Какие сплавы используются в аккумуляторах
Наиболее распространенный тип батарей, которые используются в современных автомобилях, — это свинцово-кислотный аккумулятор. Он назван так, потому что имеет в своем составе решетки, изготовленные из свинцовых сплавов. Свинцово-кислотная батарея получила широкое распространение, поскольку обладает весьма большим ресурсом работы и достаточно высокой удельной мощностью.
Свойства сплавов
Свойства сплава, из которого сделаны токоотводы АКБ, напрямую влияют на характеристики работы самого аккумулятора. Одно из главных требований, которые разработчики аккумуляторов предъявляют к сплаву, заключается в том, что он должен быть достаточно твердым и устойчивым к любым нагрузкам, которым АКБ подвергается в процессе работы. Очевидно, что сплав также должен хорошо проводить электрический ток и обладать рядом свойств, позволяющих без нарушения производственной технологии использовать его в процессе литья.
Существуют определенные требования и к коррозионной устойчивости. Это в особенности актуально для положительных токоотводов, так как именно они подвергаются увеличенным нагрузкам при работе аккумулятора. Под воздействием нагрузок положительная решетка способна не только деформироваться, но и покрыться слоем оксида свинца, который препятствует эффективному прохождению тока.
Посторонние и нежелательные примеси в свинцовом сплаве в целом ухудшают его характеристики и негативно влияют на работу АКБ. Происходит это из-за того, что в процессе коррозии положительной решетки эти примеси становятся частью активной массы и способствуют усилению процесса газообразования, а также стимулируют потерю воды.
Типы сплавов для АКБ
Однако добавки в сплавах, из которых производятся решетки для АКБ, конечно же, есть. Долгое время для производства решеток использовался свинцово-сурьмянистый сплав. Такие токоотводы можно найти в обслуживаемых АКБ. Применение сурьмы позволило сделать сплав более текучим, а значит, удобным для использования в процессе литья. Помимо этого, свинцово-сурьмянистый сплав хорошо проводит ток. Но есть и недостатки: наличие в сплаве сурьмы усиливает процесс газовыделения и приводит к повышенной потере воды в АКБ. Именно поэтому в такой аккумулятор необходимо регулярно добавлять воду.
Со временем появились и необслуживаемые аккумуляторы, в которых содержание сурьмы было снижено, а доля других добавок, наоборот, увеличена (добавки олова, мышьяка, серебра). Это позволило сохранить высокие литьевые свойства сплава и повысить его коррозионную стойкость.
Свинцово-кальциевый сплав, который стал использоваться со временем для производства стационарных аккумуляторов, не нашел широкого применения в автомобильных АКБ. Главным образом это обусловлено быстрым снижением емкости заряда. Однако в необслуживаемых гелевых аккумуляторах для производства отрицательных решеток использовался сплав свинца и кальция, а для производства положительных — малосурьмянистые сплавы. Со временем производители стали добавлять в сплав свинца и кальция олово, что улучшило свойства отрицательных токоотводов и позволило использовать при производстве технологию непрерывного литья.
Современный тренд
Говоря о свинцово-кислотных аккумуляторах, важно отметить, что свинцовые сплавы небезопасны для человека и окружающей среды. Добавки, которые содержатся в таких сплавах (сурьма и мышьяк), при химическом взаимодействии или в условиях избыточного заряда могут способствовать образованию токсичных газов. Во многом именно этим обусловлен тот факт, что при изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторов производителям приходится использовать все больше автоматизированных операций.
В целом же современное состояние «аккумуляторного» сегмента довольно очевидно. Достаточно вспомнить о том, что одним из глобальных мегатрендов автомобилестроения является стремительный рост производства электромобилей. Именно поэтому усилия разработчиков АКБ в основ-ном направлены на улучшение характеристик литий-ионных аккумуляторов или АКБ из других сплавов, подходящих для использования в электрокарах и гибридах.
9 ключевых металлов и минералов в батарее электромобилей
Электромобилю надо в шесть раз больше минералов и металлов, чем бензиновому автомобилю. Основная их часть приходится на литийионный аккумулятор. Так, в среднем батарея Tesla емкостью 60 кВт⋅ч обеспечивает запас хода 330 км, а весит 385 кг. Вот что дает такую массу, по данным Visual Capitalist.
