Какие виды аккумуляторов бывают: какие бывают виды АКБ для авто

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор: Abramova Olesya

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

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

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

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

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

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

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

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

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

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

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

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

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

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

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

Типы свинцово-кислотных батарей

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

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

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

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

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

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

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

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

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

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

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

  
  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

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

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

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

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

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

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

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

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

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

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

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

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

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

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

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

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

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

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

Типы литий-ионных аккумуляторов

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

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

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

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

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

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

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

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

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

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

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

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

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

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

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

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

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

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

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

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

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

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

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

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

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

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

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

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

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

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

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

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

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

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

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

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

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

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

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

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

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

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

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

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

Никелево-железные аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никелево-железных батарей

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

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

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

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

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

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

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор: Abramova Olesya

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

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

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

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

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

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

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

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

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

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

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

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

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

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

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

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

Типы свинцово-кислотных батарей

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

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

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

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

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

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

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

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

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

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

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

  
  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

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

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

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

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

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

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

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

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

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

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

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

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

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

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

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

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

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

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

Типы литий-ионных аккумуляторов

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

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

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

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

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

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

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

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

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

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

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

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

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

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

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

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

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

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

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

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

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

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

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

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

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

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

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

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

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

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

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

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

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

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

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

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

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

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

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

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

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

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

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

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

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

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

Никелево-железные аккумуляторные батареи

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

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

Принцип действия никелево-железных батарей

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

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

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

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

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

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

Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях. Смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов:

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).

Специальные батареи с намазными пластинами для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются, но реже. Такие батареи выпускаются в основном в Европе и в США. Они сравнительно дорогие. В последнее время на российском рынке появились такие аккумуляторы китайского производства. При практически таких же характеристиках, китайские аккумуляторы значительно (в полтора-два раза) дешевле.

Тяговые аккумуляторы, как с жидким электролитом, так и герметизированные, предназначены для цикличных режимов работы. Аналогичными параметрами обладают и модификации deep cycle (глубокого разряда). Они более подходят для автономных систем энергоснабжения. Они дороже обычных герметизированных АБ, но и срок службы у них больше.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена. Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно. Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Подробно различные типы свинцово-кислотных АБ рассмотрены в статье “Типы свинцово-кислотных аккумуляторов“.

Щелочные аккумуляторы

Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом удобном случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости – действует так называемый “эффект памяти”, наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя – только "от и до". Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон ) щелочники служат до 20 лет (точнее, 1000-1500 полных циклов). Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые и никель-металгидридные герметичные батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда. Применяются обычно в переносных или мобильных источниках питания, т.к. позволяют запасать большее количество энергии на кг веса.

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам. NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды. К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Хотя электрические параметры NiMh батарей не такие хорошие, как у NiCd, никель-металлгидридные батареи более стабильны и не так страдают от “эффекта памяти” никель-кадмиевых батарей. Их не нужно полностью разряжать перед зарядом, так как это требуют NiCd аккумуляторы, для предотвращения роста внутренних кристаллов, которые приводят к трещинам корпуса NiCd батареи. NiMh аккумуляторы формата “АА” соответствуют обычным алкалиновым батарейкам, и поэтому наиболее популярны при использовании в цифровых фотоаппаратах и камерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонариках.

Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы с жидким электролитом дешевле герметичных, но содержат жидкий электролит, выделяют газы при заряде и требуют периодического обслуживания и специального вентилируемого помещения. По стоимости запасенной энергии в цикле заряд-разряд сопоставимы или даже дешевле герметичных свинцово-кислотных батарей.

Мы рекомендуем использовать никель-железные аккумуляторы (обычно их используют в качестве тяговых на электротранспорте, а также на железной дороге) только в одном случае – в составе автономной дизель-аккумуляторной системы, в которой топливный генератор является единственным источником энергии. Из нашего опыта знаем, что свинцово-кислотные АБ не долго держатся в таких системах – глубокие циклы и хронический недозаряд делают свое черное дело. В этих условиях работы можно смириться с такими недостатками щелочных АБ, как невозможность заряда малыми токами (можно от генератора выставить любой, и даже лучше если ток будет большой – быстрее зарядится), эффект памяти (циклы будут как раз глубокие) и низкий КПД заряда. Для генераторной системы эффект памяти не важен – АБ разряжаются как можно сильнее, чтобы запускать генератор как можно реже.

По поводу КПД – если щелочные АБ можно заряжать большим током, то его низкий КПД с лихвой окупится более эффективным режимом работы генератора. Ведь для дозаряда свинцовых АБ требуется долго заряжать их малыми токами, т.е. практически на холостом ходу генератора. А у щелочных ограничения при заряде – это температура аккумуляторов, а также газовыделение.

Еще раз подчеркнем, что не для всякой резервной или автономной системы подходят щелочные аккумуляторы. Если есть солнечные батареи или ветроустановки, т.е. источники, которые выдают разные токи, в т.ч. и малые, щелочные аккумуляторы ставить смысла нет – энергия малых токов будет просто теряться без пользы.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов. Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда – заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей. Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты. Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

Для систем электроснабжения лучше всего подходят литий-железо-фосфатные аккумуляторы. См. по ссылке подробную информацию по этому типу аккумуляторов. Купить такие аккумуляторы можно в нашем магазине.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости – от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения.  Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Одни из новейших разработок – литий-титанатные аккумуляторы. Они имеют срок службы до 25000 тысяч циклов.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос – какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т.п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА. Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров). Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию. Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией “Ваш Солнечный Дом”?

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов. Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы. При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород . Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е. один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости – это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость. Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея. Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы. Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Поэтому, для использования в автономных системах электроснабжения остаются только “медленные” свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют большой срок службы, просты в эксплуатации и предсказуемы в работе. Эти батареи работают как резервуары, которые хранят вашу солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Они также работают как буфер для тех моментов, когда ваша солнечная батарея не может полностью обеспечить нагрузку. Они могут быть подключены к оборудованию и заряжаться одновременно – в отличие от литиевых аккумуляторов. Даже 7 А*ч аккумулятор, такой как используется в комплекте для ноутбука, может питать ноутбуки, зарядные устройства для батарей, может заряжаться от солнечных батарей и весит не так уж много.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи

• могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
• Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
• Могут заряжаться за 1-2 часа
• Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами
• Требуют обслуживания,  выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
• Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Никель-металгидридные батареи

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряд происходит за 2-4 часа
• Могут работать при минусовых температурах
• Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
• Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
• Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
• Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
• Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
• Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

• Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
• Заряжаются за 8-16 часов
• Могут работать при минусовых температурах
• Могут заряжаться малыми токами
• Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
• Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
• Желательно не разряжать более, чем на 50%
• Саморазряд – около 3% в месяц
• Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
• Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 26754 раз(а)!

