Виды аккумуляторов для электроники, бытовой и иной техники
- Общие принципы работы аккумуляторов
- Особенности свинцовых аккумуляторов
- Особенности никель-кадмиевых аккумуляторов
- Особенности никель-металлогидридных аккумуляторов
- Особенности литий-ионных аккумуляторов
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
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
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
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
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
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.
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.
