Под аккумуляторной батареей следует понимать источник электрического тока, который состоит из нескольких элементов питания. Такое совмещение элементов дает возможность получить силу тока или напряжение намного больше, в зависимости от параллельного или последовательного способа подключения.
На сегодняшний день есть несколько типов аккумуляторный батарей, которые отличаются друг от друга составом электролита и материалом электродов. Большинство людей слышали ранее и знают, что существуют всевозможные никель-металлогидридные, никель-кадмиевые, литиево-ионные, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Однако из всего этого разнообразия на автомобилях в качестве стартерных батарей применяют исключительно свинцовые . Такой выбор осуществлен неспроста, ведь эти батареи обладают способностью отдавать за короткий промежуток времени большой ток, в то время как другие батареи с этим не справляются. Но наряду с этим стоит сказать, что и свинец и кислота – крайне вредные вещества, поэтому автолюбителям приходится с этим мириться. Что касается корпусов батарей, то они выполнены из кислотостойкой пластмассы.
Типы автомобильных аккумуляторных батарей
В современном производстве аккумуляторов для электродов используют не чистый свинец, а с различными добавками, которые делят на несколько типов.
· Сурьмянистые или традиционные аккумуляторы;
· Малосурьмянистые аккумуляторы;
· Кальциевые аккумуляторы;
· Гибридные аккумуляторы;
· Гелевые или AGM аккумуляторы ;
· Щелочные аккумуляторы;
· Литиево-ионные аккумуляторы.
Сурьмянистые аккумуляторные батареи
Батареи такого типа в составе пластин содержат ≥5% сурьмы. Зачастую такие батареи называют традиционными или классическими. Однако данное название уже не так актуально, потому что современные классические аккумуляторы содержат гораздо меньше сурьмы.
Сурьма добавляется в свинец для повышения прочности пластин. Также эта добавка способствует резкому усилению, ускорению процесса электролиза, начинающегося уже при 12 вольтах. Выделяющиеся газы (кислород и водород) создают впечатление кипящей воды. Вследствие испарения воды в большом количестве, концентрация электролита меняется и электроды (их верхние края) оголяются. В качестве компенсации в аккумулятор заливается дистиллированная вода.
С повышенным содержанием сурьмы – это часто обслуживаемые аккумуляторы, так как необходимо не менее раза в месяц выполнять проверку плотности электролита в батарее, а также доливать воду.
Сегодня батареи такого типа не устанавливают на машины, потому как уже давно разработаны и эксплуатируются другие, более инновационные типы . Сурьмянистые аккумуляторы еще работают на стационарных установках, где неприхотливость источника питания важнее за иные вопросы. Автомобильные же аккумуляторы производятся без сурьмы или с малым ее содержанием.
Малосурьмянистые аккумуляторные батареи
Стараясь достичь меньшего «выкипания» воды, разработчики начали изготавливать аккумуляторные батареи с уменьшенным количеством сурьмы (меньше 5%). Данный фактор исключил необходимость постоянно следить за уровнем электролита. Также значительно уменьшился уровень саморазряда батареи при хранении.
Подобного типа называют необслуживаемыми, аргументируя это тем, что они не требуют определенного ухода. Конечно, термин «необслуживаемый» скорее маркетинговый, потому как полностью избавиться от проблемы «выкипания» воды не получилось. Вода из электролита понемножку «выкипает» все равно, хоть и в меньших количествах.
Но у таких батарей есть огромнейший плюс. Они абсолютно нетребовательны к электрооборудованию машины. Даже перепады напряжения бортовой электросети не провоцируют изменения характеристик данной батареи, в отличие от, скажем, гелевых или кальциевых аккумуляторов.
Малосурьмянистые зачастую используются для установки на отечественные автомобили, которые на сегодняшний день не могут обеспечить стабильное напряжение бортовой сети. Также стоит сказать, что аккумуляторы этого типа намного дешевле тех же гелевых батарей.
Кальциевые аккумуляторные батареи
Еще одно решение, позволившее снизить «выкипание» воды – это использование в решетках электродов другого материала, а не сурьмы. Самым оптимальным решением стал кальций. Как правило, данного типа носят маркировку «Ca/Ca», что значит содержание кальция в пластинах обоих полюсов. Также зачастую в состав пластин добавляют малое количество серебра – это позволяет снизить внутреннее сопротивление батареи и повысить энергоемкость и КПД аккумулятора.
Использование кальция дало возможность существенно уменьшить газовыделение и потерю воды. Фактически, утрата воды стала столь незначительна, что необходимость проверки плотности утратила свою актуальность. Данные аккумуляторы по праву называются необслуживаемыми.
Также кальциевые , кроме слабого «выкипания» воды, располагают сниженным уровнем саморазряда, что позволяет этим батареям сохранять свои свойства долгое время.
Применение кальция вместо сурьмы дало возможность значительно повысить напряжение электролиза воды до 16 Вольт. Но, несмотря на все указанные плюсы данной батареи, она имеет еще и минусы:
· Капризность по отношению к переразряду. Достаточно несколько раз сильно разрядить батарею и уровень энергоемкости необратимо снижается, то есть количество тока резко уменьшается. Как правило, после такого инцидента батарея уже не может выполнять свои функции, и ее меняют. Этот минус следует назвать самым главным недостатком аккумулятора данного типа.
· Кальциевые батареи крайне чувствительны к бортовой сети машины – плохо переносят резкие перепады напряжения. Стоит учесть этот нюанс перед приобретением батареи.
· Также минус аккумулятора в его очень высокой стоимости, хотя это скорее уже не недостаток, а вынужденная плата за качество.
Зачастую кальциевые аккумуляторы устанавливают на иномарки среднего диапазона, то есть на автомобили с качественным электрооборудованием, где стабильность гарантирована. Покупая кальциевую батарею, следует учесть, что она гораздо требовательнее малосурьмянистой, но должный этого типа станет залогом успеха, и вы получите надежный источник питания.