Продолжить чтение

• 69

  Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г.Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…

• 68

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…

• 68

  Классификация аккумуляторов для мобильных устройств Источник Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо…

• 65

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• 61

  Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…

• 60

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

Виды и типы аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные типы аккумуляторов

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

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

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

Типы аккумуляторов

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

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

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

Классификация аккумуляторов

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

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

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

Аккумуляторные батарейки

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

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

Они имеют различные типоразмеры:

• AA (пальчик) – наиболее распространенный формат круглых батареек длиной 5 см, напряжением 1.2 В и емкостью 1000-3000 мАч
• AAA (мини-пальчик) – также широко распространены, имеют длину 4.4 см, такое же напряжение 1.2 В, но меньшую емкость 500-1500 мАч
• крона – более редкая прямоугольная батарейка с напряжением 9 В, используется в некоторых электроприборах (например, мультиметрах)

Существуют и другие, более редкие форматы аккумуляторных батареек:

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

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

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

Аккумуляторы для радиотелефонов

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

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

Аккумуляторы для фонариков

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

Наибольшей популярностью пользуются:

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

Есть также специальные аккумуляторы для мощных фонариков и электрошокеров.

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

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

Автомобильные аккумуляторы

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

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

Аккумуляторы для ИБП

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

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

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

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

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

Промышленные аккумуляторы

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

Заключение

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

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

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

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

Типы автомобильных аккумуляторных батарей

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

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

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

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

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

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

Традиционные («сурьмянистые»)

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

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

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

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

Малосурьмянистые

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

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

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

Кальциевые

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гибридные

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

По характеристикам гибридные аккумуляторные батареи находятся между малосурьмянистыми и кальциевыми.

Гелевые, AGM

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Щелочные

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Перспектива широкого использования щелочных батарей на легковых автомобилях пока туманна.

Литий-ионные

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

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

Важнейшими достоинствами литий-ионных аккумуляторов являются:

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

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

Некоторые недостатки литий-ионных батарей:

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

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

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

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

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

Другие статьи

#Палец штанги реактивной

Палец штанги реактивной: прочная основа шарниров штанг

23.06.2021 | Статьи о запасных частях

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

#Клапан МАЗ включения привода сцепления

Клапан МАЗ включения привода сцепления

16.06.2021 | Статьи о запасных частях

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

Как выбрать аккумуляторы АА и ААА

В данном обзоре рассмотрены критерии выбора аккумуляторов АА и ААА. Для того, чтобы понять, какие аккумуляторные батарейки АА и ААА лучше, применительно к различным условиям эксплуатации, в этой статье подробно разбираются технические характеристики и потребительские качества каждого вида аккумуляторов.

Размеры пальчиковых и мизинчиковых аккумуляторов АА и ААА

Аккумуляторы АА и ААА между собой очень похожи, как по назначению и химическому составу, так и по форме. Аккумуляторные батарейки ААА являются, как бы, уменьшенной копией аккумуляторов АА. Из-за формы и размеров аккумуляторные элементы AA получили название «пальчиковые», а AAA — «мизинчиковые».

Размеры пальчиковых и мизинчиковых аккумуляторов

Элемент	Диаметр D, мм	Длина L, мм
АА (пальчиковый)	14.5	50.5
ААА (мизинчиковый)	10.5	44.5

Виды аккумуляторов АА и ААА: Ni-Cd, Ni-MH, Li-Ion

По химическому составу аккумуляторы АА и ААА подразделяются на следующие виды:

1. Никель-кадмиевые (Ni-Cd).
2. Никель-металл-гидридные (Ni-MH).
3. Литий-ионные (Li-Ion).

• Никель-кадмиевые аккумуляторы AA/AAA характеризуются относительно небольшой ёмкостью. Они имеют «эффект памяти» — уменьшение реальной емкости из-за неполного разряда перед началом процесса зарядки. При нарушении герметичности корпуса Ni-Cd акб токсичны, поэтому они экологически не безопасны.
• Ni-MH аккумуляторы АА и ААА отличаются от Ni-Cd повышенной ёмкостью, экологически безопасны, менее подвержены эффекту памяти. В настоящее время никель-металл-гидридные элементы заменили никель-кадмиевые практически везде.
• Литий-ионные аккумуляторы АА Li-Ion 1.5v содержат в одном корпусе два устройства: литиевую аккумуляторную батарейку с напряжением 3.7v и преобразователь с 3.7 Вольт на 1.5 Вольта. Такие Li-Ion акб производятся специально для замены батарейкам AA и AAA 1.5v и характеризуются отсутствием эффекта памяти.

Li-Ion аккумулятор AA 1.5v Fenix с USB портом для зарядки.

Характеристики аккумуляторов АА и ААА

Основные характеристики аккумуляторов АА и ААА:

1. емкость,
2. напряжение,
3. ток разряда,
4. ток заряда,
5. срок службы,
6. число циклов заряд-разряд,
7. величина саморазряда,
8. эффект памяти,
9. вес.

• Для аккумуляторов АА и ААА емкость — это характеристика, показывающая длительность разряда при заданном токе. Емкость измеряется в миллиАмпер*часах (мАч) или, в английском обозначении, в milliAmper*hour (mAh).
• Напряжение — это разность электрических потенциалов между плюсовым и минусовым электродами аккумулятора ААА или АА. Напряжение измеряется в Вольтах (Volt) и обозначается буквой «В» (V). Напряжение в процессе разряда уменьшается. После полного заряда напряжение составляет около 1.4 Вольта, а в конце разряда примерно 1.2 Вольта
• Ток — это направленное движение заряженных частиц, который измеряется в миллиАмперах (мА) или, в зарубежном обозначении, milliAmper (mA). Максимальный ток разряда аккумулятора АА и ААА такой, который еще не приводит к повреждению или ухудшению характеристик элемента.
• Ток заряда — максимальный допустимый при зарядке аккумуляторного элемента AA или AAA.
• Срок службы аккумулятора АА или ААА показывает, сколько лет он может эксплуатироваться при условии не превышения допустимого числа циклов заряд-разряд.
• Число допустимых циклов заряд-разряд аккумуляторных батареек AA и AAA определяется снижением их ёмкости не более, чем на 10 процентов.
• Саморазряд — эффект снижения заряда с течением времени, даже если аккумуляторный элемент не использовался. Величина саморазряда показывает на сколько процентов за месяц разрядится аккумулятор. Серии с низким саморазрядом имеют обозначение LSD (Low Self-Discharge).
• Эффект памяти — снижение максимальной емкости аккумулятора АА или ААА за счет неполного разряда перед началом зарядки. Величина эффекта памяти зависит от химического состава элемента.
• Вес никель-металл-гидридного Ni-MH аккумулятора АА примерно 30 граммов, ААА — около 14 граммов.

