Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Популярные типы аккумуляторных батарей
Количество просмотров: 33012
Комментарии к статье: 10


Популярные типы аккумуляторных батарей


Устройство (в нескольких словах), достоинства и недостатки. Свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литиево-ионные батареи.

Популярные типы аккумуляторных батарей Аккумуляторная техника незаметно и прочно вошла в нашу жизнь. Радиотелефоны, сотовые телефоны, аккумуляторный электроинструмент, фотоаппараты, разнообразные игрушки… Если бы все это получало электроэнергию только от обыкновенных кислотных или щелочных батареек, то на батарейки тратилась бы существенная доля бюджета каждой российской семьи. Поэтому часто ловишь себя на такой мысли: а как же мы вообще раньше жили без бытовых аккумуляторов?

Аккумуляторы – это электрохимические аппараты, способные накапливать и отдавать электроэнергию. Однако за таким простым определением кроется большое разнообразие конструкций и принципов работы различных аккумуляторов. Эволюция и технический прогресс коснулись их в полной мере и сегодня в промышленности существуют аккумуляторные батареи, способные работать с максимальной мощностью буквально годами безо всякой подзарядки.

Однако рядовому обывателю хорошо знакомы лишь несколько типов аккумуляторных батарей. Остановимся на них подробнее.

В системах бортового электропитания наших автомобилей применяются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы. Современные аккумуляторы этой группы не требуют обслуживания. Электролитом в них является раствор серной кислоты, а действующими реагентами – оксид свинца и собственно свинец. При разряде реагенты восстанавливаются на аноде и катоде до сульфата свинца, а через электролит проходит электрический ток. При заряде происходит обратная химическая реакция, и ток проходит в обратном направлении.

Стартерными автомобильные аккумуляторы называются, потому что от них требуется готовность отдавать большой начальный ток даже в самых экстремальных условиях, например, при температуре окружающего воздуха -30 градусов Цельсия или ниже.

Стартерные аккумуляторы и свинцово-кислотные аккумуляторы вообще отличаются полным отсутствием «эффекта памяти». Это означает, что им абсолютно все равно, с какой частотой и до какой степени они заряжаются, их емкость от неравномерной и неполной зарядки не снижается.

Вдобавок свинцово-кислотные аккумуляторные батареи в минимальной степени подвержены саморазряду, имеют относительно небольшую стоимость и способны выдерживать до одной тысячи циклов зарядки.

Но вместе с тем, у стартерных аккумуляторов есть и недостатки. Например, емкость свинцового аккумулятора, отнесенная к единице его объема и массы, невелика. Поэтому свинцовый аккумулятор никак не назовешь компактным и легким. Другим недостатком этого типа аккумуляторных батарей является боязнь глубоких разрядов. Оптимальным для стартерного аккумулятора будет разряд не более чем на половину емкости.

В бытовой и общепромышленной компактной технике до недавнего времени абсолютное лидерство по распространенности удерживали никель-кадмиевые аккумуляторные батареи (Ni-Cd). Это щелочные батареи, в них используется гидроксид калия в качестве электролита. А действующими веществами в них являются кадмий и гидроксид никеля (отсюда и название).

Ni-Cd - аккумулятор

Уникальны никель-кадмиевые батареи своим отношением к глубокому разряду. Он им «по нраву» и благотворно влияет на емкость и количество возможных циклов перезаряда. Вообще, никель-кадмиевый аккумулятор хорош тем, что на протяжении всего цикла разряда способен работать с постоянной мощностью, выдавая один и тот же ток.

Как и свинцовые аккумуляторы, батареи с никелем и кадмием способны выдерживать перепады температуры и готовы к большому количеству циклов перезаряда.

Стоимость никель-кадмиевых батарей несколько выше, чем стоимость батарей свинцовых, однако нельзя сказать, что первые особенно дороги.