Графит
Несмотря на то что аккумуляторы называются литийионными, в их основе лежит графит.
В настоящее время в добыче графита доминирует Китай: он производит 50% мирового синтетического графита и около 70% «чешуйчатого», который требует дополнительной обработки
Часть батареи: анод
Процент от массы батареи: 28,1%
Алюминий
Алюминий производят из боксита, в числе лидеров по его добыче Австралия, Китай и Гвинея.
Аналитики прогнозируют, что потребность в алюминии вырастет на 40% к концу десятилетия и добычу придется нарастить на 33,3 млн тонн в год
Часть батареи: катод, корпус, токосъемники
Процент от массы батареи: 18,9%
Никель
Металл обеспечивает батарее емкость — значит, спрос на него в сфере электромобилей продолжит расти.
По прогнозам, он вырастет с 81 т в 2020 году до 658—1592 т в 2030-х годах. Сейчас лидеры по добыче никеля — Индонезия, Китай и Россия
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 15,7%
Китай потребляет половину меди в мире и, согласно прогнозам, будет наращивать потребление в среднем на 3% в год. Мировой спрос при этом вырастет с 25 млн тонн в 2021 году до 28 млн тонн к 2026 году и 31,1 млн тонн к 2030 году.
Среди лидеров производства — Чили, Перу и Китай. Мы писали о нескольких компаниях, добывающих медь
Часть батареи: токосъемники
Процент от массы батареи: 10,8%
Сталь
Сталь используют в корпусе батареи электромобиля, чтобы защитить ее от внешних повреждений.
Лидерами по производству в 2021 году стали Китай, Индия и Япония. По прогнозам, спрос на сталь будет расти умеренными темпами — ежегодно в среднем по 2,5% до 2030 года
Часть батареи: корпус
Процент от массы батареи: 10,8%
Марганец
Около 90% марганца использует сталелитейная промышленность, и только 0,2% идет на литийионные аккумуляторы. Тем не менее спрос на него будет расти.
Марганец по химическим свойствам похож на кобальт, но производство кобальта сосредоточено в одной стране — Конго. Чтобы избежать странового риска, производители электромобилей будут диверсифицировать поставки в пользу марганца
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 5,4%
Кобальт
Ожидается, что к 2030 году спрос на кобальт удвоится и составит 315 000 т. Это может повлечь перебои с поставками.
Сейчас 69% мировой добычи этого металла приходится на Конго. Страна может нарастить производство, но лишь частично покроет будущий спрос.
Другое решение: разработка катодов с низким содержанием кобальта или без его использования
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 4,3%
Литий
Литий в последнее время называют «белой нефтью», ведь литийионные батареи — основа будущего энергоперехода.
Ожидается, что спрос на литий утроится к 2030 году — с 600 тысяч тонн в 2022 году до 2,4 млн тонн.
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 3,2%
Железо
Железо используют в катоде литийионной батареи. Сейчас появился тренд на более дешевые литий-железо-фосфатные батареи — чтобы меньше использовать кобальт и никель. Такие батареи меньше хранят заряд, но долговечны и менее взрывоопасны.
Ожидается, что мировой спрос на железную руду удвоится и достигнет 3,5 млрд тонн в 2030 году
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 2,7%
Как разобраться, куда вложить
Что еще узнать об электромобилях:
Новости, которые касаются инвесторов, — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь, чтобы быть в курсе происходящего: @investnique.
Когда электромобиль станет лучше автомобиля т.е. никогда. Ну или когда владельцев автомобилей обложат такими ограничениями и налогами, что их эксплуатация станет нецелесообразной.
Sergey, почему никогда не станет лучше?)
Сергей, потому, что батарея всегда будет весить полтонны, всегда будет заряжаться минимум час и всегда будет очень плохо чувствовать себя при низких температурах. Физику не обманешь и аккумуляторные EV по сути на пике своего развития уже сейчас и нет никаких фундаментальных предпосылок для дальнейшего развития. Единственное что их может превзойти это авто на топливных ячейках, но там все тормозится высокой ценой водорода и это уже совсем другая конструкция, так что улучшением батареечных авто они не являются.