Аккумулятор Ni MH 1.2v AAA Westinghouse 1000 mAh.

Сравнение аккумуляторов АА и ААА с батарейками: преимущества и недостатки

Аккумуляторы АА и ААА имеют следующие преимущества перед одноразовыми батарейками аналогичных размеров:

1. Многократность использования.
2. Лучшее соотношение стоимости к количеству часов работы.
3. Работа в устройствах с подзарядкой.

• Аккумуляторы могут многократно заряжаться и использоваться, что является их основным преимуществом перед одноразовыми батарейками АА и ААА.
• При интенсивной работе, каждый час использования перезаряжаемых аккумуляторных батареек АА или ААА обходится пользователю значительно дешевле, чем при применении одноразовых.
• Аккумуляторы АА и ААА, в отличие от одноразовых батареек, могут использоваться в устройствах с подзарядкой, например, в садовых светильниках с солнечной батареей. Другим примером таких устройств может быть фонарик с динамо-машиной.

Аккумулятор GP AAA 650 mAh для садового светильника на солнечных батареях.

Батарейки АА и ААА в сравнении с аккумуляторными элементами имеют следующие преимущества:

1. Более низкая цена.
2. Более высокое напряжение.
3. Отсутствие необходимости заряжать.

• Более низкая цена батареек АА и AAA весьма относительна. Одноразовые батарейки повторно использовать нельзя. Поэтому уже после трех — пяти раз использования перезаряжаемых батареек (аккумуляторов) их применение становится экономически выгодным.
• Более высокое напряжение АА/ААА батареек 1.5 Вольта обычно не принципиально для большинства устройств, которые также хорошо работают и от заряженных до 1.4 Вольта аккумуляторов AA/AAA. Для гаджетов, которые критичны к напряжению питания, выпускаются 1.5 Вольтовые литиевые аккумуляторы AA.
• Одноразовые АА и ААА батарейки имеют заряд электричества непосредственно с завода и не требуют зарядки перед использованием.

Алкалиновая батарейка GP LR03/AAA.

Что лучше, аккумуляторы AA/AAA или батарейки: рекомендации по использованию

В большинстве применений лучше использовать аккумуляторы AA и AAA , чем неперезаряжаемые батарейки аналогичных форматов. Однако, есть случаи, когда потребителю более выгодно применять одноразовые AAA/AA батарейки:

1. Очень низкое энергопотребление устройством.
2. Редкое кратковременное использование питаемого устройства.
3. Критичность устройства к напряжению питания.
4. Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы.

• Примером низкого энергопотребления могут служить настольные часы с жидко-кристаллическим экраном. В них отлично работают батарейки AA/AAA.
• К кратковременно используемым можно отнести, например, пульты дистанционного управления устройствами, включаемые время от времени.
• Некоторые приборы при замене батареек на аккумуляторы AA/AAA могут подавать сигнал или выдавать надпись о пониженном напряжении. В таком случае лучше использовать одноразовые батарейки или литиевые аккумуляторы AA/AAA 1.5v.
• Отсутствие возможности зарядить аккумуляторы скорее относится к нештатной ситуации. Например, у вас во время экскурсии разрядились аккумуляторы, а зарядка находится в отеле. Чтобы решить проблему «здесь и сейчас», можно купить недорогие батарейки АА/ААА, а аккумуляторы зарядить уже при первой возможности.

Ведущие производители аккумуляторов AA и AAA

Наиболее популярны у пользователей аккумуляторы AA и AAA следующих производителей:

1. Panasonic.
2. Duracell.
3. GP.
4. Varta.
5. Robiton.

• Японская компания «Panasonic» хорошо известна пользователям, как производитель качественной электроники и мини-АТС. Лучшими аккумуляторами компании Панасоник является серия Panasonic Eneloop AA и AAA.
• Торговая марка «Дюраселл» занимает почти четверть рынка портативных элементов питания. Срок службы аккумуляторов Duracell AA и AAA составляет до 5 лет.
• Гонконгская фирма «GP Batteries International Limited» выпускает качественные и недорогие батарейки и аккумуляторы GP AA и AAA .
• Бренд «Варта» более известен как производитель автомобильных аккумуляторных батарей. В настоящее время этот бренд поделен на три части. Производством аккумуляторов Varta AA и AAA занимается американская корпорация «Spectrum Brands».
• Бренд «Робитон» — российская торговая марка. Аккумуляторные батарейки Robiton AA и AAA занимают своё достойное место среди элементов питания для электроники.

Какие аккумуляторы АА и ААА выбрать

Критерий выбора лучшей модели аккумулятора АА и ААА определяется тем, какие потребительские качества для вас наиболее важны:

1. Наибольшая емкость.
2. Наименьший саморазряд.
3. Наибольшее число циклов заряд-разряд.
4. Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Лучшие аккумуляторы АА и ААА по номинациям

• Наибольшая емкость.

Лучшие аккумуляторы ААА по емкости — Robiton 1100 mAh R03/AAA-2BL, а в формате АА — Robiton 2850 mAh R6/AA-2BL. 

Мизинчиковые аккумуляторы для фонарика Robiton R03/AAA 1100 mAh.

Пальчиковые аккумуляторы для фотоаппарата Robiton R6/AA 2850 mAh.

• Наименьший саморазряд.

Наименьшим саморазрядом при высокой ёмкости обладают аккумуляторы Panasonic 750 mAh R03/AAA Eneloop-2BL (зав. код BK-4MCCE/2BE) и Panasonic 1900mAh R6/AA Eneloop-4BL. Аккумуляторные батарейки этой серии относятся к категории с низким саморазрядом (LSD) и идут заряженными уже с завода, так как за 5 лет хранения они теряют всего 30% заряда и остаются заряженными на 70%.

ААА аккумуляторы для пульта телевизора Panasonic R03/AAA Eneloop 750 mAh.

Аккумуляторы с низким саморазрядом АА Eneloop Panasonic 1900mAh.

• Наибольшее число циклов заряд-разряд.

До 3000 циклов заряда и разряда обеспечивают элементы модели Panasonic 550 mAh R03/AAA Eneloop Lite-2BL (зав. код BK-4LCCE/2BE). Среди аккумуляторов АА — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-2BL, которые имеют 2100 циклов заряд/разряд. Эти модели также относятся к категории LSD и заряжены еще на заводе.

Мизинчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic AAA Eneloop Lite.

Пальчиковые аккумуляторы для радиотелефонов Panasonic Eneloop AA 1900 mAh.

• Наилучшее соотношение цена/ёмкость.

Самое лучшее соотношение цена/емкость получится при покупке ААА аккумуляторов Robiton 1050 mAh R03/AAA RTU-2BL, к тому же обладающих низким саморазрядом.

Аккумулятор для пульта радиоуправления Robiton R03 AAA 1050 mAh.

