Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники

1 месяц назад

В историческом аспекте аккумулятор — достаточно «молодое» изобретение. Ведь ему чуть более 160 лет. И за этот небольшой исторический период он получил такое развитие, что теперь аккумуляторы вокруг нас повсюду.

Общие принципы работы аккумуляторов

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 0
В основу работы любого аккумуляторного элемента положен такой принцип, когда в нем протекает обратимая электрохимическая реакция. Если приложить к его контактам элемент постоянного напряжения, то на его пластинах (электродах) будет накапливаться электрическая энергия. Если приложить нагрузку, то происходит ее расход. Отметим, что такая реакция протекает на протяжении множества циклов заряда/разряда. 

Обычно возможное количество перезарядок определяется типом аккумуляторного элемента. Однако в среднем современный аккумулятор может обеспечить от трехсот полных циклов до одной тысячи.

Тот аккумулятор работоспособный, у которого остаточная емкость составляет 70-80 процентов от начальной работоспособности. Элементы, у которых меньшие показатели остаточной емкости, принято считать непригодными для того, чтобы их можно было эксплуатировать в дальнейшем. Ведь им не под силу обеспечить расчетную автономность.

В любом аккумуляторе вы найдете пару электрода. Это положительный и отрицательный электроды, которые также называют анодом и катодом. Они погружены в специальную среду. Это электролит. Такая среда – отличный «поставщик» ионов в результате электролитической диссоциации.

ВАЖНО! Независимо от того, какого типа аккумулятор, основной принцип него действия один и тот же. Он не изменяется. 

Особенности свинцовых аккумуляторов

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 1
Они и поныне эффективно используются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии и пр.

Название аккумулятора говорит само за себя. В том смысле, что основным материалом для аккумулятора служит свинец. Если говорить более точно, то для изготовления положительных электродов применяют просто свинец. А для отрицательных электродов — оксид свинца. Электролитом является раствор серной кислоты. 

Свинец, как известно, достаточно мягкий металл. И у него невысокая физическая прочность. А потому в чистом виде он не сильно противостоит вибрационным нагрузкам. Вот почему, когда аккумулятор предназначается, например, для применения в транспорте, то в сплав свинца добавляют кальций. Благодаря нему структура металла становится более прочной.

Если говорить про источники бесперебойного питания, то в них нашли использование свинцовые аккумуляторы определенного типа. Таковыми считаются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat). В них абсорбированным нежидким электролитом пропитывают специальный пористый мат, изготовленный из стекловолокна.

ВАЖНО! Аккумуляторы, в которых электролитом служит желеобразный раствор серной кислоты, называют гелевыми. Они рассчитаны на то, что энергия будет отдаваться медленно. Вот почему главной сферой использования стали инертные системы накопления и расходования электроэнергии. Скажем, солнечная энергетика и пр.

Свинцовые аккумуляторов хороши тем, что покупка их обходится недорого. А еще достоинство их в том, что они могут работать в широком диапазоне температур окружающей среды. От -40 до +40°С.

Свинцовый элемент аккумулятора выдает напряжение около 2 В и может выдать удельной энергии из расчета 30-60 Вт*ч с 1 кг массы. Это по сравнению с прочими типами аккумуляторами мало. 

ВАЖНО! Ко всему их глубокий разряд приводит к тому, что пластины электрода разрушаются. В результате аккумулятор портится.

Особенности никель-кадмиевых аккумуляторов

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 2
Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) встречаются, например, в игрушках для детей, фонариках, пультах управления, ручном аккумуляторном электрическом инструменте и пр.

Конструкция элемента не знает изменений. Понятно, что материалом для производства электродов служат никель и кадмий. Если говорить более точно, то это гидраты закиси данных металлов. Электролитом является гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов способен выдавать напряжение 1,2-1,35 В. А значение удельной энергии находится в диапазоне 40-80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы считаются очень устойчивыми к морозам. Они работают так, что не будет значительной потери емкости при температурах, которые близки к -50°С. 

Отметим также, что им совсем не страшен глубокий разряд. Они после цикла зарядки могут полностью восстановить свои характеристики. Специалисты рекомендуют хранить NiCd аккумуляторы в состоянии, когда они полностью разряженные.

ВАЖНО! Недостаток таких аккумуляторов в том, что у них малая удельная емкость, высокий саморазряд. Явным минусом их является также то, что для зарядки аккумуляторам требуется много времени. А еще они обладают ярко выраженным «эффектом памяти». 