Какие бывают аккумуляторы в мобильной, компьютерной и бытовой технике
Аккумуляторы окружают нас повсеместно. Их можно встретить как в привычных каждому пользователю мобильных гаджетах, так и в сложных системах резервного электропитания. В каждой из областей используется свой тип аккумуляторной батареи, в которой ее характеристики «раскрываются» наилучшим образом. В данном материале поговорим о типах аккумуляторных элементов, областях применения и основных правилах эксплуатации.
Аккумуляторы. Общие принципы
По историческим меркам аккумулятор — довольно «молодое» изобретение, которому немногим более 160 лет. Основной принцип работы любого аккумуляторного элемента — протекание в нем обратимой электрохимической реакции, т. е. при приложении к контактам элемента постоянного напряжения, на его пластинах (электродах) накапливается электрическая энергия, при приложении нагрузки — происходит ее расходование. Причем протекает такая реакция на протяжении большого количества циклов заряда/разряда. Как правило, возможное количество перезарядок зависит от типа аккумуляторного элемента, но в среднем, современный аккумулятор способен обеспечить 300–1000 полных циклов.
Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.
Какого бы типа не был аккумулятор, костяк конструкции и основной принцип действия у них остается неизменным. В каждом аккумуляторе есть два электрода (положительный и отрицательный, иначе именуемые анод и катод), погруженные в специальную среду — электролит, являющуюся прекрасным «поставщиком» ионов вследствие электролитической диссоциации.
Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.
В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.
Свинцовые аккумуляторы
Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).
Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.
Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.
Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.
Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.
Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).
К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от — 40 до + 40 ° С).
Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.
Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.
Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.
Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.
К отрицательным моментам относят их малую удельную емкость, высокий саморазряд, длительное время зарядки (восполнять энергию нужно малыми зарядными токами) и ярко выраженный «эффект памяти».
Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.
Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.
Никель-металлогидридные аккумуляторы
Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.
Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.
Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.
Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.
Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.
Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.
Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.
NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.
Один элемент генерирует 1,2–1,25 в ЭДС, а его удельная энергия составляет 60–75 Вт*ч/кг. Теоретический расчетный «потолок» этого параметра находится на уровне 300 Вт*ч/кг, но видимо технологии производства NiMH-элементов, еще не до конца совершенны.
Литий-ионные аккумуляторы
Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.
Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.
Справедливости ради следует сказать, что «литий-ионный аккумулятор» — это обобщенное название целой группы электрохимических элементов, переносчиком заряда в которых выступают ионы лития. Разница заключается в составе материала катода и типе электролита.
Наибольшее распространение в бытовом сегменте получили литий-полимерные аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется специальный твердый полимер, а катодный и анодный материал нанесены на тонкие слои алюминиевой и медной фольги соответственно. Такое конструктивное решение позволяет производить аккумуляторы любой формы и размера, изящно «вписывая» их в разрабатываемые устройства.
Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.
Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.
Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.
Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.
Самым существенным недостатком литий-ионного элемента является его категорическое «нежелание» полноценно работать при отрицательных температурах. Эксплуатация литиевого элемента на морозе очень быстро приблизит его выход из строя.
Типы аккумуляторных батарей: какие и для чего используются
Существуют различные типы аккумуляторных батарей. Отличаются они не только размерами, но и технологией производства и, соответственно, целевым назначением. Например, большие свинцовые батареи в основном используются в автомобилях, а всем знакомые литий-ионные – самый распространенный тип ИБП для электронной техники.
Помимо перечисленных выше, есть никель-кадмиевые, никель-металл-гибридные аккумуляторы. У каждой технологии есть свои неоспоримые преимущества и не менее явные недостатки. О плюсах и минусах разных типов аккумуляторных батарей и правилах выбора вы узнаете из нашего материала.
Принцип работы аккумуляторных батарей
Аккумуляторная батарея исторически принадлежит к «молодым» изобретениям, оно появилось у человека чуть более 160 лет назад, до этого момента их просто не существовало. Первоочередная функция любого ИБП заключается в использовании в нем обратимой электрохимической реакции, другими словами, если к контактам элемента подключить источник постоянного напряжения, на его электродах (пластинах) начнет накапливаться электрическая энергия, а если приложить нагрузку, то появится ее расходование.