В номинации «лучшее соотношение цена/емкость»  среди аккумуляторов АА побеждает уже представленный выше — Panasonic 1900 mAh R6/AA Eneloop-4BL.

Таким образом, в рейтинге самым лучшим аккумулятором АА оказался Panasonic Eneloop R6/AA 1900 mAh, победивший сразу в трех номинациях.

Купить аккумуляторы ААА/АА и мизинчиковые/пальчиковые аккумуляторные батарейки с доставкой в ваш город Вы можете в нашем интернет-магазине «Вольта», который предлагает широкий ассортимент аккумуляторных батареек для электроники и бытовой техники. В интернет-магазине представлены лучшие модели ведущих производителей: GP, Robiton, Panasonic, Varta,LG, Duracell, Westinghouse, Fujitsu, ZMI. Выбрать и купить аккумулятор АА и ААА для радиотелефона, фонарика, пульта ДУ с необходимыми характеристиками очень легко, используя фотографии и точные описания для каждой модели.

типов батарей | Ассоциация аккумуляторных батарей

НИКЕЛЕВЫЕ КАДМИЕВЫЕ БАТАРЕИ

Активные компоненты аккумуляторной NiCd батареи в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и кадмия (Cd) в отрицательном электроде. В качестве электролита обычно используется гидроксид калия (КОН). Благодаря низкому внутреннему сопротивлению и очень хорошим токопроводящим свойствам никель-кадмиевые батареи могут обеспечивать чрезвычайно высокие токи и могут быстро заряжаться.Эти элементы способны выдерживать температуры до -20 ° C. Выбор сепаратора (нейлон или полипропилен) и электролита (KOH, LiOH, NaOH) влияет на условия напряжения в случае сильноточного разряда, срок службы и способность к перезарядке. В случае неправильного использования может быстро возникнуть очень высокое давление. По этой причине для элементов требуется предохранительный клапан. NiCd элементы обычно имеют длительный срок службы, что обеспечивает высокую степень экономии.

НИКЕЛЬ-МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ГИДРИДНЫЕ БАТАРЕИ

Активные компоненты никель-металлгидридной аккумуляторной батареи в заряженном состоянии состоят из гидроксида никеля (NiOOH) в положительном электроде и металлического сплава, накапливающего водород (MH) в отрицательном электроде, а также из электролита гидроксида калия (КОН).По сравнению с перезаряжаемыми никель-кадмиевыми батареями, никель-металлгидридные батареи имеют более высокую удельную энергию на единицу объема и веса.

ЛИТИЕВО-ИОННЫЕ БАТАРЕИ

Термин «литий-ионная батарея» относится к перезаряжаемой батарее, в которой материалы отрицательного электрода (анода) и положительного электрода (катода) служат в качестве хозяина для литий-ионных аккумуляторов (Li +). Ионы лития перемещаются от анода к катоду во время разряда и интеркалируются (вставляются в пустоты в кристаллографической структуре) катода.Ионы меняют направление во время зарядки. Поскольку ионы лития внедряются в материалы-хозяева во время заряда или разряда, в литий-ионном элементе нет свободного металлического лития. В литий-ионном элементе чередующиеся слои анода и катода разделены пористой пленкой (разделителем). Электролит, состоящий из органического растворителя и растворенной соли лития, обеспечивает среду для переноса ионов лития. Для большинства коммерческих литий-ионных ячеек диапазон напряжений составляет примерно от 3,0 В (в разряженном состоянии или при 0% -ном состоянии заряда, SOC) до 4.2 В (полностью заряженный или 100% SOC).

СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ МАЛЫЙ ЗАПЕЧАТАННЫЙ

Перезаряжаемые небольшие герметичные свинцово-кислотные батареи (SSLA), которые представляют собой свинцово-кислотные батареи с регулируемым клапаном (батареи VRLA), не требуют регулярного добавления воды в элементы и выделяют меньше газа, чем залитые (мокрые) свинцово-кислотные батареи. батареи иногда называют «необслуживаемыми» батареями. Уменьшение вентиляции является преимуществом, поскольку они могут использоваться в ограниченных или плохо вентилируемых помещениях.

Есть два типа батарей VRLA,

• Аккумулятор из абсорбированного стекломата (AGM)
• Гелевый аккумулятор («гелевый элемент»)

В батарее из абсорбированного стекломата электролит абсорбируется в сепараторе из стекловолокна.В гелевой ячейке электролит смешан с кремнеземной пылью с образованием иммобилизованного геля.

Батареи

SSLA включают предохранительный клапан сброса давления. В отличие от залитых батарей, батарея SSLA сконструирована так, чтобы не проливать электролит при перевернутом положении.

Какие бывают типы батарей? Ответ и анализ рынка

Батареи — одна из тех вещей, которыми владеет и пользуется почти каждый, но никогда не осознает, насколько они важны. Без батареек современная жизнь была бы совсем другой.Батареи — одни из самых распространенных и широко используемых электронных компонентов во всей электронной промышленности, поскольку они обеспечивают надежную и стабильную энергию для подавляющего большинства электронных устройств.

В этом посте мы освещаем текущее состояние рынка и освещаем некоторые основы аккумуляторных продуктов.

Анализ рынка:

Согласно недавнему отчету об анализе рынка, рынок аккумуляторов должен был расти до 2025 года, а совокупный годовой темп роста (CAGR) прогнозируется на уровне 12.31% и более. Ожидалось, что снижение цен на литий-ионные батареи, рост сектора возобновляемых источников энергии, рост популярности электромобилей и значительный рост спроса на бытовую электронику вызовут этот рост. Однако нынешняя пандемия COVID-19 затронула всю электронную промышленность, включая сегмент аккумуляторов. Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов особенно ощутил это влияние.

В связи с недавними сбоями в работе глобальных рынков и цепочек поставок ключевые игроки на рынке аккумуляторов начали изучать варианты производства за пределами Китая.По словам Фрэнсиса Ванга, генерального директора компании по производству аккумуляторов NanoGraf, в последние пять лет Китай доминирует в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов. В результате последствий, вызванных COVID-19, Ван ожидает, что производители оригинального оборудования (OEM) вернут производство в Японию и Корею. При этом Ван также считает, что производство аккумуляторов для электромобилей по-прежнему будет сосредоточено в Китае. Это связано с тем, что Китай поддерживает более широкое использование и производство электромобилей за счет государственного финансирования, что делает их внутренний спрос очень высоким.В аккумуляторной отрасли в целом, вероятно, произойдет сдвиг в сторону более сбалансированной диверсификации цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов, с упором на снижение рисков, а не на затраты. Положительным моментом для этого вируса с точки зрения батарей и электронной промышленности является то, что эти новые возможности роста могут стимулировать производственные мощности за пределами Азии.