Гибридные аккумуляторные батареи
Как правило, такие аккумуляторы обозначаются «Ca+». Пластины электродов таких батарей выполнены по разным технологиям: положительные пластины – малосурьмянистые, отрицательные пластины - кальциевые. Такое совмещение дает возможность объединить положительные качества этих аккумуляторных батарей. «Выкипание» воды у таких батарей намного меньше, чем у малосурьмянистых, но больше, чем у кальциевых. Зато устойчивость к переразрядам и перезарядам значительно выше.
Характеристики гибридных аккумуляторных батарей позволяют им занимать место между малосурьмянистыми аккумуляторами и кальциевыми батареями.
Гелевые и AGM аккумуляторные батареи
И AGM аккумуляторы содержат электролит в связанном состоянии, а не в «классическом» жидком виде. Такое гелеобразное состояние электролита и повлекло определение названия типа батареи.
Инженеры в течение долгих лет искали выходы из множества проблем с аккумуляторными батареями. Самой важной проблемой всегда было осыпание активного вещества с пластин-электродов и ее решили с помощью добавления в свинец присадки – сурьмы или кальция. Также важной задачей стало обеспечение безопасности аккумуляторов, потому как электролит – это раствор серной кислоты, мог запросто вытечь из корпуса батареи при повреждениях. Каждый знает, насколько агрессивная серная кислота. Надо было найти способ исключить возможность утечки кислоты вследствие тех или иных повреждений корпуса . Данную проблему разработчики решили путем преобразования жидкого электролита в гелеобразное состояние. Гель – вещество плотное и менее текучее, что решило сразу две задачи – пластины не осыпались, так как плотный гель их удерживал, и сам электролит не вытекал.
И , и AGM батареи имеют гелеобразный электролит. Их отличие лишь в том, что АGM имеет еще и пористый материал между пластинами, который дополнительно удерживает электролит и защищает пластины от осыпания. Аббревиатура «AGM» расшифровывается следующим образом - Absorbent Glass Mat (абсорбирующий стекломатериал). и AGM батарея имеют похожие характеристики, поэтому под гелевыми батареями будут иметься в виду и AGM.
Благодаря фиксации геля в аккумуляторе, батарея не боится наклонов. Более того, производители говорят, что такую батарею можно запросто эксплуатировать в любом положении. Но, несмотря на такие громкие высказывания, не стоит эксплуатировать подобный тип батарей в, скажем, перевернутом состоянии.
Замечательная виброустойчивость - это отнюдь не единственный плюс гелевых аккумуляторов. Такие батареи обладают низкой скоростью саморазряда, что позволяет хранить их очень долго. Хранить этот тип батарей следует в заряженном состоянии. Аккумуляторы гелевые обладают прекрасной способностью – они могут выдать высокий ток вплоть до разряда, причем абсолютно не боятся переразряда.
Если разряд таких аккумуляторов им не страшен, то заряд подобных батарей – фактор более капризный. Такие аккумуляторы недопустимо заряжать в ускоренном ритме. Процесс зарядки необходимо выполнять слабым током с использованием специальных зарядных устройств, которые подходят только гелевым аккумуляторам. Сейчас на рынке можно купить универсальное зарядное устройство, способное, по заверению изготовителя, заряжать любой тип батарей, но предпочтение стоит все же отдать специальному устройству.
Но, к пребольшому сожалению, аккумуляторы гелевые автомобильные в условиях низких температур ведут себя намного хуже. При снижении температуры гель частично утрачивает свою электропроводимость.
Абсолютная герметичность, относительная виброустойчивость, фактическая необслуживаемость позволяет применять гелевые батареи на той технике, на которую классический аккумулятор нельзя устанавливать:
· мототехника (мотоциклы часто отклоняются от вертикальной плоскости);
· морской и речной транспорт (постоянная качка);
· источники бесперебойного питания;
· и автомобили. Зачастую такие батареи эксплуатируются на иномарках, потому цена на такие аккумуляторы довольно высока.
Щелочные аккумуляторные батареи
В качестве электролита батареи могут содержать не только кислоту, но и щелочь. Есть множество разных типов щелочных аккумуляторов, однако рассмотрим те, которые используются в автомобилях.
Автомобильный аккумулятор щелочной может быть двух типов:
· никель-кадмиевый;
· никель-железный.
Никель-кадмиевая батарея имеет положительные пластины, покрытые гидроксооксидом никеля NiO(OH), а отрицательные - смесью железа и кадмия. Никель-железная батарея имеет такие же положительные пластины (то есть, покрыты таким же составом, что и в никель-кадмиевой батарее) - гидроксооксидом никеля. Отличается лишь отрицательным электродом - в данной батарее он выполнен из чистого железа. В качестве электролита в обоих типах выступает раствор едкого калия.
Пластины в щелочных аккумуляторах упаковываются в «конверты» из тонкой перфорированной металлической пластины. Туда же запрессовывается активное вещество, что позволяет значительно повысить виброустойчивость аккумулятора.
Щелочные обладают интересной особенностью: никель-кадмиевые аккумуляторы имеют положительных электродов на один больше, чем отрицательных. Никель-железные аккумуляторы в свою очередь имеют отрицательных электродов больше. Также особенностью таких аккумуляторов является то, что протекание химических реакций не требует расхода электролита, поэтому доливать его не нужно.
Преимущества и недостатки щелочных аккумуляторов
Щелочные обладают целым рядом преимуществ перед кислотными аккумуляторами:
- идеальная переносимость переразрядов, более того, существует мнение, что такую батарею лучше перезарядить, чем наоборот, недозарядить;
- батарея способна храниться в полностью разряженном состоянии, не теряя своих характеристик;
- прекрасная работа в условиях низких температур, что позволяет безотказно заводить двигателя в зимнюю пору года;
- Саморазряд таких батарей ниже кислотных;
- щелочные батареи не выделяют вредных испарений, в отличие от кислотных ;
- Щелочные аккумуляторы способны накапливать намного больше энергии на единицу массы, что позволяет дольше выдавать ток.
