Bateriju veidi. Bateriju veidu dažādība

Akumulators ir atkārtoti lietojams strāvas avots, kas paredzēts enerģijas uzkrāšanai un uzglabāšanai. Tās darbība balstās uz atgriezeniskām redoksreakcijām, kas ļauj atkārtoti izmantot akumulatoru. Lai izveidotu akumulatoru, vienā ķēdē ir savienotas vairākas baterijas.

Bateriju veidi

Sadzīves tehnikai un instrumentiem tiek izmantoti vairāku veidu akumulatori, kas atšķiras pēc to izgatavošanai izmantotajiem materiāliem.

Niķeļa kadmijs (NiCd)

Šis akumulators var izturēt lielu skaitu izlādes un uzlādes, ir izturīgs pret zemām temperatūrām un tam ir liela pieļaujamā izlādes strāva. Viena no tā galvenajām priekšrocībām ir zemā cena un ilgs kalpošanas laiks. Šāda veida trūkumi ir tādi, ka tas ātri pašizlādējas un tam ir zems enerģijas blīvums.

Galvenais šāda aprīkojuma trūkums ir “atmiņas efekts”, kas noved pie izmantojamās jaudas samazināšanās, kad akumulators nav pilnībā izlādējies. Lai atjaunotu nominālo jaudu, šī ierīce ir pilnībā jāizlādē un pēc tam atkal jāuzlādē. Lai palielinātu šāda aprīkojuma kalpošanas laiku, tas ir pilnībā jāizlādē un tikai pēc tam jāuzlādē. Uzlādei jāizmanto tikai komplektā iekļautā ierīce vai tā, kas atbilst akumulatora ražotāja prasībām.

Niķeļa metāla hidrīds (NiMh)

Šādas baterijas parādījās vēlāk, un tās ir daudzsološākas. Tagad tos masveidā izmanto dažādai sadzīves tehnikai, bet vēl progresīvāki veidi tiek izmantoti telefoniem un portatīvajiem datoriem.

Litija jonu (LiIon)

Šāds akumulators visbiežāk tiek izmantots klēpjdatoru, fotokameru un cita aprīkojuma darbināšanai, taču mūsdienu tālruņos to izmanto reti, jo to aizstāj ar modernāka tipa akumulatoru. To galvenais trūkums ir augstā jutība pret pārlādēšanu, tāpēc ierīcēs, kurās tiek izmantoti šādi akumulatori, ir jāuzstāda kontrolieris, kas ierobežo uzlādi.

Litija polimērs (LiPol)

Vismodernākās ierīces, to galvenā atšķirība ir tāda, ka elektrolīts ir želejveidīgs, tāpēc šādas baterijas var būt ļoti plānas. Visbiežāk tos izmanto mobilajos tālruņos, atskaņotājos un citā iekārtā, kas ir maza izmēra. Tā kā šādas baterijas ir jutīgas arī pret pārlādēšanu, tās nevar izmantot ierīcēs ar bojātu uzlādes kontrolieri. Ja arī hermētiskums ir bojāts, šādu akumulatoru nevar darbināt.

Ierīce

Agrāk sadzīves tehnikas un tālruņu akumulatori bija tieši tādi paši kā automašīnās. Mūsdienu tehnoloģijas ir ļāvušas izstrādāt litija jonu akumulatorus, kuros katods ir pārklāts ar alumīniju un anods ar vara foliju. Litija polimēru modeļos kā kārbas tiek izmantoti mīksti maisiņi, kurus pilda ar želejveida litija šķīdumu polimērā.

Lai kontrolētu uzlādi, šādam akumulatoram jābūt ierīcei, kas izgatavota elektroniskas plates formā. Parasto divu kontaktu vietā šādas baterijas tiek savienotas ar telefona plati, izmantojot konvektoru - vairāku polu savienojumu.

Darbības princips

Neatkarīgi no veida, jebkurš akumulators darbojas, jo starp elektrolītā iegremdētām metāla plāksnēm ir sprieguma atšķirība.

Akumulatorā notiekošie ķīmiskie procesi ir atgriezeniski, tāpēc pēc tā izlādēšanās ar uzlādes palīdzību ir iespējams atjaunot darba spējas. Uzlādes laikā strāva tiek nodota pretējā virzienā, kas būs tad, kad akumulators būs izlādējies.

Galvenais raksturlielums ir ietilpība, tas ir, uzlādes apjoms, ko pilnībā uzlādēts akumulators var dot, kad tas ir izlādējies līdz mazākajai pieļaujamajai vērtībai. Ah parasti izmanto, lai to izmērītu.

Lietošanas jomas

Akumulators tiek izmantots dažādās nozarēs, un tam ir plašs pielietojuma klāsts. Uzlādējamās baterijas tiek izmantotas, lai apgaismotu motorvagonus, darbinātu dažādas apertūras automašīnās, mobilajos tālruņos, sadzīves tehnikā un elektronikā.

Lai aizsargātu datoru un pieejamo informāciju pēkšņas strāvas padeves pārtraukuma gadījumā, tiek izmantoti. Tās galvenais elements ir akumulators. Jebkuras automašīnas sākotnējā iedarbināšana nav iespējama bez uzlādēta akumulatora.

Kā izvēlēties akumulatoru

Apsveriet mobilā tālruņa akumulatora izvēles iespējas. Vispirms jums ir jāizdomā, kurš akumulators ir ievietots tālrunī, jo tas var būt noņemams vai nenoņemams.

Ja to var noņemt, atveriet tālruņa aizmugurējo vāciņu un rūpīgi izpētiet akumulatora īpašības:

• Jauda.
• Modelis.
• Spriegums.

Ja ir arī neizņemams akumulators, tā datus var atrast tālruņa pasē vai ražotāja mājaslapā. Mūsdienu tirgus piedāvā oriģinālas baterijas, līdzīgas un "noname". Pēdējam variantam labāk vispār nepievērst uzmanību, jo šāds akumulators var ne tikai atspējot tālruni, bet pat eksplodēt.

Oriģinālie un analogie izstrādājumi savā starpā praktiski neatšķiras pēc to īpašībām, taču oriģinālās baterijas būs daudz dārgākas. Lūdzu, ņemiet vērā, ka daži ražotāji neizgatavo oriģinālās detaļas, tāpēc šajā gadījumā jums būs jāiegādājas līdzīgs barošanas avots.

automašīnas akumulators

Šajā gadījumā ir jāpievērš uzmanība tādām īpašībām kā kapacitāte, palaišanas strāva un izstrādājuma izmēri. Ir svarīgi, lai jauda un palaišanas strāva īpaši neatšķirtos no rūpnīcā uzstādītā akumulatora, jo ģenerators un citas iekārtas ir paredzētas to īpašajām vērtībām.

Papildus aprakstītajām īpašībām viņi pievērš uzmanību papildu elementu klātbūtnei: rokturim ērtai transportēšanai, termināla aizsardzībai un iebūvētam uzlādes indikatoram.

Priekšrocības un trūkumi

Apsveriet, kādas ir dažādu veidu akumulatoru priekšrocības un trūkumi.

NiCd ierīču priekšrocības:

• Ātra uzlāde, jūs varat izmantot strāvu, kas ir vienāda ar vai pat pārsniedz akumulatora ietilpību, bieži vien nav iespējams ļaunprātīgi izmantot lielu uzlādes strāvu, un, ja nepieciešama ātra uzlāde, izmantojiet ierīces, kas nosaka akumulatora pilnu uzlādi, pēc tam tiem vajadzētu izslēgties.
• Tie var nodrošināt lielu strāvu slodzei.
• Ja tiek ievēroti ekspluatācijas noteikumi, kalpošanas laiks būs ilgs.
• Atgūšanas iespēja jaudas samazināšanās gadījumā.
• Pieejamas izmaksas.

Trūkumi būs:

• "Atmiņas efekta" klātbūtne.
• Augsts pašizlādes līmenis.
• Lielisks svars un izmērs.
• Nepieciešama īpaša iznīcināšana kadmija klātbūtnes dēļ.

NiMh akumulatoru īpašības:

• Lielāks jaudas blīvums, tāpēc tiem ir mazāks svars un izmēri.
• Kalpošanas laiks ir atkarīgs no izlādes dziļuma, lai akumulators kalpotu ilgāk, labāk to darbināt nevis ar pilnu, bet ar virsmas izlādi.
• Uzlāde nevar tikt veikta tik ātri kā iepriekšējā versijā.
• "Atmiņas efekts" ir daudz mazāk izteikts.
• Viņiem ir neliels darba ciklu skaits.
• Augsta pašizlāde, kas sasniedz 30% mēnesī.

LiIon akumulatoriem ir šādas priekšrocības:

• Mazs svars un izmēri, tas tiek panākts lielā elektroenerģijas blīvuma dēļ.
• Neliela pašizlāde.
• Tiem nav nepieciešama apkope visā to kalpošanas laikā.

Šādu akumulatoru trūkumi ir šādi:

• Augsta cena.
• Šīs baterijas ir jāuzglabā tikai uzlādētas.
• Pat neizmantojot, notiek novecošanās process, pēc diviem gadiem, ja nelieto, parasti neizdodas.

LiPol ierīces ir vismodernākās, taču pagaidām tās netiek plaši izmantotas, tāpēc vēl nav iespējams objektīvi novērtēt to priekšrocības un trūkumus.

Salīdzinot ar citiem veidiem, šīm ierīcēm ir mazāk darba ciklu, un tās ir paredzētas zemai slodzes strāvai. To izgatavošanas tehnoloģija ļauj izveidot plānas un plastiskas ģeometriskas formas, kas nav raksturīga cita veida akumulatoriem. Tāpat kā ar visu jauno, šādu bateriju izmaksas joprojām ir augstas.

Tagad elektroniskajās ierīcēs galvenokārt izmanto NiMh un LiIon akumulatorus. Pirmajam būs ilgāks kalpošanas laiks pie mērenām slodzēm un zemākas izmaksas, otrajam būs vienkārša apkope un ilgs kalpošanas laiks pie lielām slodzēm. Niķeļa-kadmija ierīces praktiski vairs neizmanto, un litija-polimēru ierīces tikai iegūst tirgus daļu.

Akumulators ir līdzstrāvas avots, kas paredzēts enerģijas uzkrāšanai un uzglabāšanai. Lielākā daļa uzlādējamo akumulatoru veidu ir balstīti uz ķīmiskās enerģijas ciklisku pārvēršanu elektroenerģijā, kas ļauj akumulatoru atkārtoti uzlādēt un izlādēt.

Tālajā 1800. gadā Alesandro Volta veica pārsteidzošu atklājumu, kad viņš nolaida divas metāla plāksnes, varu un cinku, burkā, kas piepildīta ar skābi, un pēc tam pierādīja, ka caur to savienojošo vadu plūst elektriskā strāva. Vairāk nekā 200 gadus vēlāk mūsdienu uzlādējamās baterijas turpina ražot, pamatojoties uz Volta atklājumu.

Bateriju veidi

Kopš pirmā akumulatora izgudrošanas ir pagājuši ne vairāk kā 140 gadi, un tagad ir grūti iedomāties mūsdienu pasauli bez uz akumulatoriem balstītiem rezerves barošanas avotiem. Baterijas tiek izmantotas visur, sākot no visnekaitīgākajām sadzīves ierīcēm: vadības paneļiem, portatīvajiem radioaparātiem, kabatas lukturīšiem, portatīvajiem datoriem, telefoniem un beidzot ar finanšu iestāžu drošības sistēmām, datu centru rezerves barošanas blokiem, kosmosa rūpniecību, kodolenerģiju, sakariem utt. d.

Jaunattīstības valstīm elektriskā enerģija ir vajadzīga tikpat daudz, cik cilvēkiem ir nepieciešams skābeklis, lai dzīvotu. Tāpēc dizaineri un inženieri ikdienā strādā, lai optimizētu esošos bateriju veidus un periodiski izstrādātu jaunus veidus un pasugas.

Galvenie bateriju veidi ir parādīti tabulā Nr.1.

