаря их длительной энергоэффективности. Это самые популярные аккумуляторные батареи с такими преимуществами, как лучшая плотность энергии, незначительные потери заряда и отсутствие эффекта памяти.Литий-ионный аккумулятор использует ионы лития в качестве носителей заряда, которые перемещаются от отрицательного электрода к положительному во время разряда и обратно при зарядке. Во время зарядки внешний ток от зарядного устройства вызывает перенапряжение, чем в аккумуляторе. Это заставляет ток проходить в обратном направлении от положительного электрода к отрицательному, где ионы лития внедряются в пористый электродный материал в результате процесса, называемого интеркаляцией. Литий-ионные ионы проходят через неводный электролит и разделительную диафрагму.Материал электрода - интеркалированное соединение лития.

Отрицательный электрод литий-ионной батареи состоит из углерода, а положительный электрод - из оксида металла. Чаще всего для отрицательного электрода используется графит, а для положительного электрода - оксид лития-кобальта, ион-фосфат лития или оксид лития-марганца. Литиевая соль в органическом растворителе используется в качестве электролита. Электролит обычно представляет собой смесь органических карбонатов, таких как этиленкарбонат или диэтилкарбонат, содержащих ионы лития.В электролите используются анионные соли, такие как гексафторфосфат лития, моногидрат гексафторарсената лития, перхлорат лития, гексафторборат лития и т. Д. В зависимости от используемой соли напряжение, емкость и срок службы батареи различаются. Чистый литий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида лития и ионов водорода. Таким образом, в качестве электролита используется неводный органический растворитель. Электрохимическая роль заряда электродов между анодом и катодом зависит от направления протекания тока.

Реакция ионно-литиевой батареи

В литий-ионной батарее оба электрода могут принимать и выделять ионы лития. Во время процесса интеркаляции ионы лития перемещаются в электрод. Во время обратного процесса, называемого деинтеркаляцией, ионы лития возвращаются. Во время разряда положительные ионы лития извлекаются из отрицательных электродов и вставляются в положительный электрод. В процессе зарядки происходит обратное движение ионов лития.

Преимущества литий-ионных батарей:

Литий-ионные батареи превосходят никель-кадмиевые и другие вторичные батареи.Некоторые из преимуществ:

Но наряду с преимуществами, как и у других аккумуляторов, литий-ионный аккумулятор также страдает некоторыми недостатками.

Недостатки литий-ионного аккумулятора:

.