Но, наряду с этим, есть и недостатки:
- Щелочные батареи выдают меньшее напряжение, чем кислотные, вследствие чего нужно объединять много «банок» чтобы достичь нужного напряжения. Из-за этого габариты щелочной батареи намного больше, чем у кислотного аккумулятора.
- Щелочные аккумуляторы намного дороже кислотных батарей.
На сегодняшний день щелочные используются, как правило, в качестве тяговых батарей. Что касается стартерных батарей, то их огромные габариты позволяют использовать такие аккумуляторы только на грузовиках.
Литиево-ионные аккумуляторные батареи
Литиево-ионные аккумуляторы (и его подвиды) – это самые перспективные элементы в качестве источника электрического тока.
Химическими элементами этого носителя тока являются ионы лития. Сегодня нет возможности достоверно описать материал, из которого изготавливаются электроды, так как технология постоянно совершенствуется. Можно, конечно, сказать, что на первых порах в качестве отрицательных пластин использовался литий, но такие оказались чересчур взрывоопасными. Спустя некоторое время разработчики начали использовать графит в изготовлении электродов. Положительные пластины раньше изготавливались из оксидов лития с марганцем или кобальтом, но сейчас они замещаются литий-ферро-фосфатными, потому как этот материал менее токсичен, дешевый и экологически чистый.
Важнейшие достоинства литиево-ионных аккумуляторов такие:
- высокая емкость на единицу массы;
- высокое напряжение (один элемент может выдать около 4 вольт);
- низкий уровень саморазряда.
Также есть и некоторые недостатки такого типа батарей:
- гиперчувствительность к температурному режиму. Низкие температуры ухудшают качество этих батарей. Это, наверное, главная проблема таких аккумуляторов, над которой работают разработчики.
- малое количество циклов (около 500);
- эти «стареют». В течение определенного времени происходит уменьшение емкости батареи. Это не «эффект памяти» и не саморазряд, не путайте. Однако работа над этой проблемой беспрерывно ведется;
- гиперчувствительность к глубоким разрядам;
- малая мощность, которой не хватает для применения в качестве стартерного аккумулятора. Силы выдаваемого тока достаточно для питания различных приборов, но крайне мало для пуска двигателя.
Когда инженеры все-таки решат проблему с недостатками, литиево-ионные заменят классическую кислотную батарею.
Каждый день сотни ученых трудятся над усовершенствованием всех типов аккумуляторов. Исследовательские центры постоянно задаются вопросом: , как уменьшить размеры, как создать морозоустойчивый аккумулятор, и прочие.
Очень серьезное направление – обеспечение экологичности, ведь современные технологии не могут обойтись без применения в работе ядовитых веществ (к примеру, свинец или серная кислота).
Вряд ли традиционные свинцово-кислотные имеют свое будущее. AGM аккумуляторы - это промежуточная стадия в эволюции. Батарея в будущем не будет иметь жидкости, будет выглядеть в произвольной форме, а также будет иметь множество иных параметров, которые дадут возможность автовладельцам в полном объеме насладиться поездкой и не нервничать из-за того, что может отказать в любой момент.
Автомобильная аккумуляторная батарея (сокращенно АКБ) является одним из наиболее важных элементов транспортного средства. АКБ — это тип электрического аккумулятора, используемый на авто или мото транспорте. Используется для запуска мотора, а также в бортовой сети в роли вспомогательного источника энергии при неработающем двигателе. Зимой вопрос надежности аккумулятора является ключевым. В холодное время года от состояния АКБ зависит легкость пуска мотора. А если аккумулятор старый, плюс ко всему на дворе стоят сильные холода — у автовладельца появляются стабильные неприятности с запуском двигателя. Бесконечные домашние подзарядки АКБ и, следовательно, замыкание и осыпание пластин. Все это чересчур хлопотно для любого, даже самого выносливого водителя. Поэтому большинство автовладельцев предпочитает вовремя позаботиться о новой аккумуляторной батарее. Существует несколько типов автомобильных аккумуляторов. Все они довольно разные и выбрать тот, который наиболее всего подойдет для вашего автомобиля не так уж и просто. Об этом далее в статье.
К сожалению, при приобретении новой АКБ, большинство автовладельцев считает, что чем дороже аккумулятор, тем он надежнее и качественнее. В какой-то мере данное утверждение правильное, однако не на сто процентов. Вся проблема в том, что существуют разные автомобили и разные типы аккумуляторов. Естественно, что каждый из них рассчитан на определенные эксплуатационные условия. И если не принять это во внимание, вполне вероятно, что купив даже наиболее дорогостоящую АКБ, вам вновь придется покупать новый источник питания для вашего автомобиля.
Основные характеристики автомобильной АКБ — номинальное напряжение и номинальная емкость. Номинальное напряжение — показатель напряжения на выводах заряженной АКБ после окончания зарядки. Для автомобильных АКБ оно составляет шесть или двенадцать вольт. Второй показатель обозначает число электрической энергии, которое должна иметь АКБ на протяжении определенного времени. Ее измеряют в ампер-часах, а ее значение указывают при обозначении АКБ.
Каждый завод-производитель обязательно осуществляет маркировку автомобильных АКБ, которая дает все необходимые данные об аккумуляторе. Так, первая цифра в любом случае указывает количество аккумуляторных ячеек, которых может быть три либо шесть. Зависимо от этого, номинальное напряжение батареи будет составлять 6 либо 12 вольт. Затем идут буквы СТ, которые расшифровываются, как стартерная. Последующее число указывает на номинальную емкость автомобиля.