	Pieteikums	Apzīmējums	Darba temperatūra, ºC	Elementa spriegums, V	Īpatnējā enerģija, W∙h/kg
Litija joni (litija polimērs, litija mangāns, litija dzelzs sulfīds, litija dzelzs fosfāts, litija dzelzs itrija fosfāts, litija titanāts, litija hlorīds, litija sērs)	Transports, telekomunikācijas, saules enerģijas sistēmas, autonomā un rezerves barošana, Hi-Tech, mobilie barošanas avoti, elektroinstrumenti, elektriskie transportlīdzekļi utt.	Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S)
niķeļa sāls	Autotransports, Dzelzceļa transports, Telekomunikācijas, Enerģētika, tostarp alternatīvā enerģija, Enerģijas uzglabāšanas sistēmas
niķeļa kadmijs	Elektriskās automašīnas, upju un jūras kuģi, aviācija
dzelzs-niķelis	Rezerves barošanas avots, vilce elektriskajiem transportlīdzekļiem, vadības ķēdes
niķelis-ūdeņradis
niķeļa metāla hidrīds	elektriskie transportlīdzekļi, defibrilatori, raķešu un kosmosa tehnoloģijas, autonomās barošanas sistēmas, radioiekārtas, apgaismes iekārtas.
niķelis-cinks	Kameras
svina skābe	Rezerves barošanas sistēmas, sadzīves tehnika, UPS, alternatīvie barošanas avoti, transports, rūpniecība utt.
sudrabs-cinks	militārā sfēra
sudraba kadmijs	Kosmoss, sakari, militārās tehnoloģijas
cinks-broms
cinka hlorīds

Tabulas numurs 1. Akumulatoru klasifikācija.

Pamatojoties uz 1. tabulas datiem, varam secināt, ka ir diezgan daudz akumulatoru veidu, kas atšķiras pēc to īpašībām, kas ir optimizēti lietošanai dažādos apstākļos un ar dažādu intensitāti. Izmantojot ražošanā jaunas tehnoloģijas un komponentus, zinātniekiem izdodas sasniegt konkrētam pielietojumam vēlamos raksturlielumus, piemēram, ir izstrādātas niķeļa-ūdeņraža baterijas kosmosa satelītiem, kosmosa stacijām un citai kosmosa tehnikai. Protams, tabulā nav uzskaitīti visi veidi, bet tikai galvenie, kas kļuvuši plaši izplatīti.

Mūsdienu rezerves un autonomās barošanas sistēmas rūpnieciskajam un sadzīves segmentam ir balstītas uz svina-skābes, niķeļa-kadmija (retāk izmanto dzelzs-niķeļa tipu) un litija jonu akumulatoriem, jo ​​šie ķīmiskie barošanas avoti ir droši un tiem ir pieņemamas tehniskās īpašības un izmaksas.

Svina skābes akumulatori

Šis veids ir vispopulārākais mūsdienu pasaulē, pateicoties tā universālajām īpašībām un zemajām izmaksām. Svina-skābes akumulatori tiek izmantoti visdažādākajās jomās rezerves energosistēmās, autonomās barošanas sistēmās, saules elektrostacijās, UPS, dažādos transporta veidos, komunikācijās, drošības sistēmās, dažāda veida pārnēsājamās ierīcēs, rotaļlietās, utt.

Svina-skābes akumulatoru darbības princips

Ķīmisko barošanas avotu darba pamatā ir metālu un šķidruma mijiedarbība - atgriezeniska reakcija, kas notiek, kad tiek aizvērti pozitīvās un negatīvās plāksnes kontakti. Svina-skābes akumulatori, kā norāda nosaukums, sastāv no svina un skābes, kur pozitīvi lādētās plāksnes ir svins un negatīvi lādētās plāksnes ir svina oksīds. Ja pievienosiet spuldzi divām plāksnēm, ķēde aizvērsies un notiks elektriskā strāva (elektronu kustība), un elementa iekšpusē notiks ķīmiska reakcija. Jo īpaši notiek akumulatora plākšņu korozija, svins ir pārklāts ar svina sulfātu. Tādējādi akumulatora izlādes procesā uz visām plāksnēm veidosies svina sulfāta nogulsnes. Kad akumulators ir pilnībā izlādējies, tā plāksnes ir pārklātas ar to pašu metālu - svina sulfātu, un tām ir gandrīz vienāda uzlāde attiecībā pret šķidrumu, attiecīgi akumulatora spriegums būs ļoti zems.

Ja pievienosiet lādētāju pie atbilstošajiem akumulatora spailēm un ieslēdzat to, strāva plūdīs skābē pretējā virzienā. Strāva izraisīs ķīmisku reakciju, skābes molekulas sadalīsies, un šīs reakcijas dēļ no akumulatora pozitīvā un negatīvā plastilīna tiks noņemts svina sulfāts. Uzlādes procesa beigu posmā plāksnēm būs oriģinālais izskats: svins un svina oksīds, kas ļaus tām atkal saņemt citu lādiņu, t.i., akumulators būs pilnībā uzlādēts.

Taču praksē viss izskatās nedaudz savādāk un elektrodu plāksnes nav līdz galam notīrītas, līdz ar to akumulatoriem ir noteikts resurss, kuru sasniedzot jauda tiek samazināta līdz 80-70% no oriģināla.

3. attēls. Svina-skābes akumulatora (VRLA) elektroķīmiskā diagramma.

Svina skābes akumulatoru veidi

Svina skābe, apkalpots - 6, 12V akumulatori. Klasiskie startera akumulatori iekšdedzes dzinējiem un citiem. Viņiem nepieciešama regulāra apkope un ventilācija. Pakļauts lielai pašizlādei.

Vārstu regulētā svina skābe (VRLA), bez apkopes - 2, 4, 6 un 12V akumulatori. Lētiem akumulatoriem noslēgtā korpusā, ko var izmantot dzīvojamos rajonos, nav nepieciešama papildu ventilācija un apkope. Ieteicams lietošanai bufera režīmā.

Absorbējoša stikla paklāja vārsta regulēta svina-skābe (AGM VRLA), bez apkopes - 4, 6 un 12V akumulatori. Mūsdienīgi svina-skābes tipa akumulatori ar absorbētu elektrolītu (ne šķidrumu) un stikla šķiedras atdalīšanas separatoriem, kas daudz labāk saglabā svina plāksnes, neļaujot tām sadalīties. Šis risinājums ļāva ievērojami samazināt AGM akumulatoru uzlādes laiku, jo uzlādes strāva var sasniegt 20-25, retāk 30% no nominālās jaudas.

AGM VRLA akumulatoriem ir daudz modifikāciju ar optimizētiem raksturlielumiem cikliskajiem un bufera darbības režīmiem: Dziļi - biežai dziļai izlādei, priekšējais terminālis - ērtai novietošanai telekomunikāciju plauktos, Standarta - vispārējs pielietojums, High Rate - nodrošina labākus izlādes raksturlielumus līdz 30 % un piemērots jaudīgiem nepārtrauktās barošanas blokiem, Modulārais - ļauj izveidot jaudīgus bateriju skapjus utt.



4. attēls.

GEL vārstu regulētā svina skābe (GEL VRLA), bez apkopes - 2, 4, 6 un 12V akumulatori. Viena no jaunākajām svina-skābes tipa akumulatoru modifikācijām. Tehnoloģijas pamatā ir želejveida elektrolīta izmantošana, kas nodrošina maksimālu kontaktu ar šūnu negatīvajām un pozitīvajām plāksnēm un saglabā vienmērīgu konsistenci visā tilpumā. Šāda veida akumulatoriem nepieciešams "pareizs" lādētājs, kas nodrošinās nepieciešamo strāvas un sprieguma līmeni, tikai šajā gadījumā var iegūt visas priekšrocības salīdzinājumā ar AGM VRLA tipu.

Ķīmiskajiem barošanas avotiem GEL VRLA, tāpat kā AGM, ir daudzas pasugas, kas ir vislabāk piemērotas noteiktiem darbības režīmiem. Visizplatītākās ir Solar sērija - izmanto saules enerģijas sistēmām, Marine - jūras un upju transportam, Deep Cycle - biežai dziļi izlādei, priekšējais terminālis - samontēts īpašos gadījumos telekomunikāciju sistēmām, GOLF - golfa ratiņiem, kā arī kas attiecas uz tīrīšanas mašīnām, Micro - mazi akumulatori biežai lietošanai mobilajās lietojumprogrammās, Modular - īpašs risinājums jaudīgu akumulatoru banku izveidei enerģijas uzkrāšanai utt.



5. attēls.

OPzV, bez apkopes - 2V akumulatori. Īpašas svina-skābes šūnas OPZV tipa tiek ražotas, izmantojot cauruļveida anoda plāksnes un sērskābes gēla elektrolītu. Elementu anods un katods satur papildu metālu - kalciju, kā rezultātā palielinās elektrodu izturība pret koroziju un palielinās kalpošanas laiks. Negatīvās plāksnes ir pārklātas, šī tehnoloģija nodrošina labāku kontaktu ar elektrolītu.

OPzV akumulatori ir izturīgi pret dziļu izlādi, un tiem ir ilgs kalpošanas laiks līdz 22 gadiem. Parasti šādu akumulatoru ražošanai tiek izmantoti tikai labākie materiāli, lai nodrošinātu augstu velobraukšanas efektivitāti.

OPzV akumulatoru izmantošana ir pieprasīta telekomunikāciju instalācijās, avārijas apgaismojuma sistēmās, nepārtrauktās barošanas avotos, navigācijas sistēmās, sadzīves un rūpnieciskās enerģijas uzkrāšanas sistēmās un saules enerģijas ražošanā.


6. attēls. OPzV akumulatora EverExceed struktūra.

OPzS, mazapkopes - 2, 6, 12V akumulatori. Stacionāri appludināti svina-skābes akumulatori OPzS tiek ražoti ar cauruļveida anoda plāksnēm ar antimona piedevu. Katods satur arī nelielu daudzumu antimona un ir plātņu režģa veids. Anods un katods ir atdalīti ar mikroporainiem separatoriem, kas novērš īssavienojumus. Akumulatora korpuss ir izgatavots no īpašas triecienizturīgas, ķīmiski izturīgas un ugunsdrošas caurspīdīgas plastmasas, un ventilācijas vārsti ir ugunsdroša tipa un nodrošina aizsardzību no iespējamām liesmām un dzirkstelēm.

Caurspīdīgas sienas ļauj ērti kontrolēt elektrolīta līmeni, izmantojot minimālās un maksimālās vērtības. Vārstu īpašā struktūra ļauj pievienot destilētu ūdeni, tos nenoņemot, un izmērīt elektrolīta blīvumu. Atkarībā no slodzes ūdens papildināšanu veic reizi divos gados.

OPzS tipa akumulatoriem ir visaugstākā veiktspēja starp visiem citiem svina-skābes akumulatoru veidiem. Kalpošanas laiks var sasniegt 20 - 25 gadus un nodrošināt līdz pat 1800 dziļas 80% izlādes cikliem.

Šādu akumulatoru izmantošana ir nepieciešama sistēmās ar vidējas un dziļas izlādes prasībām, t.sk. kur novērojamas vidējas palaišanas strāvas.



7. attēls.

Svina-skābes akumulatoru raksturojums

Analizējot Tabulas Nr.2 datus, varam secināt, ka svina-skābes akumulatoriem ir plaša modeļu izvēle, kas ir piemēroti dažādiem darbības režīmiem un darbības apstākļiem.

			AGM VRLA	GEL VRLA
Jauda, ​​Ampere/st
Spriegums, volts
Optimālais izplūdes dziļums, %
Pieļaujamais izplūdes dziļums, %
Cikliskais mūžs, D.O.D.=50%
Optimālā temperatūra, °С
Darba temperatūras diapazons, °С
Kalpošanas laiks, gadi pie +20°С
Pašizlāde, %
Maks. uzlādes strāva,% no jaudas
Minimālais uzlādes laiks, h
Servisa prasības						1-2 gadi
Vidējās izmaksas, $, 12V/100Ah.