Сравнение широко используемых типов батарей

Кислотные и щелочные
Батареи часто классифицируют по типу электролита, используемого в их конструкции. Есть три общие классификации; кислая, слабокислая и щелочная.
В кислотных батареях в качестве основного компонента электролита часто используется серная кислота. Автомобильные аккумуляторы имеют кислотную основу. Электролит, используемый в слабокислотных батареях, гораздо менее агрессивен, чем обычные кислотные батареи, и обычно включает множество солей, которые производят желаемый уровень кислотности.Недорогие бытовые батареи - это умеренно кислотные батареи.
В щелочных батареях в качестве основного компонента электролита обычно используется гидроксид натрия или гидроксид калия. Щелочные батареи часто используются в приложениях, где требуется длительный срок службы и высокая мощность, например, в сотовых телефонах, портативных проигрывателях компакт-дисков и радио, пейджерах и камерах со вспышками.
Влажные и сухие
«Влажные» элементы относятся к гальваническим элементам, в которых электролит имеет жидкую форму и может свободно течь внутри корпуса элемента.Влажные батареи часто чувствительны к ориентации батареи. Например, если влажная ячейка ориентирована так, что вокруг одного из электродов скапливается газовый карман, ячейка не будет производить ток. Большинство автомобильных аккумуляторов представляют собой влажные элементы.
«Сухие» элементы - это элементы, в которых используется твердый или порошкообразный электролит. В таких электролитах для завершения химического процесса используется окружающая влажность воздуха. Элементы с жидким электролитом можно классифицировать как «сухие», если электролит иммобилизован каким-либо механизмом, например, путем его гелеобразования или удерживания на месте абсорбирующим веществом, таким как бумага.
В общем, "сухие" батареи обычно относятся к цинково-угольным элементам (раздел 2.3.1) или цинково-щелочным элементам с диоксидом марганца (раздел 2.3.2), где электролит часто желируется или удерживается. помещается впитывающей бумагой.
Некоторые клетки сложно классифицировать. Например, один тип элемента предназначен для длительного хранения без электролита. Непосредственно перед потреблением энергии от ячейки добавляется жидкий электролит.
Категории
Батареи можно дополнительно классифицировать по их назначению.В следующих разделах обсуждаются четыре общие категории батарей; «автомобильные» аккумуляторы, «бытовые» аккумуляторы, «специальные» аккумуляторы и «прочие» аккумуляторы. Каждый раздел посвящен общим свойствам этой категории батарей. Обратите внимание, что некоторые типы батарей (кислотные или щелочные, влажные или сухие) можно разделить на несколько категорий. В данном руководстве типы батарей помещены в категорию в которые, скорее всего, будут использоваться в коммерческих целях.
Автомобильные аккумуляторы
В этом разделе обсуждаются типы и конфигурации аккумуляторов, которые обычно используются в транспортных средствах.В эту категорию могут входить батареи, которые напрямую приводят в действие электродвигатели, или батареи, обеспечивающие пусковую энергию для двигателей внутреннего сгорания. Эта категория также будет включать большие стационарные батареи, используемые в качестве источников питания для аварийного освещения зданий, электроснабжения удаленных объектов и резервного копирования компьютеров. Автомобильные аккумуляторы обычно доступны в стандартном исполнении или могут быть специально созданный для конкретных приложений.
Свинцово-кислотные батареи, разработанные в конце 1800-х годов, были первыми коммерчески практичными батареями.Батареи этого типа остаются популярными, потому что они относительно недороги в производстве. Свинцово-кислотные аккумуляторы наиболее широко используются в качестве автомобильных аккумуляторов. Перезаряжаемые свинцово-кислотные батареи доступны с 1950-х годов и стали наиболее широко используемым типом аккумуляторов в мире, более чем в 20 раз превышающим уровень использования ближайших конкурентов. На самом деле аккумулятор производство является самым крупным потребителем свинца в мире1. Уравнение 1 показывает химическую реакцию в свинцово-кислотном элементе.
PbO2 + Pb + 2h3SO4> 2PbSO4 + 2h3O
Свинцово-кислотные батареи остаются популярными, потому что они могут производить высокие или низкие токи в широком диапазоне температур, имеют хороший срок хранения и жизненные циклы, а также относительно недороги в производстве и покупке. . Свинцово-кислотные батареи обычно перезаряжаемые.