Главным же недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является ярко выраженный «эффект памяти». Поэтому такие аккумуляторы очень вредно постоянно держать «на зарядке» и разряжать не до конца. Еще не следует забывать, что кадмий – это яд, из-за которого при утилизации никель-кадмиевых батарей могут быть некоторые сложности.

Чтобы решить проблему токсичности кадмия и добиться более высоких эксплуатационных характеристик, в конце 80-х годов прошлого века были разработаны никель-металлогидридные аккумуляторные батареи (Ni-Mh). Отличие этих батарей от никель-кадмиевых состоит в том, что катод их содержит в себе абсорбированный водород (интерметаллид). Никель-металлогидридные аккумуляторы меньше подвержены «эффекту памяти», имеют более высокую удельную емкость.

Ni-Mh аккумулятор

Но вместе с тем у этих батарей более высокая стоимость по сравнению с кадмиевыми, они способны выдержать меньшее количество циклов заряда-разряда и неспособны отдавать большие токи в течение длительного времени. Из-за этих недостатков металлогидридные батареи так и не смогли составить полноценную конкуренцию кадмиевым аккумуляторам.

Одним из самых передовых и, в то же самое время, популярных типов батарей являются литиево-ионные аккумуляторы. На их стороне и малый вес, и большой ресурс, и отсутствие «эффекта памяти» и саморазряда.

Устройство литиево-ионных батарей достаточно сложное: катод выполняется из графита, а анод – из кобальта или марганца. Оксид лития во время работы аккумулятора попеременно находится то на положительном, то на отрицательном электроде.

К недостаткам литиево-ионных аккумуляторов можно отнести, прежде всего, высокую их стоимость. Добавить к этому можно и малый диапазон рабочих температур. Однако эти недостатки нельзя считать существенными, и производство литиево-ионных батарей непрерывно набирает обороты. Тем более, что более современные типы батарей, такие как литиево-полимерные, пока не получили широкого распространения.

Подробнее про наиболее современные виды аккумуляторных батарей смотрите здесь:

Литий-ионные аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы

Перспективные технологии:

Алюминиевые аккумуляторы

Углеродные аккумуляторы

Графеновые аккумуляторы

Александр Молоков

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Современные аккумуляторные батарейки - достоинства и недостатки
  • Источники электропитания
  • Как определить время работы цифрового фотоаппарата от аккумуляторов
  • Про гелевые аккумуляторы и их правильное использование
  • Что такое эффект памяти аккумулятора
  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Свинцово-кислотный аккумулятор - устройство и принцип работы, разновидности
  • Как увеличить срок службы литий-ионных аккумуляторов
  • Аккумуляторы MNB Battery
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

      Комментарии:

    #1 написал: ddd |

    В Ni-MH интерметаллид - анод, а не катод. Катод из оксида никеля.

      Комментарии:

    #2 написал: восставший |

    Утилизация использованных никель-кадмиевых и никель – металлгидридных батареек-аккумуляторов пальчиковых. Передвижной пункт приёма любых типов старых батареек Ni-Cd и NiMH от 200 кг по Москве. Сбор аккумуляторов для сотовых телефонов, электроинструмента, ноутбуков… Мы платим деньги - 2 000 руб./200 кг. Тел.+74956614500; E-mail: info@company-acc.ru

      Комментарии:

    #3 написал: gken |

    Устройство для текущего содержания (десульфатации) эксплуатируемых АКБ.