Tabulas numurs 2. Salīdzinošie raksturlielumi pēc svina-skābes akumulatoru veidiem.

Analīzē tika izmantoti vidēji dati no vairāk nekā 10 akumulatoru ražotājiem, kuru produkti Ukrainas tirgū ir bijuši jau ilgu laiku un tiek veiksmīgi izmantoti daudzās jomās (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Technologies, Victron Energy, SunLight, Troian un citi).

Litija jonu (litija) akumulatori

Izcelšanās vēsture aizsākās 1912. gadā, kad Gilberts Ņūtons Lūiss strādāja pie spēcīgu elektrolītu jonu aktivitātes aprēķināšanas un veica vairāku elementu, tostarp litija, elektrodu potenciālu izpēti. Kopš 1973. gada darbs tika atsākts un rezultātā parādījās pirmie litija bāzes akumulatori, kas nodrošināja tikai vienu izlādes ciklu. Mēģinājumus izveidot litija akumulatoru apgrūtināja litija aktīvās īpašības, kas, izlādējoties vai nepareizi uzlādējot, izraisīja vardarbīgu reakciju ar augstas temperatūras un pat liesmas izdalīšanos. Sony izlaida pirmos mobilos tālruņus ar šādām baterijām, taču pēc vairākiem neveiksmīgiem incidentiem bija spiests atsaukt produktus atpakaļ. Attīstība neapstājās un 1992. gadā parādījās pirmie "drošie" akumulatori, kuru pamatā ir litija joni.

Litija jonu tipa akumulatoriem ir augsts enerģijas blīvums, tāpēc ar kompakto izmēru un vieglo svaru tie nodrošina 2-4 reizes lielāku kapacitāti nekā svina-skābes akumulatori. Neapšaubāmi, litija jonu akumulatoru lielā priekšrocība ir augstais 100% uzlādes līmenis 1-2 stundu laikā.

Li-ion baterijas plaši izmanto mūsdienu elektronikā, automobiļos, enerģijas uzglabāšanas sistēmās, saules enerģijas ražošanā. Tie ir ārkārtīgi pieprasīti augsto tehnoloģiju multivides un sakaru ierīcēs: tālruņos, planšetdatoros, klēpjdatoros, radiostacijās utt. Mūsdienu pasauli ir grūti iedomāties bez litija jonu tipa barošanas blokiem.

Litija (litija jonu) akumulatoru darbības princips

Darbības princips ir izmantot litija jonus, kurus saista papildu metālu molekulas. Parasti papildus litijam tiek izmantots litija kobalta oksīds un grafīts. Kad litija jonu akumulators ir izlādējies, uzlādes laikā joni pārvietojas no negatīvā elektroda (katoda) uz pozitīvo (anodu) un otrādi. Akumulatora ķēde pieņem, ka starp abām elementa daļām ir atdalošais separators, tas ir nepieciešams, lai novērstu litija jonu spontānu kustību. Kad akumulatora ķēde ir aizvērta un notiek uzlādes vai izlādes process, joni pārvar atdalošo separatoru, kas tiecas uz pretēji lādētu elektrodu.

8. attēls. Litija jonu akumulatora elektroķīmiskā shēma.

Pateicoties tā augstajai efektivitātei, litija jonu akumulatori ir strauji izstrādāti un daudzi apakštipi, piemēram, litija dzelzs fosfāta akumulatori (LiFePO4). Zemāk ir šī apakštipa darbības grafiskā diagramma.

9. attēls. LiFePO4 akumulatora izlādes un izlādes procesa elektroķīmiskā diagramma.

Litija jonu akumulatoru veidi

Mūsdienu litija jonu akumulatoriem ir daudz apakštipu, kuru galvenā atšķirība ir katoda (negatīvi uzlādēta elektroda) sastāvā. Anoda sastāvu var arī mainīt, lai pilnībā aizstātu grafītu vai izmantotu grafītu, pievienojot citus materiālus.

Dažādu veidu litija jonu akumulatori tiek identificēti pēc to ķīmiskās noārdīšanās. Parastam lietotājam tas var būt nedaudz sarežģīts, tāpēc katrs veids tiks aprakstīts pēc iespējas detalizētāk, tostarp tā pilns nosaukums, ķīmiskā definīcija, saīsinājums un īsais apzīmējums. Apraksta ērtībai tiks izmantots saīsinātais nosaukums.

Litija kobalta oksīds (LiCoO2)– Tam ir augsta īpatnējā enerģija, kas padara litija-kobalta akumulatoru pieprasītu kompaktās augsto tehnoloģiju ierīcēs. Akumulatora katods ir izgatavots no kobalta oksīda, savukārt anods ir izgatavots no grafīta. Katodam ir slāņaina struktūra, un izlādes laikā litija joni pārvietojas no anoda uz katodu. Šāda veida trūkums ir salīdzinoši īss kalpošanas laiks, zema termiskā stabilitāte un elementa ierobežotā jauda.

Litija-kobalta akumulatorus nevar izlādēt un uzlādēt ar strāvu, kas pārsniedz nominālo jaudu, tāpēc akumulators ar jaudu 2,4Ah var darboties ar strāvu 2,4A. Ja uzlādēšanai tiek izmantota liela strāva, tas izraisīs pārkaršanu. Optimālā uzlādes strāva ir 0,8C, šajā gadījumā 1,92A. Katrs litija-kobalta akumulators ir aprīkots ar aizsardzības ķēdi, kas ierobežo uzlādes un izlādes ātrumu un ierobežo strāvu pie 1C.

Grafikā (10. att.) parādītas litija-kobalta akumulatoru galvenās īpašības attiecībā uz īpatnējo enerģiju vai jaudu, īpatnējo jaudu vai spēju nodrošināt lielu strāvu, drošību vai aizdegšanās iespējas pie lielas slodzes, darba apkārtējās vides temperatūru, kalpošanas laiku un ciklisko mūžu. , izmaksas.



10. attēls.

Litija mangāna oksīds (LiMn2O4, LMO)– pirmā informācija par litija izmantošanu ar mangāna spineļiem tika publicēta zinātniskos ziņojumos 1983. gadā. Uzņēmums Moli Energy 1996. gadā laida klajā pirmās bateriju partijas, kuru pamatā ir litija mangāna oksīds kā katoda materiāls. Šī arhitektūra veido trīsdimensiju spineļa struktūras, kas uzlabo jonu plūsmu uz elektrodu, tādējādi samazinot iekšējo pretestību un palielinot iespējamās uzlādes strāvas. Arī spineļa priekšrocība termiskajā stabilitātē un paaugstinātā drošībā, tomēr cikliskais resurss un kalpošanas laiks ir ierobežots.

Zema pretestība nodrošina iespēju ātri uzlādēt un izlādēt litija-mangāna akumulatoru ar lielu strāvu līdz 30A un īsu laiku līdz 50A. Piemērots lieljaudas elektroinstrumentiem, medicīnas iekārtām un hibrīdiem un elektriskiem transportlīdzekļiem.

Litija-mangāna akumulatoru potenciāls ir par aptuveni 30% zemāks salīdzinājumā ar litija-kobalta akumulatoriem, taču šai tehnoloģijai ir par aptuveni 50% labākas īpašības nekā baterijām, kuru pamatā ir niķeļa ķīmiskās sastāvdaļas.

Dizaina elastība ļauj inženieriem optimizēt akumulatora īpašības un sasniegt ilgu kalpošanas laiku, lielu jaudu (enerģijas blīvumu) un spēju nodrošināt maksimālo strāvu (jaudas blīvumu). Piemēram, 18650. izmēra ilgstošas ​​​​dzīves šūnas jauda ir 1,1 Ah, savukārt lielai kapacitātei optimizētajām šūnām ir 1,5 Ah, taču tām ir īsāks kalpošanas laiks.

Grafikā (12. att.) parādīti ne tie iespaidīgākie litija-mangāna akumulatoru raksturlielumi, tomēr mūsdienu attīstība ir būtiski uzlabojusi veiktspēju un padarījusi šo tipu konkurētspējīgu un plaši izmantotu.



11. attēls.

Mūsdienu litija-mangāna tipa akumulatorus var ražot, pievienojot citus elementus - litija-niķeļa-mangāna-kobalta oksīdu (NMC), šī tehnoloģija ievērojami pagarina kalpošanas laiku un palielina enerģijas blīvumu. Šis savienojums nodrošina katras sistēmas labākās īpašības, tā sauktais LMO (NMC) tiek izmantots lielākajai daļai elektrisko transportlīdzekļu, piemēram, Nissan, Chevrolet, BMW utt.

Litija-niķeļa-mangāna-kobalta oksīds (LiNiMnCoO2 vai NMC)– Vadošie litija jonu akumulatoru ražotāji ir koncentrējušies uz niķeļa-mangāna-kobalta kā katoda materiālu (NMC) kombināciju. Līdzīgi kā litija mangāna tipam, šīs baterijas var pielāgot, lai sasniegtu augstu enerģijas blīvumu vai lielu jaudas blīvumu, bet ne abus. Piemēram, 18650 tipa NMC šūnas mēreni noslogotā stāvoklī ir 2,8Ah jauda un var nodrošināt maksimālo strāvu 4-5A; Lieljaudas parametriem optimizētam NMC elementam ir tikai 2Wh, bet tas var nodrošināt nepārtrauktu izlādes strāvu līdz 20A. NMC īpatnība ir niķeļa un mangāna kombinācija, piemēram, galda sāls, kurā galvenās sastāvdaļas ir nātrijs un hlorīds, kas atsevišķi ir toksiskas vielas.

Niķelis ir pazīstams ar savu augsto īpatnējo enerģiju, bet zemo stabilitāti. Mangānam ir tāda priekšrocība, ka tas veido spineļa struktūru un nodrošina zemu iekšējo pretestību, bet zemu enerģijas blīvumu. Apvienojot šos divus metālus, jūs varat iegūt optimālu NMC akumulatora veiktspēju dažādiem darbības režīmiem.

NMC akumulatori ir lieliski piemēroti elektroinstrumentiem, elektriskajiem velosipēdiem un citiem jaudas lietojumiem. Katoda materiālu kombinācija: trešdaļa niķeļa, mangāna un kobalta nodrošina unikālas īpašības, kā arī samazina produkta izmaksas, jo samazinās kobalta saturs. Citiem apakštipiem, piemēram, NCM, CMN, CNM, MNC un MCN, ir atšķirīga trīskāršā metāla attiecība 1/3-1/3-1/3. Parasti precīzu attiecību ražotājs patur noslēpumā.



12. attēls.

Litija dzelzs fosfāts (LiFePO4)- 1996. gadā Teksasas Universitāte (un citi) izmantoja fosfātu kā katoda materiālu litija akumulatoriem. Litija fosfāts nodrošina labu elektroķīmisko veiktspēju ar zemu pretestību. Tas ir iespējams, izmantojot nanofosfāta katoda materiālu. Galvenās priekšrocības ir liela strāvas plūsma un ilgs kalpošanas laiks, kā arī laba termiskā stabilitāte un paaugstināta drošība.

Litija dzelzs fosfāta akumulatori ir izturīgāki pret pilnīgu izlādi un ir mazāk pakļauti "novecošanai" nekā citas litija jonu sistēmas. LFP ir arī izturīgāki pret pārlādēšanu, taču, tāpat kā citiem litija jonu akumulatoriem, pārlādēšana var izraisīt bojājumus. LiFePO4 nodrošina ļoti stabilu 3,2V izlādes spriegumu, kas ļauj izmantot tikai 4 elementus, lai izveidotu 12V akumulatoru, kas savukārt ļauj efektīvi nomainīt svina-skābes akumulatorus. Litija dzelzs fosfāta akumulatori nesatur kobaltu, kas ievērojami samazina produkta izmaksas un padara to videi draudzīgāku. Nodrošina lielu strāvu izlādes laikā, un to var arī uzlādēt ar nominālo strāvu tikai vienas stundas laikā līdz pilnai jaudai. Darbība zemā apkārtējās vides temperatūrā samazina veiktspēju, un temperatūra virs 35°C nedaudz saīsina akumulatora darbības laiku, taču veiktspēja ir daudz labāka nekā svina-skābes, niķeļa-kadmija vai niķeļa-metāla hidrīda akumulatoriem. Litija fosfātam ir augstāka pašizlāde nekā citiem litija jonu akumulatoriem, kas var radīt nepieciešamību līdzsvarot akumulatoru korpusus.