Производство аккумуляторов является крупнейшим в мире источником свинца. Свинцово-кислотные батареи бывают самых разных форм и размеров, от бытовых аккумуляторов до больших батарей для использования на подводных лодках.Наиболее заметными недостатками свинцово-кислотных аккумуляторов являются их относительно большой вес и падение напряжения при разряде (п. 3.5).
Герметичные и затопленные
В «затопленных» аккумуляторах кислород, создаваемый на положительном электроде, выделяется из элемента и выбрасывается в атмосферу. Точно так же водород, образовавшийся на отрицательном электроде, также выбрасывается в атмосферу. Общий результат - чистая потеря воды (h3O) из ячейки. Эту потерянную воду необходимо периодически заменять.Залитые батареи необходимо удалить, чтобы не допустить избыточного давления из-за накопления этих газов. Кроме того, помещение или корпус, в котором находится аккумулятор необходимо удалить воздух, так как концентрация концентрированного водорода и кислорода взрывоопасна.
Однако в герметичных батареях образующийся кислород химически соединяется со свинцом, затем с водородом на отрицательном электроде, а затем снова с реактивными агентами в электролите, чтобы воссоздать воду. Конечный результат - отсутствие значительной потери воды из ячейки.
Батареи глубокого разряда
Батареи глубокого разряда имеют конфигурации, аналогичные конфигурациям обычных батарей, за исключением того, что они специально разработаны для длительного использования, а не для коротких периодов использования с последующим коротким периодом утилизации. Термин «глубокий цикл» чаще всего применяется к свинцово-кислотным аккумуляторам. Аккумуляторы глубокого разряда требуют более продолжительного времени зарядки и более низкого уровня тока, чем для обычных аккумуляторов.
В качестве примера, типичный автомобильный аккумулятор обычно используется для обеспечения короткой и интенсивной подачи электричества на стартер автомобиля.Затем аккумулятор быстро перезаряжается электрической системой автомобиля во время работы двигателя. Типичный автомобильный аккумулятор не является аккумулятором глубокого разряда. С другой стороны, ожидается, что аккумулятор, обеспечивающий питание транспортного средства для отдыха (RV), будет обеспечивать питание фонарей, небольших приборов и другой электроники в течение длительного периода времени. время, даже когда двигатель RV не работает. Аккумуляторы глубокого разряда больше подходят для этого типа непрерывного использования.
Категории аккумуляторов для автомобильных аккумуляторов
Автомобильные свинцово-кислотные аккумуляторы далее сгруппированы (по типичному использованию) на три различные категории;
Пуск-зажигание-зажигание (SLI) - Обычно эти батареи используются для коротких, быстрых и сильноточных приложений.Примером может служить автомобильный аккумулятор, который, как ожидается, будет время от времени подавать большой ток на стартер двигателя.
Тяговые - Тяговые батареи должны обеспечивать умеренную мощность в течение многих циклов глубокой разрядки. Одним из типичных способов использования тяговых аккумуляторов является обеспечение энергией небольших электромобилей, таких как тележки для гольфа. Этот тип использования батареи также называется циклическим обслуживанием.
Стационарные - Стационарные батареи должны иметь длительный срок хранения и обеспечивать при необходимости ток от умеренного до высокого.Эти батареи чаще всего используются в аварийных ситуациях. Обычно стационарные батареи используются в источниках бесперебойного питания (ИБП) и для аварийного освещения лестничных клеток и коридоров. Этот тип использования батареи также называется Standby или Float.
«Бытовые» батареи
«Бытовые» батареи - это те батареи, которые в основном используются для питания небольших портативных устройств, таких как фонарики, радиоприемники, портативные компьютеры, игрушки и сотовые телефоны. В следующих подразделах описаны технологии для многих ранее использовавшихся и используемых в настоящее время типов бытовых батарей.Как правило, бытовые батареи представляют собой небольшие батареи на 1,5 В, которые можно легко купить с полки. Эти батареи бывают стандартных форм и размеров, как показано в таблице 2. Они также могут быть сконструированы и отформованы по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать батарейному отсеку любого размера (например, чтобы поместиться внутри сотового телефона, видеокамеры или портативного компьютера). Большая часть остальной части этого руководства будет посвящена конструкции, характеристикам и использованию бытовых батарей.