Причем при протекании такого процесса может произойти большое количество ротаций разряда и заряда. Обычно число возможных перезарядок зависит от типа используемой аккумуляторной батареи, но как показывает практика, почти все современные АКБ гарантированно обеспечивают от 300 до 1 000 полных циклов.
Фото: mvideo.ru
Аккумулятор считается работоспособным, если его остаточная емкость составляет 70–80% от начальной. Если показатель ИБП меньше, то он считается непригодным для дальнейшей эксплуатации, поскольку не сможет дать расчетную автономность.
Базовая конструкция и принцип действия любого типа аккумуляторной батареи остаются неизменными. Все они имеют два электрода (отрицательный и положительный, иначе называемые катод и анод), которые погружены в специальную среду — электролит, являющийся отличным «поставщиком» ионов в результате соответствующей диссоциации. Ион переносит на себе электрический заряд. При положительном заряде частица называется катионом, а при отрицательном — анионом.
Свинцовые аккумуляторные батареи
Несмотря на то, что применять в технике батареи начали много лет назад, свинцовые аккумуляторы по сей день широко используются в системах возобновляемых источников энергии (в ветряной и солнечной энергетике, гидроэнергетике и т. д.), автомобильном транспорте, блоках резервного питания.
Существует много типов конструкций свинцовых аккумуляторных батарей, каждая из которых по-своему направлена на улучшение их эксплуатационных качеств. Сам по себе свинец является довольно мягким металлом и обладает низкой физической прочностью, значит, в чистом виде он не может выдерживать вибрационные нагрузки. И поэтому, чтобы использовать аккумуляторы, например, в транспорте, в сплав добавляют определенное количество кальция, что повышает прочность структуры.
При эксплуатации свинцовой аккумуляторной батареи в источниках бесперебойного питания, чтобы исключить контакт пользователя с кислотой, избежать необходимости особого обслуживания, а также исключить взрыв водорода, выделяемого при зарядке, пользуются аккумуляторами определенного типа. К таким ИБП можно отнести блоки питания модели AGM (Absorbent Glass Mat), в которых не жидким абсорбированным электролитом пропитывается специальный стекловолоконный пористый мат.
Аккумуляторы, в качестве электролита в которых используется желеобразный раствор серной кислоты, называют гелевыми. Они предназначены для медленной отдачи энергии, по этой причине их основной областью применения являются инертные системы накопления и расходования электроэнергии (питание двигателей гольф-каров и инвалидных колясок, солнечная энергетика и т. д.).
Бесспорным преимуществом свинцовых аккумуляторных батарей является возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне окружающей среды (от -40 до +40 °С) и их небольшая стоимость.
Каждый из свинцовых ИБП может выдать напряжение порядка 2 В и удельную энергию в расчете 30–60 Вт*ч на каждый килограмм массы, что по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей является довольно низким значением. Помимо всего, они обладают высоким значением саморазряда, а глубина разряда может привести к осыпанию пластин электродов, разрушению и полной утрате работоспособности батареи.
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи
Еще одним типом аккумуляторных батарей, повсеместно применяющихся во многих промышленных областях, являются никеле-кадмиевые (NiCd). Наиболее часто используются в ручных электроинструментах, фонариках, пультах управления, детских игрушках и т. д.
Элементы конструктивно остались без изменений, только для изготовления электродов стали использовать кадмий и никель, вернее, гидраты закисей этих металлов. В качестве электролита применяется гидроксид калия. Каждый элемент, в основе которого используются эти металлы, может выдавать напряжение 1,2–1,35 В при значении удельной энергии порядка 40–80 Вт*ч/кг.
Фото: ozon.ru
Показатель морозоустойчивости никель-кадмиевых аккумуляторных батарей является одним из самых высоких. Они могут работать без снижения параметров электроемкости при достаточно низких температурах (около -50 °С), причем совершенно не боятся глубокого разряда, и после полной зарядки их эксплуатационные характеристики полностью восстанавливаются.