13. attēls.

Litija-niķeļa-kobalta-alumīnija oksīds (LiNiCoAlO2) Litija niķeļa kobalta alumīnija oksīda (NCA) akumulatori tika ieviesti 1999. gadā. Šis tips nodrošina augstu enerģijas blīvumu un pietiekamu jaudas blīvumu, kā arī ilgu kalpošanas laiku. Tomēr pastāv aizdegšanās riski, kā rezultātā tika pievienots alumīnijs, kas nodrošina lielāku akumulatorā notiekošo elektroķīmisko procesu stabilitāti pie lielām izlādes un uzlādes strāvām.



14. attēls.

Litija titanāts (Li4Ti5O12)– Baterijas ar litija titanāta anodiem ir zināmas kopš pagājušā gadsimta astoņdesmitajiem gadiem. Katods sastāv no grafīta un atgādina tipiska litija metāla akumulatora arhitektūru. Litija titanāta elementa spriegums ir 2,4 V, to var ātri uzlādēt, un tas nodrošina augstu izlādes strāvu 10 C, kas ir 10 reizes lielāka par akumulatora nominālo jaudu.

Litija-titanāta akumulatoriem ir palielināts cikliskais resurss salīdzinājumā ar citiem litija jonu akumulatoru veidiem. Tiem ir augsta drošība, un tie spēj strādāt arī zemā temperatūrā (līdz -30ºC) bez ievērojama veiktspējas samazināšanās.

Trūkums ir diezgan augstās izmaksas, kā arī neliels īpatnējās enerģijas rādītājs, aptuveni 60-80Wh/kg, kas ir diezgan salīdzināms ar niķeļa-kadmija akumulatoriem. Pielietojums: elektriskie barošanas bloki un nepārtrauktās barošanas avoti.



15. attēls.

Litija polimēru akumulatori (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) Litija polimēru akumulatori atšķiras no litija jonu akumulatoriem ar to, ka izmanto īpašu polimēru elektrolītu. Sajūsma, kas radusies par šāda veida akumulatoriem, ilgst kopš 2000. gadiem līdz mūsdienām. Tas ir balstīts ne nepamatoti, jo ar īpašu polimēru palīdzību bija iespējams izveidot akumulatoru bez šķidruma vai želejveida elektrolīta, tas ļauj izveidot gandrīz jebkuras formas baterijas. Bet galvenā problēma ir tā, ka cietais polimēra elektrolīts nodrošina sliktu vadītspēju istabas temperatūrā un izjauc labākās īpašības, kad tas tiek uzkarsēts līdz 60 ° C. Visi zinātnieku mēģinājumi rast risinājumu šai problēmai bija veltīgi.

Mūsdienu litija polimēru akumulatori izmanto nelielu daudzumu gēla elektrolīta labākai vadītspējai normālā temperatūrā. Un darbības princips ir balstīts uz vienu no iepriekš aprakstītajiem veidiem. Visizplatītākais ir litija-kobalta tips ar polimēra gēla elektrolītu, ko izmanto vairumā gadījumu.

Galvenā atšķirība starp litija jonu akumulatoriem un litija polimēru baterijām ir tāda, ka mikroporaino polimēru elektrolītu aizstāj ar tradicionālo atdalīšanas separatoru. Litija polimēram ir nedaudz augstāka īpatnējā enerģija un tas ļauj izveidot plānus elementus, taču izmaksas ir par 10-30% augstākas nekā litija jonu. Ir būtiska atšķirība ķermeņa struktūrā. Ja litija polimēram izmanto plānu foliju, kas ļauj izveidot tik plānas baterijas, lai tās izskatītos pēc kredītkartēm, tad litija jonu akumulatori tiek salikti stingrā metāla korpusā, lai cieši nostiprinātu elektrodus.

17. attēls. Li-polimēra akumulatora izskats mobilajam tālrunim.

Litija jonu akumulatoru raksturojums

Tabulā nav norādīta maksimālā elementa jauda, ​​jo litija jonu akumulatoru tehnoloģija neļauj ražot jaudīgas atsevišķas šūnas. Ja nepieciešama liela jauda vai pastāvīga strāva, baterijas tiek savienotas paralēli un virknē ar džemperiem. Stāvoklis jāuzrauga ar akumulatora uzraudzības sistēmu. Mūsdienu akumulatoru skapji UPS un saules elektrostacijām, kuru pamatā ir litija elementi, var sasniegt 500-700 V līdzstrāvas spriegumu ar jaudu aptuveni 400 A / h, kā arī jaudu 2000 - 3000 Ah ar 48 vai 96 V spriegumu.

Parametrs \ tips
Elementa spriegums, volti;
Optimālā temperatūra, °С;
Kalpošanas laiks, gadi pie +20°С;
Pašizlāde mēnesī, %
Maks. izlādes strāva
Maks. uzlādes strāva
Minimālais uzlādes laiks, h
Servisa prasības
Izmaksu līmenis

Niķeļa-kadmija baterijas

Izgudrotājs ir zviedru zinātnieks Valdemārs Jungners, kurš 1899. gadā patentēja kadmija tipa niķeļa ražošanas tehnoloģiju. 1990. gadā ar Edisonu izcēlās patentu strīds, kuru Jungners zaudēja tāpēc, ka viņam nepiederēja tādi līdzekļi kā pretiniekam. Valdemāra dibinātais Accumulator Aktiebolaget Jungner bija uz bankrota sliekšņa, taču, mainījis nosaukumu uz Svenska Accumulator Aktiebolaget Jungner, uzņēmums turpināja savu attīstību. Pašlaik izstrādātāja dibinātais uzņēmums saucas "SAFT AB" un ražo vienus no pasaulē uzticamākajiem niķeļa-kadmija akumulatoriem.

Niķeļa-kadmija baterijas ir ļoti izturīgas un uzticamas. Ir apkopti un bez uzraudzības modeļi ar ietilpību no 5 līdz 1500Ah. Parasti tās tiek piegādātas kā sausi uzlādētas kannas bez elektrolīta ar nominālo spriegumu 1,2 V. Neskatoties uz dizaina līdzību ar svina-skābes akumulatoriem, niķeļa-kadmija akumulatoriem ir vairākas būtiskas priekšrocības, piemēram, stabila darbība temperatūrā no -40 ° C, spēja izturēt lielas ieslēgšanās strāvas, un tos optimizē arī modeļi ātra izlāde. Ni-Cd akumulatori ir izturīgi pret dziļu izlādi, pārlādēšanu un tiem nav nepieciešama tūlītēja uzlāde, piemēram, svina-skābes tipam. Strukturāli tie ir izgatavoti no triecienizturīgas plastmasas un labi panes mehāniskus bojājumus, nebaidās no vibrācijas utt.

Niķeļa-kadmija akumulatoru darbības princips

Sārma baterijas, kuru elektrodi sastāv no niķeļa oksīda hidrāta ar grafīta, bārija oksīda un pulverveida kadmija piedevu. Elektrolīts, kā likums, ir šķīdums ar 20% kālija saturu un litija monohidrāta pievienošanu. Plāksnes ir atdalītas ar izolējošiem separatoriem, lai izvairītos no īssavienojumiem, viena negatīvi lādēta plāksne atrodas starp divām pozitīvi lādētām.

Niķeļa-kadmija akumulatora izlādes laikā notiek mijiedarbība starp anodu ar niķeļa oksīda hidrātu un elektrolīta joniem, veidojot niķeļa oksīda hidrātu. Tajā pašā laikā kadmija katods veido kadmija oksīda hidrātu, tādējādi radot potenciālu starpību līdz 1,45 V, nodrošinot spriegumu akumulatora iekšpusē un ārējā slēgtā ķēdē.

Niķeļa-kadmija akumulatoru uzlādes procesu pavada anodu aktīvās masas oksidēšanās un niķeļa oksīda hidrāta pāreja uz niķeļa oksīda hidrātu. Vienlaikus katods tiek reducēts, veidojot kadmiju.

Niķeļa-kadmija akumulatora darbības principa priekšrocība ir tā, ka visi komponenti, kas veidojas izlādes un uzlādes ciklos, gandrīz nešķīst elektrolītā, kā arī neiekļūst blakusreakcijās.

16. attēls. Ni-Cd akumulatora uzbūve.

Niķeļa-kadmija akumulatoru veidi

Pašlaik Ni-Cd baterijas visbiežāk tiek izmantotas rūpniecībā, kur tās ir nepieciešamas dažādu lietojumu barošanai. Daži ražotāji piedāvā vairākus niķeļa-kadmija bateriju apakštipus, kas nodrošina vislabāko veiktspēju noteiktos režīmos:

izlādes laiks 1,5 - 5 stundas vai vairāk - apkalpoti akumulatori;

izlādes laiks 1,5 - 5 stundas vai vairāk - akumulatori bez apkopes;

izlādes laiks 30 - 150 minūtes - apkalpoti akumulatori;

izlādes laiks 20 - 45 minūtes - apkalpoti akumulatori;

izlādes laiks 3 - 25 minūtes - apkalpoti akumulatori.

Niķeļa-kadmija akumulatoru raksturojums

Parametrs \ tips	Niķelis-kadmijs / Ni-Cd
Jauda, ​​Ampere/stunda;
Elementa spriegums, volti;
Optimālais izplūdes dziļums, %;
Pieļaujamais izplūdes dziļums,%;
Cikliskais resurss, D.O.D.=80%;
Optimālā temperatūra, °С;
Darba temperatūras diapazons, °С;
Kalpošanas laiks, gadi pie +20°С;
Pašizlāde mēnesī, %
Maks. izlādes strāva
Maks. uzlādes strāva
Minimālais uzlādes laiks, h
Servisa prasības	Zema apkope vai bez uzraudzības
Izmaksu līmenis	vidēja (300–400 $ 100 Ah)

Augstie tehniskie parametri padara šāda veida akumulatorus ļoti pievilcīgus rūpnieciskiem lietojumiem, kur ir nepieciešams ļoti uzticams rezerves barošanas avots ar ilgu kalpošanas laiku.

Niķeļa-dzelzs akumulatori

Pirmo reizi tos izveidoja Valdemārs Jungners 1899. gadā, kad viņš mēģināja atrast lētāku kadmija analogu niķeļa-kadmija akumulatoros. Pēc ilgām pārbaudēm Jungners atteicās no dzelzs lietošanas, jo uzlāde tika veikta pārāk lēni. Dažus gadus vēlāk Tomass Edisons izveidoja niķeļa-dzelzs akumulatoru, kas darbināja Baker Electric un Detroit Electric elektriskos transportlīdzekļus.

Zemās ražošanas izmaksas ļāva niķeļa-dzelzs akumulatoriem kļūt pieprasītiem elektrotransportā kā vilces akumulatoriem, tos izmanto arī vieglo automobiļu elektrifikācijā, vadības ķēžu barošanai. Pēdējos gados ar jaunu sparu tiek runāts par niķeļa-dzelzs akumulatoriem, jo ​​tie nesatur tādus toksiskus elementus kā svins, kadmijs, kobalts u.c. Šobrīd daži ražotāji tos reklamē atjaunojamās enerģijas sistēmām.

Niķeļa-dzelzs akumulatoru darbības princips

Elektrības uzkrāšanās notiek ar niķeļa oksīda hidroksīda palīdzību, ko izmanto kā pozitīvās plāksnes, dzelzi kā negatīvās plāksnes un šķidru elektrolītu kaustiskā kālija veidā. Niķeļa stabilās caurules jeb "kabatas" satur aktīvo vielu

Niķeļa-dzelzs tips ir ļoti uzticams, jo iztur dziļu izlādi, biežu uzlādi un var būt arī nepietiekami uzlādētā stāvoklī, kas ļoti kaitē svina-skābes akumulatoriem.