Различные популярные размеры бытовых аккумуляторов
Размер Форма и размеры Напряжение
D Цилиндрический, 61.Высота 5 мм, диаметр 34,2 мм. 1,5 В
C Цилиндрический, высота 50,0 мм, диаметр 26,2 мм. 1,5 В
AA Цилиндрический, высота 50,5 мм, диаметр 14,5 мм. 1,5 В
AAA Цилиндрический, высота 44,5 мм, диаметр 10,5 мм. 1,5 В
9 В прямоугольный, 48,5 мм в высоту, 26,5 мм в ширину, 17,5 мм в глубину. 9 В
Примечание. Доступны три других стандартных размера бытовых батареек: AAAA, N и 6-вольтовые (фонарь). Подсчитано, что 90% портативных устройств с батарейным питанием требуют батарейки размера AA, C или D.

Цинк-углеродные (Z-C)
Цинк-углеродные элементы, также известные как «элементы Лекланча», широко используются из-за их относительно низкой стоимости. Уравнение ниже показывает химическую реакцию в ячейке Лекланча.
Zn + 2MnO2 + 2Nh5Cl> Zn (Nh4) 2Cl2 + 2MnOOH
Это были первые широко доступные бытовые батареи. Цинк-углеродные элементы состоят из катода из диоксида марганца и углерода, цинкового анода и хлорида цинка (или хлорида аммония) в качестве электролита.Как правило, углеродно-цинковые элементы не являются перезаряжаемыми, и они имеют наклонную кривую разряда (т.е. уровень напряжения уменьшается относительно величины разряда). Цинк-угольные элементы будут вырабатывать 1,5 В, и они в основном используются для некритических применений, таких как небольшое домашнее хозяйство. такие устройства, как фонарики и портативные личные радиоприемники. Одним заметным недостатком таких батарей является то, что внешний защитный кожух батареи сделан из цинка. Кожух служит анодом для элемента, и в некоторых случаях, если анод не окисляется равномерно, в кожухе могут образоваться отверстия, которые допускают утечку слабокислого электролита, что может повредить устройство, на которое подается питание.
Цинк-марганцевые щелочные элементы («Щелочные батареи»)
Когда в обычной угольно-цинковой батарее используется щелочной электролит вместо слабокислотного электролита, он называется «щелочной» батареей. Срок службы щелочной батареи в 5-6 раз превышает срок службы угольно-цинковой батареи. По оценкам одного производителя, 30% бытовых батарей, продаваемых сегодня в мире, представляют собой цинково-марганцевые (то есть щелочные) батареи. Как и угольно-цинковые батареи, щелочные батареи обычно не подлежат перезарядке.
Никель-кадмиевые (Ni-Cd)
Никель-кадмиевые элементы являются наиболее часто используемыми перезаряжаемыми бытовыми батареями. Они полезны для питания небольших приборов, например садовых инструментов и сотовых телефонов. Основной гальванический элемент в никель-кадмиевой батарее содержит кадмиевый анод, катод из гидроксида никеля и щелочной электролит. Уравнение ниже показывает химическую реакцию в Ni-Cd элементе.
Cd + 2h3O + 2NiOOH> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Батареи, изготовленные из никель-кадмиевых элементов, обладают высокими токами при относительно постоянном напряжении и устойчивы к физическому насилию.Никель-кадмиевые батареи также терпимы к неэффективному циклическому использованию. Если в никель-кадмиевых батареях произошла потеря памяти (раздел 3.4), несколько циклов разрядки и подзарядки часто могут восстановить почти «полную» память батареи.
К сожалению, никель-кадмиевая технология относительно дорога. Кадмий - дорогой металл и ядовит. Недавние постановления, ограничивающие утилизацию отработанного кадмия (при производстве элементов или при утилизации использованных батарей), способствовали увеличению затрат на производство и использование этих батарей.Однако у этих увеличенных затрат есть одно неожиданное преимущество: переработка и повторное использование многих компонентов никель-кадмиевой батареи более рентабельна, чем переработка. компоненты других типов аккумуляторов. Некоторые крупные производители аккумуляторов являются лидерами в таких усилиях по переработке.
Никель-металлогидрид (Ni-MH)
Разработчики батарей исследовали несколько других типов металлов, которые можно было бы использовать вместо кадмия для создания высокоэнергетических вторичных батарей, компактных и недорогих.Никель-металл-гидридная ячейка - широко используемая альтернатива. Анод Ni-MH элемента изготовлен из сплава металлов-аккумуляторов водорода, катод - из оксида никеля, а электролит - из раствора гидроксида калия. По словам одного производителя, никель-металлгидридные элементы могут служить на 40% дольше, чем такие же. никель-кадмиевые элементы и их срок службы до 600 циклов5. Это делает их полезными для устройств с высоким энергопотреблением, таких как портативные компьютеры, сотовые телефоны и видеокамеры. Ni-MH аккумуляторы обладают высокой скоростью саморазряда и относительно дороги в покупке.
Никель-железо (Ni-I)
Никель-железные элементы, также известные как батареи Эдисона, намного дешевле в изготовлении и утилизации, чем никель-кадмиевые элементы. Никель-железные элементы были разработаны еще до никель-кадмиевых элементов. Элементы прочные и надежные, но не заряжаются очень эффективно. Они широко используются в промышленных условиях и в Восточной Европе, где железо и никель легко доступны и недороги.