Такой аккумулятор необходимо заряжать лишь после того, как он полностью разрядился. В противном случае он испортится. Тот, кто не будет соблюдать данное правило, столкнется с проблемами: аккумулятор быстро потеряет емкость, выйдет из строя элемент.

Особенности никель-металлогидридных аккумуляторов

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 3
Никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания – это логическое продолжение в развитии аккумуляторов. Ведь у них уже не найдешь недостатки предшественников. От них избавились. В результате аккумуляторы сохранили свои прежние габаритные показатели, но при этом емкость их увеличилась примерно в 2-3 раза. 

Они очень надежные. Без проблем переносят глубокий разряд и перезаряд. Эффекту памяти подвержены, но менее предшественников.

NiMH элементы получили широкое распространение во многом благодаря тому, что в их составе не найдешь кадмия. А он, как известно, вреден для окружающей среды. 

Для производства анода применяется гидрид никеля с лантаном или литием. Это металлогидридный электрод. Катодом служит оксид никеля. Электролитом является соединение гидроксида калия.

ВАЖНО! Заряжают их большими по сравнению с NiCd-элементами токами. Их величины составляют примерно 20-25 процентов от емкости аккумулятора. При этом отметим, что очень важно осуществлять контроль температуры элемента во время заряда. Когда он выше +45°С, то необходимо сразу же свернуть процесс зарядки.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят в состоянии, когда они полностью заряженные. Данному типу элементов присущ высокий саморазряд, а потому для того, чтобы сохранить работоспособность элемента, его необходимо время от времени подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы нашли применение в тех же сферах, что и никель-кадмиевые. Однако у них повышенная емкость. Этим и можно объяснить тот факт, что они охотно используются в фототехнике, которой для питания необходимы элементы типа АА и ААА.

ВАЖНО! NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они хорошо себя зарекомендовали при эксплуатации в условиях экстремально низких температура. Вплоть до -60°С. Вот почему они нашли успешное применение в электрическом инструменте, который необходим при выполнении работ под открытым небом зимой.

Особенности литий-ионных аккумуляторов

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 4
Нынешние мобильные гаджеты невозможно представить без литий-ионных аккумуляторов. Явными достоинствами Li-ion нужно считать высокую плотность аккумулируемой энергии. Ее удельное значение, как правило, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, которые невозможно достичь, когда применяешь аккумуляторы иного типа. 

Именно этим и можно объяснить то, что Li-ion аккумуляторы нашли применение не только для того, чтобы подпитывать различные персональные устройства, но и для того, чтобы привести в движение разные самокаты, велосипеды, у которых есть электрический двигатель. И автомобили – тоже.

Подчеркнем, что «литий-ионный аккумулятор» — это обобщенное название большой группы электрохимических элементов, в которых ионы лития и переносят заряд. Разница есть, и она в том, каков состав материала катода и каков тип электролита.

В бытовой сфере более всего распространены литий-полимерные аккумуляторы. Те самые, в которых в качестве электролита применяют твердый спецполимер. В них же катодный и анодный материал, нанесенный соответственно на тонкие слои фольги из алюминия и меди. 

ВАЖНО! Данное конструктивное решение предоставляет возможность изготавливать аккумуляторы, которые будут иметь любую форму и размер. И при этом они изящно «вписываются » в девайсы, которые разрабатываются.

Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники Фото 5
У твердого полимера есть один серьезный недостаток. У него плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+25°С). Самые лучшие показатели можно достичь, если увеличить температуру до +60°С. А это уже в понятии обычного пользователя представляет опасность. По этой причине производители добавляют к полимеру электролит. Он может быть в желеобразном или жидком состоянии.

Принципиально отличается конструкция литий-ионных аккумуляторов от конструкции традиционной тем, что у нее обязательно есть разделительный сепаратор, который не допускает свободного перемещения ионов лития тогда, когда аккумулятор не применяется.

Есть еще один элемент, который обязательно должен быть в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System). Он отвечает за то, чтобы зарядка ячеек аккумулятора была корректной.

ВАЖНО! Li-ion аккумуляторы, если у них высокая удельная емкость, имеют малый вес. Для того чтобы их зарядить, необходимо совсем мало времени. У них практически нет эффекта памяти и саморазряда. Их зарядкой можно заниматься в любое время. Хранить Li-ion батареи нужно наполовину заряженными.

Большой минус литий-ионного элемента заключается в том, что он «не желает» полноценно работать, когда температуры отрицательные. Если использовать литиевый элемент на морозе, то он достаточно быстро выйдет из строя.



Оставьте комментарий