О программе и аккумуляторах Категории:

Батареи — это автономные химические блоки питания, вырабатывающие определенное количество электроэнергии.В отличие от традиционного электричества, батареи предназначены для медленного и устойчивого преобразования содержащихся в них химикатов в электрическую энергию. Батареи — одна из самых популярных форм портативных источников питания, поскольку они обеспечивают почти мгновенное получение энергии.

Батареи

бывают самых разных размеров, форм и напряжений. При этом все батареи делятся на две основные категории: первичные и вторичные.

Первичные батареи одноразовые, неперезаряжаемые и обычно встречаются в большинстве домашних хозяйств.Хотя первичные батареи не являются экологически чистыми, у них есть некоторые важные преимущества. Обычно они служат дольше и хранят больше энергии, чем аккумуляторные батареи того же размера.

Три основных типа первичных батарей:

1. Углеродно-цинковые батареи

2. Щелочные батареи

3. Литиевые батареи

Эти три первичные батареи часто называют «сухими элементами», потому что внутри них нет жидкости.

Вторичные батареи обычно называют аккумуляторными.Перезаряжаемые батареи стали более популярными и распространенными после того, как портативные устройства, такие как мобильные телефоны, вышли на рынок и взяли его штурмом. В свое время наиболее распространенным типом аккумуляторных батарей были свинцово-кислотные «аккумуляторы», которые использовались в основном в автомобилях. Сегодня наиболее распространенными типами аккумуляторных батарей являются никель-металлогидридные (NiMH), никель-кадмиевые и литий-ионные.

Различные типы батарей:

Ниже приведен список основных типов батарей:

• Цинк-карбон — Это повседневные батарейки для бытовых предметов, например, фонариков.Они одноразовые, экономичные, но служат недолго. В углеродно-цинковых батареях положительный электрод изготовлен из углеродного стержня, а отрицательный электрод — из сплава цинка, отсюда и название.

• Щелочные — Эти первичные батареи выглядят как угольно-цинковые, но накапливают больше энергии, служат дольше и стоят дороже. Они могут оставаться заряженными в течение нескольких лет, что делает их очень надежным источником энергии.

• Свинцово-кислотные — Свинцово-кислотные батареи являются вторичными и используются с 19 века.Свинцово-кислотные аккумуляторы используются в автомобильной промышленности, и обычно их никогда не нужно перезаряжать, потому что автомобиль заряжает их автоматически. Эти батареи большие и могут быть очень дорогими.

• Никель-кадмиевые (NiCd) — Никель-кадмиевые батареи часто используются в качестве замены одноразовых 1,5-вольтовых батарей, используемых в таких предметах, как игрушки и фонарики. Эти аккумуляторные батареи доступны по цене и могут использоваться в течение очень долгого времени.

• Никель-металлогидридные (NiMH) — Эти батареи появились в 1990-х годах и были представлены на рынке как более экологичная альтернатива никель-кадмиевым батареям.NiMH аккумуляторы обычно используются в личных устройствах, например в мобильных телефонах.

Использование и применение:

Батареи используются практически во всех сегментах электронной промышленности. В таблице ниже указаны области, в которых активно используются батареи, и несколько примеров применения для каждой из них:

Бытовая электроника	Спортивные товары Электроинструменты Беспроводной пылесос Носимые устройства	Игрушки Планшеты / электронные книги Устройства Bluetooth Смартфоны
Освещение	Солнечный светофор Освещение для кино и видео Прогулочные фонари на солнечных батареях	Знаки аварийного выхода Безопасность на шоссе Подводное освещение
Безопасность и мониторинг Системы	Погодные приборы Охранная и пожарная сигнализация Блоки захвата радиочастотных данных Металлоискатели	Электрические заборы и ворота Счетчики трафика Оборудование для ядерного зондирования Передатчики
Медицинское оборудование и системы визуализации	Инвалидные коляски Устройства для наблюдения за пациентом Медицинское оборудование для поддержки пациентов	Портативные ультразвуковые аппараты Портативные рентгеновские аппараты Инфракрасные мониторы
Коммунальные услуги и резервное питание	Счетчики воды и газа Термостаты Счетчики электрические	Поставщики источников бесперебойного питания (ИБП) Системы на солнечных батареях
Коммуникационные и вычислительные системы	Радиосигнал Беспроводные и сотовые телефоны Телефонные системы и телекоммуникации	Оборудование для спутникового и глобального позиционирования Системы резервного копирования серверов Встраиваемые вычислительные устройства
Автомобилестроение и транспорт	Электромобили Беспилотные летательные аппараты	Тормозные системы и системы прицепа Беспилотные подводные аппараты

Аккумуляторные батареи ZEUS и источники:

Sensible Micro гордится тем, что является авторизованным оптовым дистрибьютором ZEUS Battery Products, ведущего производителя безопасных и надежных аккумуляторных блоков.Продукция ZEUS отличается высочайшим качеством и конкурентоспособной ценой. Они поддерживают как аккумуляторные, так и неперезаряжаемые химические вещества, например:

• литий-ионный
• литий-полимерный
• лития фосфат железа
• Металлогидрид никеля
• никель кадмий
• герметичный свинцово-кислотный
• литий первичный и щелочной.

Как авторизованный дистрибьютор, Sensible Micro может также предложить индивидуальные решения по аккумуляторным батареям через команду дизайнеров ZEUS.Команда ZEUS тщательно рассматривает и оценивает требования каждого клиента и выбирает подходящую схему электронной безопасности, мониторинга и управления зарядом, чтобы оптимизировать ваше индивидуальное решение для аккумуляторов. Запланируйте звонок с одним из наших экспертов по закупкам сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в батареях!

Будьте в курсе последних событий в отрасли и в нашем сообществе, подписавшись на блог Sensible Micro.

Разъяснения по батареям — меньше значит больше

Нажмите ниже, чтобы посмотреть наше последнее видео:

Утилизируйте аккумуляторы на обочине!

Для тех, кто живет в неинкорпорированной части округа или в городах Буэллтон, Голета, Санта-Барбара и Солванг, теперь у вас есть новый вариант утилизации батарей.Просто выполните следующие действия:

• Поместите батареи в пластиковый пакет на молнии
• Поместите пакет на контейнер для вторсырья (а не внутри него) в обычный запланированный день сбора вторсырья
• Для аккумуляторных батарей , пожалуйста, заклейте концы каждой батареи прозрачной лентой, чтобы полюса батареи не были открыты (вы можете пропустить этот шаг с одноразовыми батареями)

Для получения дополнительной информации см. Раздел «Часто задаваемые вопросы» ниже или обратитесь к поставщику мусора / утилизации.