Niķeļa-dzelzs akumulatoru raksturojums

Parametrs \ tips	Niķelis-kadmijs / Ni-Cd
Jauda, ​​Ampere/stunda;
Elementa spriegums, volti;
Optimālais izplūdes dziļums, %;
Pieļaujamais izplūdes dziļums,%;
Cikliskais resurss, D.O.D.=80%;
Optimālā temperatūra, °С;
Darba temperatūras diapazons, °С;
Kalpošanas laiks, gadi pie +20°С;
Pašizlāde mēnesī, %
Maks. izlādes strāva
Maks. uzlādes strāva
Minimālais uzlādes laiks, h
Servisa prasības	Zema apkope
Izmaksu līmenis	vidējs, zems

Izmantotie materiāli

Bostonas konsultāciju grupas pētījumi

ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence un citu tehniskā dokumentācija.

Uzlādējams akumulators ir ķīmisks elektriskās strāvas avots, kas sastāv no vairāku atsevišķu akumulatoru kombinācijas (akumulatora). Vairāku elementu izmantošana viena vietā ļauj iegūt lielāku spriegumu vai lielāku strāvu, atkarībā no savienojuma metodes – seriālā vai paralēlā.

Ir vairāki bateriju veidi, kas atšķiras pēc elektrodu materiāla un elektrolīta. Daudzi ir dzirdējuši un zina, piemēram, ka ir visādi niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda, litija-jonu, svina-skābes akumulatori.

No visām automašīnām kā starteris tiek izmantots tikai svins. Tas ir saistīts ar faktu, ka šāda veida akumulatoriem, salīdzinot ar citiem, ir maksimālā enerģijas intensitāte un spēja īsā laikā piegādāt lielu strāvu. Tajā pašā laikā jāsamierinās ar to, ka gan skābe, gan svins ir ļoti kaitīgas vielas. Visu svina-skābes akumulatoru korpusi ir izgatavoti no izturīgas, skābes izturīgas plastmasas, lai nodrošinātu maksimālu drošību transportēšanas un ekspluatācijas laikā.

Šobrīd svinu izmanto kā materiālu elektrodiem nevis tīrā veidā, bet gan ar dažādām piedevām, atkarībā no tā, kuras baterijas iedala vairākos veidos.

Atkarībā no elektrodu materiāla piedevām automašīnu akumulatorus iedala:

• Tradicionālais ("antimons")
• Zems antimons
• kalcijs
• hibrīds
• Gels, AGM
  Un papildus:
• sārmains
• Li-ion

Tradicionālais ("antimons")

Šāda veida baterijas svina plākšņu sastāvā satur ≥5% antimona. Bieži tos sauc arī par klasiskajiem, tradicionālajiem. Bet mūsdienās šis nosaukums vairs nav aktuāls, jo baterijas ar mazāku antimona saturu jau ir kļuvušas par klasiskām.

Svinam pievieno antimonu, lai palielinātu plākšņu izturību. Bet šīs piedevas dēļ elektrolīzes process tiek strauji uzlabots, paātrināts, kas sākas jau pie 12 voltiem. Izdalīto gāzu dēļ (skābeklis un ūdeņradis) šķiet, ka ūdens vārās. Sakarā ar to, ka ūdens lielos daudzumos izplūst ārā, mainās elektrolītu koncentrācija un tiek pakļautas elektrodu augšējās malas. Lai kompensētu “izvārīto” ūdeni, akumulatorā ielej destilētu ūdeni.

Baterijas ar augstu antimona saturu padara tās viegli kopjamas. Tas ir saistīts ar faktu, ka diezgan bieži, vismaz reizi mēnesī, ir jāpārbauda elektrolīta blīvums un jāuzpilda ūdens.

Tagad šāda veida akumulatorus automašīnām vairs neuzliek, jo. progress jau sen pagājis. "Antimona" akumulatorus var uzstādīt stacionārās instalācijās, kur svarīgāka ir enerģijas avotu nepretenciozitāte un kur nav īpašu problēmu ar to apkopi. Visi automašīnu akumulatori ir izgatavoti ar nelielu antimona saturu vai bez tā.

Zems antimons

Lai samazinātu ūdens "vārīšanās" intensitāti akumulatoros, sāka izmantot plāksnes ar samazinātu antimona daudzumu (mazāk par 5%). Tas novērsa nepieciešamību bieži pārbaudīt elektrolīta līmeni. Samazinājies arī akumulatora pašizlādes līmenis uzglabāšanas laikā.

Šādas baterijas visbiežāk sauc par zemu apkopi vai pilnībā bez apkopes, kas nozīmē, ka šīm baterijām nav nepieciešama uzraudzība un aprūpe. Lai gan termins "bez apkopes" ir vairāk mārketinga nekā reāls, jo nebija iespējams pilnībā atbrīvoties no ūdens zuduma no elektrolīta. Ūdens joprojām nedaudz “uzvārās”, lai gan daudz mazākā daudzumā nekā ar parastajiem apkalpotajiem akumulatoriem. Milzīga zema antimona akumulatora priekšrocība ir tā nepieprasītā automašīnas elektroiekārtu kvalitāte. Pat ar sprieguma kritumiem borta tīklā šī akumulatora īpašības nemainās tik neatgriezeniski, kā tas notiek ar modernākām baterijām, piemēram, kalcija vai želejas akumulatoriem.

Zema antimona akumulatori ir piemērotāki Krievijā ražotām vieglajām automašīnām, jo ​​​​vietējās automašīnas vēl nevar lepoties ar borta tīkla sprieguma stabilitātes nodrošināšanu. Turklāt zema antimona akumulatoriem ir raksturīgas minimālas izmaksas salīdzinājumā ar citām.

kalcijs

Vēl viens risinājums, lai samazinātu ūdens "viršanas" intensitāti akumulatorā, bija izmantot citu materiālu, nevis antimonu elektrodu režģos. Vispiemērotākais bija kalcijs. Šāda veida baterijas bieži tiek apzīmētas ar uzrakstu "Ca/Ca", kas nozīmē, ka abu polu plāksnes satur kalciju. Arī plākšņu sastāvam dažkārt tiek pievienots neliels daudzums sudraba, kas samazina akumulatora iekšējo pretestību. Tas pozitīvi ietekmē akumulatora enerģijas patēriņu un efektivitāti.

Kalcija izmantošana ļāva ievērojami samazināt gāzes izdalīšanās intensitāti un ūdens zudumus, salīdzinot ar zema antimona akumulatoriem. Faktiski ūdens zudums visā akumulatora darbības laikā bija tik mazs, ka nebija nepieciešams pārbaudīt elektrolīta blīvumu un ūdens līmeni krastos. Tādējādi kalcija akumulatoriem ir tiesības saukties, ka tiem nav nepieciešama apkope.

Papildus zemajam ūdens "vārīšanās" ātrumam kalcija akumulatoriem ir arī pašizlādes līmenis, kas ir samazināts par gandrīz 70%, salīdzinot ar zemu antimona saturu. Tas ļauj kalcija akumulatoriem ilgāk saglabāt savas veiktspējas īpašības ilgstošas ​​uzglabāšanas laikā.

Jo kalcija izmantošana antimona vietā ļāva palielināt ūdens elektrolīzes sākuma spriegumu no iepriekšējiem 12 līdz 16 voltiem, pārlādēšana kļuva ne tik briesmīga.

Tomēr kalcija baterijām ir ne tikai plusi, bet arī mīnusi.

Viens no galvenajiem šāda veida akumulatoru trūkumiem ir kaprīzs attiecībā uz pārmērīgu izlādi. Pietiek 3-4 reizes izlādēt pārāk daudz, jo enerģijas intensitātes līmenis samazinās neatgriezeniski, t.i. strāvas daudzums, ko akumulators var uzglabāt, strauji samazinās. Akumulators šādos gadījumos, kā likums, tiek vienkārši nomainīts.

Kalcija baterijas ir jutīgas pret transportlīdzekļa borta tīkla spriegumu un ir ārkārtīgi izturīgas pret pēkšņām izmaiņām. Pirms iegādāties šāda veida akumulatoru, jāpārliecinās, vai automašīnas spriegums ir stabils.

Vēl viens trūkums ir kalcija bateriju augstākā cena. Bet tas vairs nav trūkums, bet gan piespiedu maksājums par kvalitāti.

Visbiežāk kalcija akumulatori tiek uzstādīti ārzemju automašīnām ar vidējo cenu diapazonu un augstāk, t.i. tiem transportlīdzekļiem, kuros tiek garantēta elektroiekārtu kvalitāte un stabilitāte. Pērkot šāda veida akumulatoru, jāpatur prātā, ka akumulators darbībā ir prasīgāks par zemu antimonu, taču ar pienācīgu rūpību jūs iegūstat kvalitatīvu un uzticamu jūsu automašīnas barošanas avotu.

hibrīds

Bieži saukts par "Ca+". Hibrīda akumulatoros elektrodu plāksnes tiek izgatavotas, izmantojot dažādas tehnoloģijas: pozitīvs - zems antimons, negatīvs - kalcijs. Tas ļauj apvienot abu veidu akumulatoru pozitīvās īpašības. Hibrīda akumulatoru ūdens patēriņš ir divas reizes mazāks nekā akumulatoriem ar zemu antimona saturu, bet tomēr vairāk nekā kalcija akumulatoriem. Bet lielāka izturība pret pārlādēšanu un pārlādēšanu.

Saskaņā ar hibrīda akumulatoru īpašībām ir starp zemu antimona saturu un kalciju.

Gels, AGM

Gēla un AGM akumulatori nesatur elektrolītu "klasiskā" šķidrā veidā, bet gan saistītā, želejveida stāvoklī (tātad arī akumulatora tipa nosaukums).

Vairāk nekā pusotra simta gadu akumulatoru vēsturē inženieriem bija jāatrisina daudzas problēmas un uzdevumi. Viena no svarīgākajām problēmām bija aktīvās vielas izdalīšanās no elektrodu plākšņu virsmas. Šī problēma uz laiku tika atrisināta, pievienojot svina oksīda sastāvam dažādas piedevas - antimonu, kalciju u.c. Vēl viens ļoti svarīgs uzdevums bija nodrošināt akumulatora darbības drošību, jo. elektrolīts - sērskābes ūdens šķīdums - var viegli izplūst, ja tiek bojāts akumulatora korpuss. Nav nepieciešams pateikt, cik agresīva ir sērskābe. Bija jāatrod veids, kā novērst, līdz minimumam samazināt elektrolīta noplūdes iespējamību, ja bojāts akumulatora korpuss.

Šī problēma tika atrisināta, pārveidojot elektrolītu no šķidruma uz gēla stāvokli. Jo gēls ir daudz blīvāks un mazāk šķidrs nekā šķidrums, tas uzreiz atrisināja abas problēmas - aktīvā viela vairs nedrūpēja (blīva vide to fiksēja) un elektrolīts neiztecēja (gelam ir zema plūstamība).

Gan gēla, gan AGM akumulatoros elektrolīts ir gēla stāvoklī. Atšķirība ir tāda, ka AGM akumulatoros papildus starp elektrodu plāksnēm ir speciāls porains materiāls, kas papildus aiztur elektrolītu un pasargā elektrodus no izliešanas. Pats saīsinājums "AGM" nozīmē - Absorbent Glass Mat (absorbējošs stikla materiāls). Jo gēla un AGM akumulatoriem ir gandrīz līdzīgas īpašības, tālāk tekstā ar želeju apzīmēs arī AGM baterijas. Ja ir atšķirības, tas tiks norādīts atsevišķi.

Sakarā ar to, ka baterijās esošais gēls faktiski ir fiksētā stāvoklī, šīs baterijas nebaidās no sasvēršanās. Ražotāji pat raksta, ka akumulatoru var izmantot jebkurā pozīcijā. Lai gan tas ir tikai mārketinga paziņojums, jo. Tomēr jums nevajadzētu turēt gēla baterijas otrādi.