Никель-цинк (Ni-Z)
Другой альтернативой использованию кадмиевых электродов является использование цинковых электродов.Хотя никель-цинковый элемент дает многообещающий выход энергии, он имеет некоторые досадные ограничения производительности, которые не позволяют аккумулятору иметь полезный срок службы более 200 циклов зарядки или около того. Когда никель-цинковые элементы перезаряжаются, цинк не осаждается повторно в тех же «отверстиях» на аноде, которые образовались во время разряда. Вместо этого цинк переотлагается несколько случайным образом, деформация электрода. Со временем это приводит к физическому ослаблению и возможному выходу из строя электрода.
Литий и ионно-литиевый
Литий - многообещающий реагент в аккумуляторной технологии из-за его высокой электроположительности. Удельная энергия некоторых литиевых элементов может быть в пять раз больше, чем у свинцово-кислотных элементов того же размера, и в три раза больше, чем у щелочных батарей.6 Литиевые элементы часто имеют пусковое напряжение 3,0 В. Эти характеристики соответствуют батареям, которые они легче по весу, имеют более низкие затраты на использование и имеют более высокие и стабильные профили напряжения.Уравнение ниже показана химическая реакция в одном из видов литиевых элементов.
Li + MnO2> LiMnO2
Литий воспламеняется или взрывается при контакте с водой. К сожалению, та же особенность, которая делает литий привлекательным для использования в батареях, имеет высокий электрохимический потенциал, а также может вызвать серьезные трудности при производстве и использовании таких батарей. Многие неорганические компоненты батареи и ее корпуса разрушаются ионами лития, и при контакте с водой литий будет реагировать с образованием огромных объемов водорода, который может воспламениться или создать избыточное давление. в камере.Многие огнетушители имеют водную основу и могут привести к катастрофическим результатам при использовании с литиевыми продуктами. Если известно, что литий находится в пределах очага пожара, необходимо использовать специальные огнетушители класса D. Литий также имеет относительно низкую температуру плавления для металла 180 ° C (356 ° F). Если литий плавится, он может напрямую контактировать с катодом, вызывая бурные химические реакции.
Некоторые производители добились успеха с литий-железным сульфидом, литий-марганцевым диоксидом, литий-углеродным монофторидом, литий-кобальтовым оксидом и литий-тиониловыми элементами.Признавая потенциальную опасность литиевых компонентов, производители литиевых батарей предприняли значительные шаги по добавлению в батареи средств безопасности, чтобы гарантировать их безопасное использование. Литиевые первичные батареи (небольших размеров по соображениям безопасности) в настоящее время продаются для использования во флэш-памяти. фотоаппараты и память компьютера. Литиевые батареи могут служить в три раза дольше, чем щелочные батареи того же размера. Но поскольку стоимость литиевых батарей может в три раза превышать стоимость щелочных батарей, рентабельность использования литиевых батарей незначительна.
Литиевые батарейки размером с таблетку становятся популярными для использования в резервной памяти компьютеров, в калькуляторах и часах. В таких случаях, когда замена батареи затруднена, более длительный срок службы литиевой батареи делает ее желательным выбором. Одна компания теперь производит вторичные литий-ионные батареи с напряжением 3,7 В, что «в четыре раза превышает удельную энергию никель-кадмиевых аккумуляторов», «в пять раз меньше веса никель-кадмиевых аккумуляторов», и их можно перезаряжать 500 раз. В Обычно вторичные (перезаряжаемые) литий-ионные батареи обладают хорошими характеристиками высокой мощности, отличным сроком хранения и более длительным сроком службы, чем никель-кадмиевые батареи.К сожалению, они имеют очень высокую начальную стоимость, а общая энергия, доступная за цикл использования, несколько меньше, чем у никель-кадмиевых батарей.
Специальные батарейки («кнопочные» и миниатюрные батарейки)
«Кнопочные» батарейки - это прозвище, данное категории батарей, которые имеют небольшую форму и имеют форму монеты или пуговицы. Обычно они используются для небольших устройств, таких как фотоаппараты, калькуляторы и электронные часы.
Миниатюрные батарейки - это очень маленькие батарейки, которые могут быть изготовлены на заказ для таких устройств, как слуховые аппараты и электронные «жучки», где даже кнопочные батарейки могут быть слишком большими.Промышленная стандартизация привела к появлению от 5 до 10 стандартных типов миниатюрных батареек, которые используются во всей индустрии слуховых аппаратов. Вместе кнопочные батарейки и миниатюрные батарейки называются специальными батареями.
Большинству кнопочных и миниатюрных батарей требуется очень высокая плотность энергии, чтобы компенсировать их небольшой размер. Высокая плотность энергии достигается за счет использования очень электроположительных и дорогих металлов, таких как серебро или ртуть. Эти металлы недостаточно экономичны, чтобы их можно было использовать в более крупных батареях.

