Какие бывают типы аккумуляторов

Перезаряжаемые источники питания (аккумуляторы) получили широкое распространение из-за возможности многократного использования. После исчерпания запаса энергии их можно перезарядить и применять снова. Различные виды аккумуляторных батарей используют в быту и в технике.

Типы бытовых аккумуляторов

В быту перезаряжаемые элементы применяют для питания автономных мобильных устройств или электроинструмента.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Этот тип аккумулятора изобретен еще в конце 19 века, широкое распространение получил в середине 20 века. Основные достоинства никель-кадмиевых элементов:

сохранение работоспособности в широком диапазоне температур (в том числе, отрицательных);
толерантность к высоким зарядным токам, сокращающая время пополнения запаса энергии;
низкая склонность к саморазряду.

Основным же недостатком подобных элементов является ярко выраженный эффект памяти. Если аккумулятор разрядить не до конца, и начать заряжать, он «запомнит» достигнутый уровень разряда, как нулевой. Это приведет к снижению емкости, для восстановления которой придется принимать специальные меры.

Какие бывают типы аккумуляторов
Устройство никель-кадмиевой батареи

Еще одним существенным недостатком Ni-Cd элементов является токсичность кадмия. Это предъявляет к данной разновидности аккумуляторов особые требования по утилизации.

Никель-металл-гидридные (Ni-MH)

Следующим поколением никелевых аккумуляторов являются никель-металлогидридные источники питания. Самая существенная разница с предыдущей ступенью элементов питания — значительно менее выраженный эффект памяти и увеличенная энергоемкость.

К минусам можно отнести повышенный саморазряд. Полностью заряженный аккумулятор за год хранения разряжается полностью. Другой серьезный недостаток – пониженный ресурс (в пределах 300 циклов). Да и диапазон отрицательных рабочих температур у них пониже, чем у никель-кадмиевых.

В 2005 году Sanyo представили новое поколение Ni-MH элементов, названные LSD NiMH. Эта разновидность никель-металлогидридных источников отличается значительно более низкой склонностью к саморазряду.

Какие бывают типы аккумуляторов
Никель-металогидридный элемент формата 18650

Литий-ионные (Li-Ion)

Самый современный и перспективный в развитии тип аккумуляторов – литий-ионные. Их промышленный выпуск начат относительно недавно, но ими завоеван большой сегмент рынка перезаряжаемых источников за счет явных преимуществ, главные из которых:

высокая энергоемкость;
практическое отсутствие эффекта памяти;
очень низкий саморазряд;
возможность заряжать большими токами;
повышенное рабочее напряжение.

Это выделяет дает li-ion элементам явные преимущества перед остальными типами аккумуляторов. К основным минусам относятся:

плохая работа при низких температурах;
сниженная токоотдача.

Главным же недостатком литий-ионых технологий считается повышенная пожароопасность и сложность в тушении.

Многие транспортные компании, включая авиационные, не принимают к перевозке грузы, состоящие из литий-ионных источников питания.

Какие бывают типы аккумуляторов
Пожар в самолете, вызванный самовозгоранием литий-ионых элементов

Классификация Li-ion батарей сложна из-за большого количества типов аккумуляторов по примененным активным материалам, но некоторые из них резко выделяются из общей картины. Они имеют серьезные отличия в потребительских свойствах.

Какие бывают типы аккумуляторов
Литий-ионный перезаряжаемый элемент

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol)

Чтобы избежать опасности подтекания, полностью исключить возможность замыкания, уменьшить толщину батареи давно возникла идея выполнять электролит в виде твердой пленки. Заодно он бы исполнял функцию сепаратора.

Эта мечта в ближайшее время может стать явью, уже разработаны лабораторные образцы таких аккумуляторов, но для широкого применения они пока непригодны. Те модели, что сейчас можно приобрести под названием «литий-полимерный аккумулятор» (липоль), содержат либо загущенный до гелеобразного состояния полимерный электролит, либо полимерный ячеистый сепаратор, пропитанный тем же жидким реагентом. Но и это позволяет увеличить ресурс элементов, снизить саморазряд и несколько повысить энергоемкость.

Рекомендуем: Что лучше литий полимерный или литий ионный аккумулятор

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4)

У этого типа аккумулятора катод выполнен из фосфата железа. Не вдаваясь в особенности электрохимии, можно сказать, что это позволило добиться:

повышенной токоотдачи;
еще более низкого саморазряда;
хорошей работы при низких температурах;
в разы повышенного ресурса;
стабильного выходного напряжения в течение почти всего цикла разряда;
терпимости к глубокому разряду.
Заплатить за это пришлось повышенной стоимостью.