Помимо этого, маркировка аккумулятора содержит и дополнительные данные. «А» свидетельствует про наличие общей крышки. «З» говорит, что аккумулятор залитый, если такая буква отсутствует в обозначении, то это сухозаряженная АКБ. Последующие буквы дают данные о материале, из которого изготовлен корпус: «Т» — термопластик, «Э» — эбонит. Если увидите «М», значит сепаратор изготовлен с поливинилхлорида, а буква «П» говорит о наличии данного элемента из полиэтилена.
виды аккумуляторов
Автомобильные АКБ можно разделить на три основные категории: необслуживаемые, частичного обслуживания и обслуживаемые.
Последние встречаются крайне редко. Корпус таких аккумуляторов выполнен из эбонита, а снаружи герметизируется, к примеру, мастикой. В обслуживаемых АКБ можно производить замену любых элементов.
Мало обслуживаемые АКБ являются наиболее распространенными. В особом обслуживании и уходе они не нуждаются. Необходимо лишь поддерживать нужный уровень электролита и контролировать его плотность. Все зависит от того, с каких материалов выполнены батарейные электроды. Обычно их производят из свинца с минимальной примесью сурьмы.
Необслуживаемые аккумуляторы не требуют какого-либо вмешательства человека в течение всего срока эксплуатации. В них используется особая конструкция системы конденсирования и пластин. На сегодняшний день данные батареи считаются наиболее качественными, поэтому расценки на них довольно высокие.
Необслуживаемые батареи можно поделить на два типа — кальциевые и гибридные.
Кальциевые АКБ — наиболее дорогостоящие, электроды производятся из свинцового и кальциевого сплава с примесью олова, алюминия, а, в некоторых случаях, даже и серебра.
Гибридные батареи примитивнее — отрицательные электроды содержат калий, а позитивные пластины производят из свинца с незначительной частью сурьмы.
Применение кальция существенно уменьшило испарение электролита, а также, увеличило срок эксплуатации аккумуляторов — гибридного до пяти лет, кальциевого до семи лет. Саморазрядка в сравнении с малообслуживаемыми батареями замедлилась в полтора раза.
Однако кальциевый долговечный аккумулятор плохо выдерживает абсолютный разряд. Если его несколько раз полностью разрядить, на положительных пластинах образуется сульфат кальция, в результате чего автомобильная АКБ потеряет вместимость.
Поэтому в гибридных батареях кальций применяют лишь в отрицательных электродах, которые не бояться разряда. Гибридный аккумулятор отличается продолжительным сроком эксплуатации, небольшим пусковым током и высокой вместимостью.
Помимо этого, АКБ отличаются по технологиям, которые используют в производстве:
Устройство аккумулятора
АКБ, имеющая номинальное напряжение 12 вольт, как правило, состоит из шести автономных друг от друга ячеек, которые имеют меньшее напряжение (два вольта). Они собранные в одном корпусе и соединенные последовательно.
Принцип работы аккумулятора довольно прост. При подключении нагрузки, в АКБ начинают перемещаться заряженные частицы, в результате чего появляется ток. При заряде от зарядного устройства или генератора, напряжение заряда существенно превышает напряжение батареи, из-за чего движение частиц осуществляется в обратном направлении.
Отзывы об аккумуляторах
Большинство автовладельцев, прежде чем приобрести желаемую модель аккумулятора, в обязательном порядке смотрят в интернете отзывы о ней. Несомненно, это правильно, так как дает возможность получить данные о товаре непосредственно от потребителя. Однако есть важный нюанс! В современном мире уже ни для кого не является секретом возможность покупки отзывов за деньги, поэтому не всегда подобная информация является объективной.
Основываясь на данных потребителей, взятых с различных форумов, и на личном мнении многих специалистов, можно сделать следующие выводы:
- Аккумуляторы брендов Varta и Bosch имеют одинаковое и довольно высокое качество. Оборудование, на котором их делают, производится в Италии, США, Германии. Современное производство АКБ происходит без участия человека, в результате чего можно сделать вывод, что качество изготовления зарядки, сборки, пластин идентичное на всех заводах.
- Батареи премиум класса Varta Silver и Bosch S 5 в среднем способны прослужить от шести до восьми лет. А средний срок эксплуатации таких моделей, как Varta Black, Varta Blue, Bosch S3, Bosch S4 составляет примерно пять лет.
- Аккумуляторы марки A-Mega способны прослужить до шести-семи лет.
- В данном списке стоит выделить и аккумуляторы, которые принадлежат премиумным линейкам всемирно известных компаний — Delkor, Varta Silver, Bosch S5. Существует мнение, что они могут прослужить более семи лет.
- Срок службы аккумуляторов среднего ценового сегмента (Mutlu, Westa, Ista) составляет от трех до пяти лет.
- Батареи неизвестных производителей, как правило, проработали около одного-двух лет. Отзывы о них наиболее отрицательные, поэтому лучше уберечь себя от подобных покупок.
Большая часть современных аккумуляторов известных изготовителей, даже из дешевых ценовых категорий, служат около четырех лет. Батареи премиум классов способны проработать еще дольше. Естественно, на срок службы АКБ влияют еще и условия эксплуатации батареи, а также, уход за ней.
Как выбрать аккумулятор, лучшие аккумуляторы
При выборе аккумулятора для своего автомобиля, необходимо знать несколько важных параметров, которыми должна обладать АКБ:
- Небольшое падение напряжения.
- Небольшой саморазряд при эксплуатации.
- Способность выдавать большой ток.
- Небольшие габариты.
- Минимальное обслуживание.
Можно отметить семь основных шагов до приобретения АКБ, которые помогут сделать правильный выбор:
Нельзя однозначно ответить на вопрос, какая АКБ лучшая, так как любой аккумулятор имеет положительные и отрицательные стороны.
Несколько советов по обслуживанию и эксплуатации АКБ:
Аккумулятор представляет собой устройство, в котором происходит накопление и хранении энергии. Большинство таких приборов работает за счет преобразования электрической энергии в химическую и наоборот. Этот процесс позволяет заряжать и разряжать устройство. При этом оборудование может использоваться как зарядное устройство, источник питания, контролирующая или компенсационная установка.