Их отрицательными сторонами являются ярко выраженный «эффект памяти», длительная по времени зарядка (восполнение энергии осуществляется на малых зарядных токах), низкая удельная емкость и высокий уровень саморазряда.
Чтобы не допустить выход аккумуляторной батареи из строя, необходимо производить зарядку только после ее полного опустошения! Игнорирование этого правила приведет к преждевременной потере емкости и выходу элемента из строя.
Зарядку NiCd-аккумуляторных батарей необходимо производить на малом зарядном токе, значение которого выбирается порядка 0,1% от полной емкости аккумулятора.
Аккумуляторные батареи типа NiMH
При устранении недостатков никель-кадмиевых элементов питания и их предшественников, логически появились никель-металлогидридные (NiMH). Эти типы аккумуляторных батарей при таких же массе и габаритах обладают в 2–3 раза большей емкостью, менее выраженным эффектом памяти, легко переносят перезарядку и глубокий разряд, обладают повышенной надежностью.
Фото: ozon.ru
Бо́льшую популяризация и широкое применение в промышленности элементы NiMH получили благодаря тому, что в них не используется кадмий, очень вредный металл для окружающей среды. Поэтому вопросы утилизации и правильного хранения такого типа аккумуляторных батарей отпадают сами по себе.
Для изготовления анода применяется так называемый металлогидридный электрод, по сути являющийся гидридом никеля с литием или лантаном. Для катода используется оксид этого же металла. В качестве электролита выступает соединение гидроксида калия.
При зарядке никель-металлогидридных аккумуляторов используются большие по сравнению с NiCd-элементами токи (порядка 20–25% от всей емкости батареи), но при этом процессе очень важно следить за температурой нагрева элемента. При превышении 45 °С следует немедленно остановить зарядку во избежание выхода элемента из строя.
Зарядку NiMH-батареи допускается производить в паре с NiCd-элементами. Только обратную совместимость допускать нельзя! Никель-кадмий имеет более простые алгоритмы зарядки, поэтому они могут нарушить NiMH-элемент.
Хранение никель-металлогидридных АКБ следует производить только в полностью заряженном состоянии. По причине их высокого уровня саморазряда, с целью сохранения работоспособности такого типа аккумуляторных батарей, следует с некоторой периодичностью полностью опустошать их с последующей полной зарядкой.
NiMH элементы являются самыми морозоустойчивыми. Их без проблем можно эксплуатировать при экстремально низкой температуре, вплоть до -60 °С. Это качество позволило их широко применять для электроинструмента при выполнении работ в зимнее время на открытом воздухе.
Один элемент генерирует 1,2–1,25 В ЭДС при значении удельной энергии, составляющей порядка 60–75 Вт*ч/кг. Теоретический расчет показывает, что максимально возможное значение такого параметра может достигать 300 Вт*ч/кг, поэтому технологии изготовления NiMH-ИБП еще есть куда стремиться.
Преимущества и недостатки аккумуляторных батарей Li-Ion
Ни одно современное мобильное устройство не обходится без литий-ионных батарей. Это новая технология стремительно обгоняет многие передовые производственные отрасли. Применяются многие вариации химических процессов литий-ионных технологий, но сейчас про них говорить не будем.
Литий-ионные АКБ нашли широкое применение в небольших электронных устройствах, таких как ноутбуки и карманные компьютеры, электронные часы, аудиоплееры, гаджеты и мобильные телефоны. Такой тип аккумуляторных батарей позволяет довольно неплохо пользоваться небольшой мощностью в течение продолжительного времени.
Они обладают достаточно высокой удельной плотностью заряда, поэтому могут обеспечить хранение значительного количества электрической энергии в минимальном объеме. Но способность литий-ионных аккумуляторных батарей концентрировать энергию делает их в какой-то степени уязвимыми.
Фото: mvideo.ru
Для правильного протекания химических реакций в литий-ионных аккумуляторах необходимо строго соблюдать технологичность производства, помимо этого, любые виды загрязнений при изготовлении таких батарей нередко приводят к снижению их качества.
Возможно многие еще не забыли, как летом 2006 года были отозваны производителям тысячи ноутбуков фирмам Apple и Dell, когда обнаружилось, что в аккумуляторных устройствах, поставленных фирмой Sony, содержатся загрязняющие вещества, являющиеся причиной их перегрева.