Заплатить за это пришлось повышенной стоимостью.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Задать вопрос
Надо понимать, что заявленный производителями срок жизни до 7000 циклов достоверен только при выполнении дополнительных условий – ограничении уровня заряда и разряда, соблюдение температурного режима и т.п.

Какие бывают размеры аккумуляторов

Бытовые аккумуляторы выпускаются во многих видах форм-факторов. Наиболее распространенные из них приведены в таблице.

Тип элементаНапряжение, ВФормаТипоразмерГабариты, ммЕмкость, мА*ч
Ni-Cd1,38цилиндрSCd=23, l=431900..3000
4/5 SCd=23, l=341400..2100
ААd=14,5, l=55,5600..1000
дискД-0,55d=34,6, h=9,8550
Д-0,26d=25,2, h=9,3260
Д-0,125d=20,0, h=6,6125
Ni-MH1,25ЦилиндрSCd=23, l=431900..3000
4/5 SCd=23, l=341400..2100
ААd=14,5, l=55,51700..2900
АААd=10,5, l=44,5800..1000
18650d=18, l=65600..1000
Li-ion3,6 (4,2)Призматические («кирпич», плоские)До 5000
Цилиндр18650d=18, l=65800-5000
Li-FePo3,2Цилиндр, призмаДо 10 000
Какие бывают типы аккумуляторов
Ni-MH источник питания типоразмера SC

Основные виды аккумуляторов для автомобилей

В качестве стартерных батарей для автомобилей уже долгие десятилетия в подавляющем большинстве случаев применяют свинцово-кислотные аккумуляторы. Этот же тип АКБ широко используется в качестве тяговых источников питания.

Традиционные

Обычный автомобильный аккумулятор состоит из набора положительных (реагент – диоксид свинца) и отрицательных (свинец) пластин, погруженных в электролит. Он представляет собой раствор серной кислоты в воде.

Достоинствами подобной АКБ являются:

высокий ресурс;
неплохая энергоемкость;
низкий уровень саморазряда;
невысокая стоимость.
  • высокий ресурс;
  • неплохая энергоемкость;
  • низкий уровень саморазряда;
  • невысокая стоимость.

Также к плюсам относятся параметры, отточенные десятилетиями. Возможности кислотно-свинцовой электрохимии доведены до оптимальных. Зона развития подобных АКБ находится в направлении конструктивного исполнения.

Какие бывают типы аккумуляторов
Свинцово-кислотная АКБ

Малосурьмянистые

Анодные и катодные пластины АКБ изготавливают из свинца. Этот металл довольно мягкий, при применении в чистом виде пластины получатся склонными к изгибанию (даже под действием собственного веса), что может привести к короткому замыканию соседних электродов. Поэтому традиционно в качестве присадки в свинец в небольших количествах добавляли сурьму. Это делает свинец более твердым, согнуть такой электрод сложнее.

В электрохимических реакциях, протекающих в аккумуляторе, сурьма участия не принимает.

Недостатком аккумуляторов, выполненных из свинца с легированием сурьмой, является повышенный саморазряд и склонность к «закипанию» (электролизу) раствора серной кислоты при избытке напряжения при зарядке. Поэтому разработаны аккумуляторы с малым содержанием этой легирующей добавки. При сохранении приемлемой механической прочности это привело к уменьшению саморазряда и снижении тенденции к закипанию. Отдельного обозначения такие батареи не имеют, так как по традиционно сурьмяной технологии АКБ практически не выпускаются, но некоторые производители наносят маркировку Pb/Sb (свинец/сурьма).

Кальциевые

Прорывным решением оказалось применение в качестве легирующей добавки к свинцу кальция. Он тоже не принимает участия в электрохимических реакциях, кальциевый аккумулятор не перестаёт быть свинцово-кислотным. Но применение этого химического элемента позволило сделать пластины еще более прочными, а значит, стало возможно сделать их тонкими. Разработчикам это дало выбор – увеличить ёмкость батареи в тех же массогабаритных границах за счет увеличения количества пластин или при сохранении емкости уменьшить размеры и вес АКБ.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Задать вопрос
В интернете можно встретить причину отказа от сурьмы экологическими требованиями. Да, сурьма небезвредна, но по сравнению с несколькими килограммами свинца несколько грамм легирующей добавки сколько-нибудь заметного влияния на экологию не окажут.

Добавление кальция позволило практически ликвидировать склонность аккумуляторов к электролизу при зарядке. Потери воды в электролите сведены практически к нулю, а это позволило выпускать АКБ в необслуживаемом виде. Подобные батареи не нуждаются в контроле уровня и доливке жидкости.