Аккумуляторы необходимы для работы самых разных устройств, начиная от простых пультов для телевизора и заканчивая атомной энергетикой и космической отраслью. Все эти приборы подразделяются, в зависимости от разных технологических характеристик и особенностей использования. Работа аккумулятора характеризуется емкостью, напряжением, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.
Какие бывают аккумуляторы? Все существующие приборы можно разделить на несколько видов:
- электрохимические;
- магнитные;
- механические;
- тепловые;
- световые.
Электрохимические аккумуляторы
Этот вид оборудования подразделяется на несколько больших групп:
- электрические;
- газовые;
- обратимые топливные элементы;
- щелочные;
- конденсаторы.
Электрические приборы относятся к самому распространенному типу аккумуляторов. В работе используются свинцовые, никелевые, железные, цинковые, серебряные и другие виды пластин, сделанные из сплавов. В качестве электролита применяется кислоты, растворы магния, кадмия солей и других элементов.
Устройство подобных приборов проще всего объяснить на примере свинцово-кислотных батарей. В работе оборудования используется обратимая реакция взаимодействия жидкости (в данном случае кислоты) и металла – свинца. Благодаря обратимости химических процессов, появляется возможность многоразового использования батареи через разряд-заряд. При пропускании тока в направлении, обратном процессу разряда, аккумулятор заряжается, если подключить оборудование в другую сторону, разряжается.
Химическая реакция идет по следующей схеме:
- анод: Pb+SO42_2е-⇄PbSO4;
- катод: Pb2+SO42-+4H++2е-⇄PbSO4+2H2O.
Как это происходит в реальности? Если к пластинам подключить лампочку, то в аккумуляторе начнется движение электронов, то есть возникнет электрический ток, и пойдет химическая реакция. За счет этого на пластинах образуется сульфат свинца. После подключения источников питания реакция пойдет в обратном направлении. Кислота будет расщепляться, налет –удаляться. Далее при включении лампочки процесс снова идет в обратном направлении.
Важно! При заряде пластины электродов не могут очиститься полностью. Часть налета все равно останется на поверхности. Это приводит к тому, что постепенно емкость оборудования снижается.
Все типы аккумуляторных батарей и электрохимические аккумуляторы можно разделить на три большие группы:
- Ремонтнопригодные – отличаются от других батарей тем, что могут быть разобраны. С другой стороны, эти приборы требуют постоянных проверок уровня электролита. К тому же модели больше подвержены разгерметизации, которая, в свою очередь, может привести к повышению концентрации кислотных паров;
- Необслуживаемые – отремонтировать что-то в конструкции этого оборудования или залить электролит невозможно. При возникновении любых проблем с работой АКБ батарея подлежит полной замене;
- Малообслуживаемые – в оборудовании обеспечен доступ к уровню электролита и возможно его добавление при высыхании батареи.
Существуют определенные разновидности свинцово-кислотных батарей:
- Lead–Acid,
- Valve Regulated Lead–Acid (VRLA),
- Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA),
- GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA),
- OPzV.
В литий-ионных аккумуляторах используются электроды из алюминиевой (катод) и медной (анод) фольги, которые пропитаны электролитами с литием. Дополнительно используются литийкобальтоксид и графит. Зарядом является ион лития, который заряжен положительно и интеркалируется в процессе химической реакции в кристаллические решетки. При работе аккумулятора ионы преодолевают сепараторный барьер по пути к электроду. Для качественной работы дополнительно используется разделительный сепаратор (обычно бумажный). Этот элемент необходим для воспрепятствования перемещению ионов в произвольном порядке.
В современных литий-ионных батареях в состав катодов и анодов вводятся дополнительные элементы. Поэтому в аббревиатуре названий упоминаются вещества, участвующие в реакции химического разложения:
- LiCoO2 – литий-кобальтовые аккумуляторы отличаются высокой удельной энергией, но имеют небольшую термическую стойкость;
- LiMn2O4, LMO – литий-марганцевые модели необходимы для мощных электроинструментов и транспортных средств. При работе литий-марганцевых аккумуляторов ток заряда существенно возрастает за счет образования трехмерных структур шпинели, улучшающей поток ионов. Но потенциал этих батарей ниже, чем у литий-кобальтовых;
- LiNiMnCoAlO2 или NCA – использование в одном аккумуляторе сразу никеля, марганца и кобальта в составе катода помогает повысить удельную мощность или энергию. За счет этого обеспечиваются оптимальные характеристики для разных режимов эксплуатации. Кроме того, снижение содержания кобальта уменьшает стоимость без потери в качестве;
- LiFePO4 – здесь для катода применяют фосфат. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы отличаются длительным сроком эксплуатации и повышенной безопасностью;
- Li4Ti5O12 – литий-титанатная батарея обладает повышенным ресурсом и способностью работать при температуре до -300С;
- Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly – в этих аккумуляторах в качестве электролита применяется полимер. Поэтому конструкции полимерных батарей могут быть любой формы.
Следующий вид – газовые аккумуляторы, основаны на использовании электрохимического потенциала газов. Во время работы прибора на электродах выделяется газ, который поглощается адсорбентом. Чаще всего для этого используется активированный уголь. Конструкция состоит из угольного электрода, адсорбента и проницаемой мембраны.
Обратимые топливные элементы представляют собой углеродистые нанотрубки с катализаторами, которые погружены в электролит. При заряде вода разлагается на водород и кислород, а при разрядке идет обратная реакция. В системах используется водород высокой степени очистки.
На рисунке показаны три проекции модели самодельного газового аккумулятора, где:
- емкость;
- электролит (в данном случае это дистиллированная вода с солью в пропорции 1 стакан воды/1 столовую ложку соли);
- стержни (подойдет стержень от батареек или карманного фонаря);
- мешочки;
- активированный уголь внутри мешков.