В следующих разделах описаны несколько составов специальных аккумуляторов.
Металло-воздушные элементы
Очень практичный способ получить высокую плотность энергии в гальваническом элементе - это использовать кислород воздуха в качестве «жидкого» катода. В качестве анода используется металл, например цинк или алюминий. Кислородный катод восстанавливается в части ячейки, которая физически изолирована от анода. При использовании газового катода для анода и электролита остается больше места, поэтому размер ячейки может быть очень маленьким, обеспечивая при этом хороший выход энергии.Небольшие металлические воздушные ячейки доступны для такие приложения, как слуховые аппараты, часы и тайные устройства для прослушивания.
Металлические воздушные ячейки, однако, имеют некоторые технические недостатки. Трудно построить и поддерживать ячейку, в которой кислород, действующий как катод, полностью изолирован от анода. Кроме того, поскольку электролит находится в прямом контакте с воздухом, примерно через 1–3 месяца после его активации электролит станет слишком сухим, чтобы позволить химической реакции продолжаться.Чтобы предотвратить преждевременное высыхание ячеек, на каждую ячейку во время изготовления устанавливается пломба. Эта печать должен быть удален покупателем перед первым использованием ячейки. В качестве альтернативы производитель может предоставить аккумулятор в герметичной упаковке.
Оксид серебра
В элементах с оксидом серебра в качестве катода используется оксид серебра, в качестве анода - цинк, а в качестве электролита - гидроксид калия. Элементы с оксидом серебра имеют умеренно высокую плотность энергии и относительно плоский профиль напряжения.В результате их можно легко использовать для создания специальных аккумуляторов. Элементы из оксида серебра могут обеспечивать более высокие токи в течение более длительных периодов времени, чем большинство других специальных аккумуляторов, например, разработанные по технологии металл-воздух. Из-за высокой стоимости серебра оксид серебра технология в настоящее время ограничена использованием в специальных батареях.
Оксид ртути
Элементы с оксидом ртути сконструированы с цинковым анодом, катодом из оксида ртути и гидроксидом калия или гидроксидом натрия в качестве электролита.Элементы с оксидом ртути имеют высокую плотность энергии и плоский профиль напряжения, напоминающий профиль плотности энергии и напряжения элементов с оксидом серебра. Эти элементы на основе оксида ртути также идеально подходят для производства специальных аккумуляторов. Компонент ртути, к сожалению, относительно дорог, и его утилизация создает проблемы для окружающей среды.
Другие аккумуляторы
В этом разделе описывается технология аккумуляторов, которая недостаточно развита, чтобы быть доступной в готовом виде, имеет особые ограничения по использованию или по другим причинам нецелесообразна для общего использования.
Никель-водородные (Ni-H)
Никель-водородные элементы были разработаны для космической программы США. При определенных давлениях и температурах водород (который, что удивительно, классифицируется как щелочной металл) может использоваться в качестве активного электрода, противоположного никелю. Хотя в этих элементах используется экологически привлекательная технология, относительно узкий диапазон условий, в которых они могут использоваться, в сочетании с прискорбной летучестью водорода ограничивает долгосрочные перспективы этих элементов для наземного использования. использует.
Тепловые батареи
Тепловые батареи - это высокотемпературные первичные батареи с расплавом солей. При температуре окружающей среды электролит представляет собой твердую непроводящую неорганическую соль. Когда от батареи требуется питание, внутренний пиротехнический источник тепла воспламеняется для расплавления твердого электролита, что позволяет электрохимически вырабатывать электричество в течение периодов от нескольких секунд до часа. Термобатареи полностью инертны до тех пор, пока не расплавится электролит, и поэтому имеют отличную срок годности, не требует обслуживания и может выдерживать физическое насилие (например, вибрации или удары) между использованием.
Тепловые батареи могут генерировать напряжение от 1,5 до 3,3 В в зависимости от конструкции батареи. Из-за их прочной конструкции и отсутствия требований к техническому обслуживанию они чаще всего используются для военных целей, таких как ракеты, торпеды и космические миссии, а также для аварийных ситуаций, таких как на самолетах или подводных лодках.
Высокие рабочие температуры и короткий срок службы тепловых батарей ограничивают их использование в военных и других крупных учреждениях.
.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Схематический символ батареи

Аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую с помощью химической реакции. Обычно химические вещества хранятся внутри батареи. Он используется в цепи для питания других компонентов. Батарея производит электричество постоянного тока (DC) (электричество, которое течет в одном направлении и не переключается взад и вперед).

Использование электричества из розетки в здании дешевле и эффективнее, но аккумулятор может обеспечивать электричеством в районах, где нет распределения электроэнергии.Это также полезно для движущихся вещей, например электромобилей и мобильных телефонов.

Батареи могут быть первичными или вторичными. Первичная цепь выбрасывается, когда она больше не может обеспечивать электричество. Вторичный аккумулятор можно заряжать и использовать повторно.

Батарея может состоять из одной ячейки или нескольких элементов . Каждая ячейка имеет анод, катод и электролит. Электролит - это основной материал внутри батареи. Часто это кислота, к которой прикасаться опасно.Анод реагирует с электролитом с образованием электронов (это отрицательный конец или -). Катод реагирует с электролитом и забирает электроны (это положительный конец или + ). [1] Электрический ток возникает, когда провод соединяет анод с катодом, а электроны перемещаются от одного конца к другому. (Но аккумулятор может быть поврежден просто проводом, соединяющим два конца, поэтому между двумя концами также необходима нагрузка .Нагрузка - это то, что замедляет электроны и обычно делает что-то полезное, например, лампочка в фонарике или электроника в калькуляторе). [2]

Батареи, подключенные параллельно - показаны на схеме и на чертеже

Электролит может быть жидким или твердым. Батарея называется аккумулятором с влажным или сухим элементом, в зависимости от типа электролита.