Типы батарей

Существует множество батарей разных размеров и типов, поэтому мы знаем, что ситуация может немного запутать. Мы делим наши батареи на три категории: неперезаряжаемые батареи, аккумуляторные батареи и автомобильные батареи. Вот различия, объясненные на сайте batteryrecycling.com.

Неперезаряжаемые батареи

Также называемые одноразовыми батареями или первичными батареями, в настоящее время это наиболее часто используемые батареи.Они получают свою силу в результате необратимой химической реакции. Они работают лучше, чем аккумуляторные батареи, в ситуациях, когда требуется небольшое количество энергии в течение длительного времени. Большинство из них — щелочные батареи стандартных размеров AA, AAA, D-Cell, C-cell и 9 вольт. Но есть и другие экзотические батареи, которые входят в эту категорию.

• Батареи щелочные и угольно-цинковые

  • Самый распространенный тип одноразовой батареи.
  • AA, AAA, D-Cell, C-Cell, 9-вольтовые и кнопочные элементы.
  • Обычно используется в фотоаппаратах, игрушках, часах и портативной электронике.

• Литиевые батареи — не литий-ионные батареи

  • Ячейки-пуговицы, стандартные и нестандартные размеры.
  • Используется в большой и малой портативной электронике.
  • Не путать с литий-ионными аккумуляторными батареями.

• Батареи Mercury

  • AA, 9 В, малый баллон и нестандартные размеры.
  • Обычно используется в медицинских устройствах и военном оборудовании.

• Батарейки из оксида серебра

  • Маленькие кнопочные элементы, высоковольтные, малые цилиндры, большие нестандартные размеры.
  • Обычно используется в часах, слуховых аппаратах и ​​самолетах.

• Воздушно-цинковые батареи

  • Кнопочные элементы, 9 В и нестандартные размеры.
  • Обычно используется в слуховых аппаратах и ​​часах.

Посетите нашу страницу о неперезаряжаемых батареях, чтобы получить подробную информацию о том, как правильно утилизировать эти батареи.

Аккумуляторы

Самыми распространенными типами аккумуляторных батарей, представленных сегодня на рынке, являются литий-ионные аккумуляторные батареи в вашем телефоне или ноутбуке, а также никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы стандартного размера, которые можно перезаряжать дома.

• Свинцово-кислотные гелевые батареи

  • Прямоугольная, нестандартные размеры в жестком пластиковом ящике.
  • Обычно встречается в инвалидных колясках, скутерах, тележках для гольфа, лодках, жилых автофургонах и некоторых портативных инструментах и ​​инструментах.
  • Эти батареи токсичны и требуют осторожного обращения.

• Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы

  • Нестандартные размеры в жестком пластиковом кейсе, цилиндрических или кнопочных ячейках.
  • Обычно используется в сотовых телефонах, ноутбуках, электроинструментах и ​​видеокамерах.
  • Не путать с одноразовыми литиевыми батареями.

• Никель-кадмиевые (NiCd) батареи

  • AA, AAA, C, D и другие небольшие цилиндрические батареи, упакованные элементы и нестандартные размеры.
  • Обычно встречается в электроинструментах, игрушках, автомобилях с дистанционным управлением, медицинских устройствах и некоторых портативных компьютерах.
  • Эти батареи токсичны и не подлежат сжиганию.

• Никель-металлогидридные (NiMH) батареи

  • AA, AAA, C, D и другие небольшие цилиндрические батареи, упакованные элементы и нестандартные размеры.
  • Обычно встречается в электроинструментах, игрушках, радиоуправляемых автомобилях, мобильных телефонах и некоторых портативных компьютерах.

Посетите нашу страницу о перезаряжаемых батареях, чтобы получить подробную информацию о том, как правильно утилизировать эти батареи.

Автомобильные аккумуляторы и аккумуляторные батареи

Автомобильные аккумуляторы — это совершенно другой тип аккумуляторов.Их называют батареями с мокрыми ячейками, потому что они содержат жидкость. В наиболее распространенном типе аккумуляторных батарей с жидким электролитом, свинцово-кислотных аккумуляторах, жидкость на самом деле является серной кислотой. Вы можете понять, почему возникнут особые потребности в утилизации.

Некоторые предприятия, которые принимают автомобильные аккумуляторы, также принимают и другие типы аккумуляторов с жидким электролитом, но не забудьте позвонить заранее для получения информации.

Для получения дополнительной информации посетите www.batteryrecycling.com/wet+cell+batteries/

Посетите нашу страницу «Автомобильные аккумуляторы», чтобы узнать о местных сайтах, которые принимают автомобильные аккумуляторы и аккумуляторные батареи с жидким топливом для надлежащей утилизации.

Часто задаваемые вопросы

Что такое бытовой аккумулятор?

Бытовые батареи обычно представляют собой батареи меньшего размера с мощностью 9 вольт или меньше. Самый распространенный тип — AA, используемый для бытовых гаджетов, таких как пульты дистанционного управления, маленькие игрушки и беспроводная кухонная техника.

Нужно ли заклеивать концы всех батарей в программе сбора обочины?

Нет, обычные одноразовые щелочные батареи (с напряжением 9 В и ниже) не требуют заклеивания.Однако некоторые батареи, как и большинство перезаряжаемых аккумуляторов, представляют опасность возгорания при хранении и транспортировке, если их концы оголены.

Почему мне нужно класть батареи в прозрачный пакет для программы обочины?

Требуются прозрачные пакеты, чтобы водители инкассаторов могли легко идентифицировать бытовые аккумуляторы. Батареи не смешиваются с перерабатываемыми отходами, а помещаются в отдельное ведро, которое обычно свешивается сбоку от грузовика. Водители кладут батареи в ведро перед тем, как опрокинуть мусорную корзину.

Для программы обочины, почему мне нужно класть сумку НА ВЕРХ синей корзины для мусора?

Батареи утилизируются отдельно от материалов, находящихся в мусорном ведре. Смешанные вторсырья никогда не должны включать опасные отходы, такие как бытовые батареи или электроника.

19 различных типов батарей (подробная классификация батарей)

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

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

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

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

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

Общие типы батарей

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

• Первичные батареи
• Вторичные батареи

Первичные батареи

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

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

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

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

Щелочные батареи

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

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

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

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

Вы можете найти щелочные батареи различных размеров, таких как AAA, AA, C, D, 9 В и т. Д. C, D и 9 В идеально подходят для устройств с высоким энергопотреблением, в то время как AA и AAA используются для приложений с низким энергопотреблением.