Один из выходов электродов маркируется для обозначения положительного заряда. Для зарядки используют источник питания в 4,5 В, зарядка ведется до достижения напряжения в 2,5 В.
Щелочной тип аккумуляторов (АКБ) использует в качестве анода цинк в порошкообразном состоянии, катода – диоксид марганца, электролита – гидроксид калия. Батареи данного вида представляют собой цилиндрический корпус, в середине которого находится латунный стержень. Этот стержень снимает отрицательный потенциал с цинкового порошка, пропитанного щелочным электролитом. Вся эта паста окружена сепаратором, также пропитанным электролитом. Дальше находится активная масса в виде графита или сажа. Масса смешана с диоксидом марганца. Затем идет оболочка, которая предохраняет батарею от короткого замыкания. Положительный вывод представляет собой стальной никелированный стакан, а отрицательный – стальную окружность. Важным преимуществом щелочных батарей является то, что при работе электролит практически не расходуется.
Следующий вид электрических аккумуляторов – это конденсаторы, которые обладают способностью быстро разряжаться и заряжаться. Эти элементы имеют постоянную или переменную емкость. Конденсаторы применяются для уменьшения перебоев в напряжении, выделении переменной или постоянной составляющей, а, значит, получения необходимых постоянных значений тока.
Механические аккумуляторы
Этот тип аккумуляторных батарей можно поделить на 3 большие группы:
- упругие, где увеличение потенциальной энергии происходит при упругой деформации;
- инерционные – работают на кинетической энергии;
- гравитационные – функционируют за счет потенциальной энергии взаимного положения тел.
К первой группе относят гидро,- и пневматические аккумуляторы, а также резинмоторы, пружинные аккумуляторы и аккумуляторы давления.
Инерционными являются маховики и гироскопы.
Гравитационные – это большие системы, например, гидроаккумуляторная электростанция.
Тепловые аккумуляторы
Несмотря на то, что эти аккумуляторы получили название тепловых, основными приборами здесь являются охлаждающие элементы для бытовых и переносных холодильников, а также приборы, используемые в холодовой цепи для перевозки медицинских препаратов, биологических тканей.
Принцип работы состоит в том, что основное вещество (обычно для этого берут карбоксиметилцеллюлозу) охлаждается до нужной температуры. Затем аккумулятор постепенно отдает накопленный холод окружающей среде и предметам.
Световые аккумуляторы
Так называют уже ставшие привычными солнечные батареи, в которых солнечная энергия преобразуется в постоянный электрический ток. Вид и принцип построения приборов зависит от требуемой мощности оборудования. Солнечные батареи необходимы для портативной электроники и создания систем энергоснабжения зданий.
Магнитные аккумуляторы
Эти устройства также называют спин-аккумуляторами, так как в работе используется туннельное магнитное соединение (ТМС). Конструкция состоит из чередующихся магнитных и немагнитных пленок, в которые встроены наномагниты MnAs. За счет этого чередования возникает ТМС, которое приводит к появлению электродвижущей силы. Таким образом, происходит квантовое туннелирование электронов, и магнитная энергия переходит в электрическую напрямую. Этот вид оборудования только начинает внедряться в производство, поэтому большинство спин-аккумуляторов являются отдельными лабораторными образцами либо выпускаются небольшими партиями.
Потребности в более мощных и специализированных устройствах для хранения и накопления энергии постоянно растут. Поэтому современное производство постоянно предлагает новые виды аккумуляторов и батарей.
Видео
В течении всего времени развития мобильных телефонов параллельно развивались и элементы питания, из которых наибольшее распространение получили 4 основных типа, достоинства и недостатки которых мы и рассмотрим в данной статье.
Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd)Первые никель-кадмиевые аккумуляторы появились еще в 1899 г, и со временем не получили большого распространения в виду множества недостатков, хотя у них и были высокие показатели долговечности и надежности при высоких и низких температурах, а также выдерживали большое количество циклов зарядки-разрядки.
Основными недостатками никель-кадмиевых аккумуляторов были токсичность кадмия, невысокая энергоемкость, высокая себестоимость производства, эффект памяти (когда при зарадке не полностью разряженного аккумулятора значительно падала его емкость, в результате новые аккумуляторы необходимо было несколько раз доводить до полной разрядки, после чего заряжать).
Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH)Еще один тип аккумуляторов на основе никеля, это никель-металлогидридные аккумуляторы, которые хороши тем, что у них низкая себестоимость производства и большая емкость. Обычно данный тип аккумулятора применялся в телефонах с большими размерами и весом, в основном, это дешевые мобильные телефоны с минимальным набором функций.
Минусом никель-металлогидридных аккумуляторов был эффект памяти, правда менее выраженный чем у никель-кадмиевых. Новые аккумуляторы также необходимо было несколько раз доводить до полной разрядки прежде чем заряжать.
Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion)В настоящее время литий-ионные аккумуляторы являются самыми популярными среди производителей мобильной техники, так как они компактны, обладают большой емкостью, низкий саморазряд, стабильно работают и не требуют обслуживания, а также у них нет эффекта памяти.
Из недостатков можно отметить более высокую себестоимость чем у никелевых аккумуляторов, не рекомендуется использовать при температурах ниже 20 градусов, так как может возникнуть риск выброса электролита, также не рекомендуется долгое время держать в полностью разряженном состоянии, что может плохо сказаться на сроке службы. Подвержен процессу старения независимо от того используется он или нет. Но, несмотря на наличие указанных недостатков, данный тип аккумуляторов всетаки остается основным для мобильных телефонов.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-Pol)Особенностью конструкции литий-полимерных аккумуляторов является применение солей лития с специальным полимерным электролитом, что позволяет изготавливать различные по форме аккумуляторы. Данная особенность является основным преимуществом литий-полимерных источников питания, позволяет создавать тонкие, пластичные аккумуляторы разнообразных геометрических форм.