По кальциевой технологии выпускают автомобильные источники питания с легированными положительными электродами, или с катодом и анодом одновременно. В первом случае батарея маркируется символами Ca, во втором – Ca+ или Ca/Ca.

Какие бывают типы аккумуляторов
Необслуживаемый аккумулятор с маркировкой Ca/Ca

AGM и гелевые АКБ

Эти два типа свинцово-кислотных батарей часто путают. На самом деле, это две разных технологии.

Какие бывают типы аккумуляторов
Внутреннее устройство батареи AGM

В аккумуляторах AGM между положительными и отрицательными пластинами проложен волокнистый сепаратор (разделитель) из стекловолокна. Он предохраняет электроды от замыкания, что позволяет сделать их еще более тонкими. Сепаратор пропитывается обычным жидким электролитом. В свободном виде жидкий реагент практически отсутствует. Пространство между порами заполнено раствором серной кислоты не полностью, оставлены пустоты. Батарея не склонна к «кипению», но если электролиз все-таки происходит, в незаполненных местах созданы условия для рекомбинации водорода и кислорода – газы переходят опять в жидкость. За счет этого потери воды сведены практически к нулю.

Отсюда достоинства батарей AGM:

они оптимальны для необслуживаемого исполнения;
за счет более тонких пластин и уменьшения расстояния между ними можно в тех же габаритах добиться повышенной емкости;
из-за плотной стяжки пластин и сепаратора в пакет вероятность осыпания активной массы сведена к нулю, что позволяет увеличить период жизни аккумулятора и делает его более устойчивым к механическим воздействиям. В остальном батареи AGM не отличаются от традиционных свинцово-кислотных батарей (в плане протекания электрохимических процессов).

В гелевых аккумуляторах (имеют маркировку GEL) также имеются анодные пластины из диоксила свинца, свинцовые катодные электроды и сернокислотный электролит. Особенность гелевых батарей в том, что в электролит добавлен загуститель. В электрохимических реакциях он не участвует (хотя несколько замедляет их). Такое техническое решение исключает потери воды из электролита и самого электролита даже в случае небольшого повреждения корпуса. Электролиз в гелевых батареях также сведен к минимуму, но если он и происходит, водород с кислородом не улетучиваются наружу, а рекомбинируют в толще геля. Еще один плюс, который дает подобное исполнение – АКБ можно использовать в любом положении, что особенно удобно для аккумуляторного транспорта.

Какие бывают типы аккумуляторов
Гелевый аккумулятор

Гибридные EFB

Аккумуляторы AGM надежны, долговечны, но дороги. Область применения гелевых батарей ограничена. Определенным компромиссом являются аккумуляторы EFB. В них применяется жидкий электролит, но каждая пластина помещена в сетчатый пакет. Он служит сепаратором, что позволяет установить пластины компактно без риска коротких замыканий. К тому же снижается риск осыпания активной обмазки, что ведет к увеличению срока службы АКБ.

Какие бывают типы аккумуляторов
Устройство аккумулятора EFB

Отличия тяговых аккумуляторов от стартерных

Разница между тяговыми и стартерными батареями в первую очередь в их назначении. Стартерная батарея должна в течение короткого времени выдать большой ток для прокрутки стартера. Тяговый аккумулятор должен выдавать энергию для привода в течение как можно более длительного времени. Отсюда основное требование к тяговой АКБ – высокая емкость при как можно меньших габаритах и весе. Достоинства стартерных батарей определяются, большей частью, токоотдачей (током холодной прокрутки), хотя и ёмкость для них также важна.

Какие бывают типы аккумуляторов
Тяговый гелевый аккумулятор

Вообще, эти два параметра определяются конструкцией батареи и связаны друг с другом, но не жестко. В общем случае, чем выше ёмкость, тем выше токоотдача, однако не всегда. Так, гелевые батареи при отличном соотношении ёмкостных и массогабаритных характеристик не способны отдать большой ток мгновенно. Связано это с низкой динамикой электрохимических реакций из-за загущенного электролита. Поэтому подобные АКБ применяются в качестве тяговых, где реализуются и остальные их достоинства. В качестве стартерных же применяют аккумуляторы с жидким электролитом, и не важно, по какой технологии они изготовлены (традиционные, AGM, EFB и т.п.)

Многообразие классов перезаряжаемых источников питания позволяет для каждой сферы применения найти оптимальный тип. Но для этого надо хотя бы по минимуму ориентироваться в них и знать их основные потребительские свойства.

Avatar photo
Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Оцените автора
( Пока оценок нет )
Запитка
Добавить комментарий

Этот сайт защищен reCAPTCHA и применяются Политика конфиденциальности и Условия обслуживания применять.

Adblock
detector