Lieliska vibrācijas izturība nav vienīgā pozitīvā gēla akumulatoru kvalitāte. Šāda veida akumulatoriem ir zems pašizlādes līmenis, tāpēc tos var uzglabāt ilgu laiku bez kritiska uzlādes zuduma. Saglabājiet uzlādi.

Gēla akumulatori var nodrošināt tādu pašu lielu strāvu, līdz tie ir pilnībā izlādējušies. Tajā pašā laikā viņi nebaidās no pārmērīgas izlādes, pilnībā atjaunojot savu nominālo jaudu pēc uzlādes.

Ja gēla akumulatori izlādējoties ir mazāk kaprīzi nekā klasiskie, tad ar akumulatora uzlādi situācija ir pavisam cita. Paātrināta uzlāde ir nepieņemama - gēla akumulatoru uzlādes procesam jānotiek ar daudz mazāku strāvu. Šim nolūkam tiek izmantoti pat speciāli lādētāji, kas ir piemēroti tikai gēla akumulatoru uzlādēšanai. Lai gan tirgū ir universāli lādētāji, ar kuriem, pēc ražotāju domām, var uzlādēt visu veidu akumulatorus. Cik lielā mērā tā ir taisnība - jums rūpīgi jāskatās, pievēršot uzmanību ražotāja reputācijai un garantijām.

Diemžēl gēla baterijas ļoti zemā temperatūrā uzvedas sliktāk nekā klasiskās. Tas ir tāpēc, ka, temperatūrai pazeminoties, gēls kļūst mazāk vadošs. Labvēlīgos ekspluatācijas apstākļos gēla akumulatori var kalpot līdz 10 gadiem.

Absolūtās hermētiskuma, relatīvās vibrācijas pretestības un faktiskās (ne tikai mārketinga) bezapkopes gēla akumulatori tiek plaši izmantoti tur, kur klasisko akumulatoru lietošana ir bīstama vai neizdevīga: telpās (piemēram, nepārtrauktās barošanas avotos), motoros. transportlīdzekļos (motocikls, atšķirībā no automašīnas, pārvietojas, periodiski novirzoties no vertikālās plaknes), jūras un upju transportā (šie akumulatori nebaidās no ripošanas, kas raksturīgi kuģiem). Protams, gēla akumulatorus izmanto arī automašīnās. Visbiežāk - prestižās ārzemju automašīnās, kas ir saistīts ar šo akumulatoru diezgan augsto cenu (samaksa par kvalitāti un uzticamību).

sārmains

Kā zināms, akumulatoros kā elektrolītu var izmantot ne tikai skābi, bet arī sārmu. Ir daudz sārma bateriju šķirņu, taču mēs apsvērsim tikai tās, kuras ir izmantotas automašīnās.

Automobiļu sārma baterijas ir divu veidu: niķeļa-kadmija un niķeļa-dzelzs. Niķeļa-kadmija akumulatorā pozitīvās plāksnes ir pārklātas ar niķeļa hidroksīdu NiO (OH) (pazīstams arī kā niķeļa oksīda III hidrāts vai niķeļa metahidroksīds), bet negatīvās plāksnes ir pārklātas ar kadmija un dzelzs maisījumu. Niķeļa-dzelzs akumulatorā pozitīvās plāksnes ir pārklātas ar tādu pašu savienojumu kā niķeļa-kadmija akumulatorā - niķeļa hidroksīdu. Vienīgā atšķirība ir negatīvajā elektrodā - niķeļa-dzelzs akumulatorā tas ir izgatavots no tīra dzelzs. Elektrolīts abu veidu akumulatoros ir kaustiskā kālija KOH šķīdums.

Sārma bateriju elektrodu plāksnes ir iepakotas “aploksnēs”, kas izgatavotas no plānākās perforētās metāla plāksnes. Aktīvā viela tiek iespiesta tajās pašās aploksnēs. Tas ievērojami uzlabo akumulatoru vibrācijas izturību.

Sārma baterijām ir interesanta iezīme: niķeļa-kadmija baterijās ir par vienu vairāk pozitīvo plāksnīšu nekā negatīvajām, un tās atrodas malās, savienojoties ar korpusu. Niķeļa-dzelzs akumulatoros ir otrādi - negatīvo plākšņu ir vairāk nekā pozitīvo.

Vēl viena sārma bateriju iezīme ir tā, ka ķīmisko reakciju laikā tās nepatērē elektrolītu. Šī iemesla dēļ tas ir nepieciešams mazāk nekā skābajos, kur elektrolītu nepieciešams ielej ar rezervi tā “vārīšanās” dēļ.

Sārma baterijām ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar skābes baterijām:

• Laba pārslodzes tolerance. Tajā pašā laikā akumulatoru var uzglabāt izlādētā stāvoklī, nezaudējot īpašības, ko nevar teikt par skābes akumulatoriem.
• Sārma baterijas ir salīdzinoši viegli pārlādējamas. Tajā pašā laikā pastāv viedoklis, ka labāk tos uzlādēt, nevis uzlādēt.
• Sārma baterijas darbojas daudz labāk zemas temperatūras apstākļos. Tas ļauj gandrīz bez problēmām iedarbināt dzinējus ziemā.
• Sārma bateriju pašizlāde ir zemāka nekā klasiskajām skābajām baterijām.
• Sārma baterijas neizdala kaitīgus izgarojumus, ko nevar teikt par skābes akumulatoriem.
• Sārma baterijas var uzkrāt vairāk enerģijas uz masas vienību. Tas dod iespēju ilgāk ražot elektrisko strāvu (vilces režīmā).

Tomēr sārma baterijām ir arī trūkumi, salīdzinot ar skābes baterijām:

• Sārma baterijas rada mazāku spriegumu nekā skābes baterijas, kas nozīmē, ka, lai sasniegtu vēlamo spriegumu, ir jāapvieno vairāk "kanniņu". Šī iemesla dēļ pie tāda paša sprieguma sārma akumulatora izmēri būs lielāki.
• Sārma baterijas ir daudz dārgākas nekā skābes baterijas.

Sārma akumulatorus pašlaik izmanto biežāk kā vilces akumulatorus nekā startera akumulatorus. To izmēra dēļ lielākā daļa saražoto sārma startera akumulatoru ir paredzēti kravas automašīnām.

Sārma bateriju plašas izmantošanas izredzes vieglajos automobiļos joprojām ir neskaidras.

Li-ion

Litija jonu akumulatori (un to pasugas) tiek uzskatīti par daudzsološākajiem kā papildu elektriskās strāvas avots.

Šāda veida ķīmiskajos elementos elektriskās strāvas nesēji ir litija joni. Diemžēl nav iespējams viennozīmīgi aprakstīt elektrodu materiālus, jo tehnoloģijas nepārtraukti mainās un uzlabojas. Varam tikai teikt, ka sākotnēji metālisks litijs tika izmantots kā negatīvie elektrodi, taču šādas baterijas izrādījās sprādzienbīstamas. Vēlāk tika izmantots grafīts. Agrāk kā pozitīvo elektrodu materiāls tika izmantoti litija oksīdi, pievienojot kobaltu vai mangānu. Tomēr tagad tos arvien vairāk aizstāj litija-ferofosfāta, jo. jaunais materiāls izrādījās mazāk toksisks, lētāks un videi draudzīgāks (var droši atbrīvoties).

Svarīgākās litija jonu akumulatoru priekšrocības ir:

• Augsta īpatnējā jauda (ietilpība uz masas vienību).
• Izejas spriegums ir augstāks nekā "parastajiem" - viens akumulators spēj piegādāt apmēram 4 voltus. Atcerieties, ka klasiskā akumulatora elementa spriegums ir 2 volti.
• Zema pašizlāde.

Taču visas esošās priekšrocības atsver mīnusus, kuru dēļ jau šodien nav iespējams masveidā izmantot litija jonu akumulatorus kā klasisko svina-skābes akumulatoru aizstājēju.

Daži litija jonu akumulatoru trūkumi:

• Jutība pret gaisa temperatūru. Negatīvās temperatūrās spēja izdalīt enerģiju ir ļoti krasi samazināta. Un šī ir viena no galvenajām problēmām, ko izstrādātāji cenšas atrisināt.
• Uzlādes-izlādes skaits joprojām ir pārāk mazs (vidēji aptuveni 500).
• Litija jonu akumulatori "noveco". Uzglabāšanas laikā pakāpeniski samazinās jauda. 2 gadu laikā - apmēram 20% jaudas. Lūdzu, nejaukt ar pašizlādes vai atmiņas efektu. Bet labi, ka vēl turpinās darbs pie šīs problēmas risināšanas.
• Litija jonu akumulatori ir ļoti jutīgi pret dziļu izlādi.
• Nav pietiekami daudz jaudas, lai to izmantotu kā startera akumulatoru. Litija jonu elementa piegādātā strāva ir pietiekama, lai darbinātu elektroniskās ierīces, bet nepietiek, lai iedarbinātu dzinēju.

Kad inženieriem izdosies novērst šīs nepilnības, litija jonu akumulatori lieliski aizstās klasisko skābes akumulatoru.

Notiek nepārtraukts darbs pie esošo akumulatoru veidu pilnveidošanas. Pētniecības centri meklē veidus, kā palielināt barošanas avotu enerģijas blīvumu, kas samazinās akumulatoru izmērus. Ziemeļu reģioniem ļoti noderēs sala izturīga akumulatora izgudrojums (un tad nebūtu problēmu ar dzinēja iekārtas atteici stiprā salnā).

Ļoti svarīgi ir strādāt videi draudzīguma nodrošināšanas virzienā, jo. pašreizējās akumulatoru ražošanas tehnoloģijas nevar iztikt bez toksisku un vienkārši bīstamu vielu izmantošanas (piemēram, svinu vai sērskābi).

Maz ticams, ka tradicionālajiem svina-skābes akumulatoriem ir nākotne. AGM akumulatori ir evolūcijas starpposms. Nākotnes akumulators nesaturēs šķidrumu (lai nekas neizlīstu bojājuma gadījumā), tam būs patvaļīga forma (lai būtu iespējams izmantot visus iespējamos tukšumus automašīnā), kā arī daudzi citi parametri, kas ļaus auto īpašniekiem izbaudīt braucienu, nevis nervozēt par to, ka akumulators var sabojāties visnepiemērotākajā brīdī.

Viena no svarīgākajām elektroiekārtu un jebkura veida iekārtu sastāvdaļām ir akumulators jeb, vienkāršāk sakot, akumulators. Ir dažādi bateriju veidi, un šajā rakstā mēs runāsim par visu veidu šādām ierīcēm.

Pašu pirmo akumulatoru pirms vairāk nekā pusotra gadsimta Francijā radīja zinātnieks Gastons Plante. Ar katru nākamo mēģinājumu uzlabot ierīces tās kļuva labākas, taču to darbības princips un struktūra palika nemainīgs. Tagad ir ļoti dažādi akumulatoru veidi: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd un daudzi citi. Tie ir aptuveni vienādi, taču katram ir savas īpašības. Ir vērts runāt par visām šīm šķirnēm secībā.

Ierīces ar samazinātu antimona saturu

Iespējams, ir vērts sākt aprakstu ar vienu no visbiežāk izmantotajiem akumulatoru veidiem. Baterijas, kas satur mazāk par 5% antimona, novērš nepieciešamību bieži pievienot destilētu ūdeni. Lai gan tas nepadara šāda veida akumulatorus bez apkopes esošās šķidruma plūsmas dēļ.

Viņiem ir arī ārkārtīgi zema akumulatora pašizlādes pakāpe un automobiļu borta tīkla elektrisko raksturlielumu panesamība, atšķirībā no jaunākajiem kolēģiem.

antimona baterijas

Šāda veida akumulators tiek uzskatīts par novecojušu. Viņu aizstāja ar modernākiem un uzlabotiem bateriju veidiem ar zemu antimona saturu. Tomēr līdz šim šāda veida baterijas kalpo paredzētajam mērķim stacionāros strāvas avotos ar nepretenciozām baterijām.