Литий-полимерные аккумуляторы обладают примерно такой же энергоемкостью, немного дешевле литий-ионных, и способны прослужить относительно большое число циклов перезарядки. Недостатки у литий-полимерных элементов питания практически такие же, что и у литий-ионных: плохо работают при низких температурах, опасность глубокого разряда или перезарядки, поэтому и в литий-ионных и в литий-полимерных аккумуляторах используется контроллер напряжения, который не допускает глубокого разряда или перезарядки аккумулятора.
Сводная таблица основных характеристик аккумуляторов
| Характеристики | Ni-Cd | Ni-MH | Li-Ion | Li-Pol |
| Энергоёмкость, Вт*ч/кг | 40-60 | 30-80 | 100-250 | 130-250 |
| Напряжение, Вольт | 1.2 | 1.2 | 3.6 | 3.6 |
| Саморазряд за месяц | 10% | 30% | ~5% | 2-5% |
| Макс. число циклов заряд/разряд | ~2000 | 500-1000 | 1000-1200 | 1000-1200 |
| Рабочая температура | -40...60 | -20...60 | -20...50 | -20...50 |
| Устойчивость к перезаряду | Средняя | Низкая | Очень низкая | Очень низкая |
| Эффект памяти | Есть | Есть | Нет | Нет |
Итак, мы рассмотрели основные типы аккумуляторов используемых в мобильной технике. Выяснили что никеливые аккумуляторы уже почти история, а в настоящее время распространены более прогрессивные литиевые аккумуляторы. Таким образом, если Вы выбираете себе телефон с максимальным временем работы между подзарадками, то обращать внимание нужно не только на характеристику емкость (мАч), которая несомненно является важной, но и на такие характеристики как время работы в режиме разговора и режиме ожидания , но при этом нужно учитывать, что эти параметры несколько завышены, так как производители указывают эти параметры при условии использования с минимальной нагрузкой. Также на длительность работы телефона влияют и характеристики самого телефона - тип экрана, различные подсветки, и т.д. Поэтому при выборе телефона с длительным временем работы в автономном режиме, следует учитывать не только характеристики аккумулятора, но и самого телефона.
Средний срок службы автомобильного аккумулятора принято считать равным 5 годам. Конечно, это зависит от множества факторов, и в первую очередь от самого владельца автомобиля. Но рано или поздно менять придется любой, и здесь разнообразие предложений в магазинах может вогнать в ступор. Стоит попробовать разобраться, что же сейчас может нам предложить промышленность в выборе аккумулятора.
Типы аккумуляторов (АКБ)
Схема свинцово-кислотного аккумулятора
Устройство свинцово-кислотного аккумулятора просто: в каждой его ячейке две пластины из свинца находятся в растворе серной кислоты. Такой имеет много достоинств: дешев в изготовлении, способен отдавать большой ток в импульсном режиме, что при запуске двигателя является критичным фактором, способен переносить значительные перепады температуры. Именно поэтому до сих пор в автомобилестроении этот тип АКБ доминирует.
Однако минусы у классического свинцово-кислотного аккумулятора не менее серьезны.
- Во-первых, это значительное газообразование, особенно при перезарядке, что не позволяет делать батареи этого типа герметичными: при перевороте неизбежен пролив едкого электролита, его капли может выносить и водород, сам по себе взрывоопасный. Частично эта проблема решается сложными лабиринтными уплотнениями в так называемых «необслуживаемых» аккумуляторах.
- Далее, эти аккумуляторы крайне тяжело переносят : пластины покрываются кристаллами сульфата свинца, их активная площадь снижается, а выпадающие в осадок кристаллы вновь освобождают свинец для реакции с кислотой – пластины необратимо разрушаются.
- И, наконец, образование водорода во время зарядки вынуждает регулярно доливать в АКБ дистиллированную воду, поэтому важно знать .
Видео: Необслуживаемый аккумулятор VARTA переделываем в обслуживаемый
2. Необслуживаемые аккумуляторы
В необслуживаемых АКБ применяется модифицированный состав пластин – добавление кальция позволяет снизить выделение водорода до минимума, и доливки воды «кальциевые» аккумуляторы в процессе эксплуатации не требуют. Но, в отличие от классических батарей, они стали чувствительными к перезаряду: в «прокипевший» обычный аккумулятор можно долить воду, но владельцы необслуживаемых батарей этой возможности лишены. Кроме того, во многих батареях этого типа снижен объем пластин, из-за чего страдает ресурс.
Предпочтителен выбор не «чисто кальциевых» (Ca/Ca), а «гибридных» батарей (Ca+), где положительные электроды изготавливаются из сурьмянистого свинца и имеют увеличенную толщину – такие батареи заметно дольше не теряют свою емкость.
3. AGM-аккумуляторы
Борьба с разрушением пластин при глубоком разряде привела к появлению AGM-аккумуляторов: у них пространство между пластинами заполнено сорбентом, пропитанным электролитом. Естественно, «осыпаться» пластины AGM-аккумулятора уже не могут, такие батареи гораздо лучше обычных переносят удары и вибрации. Отсутствие риска осыпания позволяет делать пластины пористыми, а увеличенная площадь контакта с электролитом – это рост емкости и стартерного тока. Но риск повреждения при перезаряде здесь еще выше.
4. Гелевый аккумулятор
Предел развития технологии AGM – это , в которых сам электролит загущен соединениями кремния. Их главное достоинство – это возможность отдачи огромных токов в импульсном режиме и нечувствительность к глубокому разряду, но расплачиваться за это приходится наиболее высокой ценой. Такие батареи обычно применяются при тюнинге: как тяговые для лебедок, для питания мощных аудиосистем, благодаря небольшому весу при достаточной емкости устанавливаются на спортивные автомобили и мотоциклы.
Итак, какой же аккумулятор тогда выбрать? Ответ прост: владельцу старого автомобиля, где вполне вероятны неполадки генератора, повышенный разряд батареи штатной электрикой, лучше всего подойдет классический аккумулятор – он перенесет перезаряд из-за отказа реле-регулятора, может подзаряжаться от самого примитивного зарядного устройства и после глубокого разряда «реанимироваться» мощными импульсами тока.