Химические реакции, происходящие в батарее, являются экзотермическими реакциями. Этот тип реакции вызывает тепло.Например, если оставить ноутбук включенным на долгое время, а затем прикоснуться к аккумулятору, он будет теплым или горячим.

Аккумуляторная батарея заряжается путем обращения вспять химической реакции, происходящей внутри батареи. Но перезаряжаемый аккумулятор можно заряжать только определенное количество раз (время перезарядки). Даже встроенные батареи нельзя заряжать вечно. Более того, каждый раз, когда батарея заряжается, ее способность удерживать заряд немного снижается. Неперезаряжаемые батареи нельзя заряжать, так как могут вытечь различные вредные вещества, например гидроксид калия.

Элементы могут быть подключены, чтобы сделать батарею большего размера. Соединение плюса одной ячейки с минусом следующей ячейки называется соединением их последовательно . Напряжение каждой батареи складывается. Две батареи по шесть вольт, соединенные последовательно, составят 12 вольт. [3]

Соединение плюса одной ячейки с плюсом другой, а минус с минусом называется соединением их параллельно . Напряжение остается прежним, но ток складывается.Напряжение - это давление, проталкивающее электроны по проводам, оно измеряется в вольтах. Ток - это то, сколько электронов может пройти одновременно, он измеряется в амперах. Комбинация тока и напряжения - это мощность (ватты = вольт x ампер) батареи.

Батареи бывают разных форм, размеров и напряжений.

Элементы AA, AAA, C и D, включая щелочные батареи, имеют стандартные размеры и форму и имеют напряжение около 1,5 В. Напряжение ячейки зависит от используемых химикатов.Электрический заряд, который он может передать, зависит от размера ячейки, а также от химических веществ. Заряд аккумулятора обычно измеряется в ампер-часах. Поскольку напряжение остается неизменным, больший заряд означает, что более крупный элемент может подавать больше ампер или работать дольше.

Первая батарея была изобретена в 1800 году Алессандро Вольта. В наши дни его аккумулятор называют гальваническим. [4]

В современных небольших батареях жидкость иммобилизируется в виде пасты, и все это помещается в герметичный корпус.Из-за этого ничего не может вылиться из аккумулятора. В более крупных аккумуляторах, таких как автомобильные, все еще есть жидкость, и они не закрыты. Разновидность батареи, в которой в качестве электролита используются расплавленные соли, была изобретена во время Второй мировой войны.

  • Сухие элементы, элементы, не содержащие жидкости (или содержащие иммобилизованную жидкость, например пасту или гель) в качестве электролита
    • Первичная ячейка, ячейки, которые нельзя перезарядить
      • Щелочная батарея, «щелочная», не перезаряжаемая
      • Батарея ртутная, неперезаряжаемая
      • Аккумулятор Leclanche, сверхтяжелый, не перезаряжаемый
      • Литиевая батарейка, неперезаряжаемая, «таблетка»
      • Батарея из оксида серебра, неперезаряжаемая, батарейка для часов
      • Вольтаическая свая, первая батарея Аллесандро Вольтаса
    • Вторичный элемент, элементы, которые можно заряжать
  • Влажные элементы, элементы, содержащие жидкость в качестве электролита
  • Топливный элемент, перезаряжаемый за счет добавления топлива

Топливные элементы и солнечные элементы не являются батареями, потому что они не накапливают энергию внутри себя.

Конденсатор не является батареей, потому что он не накапливает энергию в химической реакции. Конденсатор может накапливать электричество и производить электричество намного быстрее, чем батарея, но обычно он стоит слишком дорого, чтобы сделать его настолько большим, насколько может быть батарея. Ученые и инженеры-химики работают над улучшением конденсаторов и аккумуляторов для электромобилей.

Небольшие электрические генераторы, приводимые в действие руками и ногами, могут обеспечивать питание небольших электрических устройств. Радиоприемники с часовым механизмом, заводные фонари и аналогичные устройства также имеют заводную пружину для хранения механической энергии.

.

Смотрите также