Kalcija alternatīvas

Kalcija baterijas ir labas ar to, ka tās samazina elektrolīzes intensitāti un pazemina elektrolīta līmeni. Turklāt kalcijs, kas aizstāja antimonu, palielināja elektrolīzes uzsākšanai nepieciešamo spriegumu, kas samazināja pārlādēšanas seku kritiskumu.

Taču neaizmirstiet, ka, tāpat kā visiem esošajiem bateriju veidiem, arī kalcija baterijām ir savas vājās puses. Galvenais trūkums ir tas, ka paaugstināta jutība pret spēcīgu izlādi izraisa strauju kapacitātes kritumu.

Sārma baterijas

Viņi sauc tādas ierīces, kurās sārms darbojas kā elektrolīts, nevis skābe. Šāda veida ierīces ir atrodamas automašīnās tālu no parastajiem, bet tie var darboties kā akumulatori, piemēram, skrūvgriežiem.

Viena no šīm ierīcēm ir Ni-Cd akumulators – patiesībā tas tika atzīts par novecojušu, tomēr tā lētuma dēļ joprojām var stāvēt līdzvērtīgi saviem jaunākajiem konkurentiem. Tomēr tā sauktais "atmiņas efekts" un palielināta pašizlāde padara Ni-Cd ierīču lietošanu ļoti problemātisku.

Tā niķeļa-metāla hidrīda konkurentam, protams, ir augstāka cena, bet tajā pašā laikā tas ir daudz labāks kvalitātes ziņā. Salīdzinot ar Ni-Cd analogiem, "atmiņas efekts" ir izteikts mazākā mērā, lai gan tas joprojām pastāv. Arī palielinātā jauda un samazināta pašizlāde pilnībā izskaidro augsto cenu.

Li-ion alternatīva

Iespējams, no visiem esošajiem automašīnu akumulatoru veidiem, un ne tikai labākos var saukt par Li-ion. Tas maksā ievērojami vairāk nekā Ni-MH un Ni-Cd kolēģi. Tas izskaidrojams ar to, ka akumulatoriem ar litija joniem nav tādu trūkumu, kādi ir iepriekš aplūkotajiem modeļiem. Lai gan šāda veida ierīces, kā arī visas esošās ierīces, joprojām nav bez trūkumiem un patiešām nozīmīgām.

Galvenās ievainojamības ir šādas:

• pārmērīga jutība pret zemām temperatūrām, kas samazina litija jonu akumulatora nosūtīto strāvu;
• kapacitātes samazināšanās katru gadu;
• litija jonu ierīces neiztur pilnīgu izlādi un uzlādi līdz galam - pretējā gadījumā tas beidzas ar ierīces iznīcināšanu un pat eksploziju.

Šāda veida modeļus plaši izmanto kā mobilo ierīču lādētājus. Gadījumā, ja tehnoloģiskais progress sasniegs pietiekamu līmeni, lai Li-Ion ierīces zaudētu savas ievainojamības, tās varēs nomainīt skābes akumulatorus.

Ir arī vērts atzīmēt, ka vecākos modeļos tika izmantoti dažādi litija oksīdi, kas saturēja arī mangānu vai kobaltu. Tomēr šie elementi vairs netika pievienoti jaunākiem modeļiem, aizstājot tos ar litija-ferofosfāta sakausējumiem to zemo izmaksu, samazinātas toksicitātes un vieglākas apstrādes dēļ.

Litija polimēru baterijas

Litija jonu polimēru akumulators, kas pazīstams arī kā Li-Pol, LiPo, Li-polymer, ir standarta litija akumulatora uzlabota versija un tiek izmantota daudzu veidu tehnoloģijās. Elektrolīts šeit ir polimēru materiāls.

Šāda veida litija baterijas ir labas ar to, ka tām ir ievērojams enerģijas blīvums uz tilpuma un masas vienību, samazināta pašizlāde, īpaši plānas šūnas (tikai no 1 mm), elastības iespēja, ārkārtīgi nenozīmīgs sprieguma kritums izlādes procesā. , plašs temperatūru diapazons, kurā ierīce turpinās jūsu pilnas slodzes darbu. Un, papildus visam pārējam, LiPo nav atmiņas efekta.

Lai gan nevajadzētu akli ticēt, ka šāda veida baterijas patiesībā var saukt par pilnīgi ideālām. Pat Li-Pol ir savi trūkumi. Viens no būtiskākajiem ir ugunsgrēka risks pārlādēšanas un pārmērīga siltuma patēriņa gadījumā. Trūkums ir arī salīdzinoši nelielais darbības ciklu skaits - 800-900, kā arī akumulatoru novecošanās, pat ja tie lieki guļ malā.

Visbeidzot, pat pašai uzlādei ir ļoti kaitīga ietekme uz ierīci: ja uzlādes process samazina jaudu, tad ar dziļu uzlādi ierīci var droši nosūtīt metāllūžņos.

AGM un GEL akumulatori

Kā tos bieži sauc, tie darbojās kā alternatīva, droša lietošanai. Drošības problēma tika atrisināta, pārvietojot elektrolītu saistītā stāvoklī, lai nodrošinātu plūstamības samazināšanos.

Citas GEL akumulatoru priekšrocības ir:

• samazināta plākšņu aktīvās masas izliešana;
• samazināta pašizlāde;
• vibrācijas tolerance.

Tos var arī noliekt gandrīz jebkurā ērtā leņķī, tos var glabāt diezgan ilgu laiku, pateicoties lēnai pašizlādei, un pārslodze nav "nāvējoša" un nenodara nekādus bojājumus tehnoloģijai procesā.

Bet šāda veida ierīces uzlādēšana, gluži pretēji, var to ārkārtīgi negatīvi ietekmēt. Tāpēc GEL akumulatoriem joprojām ir nepieciešama ļoti rūpīga un rūpīga apstrāde.

Piemēram:

• neskatoties uz to, ka tos var novietot gandrīz jebkur, tos nevar turēt otrādi;
• darbība zemā temperatūrā var krasi samazināt ierīču funkcionalitāti;
• Īpaši piesardzības pasākumi ir nepieciešami uzlādes ierīču īpašās jutības dēļ.

Ar uzticamu ierīces uzglabāšanu tā var kalpot līdz desmit gadiem.

hibrīdi

Nosaukums runā pats par sevi: tās baterijas tiek uzskatītas par hibrīdiem, kuru struktūrā ir nevienlīdzīgas plāksnes, tas ir, izgatavotas no dažādiem materiāliem. Ir vērts ņemt vērā, ka pozitīvi lādētās plāksnēs ir antimona komponenti (tā saturs tajās nepārsniedz 5%), savukārt negatīvi lādētās plāksnes satur kalcija komponentus.

Jauna, gandrīz revolucionāra akumulatoru ražošanas metode var radīt šādas sekas:

• Pirmkārt, ja salīdzinām baterijas ar samazinātu antimona saturu, šķidruma patēriņš acīmredzami samazinās.
• Otrkārt, akumulators ir kļuvis stabilāks un izturīgāks pret sprieguma kritumiem pat intensīvas uzlādes un pilnīgas izlādes gadījumos.

Protams, tas nebūt nenozīmē, ka šīs baterijas var uzskatīt par pilnīgi ideāliem "bez viena trūkuma". Viņiem nav īpašu priekšrocību salīdzinājumā ar visām iepriekš minētajām ierīcēm. Bet tajā pašā laikā to īpašību kvalitātes ziņā tos var novietot tieši šīs rindas vidū.

Niķeļa metāla hidrīds

Niķeļa metālu hidrīdi jeb saīsināti Ni-MH ir bateriju veidi, kuros negatīvais jons ir ūdeņraža metāla hidrīda elektrods, kālija hidroksīds ir elektrolīts un niķelis ir pozitīvais jons.

Ir daudz dažādu Ni-MH akumulatoru veidu. Piemēram, ir ilgstošas ​​uzglabāšanas baterijas LSD NiMH, kuras nebaidās no sala un ilgu glabāšanas laiku. Tie darbojas arī ar palielinātām izlādes strāvām, nepārkāpjot un nekļūstot nelietojamiem pārmērīgas slodzes dēļ.

Tāpēc, piemēram, AA izmēra niķeļa-metāla hidrīdus var izmantot dažāda veida mazās iekārtās. Tātad AA ar lielu 1500-3000 mAh ietilpību var ievietot mūzikas atskaņotājā, radio vadāmās rotaļlietās, kamerā un daudzās citās ierīcēs, kur uzlāde tiks veikta salīdzinoši īsā laikā.

Ļoti labas ir arī AA baterijas ar samazinātu ietilpību - tādas AA baterijas, kur jauda ir tikai 300-1000 mAh. Šāda veida AA ir izmantojamas kā barošanas avots neautomātiskajiem lukturīšiem, rotaļlietām, kuras tiek vadītas ar tālvadības pulti, rācijām un elektroniskām ierīcēm ar sabalansētu enerģijas patēriņu.

Tas kļuva par pirmo izgudroto akumulatoru, kas ieraudzīja gaismu un atrada plašu pielietojumu automašīnās un vairākās citās tehniskās ierīcēs.

Ierīce ieguva savu nosaukumu, pateicoties svina plāksnēm, kas nolaistas ūdenī un sērskābē, kas darbojas kā elektrodi, lai gan laika gaitā ūdeņradis ierīcē sāk zust.

Šādas ierīces ieguva popularitāti nevis nejauši, bet gan acīmredzamu priekšrocību dēļ:

• nav atmiņas efekta;
• bez uzraudzības atstātu gadījumu klātbūtne;
• zemu cenu;
• vienkāršs dizains;
• uzticama tehnoloģija;
• samazināta automātiskā izlāde;
• potenciāls palielināt strāvas jaudu.

Lai gan, neskatoties uz daudzām priekšrocībām, pat šiem modeļiem ir trūkumi:

• uzglabāšanas neiespējamība izlādēta;
• pārmērīga jutība pret temperatūras izmaiņām, kas ietekmē funkcionalitātes un dzīves ilgumu;
• ierobežoti pārvadājumi un atļauti pilni izkraušanas cikli;
• un, protams, acīmredzamākais trūkums - svina kaitīgā ietekme uz vidi.

Niķeļa-dzelzs analogi

Lēti un zemas apkopes Ni-Fe jeb niķeļa-dzelzs akumulatori satur niķeļa oksīda hidroksīdus, ko izmanto kā pozitīvas plāksnes. Ferrum oksīdi-hidroksīdi darbojas kā negatīvas plāksnes. Šķidrais elektrolīts parādās kā kodīgs kālijs.

Ir vērts atzīt, ka šāda veida akumulatori ir ļoti uzticami, pateicoties tā pilnīgai izlādei un biežai uzlādei. Atšķirībā no tās pašas svina-skābes alternatīvas, šādi akumulatori neizdosies, ja tie ir nepietiekami uzlādēti.

Automašīnu akumulatori atšķiras pēc veidiem un īpašībām, kas ievērojami sarežģī to izvēles procesu automašīnu īpašniekiem. Galu galā automašīnu akumulatoru īpašības nosaka ne tikai automašīnas veiktspēju, bet arī papildu elektroniskās ierīces - radio, gaisa kondicionētāju, cigarešu šķiltavu. Jautājumā par to, kādi bateriju veidi ir, mēs centīsimies to noskaidrot šodien, sniedzot īsu aprakstu par katru no tiem.

Tradicionālo "antimona" automašīnu akumulatoru īpašības

Tradicionālā tipa akumulatoru svina plāksnēs ir vairāk nekā 5% antimona. Mūsdienu akumulatoriem tas vairs nav raksturīgi, jo antimona procentuālais daudzums tajās ir dramatiski samazināts. Tas bija nepieciešams, lai novērstu strauju elektrolīzes procesa pieaugumu, kas antimona dēļ tiek aktivizēts jau tad, kad sprieguma indikators sasniedz 12 V. Vēl viens šādu bateriju trūkums ir nepieciešamība tās piepildīt ar destilētu ūdeni, jo augšējā malas elektrodi pastāvīgi izplūst.