Литиевые батареи

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

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

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

Меркурий

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

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

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

Цинково-воздушная батарея

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

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

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

Вторичные батареи

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

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

Ниже приведены типы аккумуляторных батарей, которые широко используются сегодня:

Свинцово-кислотный гель

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

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

Гелевые элементы

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

Литий-ионный аккумулятор Литий-ионные аккумуляторы

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

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

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

Никель-кадмиевый (NiCd) аккумулятор

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

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

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

Никель-металлогидридная батарея

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

Даже при неправильном использовании эти батареи могут обеспечить хорошую нагрузочную способность и довольно длительный срок хранения.Эти батареи не требуют особого обслуживания и могут храниться в разряженном состоянии. Несмотря на широкий спектр преимуществ, эти батареи экономичны и могут иметь различные размеры, формы и характеристики.

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

Батареи других типов

Промышленные аккумуляторы

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

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

Absolyte Battery

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

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

Никель-железный аккумулятор

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

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

Стальной корпус

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

Чтобы идентифицировать эти батареи, вы должны знать, что они тяжелее, чем любой другой тип промышленных батарей, и весят от нескольких сотен килограммов до тысяч килограммов.

Батареи

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

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея

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

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

Автомобильные аккумуляторы

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

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

Гибридный автомобиль

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

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

Свинцово-кислотная батарея

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

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

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

VRLA Аккумуляторы

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

Батареи

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

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

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

Home Stratosphere Giveaways …

Enter to Win Small Appliances

Мы раздаем всевозможные мелкие бытовые приборы высшего качества, включая блендер Vitamix, быстрорастворимый горшок, соковыжималку, кухонный комбайн, миксер и кофеварку Keurig.

PNNL: Хранение энергии: Типы батарей

Ванадий-окислительно-восстановительный поток: Эти батареи продемонстрировали способность решать задачу интеграции энергии из возобновляемых источников, таких как солнечные и ветряные электростанции. В течение многих лет чувствительность к высокой температуре, высокая стоимость и меньшая емкость хранилища ограничивали широкое использование этих батарей. Наши исследователи, однако, разработали первую коммерчески жизнеспособную проточную батарею окислительно-восстановительного потенциала, которую можно развернуть в масштабе сети, и в 2012 году наша технология была лицензирована для UniEnergy Technologies LLC.

Цинк-полииодид Flow: Цинк-полийодидный проточный окислительно-восстановительный аккумулятор, разработанный в 2015 году, используется для хранения возобновляемой энергии. В нем используется электролит, плотность энергии или запасенная энергия которого более чем в два раза превышает плотность энергии следующего лучшего проточного аккумулятора, что приближается к плотности энергии типа литий-ионного аккумулятора, используемого для питания портативных электронных устройств и некоторых небольших электромобилей.

Органический водный поток: Подобно ванадиевой батарее с окислительно-восстановительным потоком, а также используется для интеграции с возобновляемыми источниками энергии, эта батарея вырабатывает энергию, перекачивая жидкости из внешних резервуаров в центральную батарею.Ожидается, что новейшая версия будет стоить всего 180 долларов за киловатт-час после полной разработки, что на 60 процентов меньше, чем современные стандартные проточные батареи.

Натрий-ионные: Натрий-ионные аккумуляторы высокоэффективны и относительно дешевы, но разработка таких аккумуляторов с высокой плотностью энергии и длительным сроком службы была сложной задачей. Наши исследователи работают над тем, чтобы сделать натрий жизнеспособной заменой лития для хранения энергии в сети, разрабатывая защитный слой для снижения потребления ионов натрия в батарее.

Галогенид натрия и металла: Также известные как батареи ZEBRA, они обладают потенциалом в качестве стационарных батарей, используемых для хранения энергии для сети. В 2016 году наши исследователи обнаружили новую конструкцию, более стабильную и менее дорогую в производстве, с повышенной плотностью энергии.

Магниево-ионные: Магниевые батареи с большей емкостью и меньшим количеством проблем безопасности, чем их литиевые аналоги, являются потенциально многообещающим вариантом хранения энергии, но электроды трудны в производстве и быстро выходят из строя.Наши исследователи обнаружили, что олово и сурьма могут работать вместе, чтобы сделать магниевые батареи лучше.

Магний-литиевый гибрид: Магний и литий имеют свои преимущества, и наши исследователи стремились объединить их при разработке гибридной батареи, которую можно использовать во многих приложениях, особенно для хранения энергии в сети. Гибридная батарея соединяет анод из магниевого металла с положительным литиево-ионным катодом, обеспечивая как выдающуюся производительность, так и превосходную безопасность и стабильность.

Оксид цинка и марганца: Эти батареи привлекательны для хранения возобновляемой энергии и поддержки энергосистемы. Они используют обильные недорогие материалы, а их удельная энергия может превышать свинцово-кислотные батареи. Мы продолжаем улучшать нашу цинк-марганцевую батарею — в 2016 году ее емкость достигла 285 миллиампер-часов на грамм оксида марганца за 5000 циклов, сохранив при этом 92 процента своей первоначальной емкости.

Общие типы батарей

Общие типы батарей Батареи — это группы электрохимических ячеек, соединенных в серию или параллельно . Параллельные соединения (все аноды подключены, все катоды подключены) не приводят к изменению общего напряжения цепи, а при последовательном подключении (анод одной ячейки к катоду следующей) напряжение умножается на количество ячеек. На этой схеме показано параллельное соединение четырех ячеек на 1,5 В, а на нижнем рисунке показаны аналогичные элементы, подключенные последовательно. Чтобы накапливать электрическую энергию, элементы должны быть легко обратимыми. Свинцово-кислотный Это наиболее распространенный тип аккумуляторов, используемых в автомобилях и для хранения солнечной энергии, поскольку они могут обеспечивать высокий ток и их стоимость относительно невысока.Они хранят всего около 25 ватт-часов на килограмм. Каждая ячейка состоит из свинцовых электродов в растворе серной кислоты. Один свинцовый электрод покрыт оксидом свинца. Последовательное соединение 6 из этих элементов дает батарею на 12 В. Аккумуляторы глубокого разряда имеют более толстые электроды, чем стандартные стартерные аккумуляторы. Гелевые батареи и герметичные свинцово-кислотные батареи обычно используются для хранения солнечной электроэнергии для автономных приложений. Литий-ионный Литий-ионные батареи используются в компьютерах и бытовой электронике.В настоящее время ведется работа по их адаптации для других приложений из-за их большей удельной мощности. Они хранят около 150 ватт-часов на килограмм. Электроды из оксида лития-кобальта (LiCoO 2 ) и графита с твердым литиевым электролитом. Более подробная информация об этих батареях содержится в разделе «Как все работает». Напряжение элемента высокое, примерно до 4 В, для переноса Li + из частично восстановленного графита в частично окисленный оксид лития-кобальта. Батареи могут взорваться при высокой температуре. Текущие исследования в этой области касаются новых электродных материалов и электролитов для повышения термической стабильности в больших батареях. Никель-металлогидрид (NiMH) Металл никель-металлогидридной батареи представляет собой интерметаллид, AB 5 , где A — смесь редкоземельных элементов лантана, церия, неодима, празеодима, а B — никель. , кобальт, марганец и / или алюминий. Они хранят около 100 ватт-часов на килограмм и намного более термически стабильны, чем литий-ионные батареи.Некоторые из них были разработаны для гибридных автомобилей. анод Ni (OH) 2 (s) + HO — (водный) Ni (O) (OH) + H 2 O + e — E 0 = 0,49 В катод M (с) + H 2 O + e — MH (с) + HO — (водный) E 0 = 0,83 В 9 Назад Компас Таблицы Показатель Вступление Домашнее задание