Для обеспечения безопасности и работоспособности литиевые батареи, которые не переносят перегревания, оснащаются встроенными электронными схемами, функция защиты которых заключается в предотвращении перезаряда – как только напряжение достигает критического значения, то их наполнение сразу же прекращается.
Для систем электроснабжения лучшим решением будет выбор литий-железо-фосфатного аккумулятора.
Относительно недавно на российский рынок стали поступать сравнительно недорогие литий-железо-фосфатные батареи с завода-производителя «Лиотех». По причине выпускной емкости от 250 А*ч, их использование ограничено для более мощных систем резервного или автономного электроснабжения. Помимо всего, об этих типах аккумуляторных батарей появляются довольно неоднозначные отзывы.
Новейшей разработкой в данной области стало производство литий-титанатных аккумуляторов, обладающих сроком эксплуатации до 25 000 тысяч циклов.
Правила выбора аккумуляторных батарей
Теперь переходим к главному вопросу – какой же тип аккумуляторной батареи лучше всего подойдет для меня? Ответ является достаточно простым и кроется в технологических возможностях каждого перечисленного выше вида:
- Для небольших электронных устройств с небольшой мощностью
Литиевые аккумуляторные батареи используют в мобильных телефонах, карманных компьютерах и т. п. аппаратуре. Они не требуют обслуживания, быстро заряжаются, мало весят и являются довольно компактными. Чаше происходит так, что электронное устройство быстрее выходит из строя, чем вырабатывает своей потенциал литиевая батарея.
Большинство таких электронных устройств оснащаются автомобильными адаптерами, которые также можно использовать с солнечной батареей в 12 V (чаще всего с мощностью до 10 Вт).
- Для фонариков, радиоприемников, цифровых камер и фотоаппаратов
В этих устройствах широко используются NiMh аккумуляторы, пришедшие на замену стандартным алкалиновым элементам типа «AA» или «AAA». Они довольно неплохо могут питать фотовспышки, имеются в свободном доступе, кроме того, в любом специализированном магазине всегда можно выбрать зарядное устройство хорошего качества.
Фото: ozon.ru
Главным минусом аккумуляторов NiMh является их неспособность долго держать заряд. В 2008 году появились новые технологии NiMh-аккумуляторов (например, PowerEx Imedion), которые неплохо справляются с таким недостатком.
Что касается заряда АА-батарей, то здесь уже больше возможностей. Но все-таки лучше приобрести высококачественное зарядное устройство. Многие из них способны быстро заполнить аккумулятор, но могут привести к его перегреванию. Запомните, что оптимальное значение тока заряда должно находиться в пределе от 200 до 300 мА.
В последнее время появившиеся в продаже мощные зарядные устройства с током до 1 А не могут полноценно зарядить вашу батарею, но это приведет к сокращению ее срока эксплуатации.
- Для использования в солнечных электростанциях
Для сохранения выработанной солнечными батареями энергии, на высоте оценки до сих пор стоят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. В домашних фотоэлектрических системах используются специальные аккумуляторы с глубоким разрядом (напоминающие АКБ для гольф-каров).
Цена на них достаточно низкая, они доступны и способны удерживать накопленную энергию в течение нескольких месяцев, обладая очень малым саморазрядом. Если собираетесь приобрести солнечные батареи, то для вас будет важным не растерять достающуюся так дорого электроэнергию. Свинцово-кислотные батареи за многие годы эксплуатации зарекомендовали себя своей предсказуемостью и стабильностью.
Аккумуляторная батарея, являющаяся одним из великих изобретений века, позволяет использовать электронику и другую подобную технику без привязки к стационарному источнику питания, делая этим людей более мобильными. Рынок предлагает покупателям большой выбор моделей АКБ: от миниатюрных, применяющихся в часовых механизмах, до гигантских, предназначенных для питания домов, и даже целых кварталов. Главная задача – правильно подойти к выбору подходящего типа.
Вся информация о ценах и партнерах актуальна на момент публикации статьи. Действующие магазины-партнеры Халвы.