При регулярном обслуживании он превзойдет по ресурсу необслуживаемый кальциевый, который гораздо лучше подойдет новому автомобилю. Рассматривать приобретение AGM-аккумулятора стоит тогда, когда каждый ампер-час емкости и ампер стартерного тока имеют значение, например, на автомобилях Infiniti, где моторы объемом в несколько литров запускаются компактными батареями.
Гелевый же аккумулятор – это дорогостоящее приобретение, которое будет оправдано только в тех случаях, когда действительно нужна экономия веса или получение максимальной токоотдачи.
Видео: 10 ЛУЧШИХ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ АВТО
Токоотдача
Для грубого сравнения двух батарей удобно оперировать током холодной прокрутки, обычно отображаемым согласно стандарту EN: это число определяет ток, который аккумулятор отдает при охлаждении до -18˚С с максимальным снижением напряжения до 7,5В на 10 секунде. Однако для реальной зимней эксплуатации важнее понятие резервной емкости : времени, которое АКБ может отдавать ток фиксированной величины. Эти характеристики часто полярны: аккумулятор, способный отдать большой ток в одном импульсе, быстро высаживается под постоянной нагрузкой, в то же время батарея с меньшей импульсной токоотдачей с меньшей вероятностью «умрет» от включенного зажигания в промежутке между прокрутками стартера.
Рейтинг аккумуляторов
Из наиболее распространенных в продаже батарей попробуем выбрать наиболее лучшие модели 2016 года. Для адекватности сравнения выберем батареи наиболее популярной емкости – 65 ампер-часов.
Классические свинцово-кислотные аккумуляторы
Регулярный победитель тестов различных автомобильных изданий не может похвастаться сверхсовременными технологиями, но ему это только на пользу: толстые пластины гарантируют хороший ресурс, батарея демонстрирует отличную токоотдачу на морозе – а покупателям, выбирающим бюджетный аккумулятор, эти параметры наиболее важны. Кстати, приблизительно оценить ресурс батареи можно простым взвешиванием: легковесные тонкие пластины гораздо чувствительнее к сульфатации и воздействию вибраций. «Тюмень», весящая почти 17 килограммов, может поспорить с именитыми брендами, которые свинец явно экономят.
Минусы аккумулятора нельзя назвать критичными: неудобная ручка (для его веса даже кажущаяся излишне хлипкой), отсутствие «глазка» ареометра – но, с другой стороны, здесь можно элементарно, открутив пробки.
Еще одна отечественная батарея по цене дороже, чем «Тюмень Премиум», хотя по заявленному стартерному току слабее (540 А против 590). Однако вес у нее даже больше 17 килограммов, что является хорошей заявкой на длительный ресурс – и по отзывам владельцев батарея действительно выдерживает несколько лет работы без значительных отклонений емкости или тока холодной прокрутки.
Из недостатков стоит отметить отсутствие центральной вентиляции: каждая банка аккумулятора «дышит» через свое вентиляционное отверстие в пробке, загрязнение может привести к вздутию или даже «отстрелу» пробки во время заряда большим током – например, после прикуривания автомобиля зимой. Стоит следить за чистотой батареи.
Необслуживаемые кальциевые батареи
По соотношению цены к качеству эти батареи не первый год удерживают уверенные лидерские позиции. При их производстве только отрицательные электроды легируются кальцием, в то время как положительные изготавливаются из классического сурьмянистого сплава. Это, в свою очередь, гарантирует аккумуляторы отличный ресурс даже при частых глубоких разрядах, что подтверждает и практика.
Для жителей северных регионов особенно актуальным будет стойкость аккумулятора к морозу – заявленный ток холодной прокрутки он может отдавать достаточно долго, чтобы уверенно запустить исправный двигатель.
Турецкий производитель в тестах чаще всего оказывается стабильным «середнячком» — не показывая лидерских результатов ни по стартерному току, ни по резервной емкости на морозе, он может демонстрировать достойное уважения постоянство характеристик независимо от партии или года выпуска. Для серии Calcium Silver это утверждение более чем справедливо – покупка этого АКБ гарантирует уверенность в его работоспособности на несколько лет без необходимости в каком-либо обслуживании. Добавим к этому и достаточно бюджетную цену. По массе свинца Mutlu, кстати, превосходит Varta почти на полкилограмма.
Аккумуляторы AGM
Эта линейка аккумуляторов разрабатывалась специально для автомобилей с системой «старт-стоп», где батареям приходится часто отдавать импульсные токи большой величины и быстро восполнять заряд. Поэтому неудивительно, что и на обычных автомобилях в режиме коротких поездок по городу она демонстрирует отличную работоспособность.
Зимние испытания аккумулятор проходит уверенно: здесь расчет на быструю и частую токоотдачу тоже работает «на руку»: хотя при длительной прокрутке обороты стартера и падают, но после небольшой паузы Varta способна крутить двигатель бодрее многих аналогов из своей ценовой категории. Даже если вспомнить о добавочном весе наполнителя, на весах аккумулятор тоже выглядит солидно – 17,6 кг: технологии технологиями, а без достаточных размеров и толщины пластин добиться таких характеристик не вышло бы (а заявленный стартерный ток в 680 А для АКБ емкостью 60 А*ч – это рекордный показатель).
Главный недостаток этого аккумулятора – цена, которая многих покупателей отпугнет. Тем не менее, по своим характеристикам он заслуживает внимания, и в первую очередь – по резервной емкости зимой: для автомобилей с большим объемом двигателя, и особенно дизельных. Заявленный ток холодной прокрутки здесь – 640 А, и АКБ уверенно выполняет обещания производителя. По весу батарея не проигрывает Varta, также являясь одной из самых тяжеловесных в своем классе.