Как определить различные типы химического состава батарей

Батареи содержат ряд токсичных материалов, включая ртуть, серебро, никель, кадмий и литий, и обычно регулируются федеральными властями как универсальные отходы, категория опасных отходов. правительство.Батареи следует собирать, перерабатывать и обрабатывать, чтобы они не выщелачивали токсичные материалы на свалки и свалки, которые в конечном итоге могут попасть в нашу питьевую воду. Кроме того, при неправильном хранении использованные батареи могут вызвать искру и потенциально вызвать возгорание.

Всегда лучше утилизировать все типы батарей, включая:

• Литий
• Щелочная
• Металлогидрид никеля
• Никель кадмий
• Цинк уголь
• Свинцово-кислотный

Чтобы соответствовать нормативным требованиям и избежать искр и потенциальных пожаров, полностью изолируйте клеммы всех литиевых батарей с помощью непроводящей ленты или колпачков.Для всех других типов батарей полностью изолируйте клеммы всех батарей с напряжением более девяти вольт. Прозрачная упаковочная лента — хороший выбор для изоляции клемм батарей, поскольку она позволяет переработчикам идентифицировать батареи перед переработкой. Если вы сомневаетесь в типе батареи, полностью заклейте клеммы на всякий случай.

Также рекомендуется хранить отработанные батареи по типу перед переработкой. Переработчики могут взимать значительную плату за сортировку аккумуляторов.

Есть два разных типа батарей, с которыми вы можете столкнуться на работе и дома: аккумуляторные и неперезаряжаемые.

Неперезаряжаемые батареи

Следующие типы неперезаряжаемых батарей требуют, чтобы клеммы были полностью изолированы от использованных батарей с напряжением более 9 В:

Щелочные батарейки
Щелочные батарейки — это батарейки, которые мы каждый день используем в домашних условиях для питания фонарей, игрушек и других предметов. Эти батареи бывают разных размеров, включая AA, AAA, C, D, квадратные 9 вольт, кнопочные и другие.

Угольно-цинковые (Zn)
Угольно-цинковые батареи — это более старая версия квадратных 9-вольтовых батарей AA, AAA, C, D.Эти батареи не работают очень долго и используются редко.

Оксид серебра
Батареи с оксидом серебра — это, в первую очередь, батарейки типа «таблетка»; однако несколько типов квадратных 9 вольт также относятся к химическому составу из оксида серебра. Эти батареи регулируются USEPA как универсальные отходы, требующие от большинства предприятий отправки на разрешенные предприятия по переработке.

Неперезаряжаемые первичные литиевые батареи — Полностью изолируйте клеммы всех использованных литиевых батарей.

Многие люди не знают, что существует большой объем неперезаряжаемых литиевых батарей (иногда называемых литий-металлическими батареями). Многие из них выглядят в точности как щелочные батареи AA, D и другие. Все литиевые батареи, включая неперезаряжаемые, перед утилизацией должны иметь все клеммы, полностью изолированные лентой или колпачками. Кроме того, максимум 66 фунтов. литиевых батарей могут быть включены в один контейнер. Внимательно прочтите инструкции для комплектов для вторичной переработки по почте или обратитесь к своему переработчику, чтобы узнать о дополнительных конкретных требованиях, касающихся соблюдения специфики обращения с литиевыми батареями.

Существует три основных химического состава неперезаряжаемых литиевых батарей.

1. Литий-двуокись серы (LiSO2)
Литий-двуокись серы батареи чаще всего используются для небольших промышленных батарей.

2. Литий-диоксид марганца (LiMnO2)
Литий-диоксид марганца — это неперезаряжаемые батареи, которые используются в батареях AA, C и D, а также во многих промышленных приложениях. Они очень легкие, с высокой энергией и могут воспламениться при замыкании клемм.

3. Тионилхлорид лития (LiSOCI2)
Тионилхлорид лития используется для батарей AA с более высоким напряжением, а также для других промышленных применений.

Аккумуляторные батареи

Типы перезаряжаемых батарей, перечисленные ниже, требуют, чтобы клеммы были полностью изолированы для батарей с напряжением более 9 вольт. Все эти типы батарей регулируются USEPA как универсальные отходы и требуют, чтобы большинство предприятий отправляли их на разрешенные предприятия по переработке.

Никель-кадмиевые (NiCad)
Никель-кадмиевые батареи — это старые перезаряжаемые батареи, которые все еще используются и обычно являются более тяжелыми перезаряжаемыми батареями, используемыми в инструментах и ​​компьютерах.

Никель-металлогидридные (NiMH)
Никель-металлогидридные батареи — это перезаряжаемые батареи, часто используемые в перезаряжаемых батареях AA.

Герметичные свинцово-кислотные гелевые
Эти герметичные батареи используются в детских игрушках для верховой езды и в тяжелых промышленных устройствах.

Свинцово-кислотные
Свинцово-кислотные аккумуляторы используются для аккумуляторов автомобилей и мотоциклов и не могут быть отправлены в наборах для утилизации. Обычно их можно переработать в магазинах автомобильных запчастей.

Литий-ионные аккумуляторные батареи

Все литиевые батареи, включая литий-ионные, должны иметь все клеммы, полностью изолированные лентой или колпачками. Кроме того, максимум 66 фунтов. литиевых батарей могут быть включены в один контейнер. Внимательно прочтите инструкции для комплектов для вторичной переработки по почте или обратитесь к своему переработчику, чтобы узнать о дополнительных конкретных требованиях, касающихся соблюдения специфики обращения с литиевыми батареями.

Существует два основных химического состава перезаряжаемых литиевых батарей.

1. Литий-ионные (Li-Ion)
Это наиболее распространенные перезаряжаемые батареи, они легче и потребляют больше энергии, чем старые никель-кадмиевые батареи. Литий-ионные аккумуляторные батареи используются в ноутбуках, телефонах, инструментах.

2. Литий-полимерный
Эти батареи, которые иногда называют литий-ионными полимерами, используются в телефонах и других аккумуляторных устройствах.

Самый простой способ хранить и управлять разнообразными батареями — использовать комплекты для утилизации батарей EZ on the Earth, отправленные по почте.Учить больше.

.