Skatoties uz to visu, vismaz reizi mēnesī ir jāpārbauda šāds akumulators un jākontrolē, kādā līmenī ir ūdens un vai elektrolīta blīvums sasniedz nepieciešamo vērtību.

Kāpēc tad svinam bija jāpievieno antimons? Viņi to darīja tikai, lai palielinātu akumulatora iekšpusē esošo plākšņu izturību. Pateicoties progresam, nepieciešamība izmantot antimonu mūsdienās ir zudusi, tāpēc ir gandrīz neiespējami satikt tā sauktos "tradicionālos" akumulatorus automašīnām. Šādas baterijas ir racionāli izmantot tikai stacionārās iekārtās, kur tās būs nepretenciozas apkopes laikā.

Zema antimona akumulatoru priekšrocības un trūkumi

Šāda veida akumulatori satur mazāk par 5% antimona, kas novērš nepieciešamību pastāvīgi uzraudzīt elektrolīta līmeni akumulatorā. Turklāt akumulatori ar zemu antimona saturu neizlādējas tik daudz neaktivitātes (uzglabāšanas) laikā.

Salīdzinot ar antimona akumulatoriem, šāda veida akumulatoriem praktiski nav nepieciešama apkope, lai gan periodiski rodas nepieciešamība papildināt ūdens padevi. Šo akumulatoru lielākā priekšrocība tiek uzskatīta par to "nepretenciozitāti" pret automašīnas elektronisko aprīkojumu. Tas ir, pat ja elektrotīklam ir pievienotas zemas kvalitātes ierīces, kuru dēļ spriegums pastāvīgi mainīsies, ar akumulatoru neatgriezeniskas izmaiņas nenotiks (kā zināms, modernākas baterijas šajā gadījumā var neatgriezeniski zaudēt savu jaudu ).

Svarīgs!Automašīnas akumulatoru ar zemu antimona saturu īpašības ļauj tos izmantot tikai vecām automašīnām, kas ražotas PSRS vai Krievijā. Tie ir piemēroti šādām automašīnām un to zemajām izmaksām.

Kāda ir atšķirība starp kalcija baterijām?

Šajā gadījumā elektrolītu režģiem antimona vietā tiek pievienots kalcijs, par ko pērkot jums tiks norādīts īpašs marķējums. "Sa/Sa"(marķējums saka, ka kalcijs ir iekļauts abu polu plākšņu sastāvā). Kalcija bateriju papildu enerģijas ietilpību bija iespējams sasniegt arī, pievienojot to plākšņu sastāvam nelielas sudraba daļiņas. Pateicoties sudrabam, tika samazināta arī akumulatora iekšējā pretestība, un ievērojami palielinājās efektivitāte.

UZ tikumišāda veida akumulatoros jāiekļauj arī:

Šāds akumulators nav jāuztur, jo tā darbības laikā ūdens no tā praktiski neiztvaiko. Pateicoties tam, kalcija akumulatori ir kļuvuši bez apkopes.

Salīdzinot ar zema antimona akumulatoriem, kalcija akumulatori praktiski neizlādējas. Šī atšķirība starp divu veidu akumulatoriem ir aptuveni 70%, kas liecina par kalcija bateriju ilgo kalpošanas laiku, kā arī to ilgstošas ​​uzglabāšanas iespēju.

Kalcija baterijas tik ļoti nebaidās no pārlādēšanas, un elektrolīze tajās kalcija klātbūtnes dēļ sākas no 16 V.

Bet, ja šie akumulatori nebaidās no pārāk intensīvas uzlādes, tad, ja tos vairākas reizes pēc kārtas noliek “uz nulli”, tie uzreiz zaudēs pusi no jaudas. Bieži vien tas noved pie nepieciešamības pilnībā nomainīt akumulatoru. Vēl viens trūkums ir jutība pret sprieguma kritumiem, tādēļ, uzstādot kalcija akumulatoru, ir jāpārbauda automašīnas borta tīkla veselība.

Visbiežāk šādus akumulatorus var satikt ārzemju automašīnās, kas ietilpst vidējā cenu diapazonā. Ja mēs runājam par paša kalcija akumulatora izmaksām, tad tas ir daudzkārt dārgāks nekā iepriekš aprakstītais, taču to kompensē tā kalpošanas laiks (bet, lai tas būtu pēc iespējas ilgāks, akumulators ir jāizmanto pareizi un nav atļauts pilnībā izlādēties).

Hibrīda akumulatoru vispārīgie raksturlielumi

No nosaukuma ir skaidrs, ka šāda veida akumulatoriem ir dažādu plākšņu komplekts. Tajā pašā laikā pozitīvās tiek izgatavotas, pievienojot antimonu (bet mazāk nekā 5%), un negatīvas - pievienojot kalciju. Tāpēc šādas baterijas ir apzīmētas ar “Ca +”. Pateicoties šai pieejai, bija iespējams sasniegt:

1. Samazināts ūdens patēriņš salīdzinājumā ar zema antimona akumulatoriem.

2. Akumulatora izturības palielināšana pret sprieguma svārstībām, kā arī pārāk intensīva uzlāde un izlāde.

Tādējādi hibrīdakumulatori savās kvalitātēs nepārspēj iepriekš aprakstītos, bet ir tieši pa vidu starp tiem, ja vērtējam to kvalitāti.

Gēla un AGM akumulatori - kādas ir funkcijas?

Ja jūs interesēja jautājums par to, kāda veida baterijas ir, tad jūs, iespējams, saskārāties gan ar gēla akumulatoriem, gan AGM akumulatoriem. No visiem citiem automašīnu akumulatoriem tos atšķir tas, ka tajos esošais elektrolīts nav šķidrā, bet želejveida stāvoklī.

Nepieciešamība izmantot želejveida elektrolītu radās tāpēc, ka no akumulatora korpusa bieži var izplūst šķidrais elektrolīts. Tā kā tas ir ūdens un sērskābes šķīdums, šāds šķidrums sabojāja ne tikai paša akumulatora korpusu, bet arī visas pārējās transportlīdzekļa sistēmas. Turklāt šāds elektrolīts galu galā noveda pie svina plākšņu iznīcināšanas, kas automātiski samazināja akumulatora jaudu.

Visām šīm problēmām bija iespējams panākt risinājumu, izmantojot želejveida elektrolītu. Tajā pašā laikā AGM akumulatoros papildus želejveida elektrolītam tiek izmantots īpašs porains materiāls, kas izgatavots no absorbējošas stikla šķiedras, lai novērstu elektrodu daļiņu izliešanu. Bet kopumā gēlam un AGM nav būtisku atšķirību, un tie atšķiras tālāk priekšrocības:

Šāda veida akumulatori nemaz nebaidās no nogāzēm, tāpēc pat darbībai tos var uzstādīt jebkurā ērtā pozīcijā, taču tomēr nevajadzētu tos apgriezt otrādi.

Izturīgs pret vibrācijām, jo ​​tās neizraisa elektroda virsmas kaisīšanu.

Tiem ir zems pašizlādes ātrums, tāpēc, ja tiek uzglabāti uzlādētā stāvoklī, tie būs lietojami pat pēc dažiem mēnešiem.

Viņi nebaidās no pārmērīgas izlādes, un, kad akumulators izlādējas, automašīna to nejūt, jo pašreizējais augstums nekrītas.

Bet tiem ir arī trūkumi - gēla akumulatori ļoti baidās no pārlādēšanas, un pats uzlādes process jāveic pakāpeniski, izmantojot vāju strāvu. Īpaši šim nolūkam tiek ražoti speciāli lādētāji, kurus iesakām izmantot.

Ir arī vērts ņemt vērā, ka gēla akumulatori ļoti slikti darbojas aukstumā, lai gan, ja tiem neļauj darboties zemā temperatūrā un pareizi uzlādēt, tie var kalpot apmēram 10 gadus. Bet tajā pašā laikā tie nav lēti, tāpēc jums var tikai palaimēties, lai satiktu šāda veida akumulatoru uz prestiža auto.

Mēs pētām automašīnu sārma bateriju īpašības

Automašīnu akumulatoros sārms var spēlēt arī elektrolīta lomu. Šajā gadījumā jūs varat satikt divu veidu šādas baterijas vienlaikus:

1. Niķelis-kadmijs. Pozitīvās elektrodu plāksnes šādās baterijās ir pārklātas ar niķeļa hidroksīdu, bet negatīvās - ar kadmiju un dzelzi.

2. Niķelis-dzelzs. Pozitīvajiem elektrodiem ir tāds pats sastāvs kā niķeļa-kadmija akumulatoros, bet negatīvie elektrodi ir izgatavoti no dzelzs, neizmantojot nekādus piemaisījumus.

Bet, neatkarīgi no plākšņu veida, šādās baterijās tiek izmantots tikai viens elektrolīts - kaustiskā kālija KOH šķīdums. Tajā pašā laikā, salīdzinot ar skābes baterijām, sārma baterijām ir šādas īpašības priekšrocības:

1. Viņi nebaidās no pārmērīgas izlādes, un ir atļauta pat uzglabāšana pilnībā izlādētā stāvoklī.

2. Nebaidieties no pārmērīgas uzlādes.

3. Tie labi darbojas zemā temperatūrā.

4. Pašizlāde ir pat zemāka nekā skābes-kālija akumulatoros.

5. Sārmu izgarojumi nav kaitīgi cilvēka ķermenim.

6. Šīm baterijām ir liela ietilpība.

Runājot par trūkumiem, sārma baterijas nespēj vienlaikus piegādāt lielu strāvas daudzumu. Tas izskaidro sārma bateriju lielo izmēru, jo tajās ir jāievieto vairāk "kanniņu". Turklāt šādas baterijas ir dārgākas nekā skābes.

Svarīgs! Sārma akumulatori biežāk tiek izmantoti nevis iedarbināšanai, bet gan vilces funkcijām, tāpēc tos galvenokārt izmanto kravas automašīnās.

Kādas ir litija jonu akumulatoru priekšrocības?

Litija jonu akumulatori ir visdaudzsološākie mūsdienu autobūves nozarē. Tajā pašā laikā izstrādātāji tos pastāvīgi uzlabo, padarot tos mazāk toksiskus un pieejamākus cenas ziņā.

Ieguvumi Li-ion tipa akumulatoriem ir šādas specifikācijas:

Augstākā akumulatora ietilpība, kādu nesasniedz neviena cita veida automašīnas akumulators.

Augsts izejas spriegums, lai akumulators būtu pēc iespējas kompaktāks.

Nav intensīva pašizlādes procesa.

Tomēr viņiem ir arī vairākas nepilnības, tāpēc mūsdienās biežāk tiek izmantoti svina-skābes akumulatori automašīnām:

Kad temperatūra nokrītas līdz negatīvam līmenim, akumulatora strāva ievērojami samazinās.

Litija jonu akumulators var "izdzīvot" tikai 500 uzlādes-izlādes procedūras.

Viņiem raksturīgs "novecošanās" process - kapacitātes samazināšanās līdz ar vecumu. 2 gadus tiek patērēti apmēram 20% no jaudas.

Neļaujiet litija jonu akumulatoram dziļi izlādēties.

Šāda akumulatora jauda nenodrošina dzinēja iedarbināšanu.

Tomēr, Pēc prognozēm, tieši litija jonu akumulatori drīzumā tiks izmantoti automašīnās. Tiesa, inženieriem būs smagi jāstrādā, lai novērstu visus šāda veida uzlādējamo akumulatoru trūkumus.

Jāsecina, ka mūsdienās nav ideāla tipa akumulatoru automašīnai, jo katram no esošajiem ir savi trūkumi. Šī iemesla dēļ, izvēloties akumulatoru, katram automašīnas īpašniekam jākoncentrējas uz savas automašīnas īpašībām un personīgajām vēlmēm.