    С проблемой сульфатации АКБ столкнулся несколько лет назад, с холодами дизель моего авто стал плохо заводиться. При заряженной АКБ стартер крутил, но как-то вяло. Просмотрел материалы Бэттери Фактор (с их маловразумительной осцилограммой), схему Вальравена (хорошая идея, но безграмотное техническое решение) и др. Проникся идеей активизации процесса десульфатации импульсами тока с крутыми передними фронтами. Собрал несложную схему на макете, установил ее на ночь на АКБ и утром без проблем завел машину. Т.о. я дотянул до конца сезона (зимой не езжу), без проблем ездил весну-лето и осенью приобрел новую АКБ, продлив жизнь старого шестилетнего на год. Пришел к выводам: 1- устройство эффективно, но слабо для лечения; 2- необходима профилактика десульфатации, боржом надо пить вовремя. Выкладываю ТД для повторения устройства о котором говорил, изготовить его может каждый не ленивый, все комплектующие не дефицит, их стоимость около 150 руб. Смотри

    http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=113804

      Комментарии:

    #4 написал: tit |

    Статейка неплохая. Ничего, правда, не сказано про свинцовые VRLA AGM и гелевые аккумуляторы, которые тоже довольно часто используются в быту (например, для инверторно-аккумуляторных систем, или ИБП для котлов..)
    И, кстати, никель-кадмиевые на данный момент раза в 2-3 дороже свинцовых.

      Комментарии:

    #5 написал: Антон |

    Эффект памяти литий иона

    Исследователи из швейцарского Института Пола Шеррера вместе с коллегами из Toyota Research в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».

    Как показало исследование, частые циклы неполной зарядки и последующего разряда приводят к возникновению отдельных «микроэффектов памяти», которые затем суммируются. Это происходит потому, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых становится далека от оптимальной в случае неполной зарядки.

    Во время процесса заряда ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития.

    Заряд батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарное напряжение батареи.

    Если она не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть.

    При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

    В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

      Комментарии:

    #6 написал: Дмитрий Коновалов |

    Никелевые батареи, используемые в крупномасштабных установках, быстро устаревают из-за своей высокой цены. Никель-кадмиевые батареи для применений, требующих высокой мгновенной мощности и надежности в широком диапазоне температур, выжили, но из-за токсичности кадмия они постепенно выводятся из эксплуатации, когда это возможно. Никель-металл-водородные батареи имеют небольшое преимущество в надежности по сравнению с обычными свинцово-кислотными аккумуляторными батареями. Однако они дороже. По этой причине и из-за растущей конкуренции со стороны литий-ионных систем никелевые батареи все меньше и меньше используются в системах хранения энергии.

      Комментарии:

    #7 написал: Олег |

    Никель-кадмиевые батареи лишены некоторых недостатков, присущих свинцовым аккумуляторам, таких как ядовитые испарения, коррозия, повреждения при избыточной зарядке, необходимость пополнения водой. Пластины никель-кадмиевой батареи изготовляются из гидроокиси никеля и из кадмия. Хотя вначале стоимость этих батарей была довольно значительной, затем они нашли широкое применение для работы в очень неблагоприятных условиях. Кроме того, никель-кадмиевые батареи имеют ряд дополнительных преимуществ: они не теряют зарядки при длительном хранении, не замерзают на холоде, заключены в прочный стальной кожух, а также обладают малым внутренним сопротивлением. 

      Комментарии:

    #8 написал: Сергей Сергеевич |

    Никель-металлогидридная батарея в первом десятилетии 21 века это был один из наиболее часто используемых типов батарей. По сравнению с аналогичным никель-кадмиевым аккумулятором он имеет примерно вдвое большую емкость. Основными причинами его большого расширения являются его значительная мощность и способность подавать относительно большой ток наряду с доступной ценой. Некоторым ограничением является его напряжение 1,2 В, что ниже напряжения обычных одноразовых батареек на 1,5 В, которыми можно заменить во многих случаях, но не всегда. Отрицательный электрод состоит из специального металлического сплава, образующего с водородом смесь гидридов неопределенного состава . Этот сплав обычно состоит из никеля, кобальта, марганца или алюминия и некоторых драгоценных металлов — лантана, церия, неодима, празеодима. Положительный электрод изготовлен из оксида никеля — NiO (OH), а электролит — водный раствор гидроксида калия. Недостатком этого аккумулятора является достаточно большой уровень саморазряда - около 15-30% в месяц при комнатной температуре. При более низких температурах саморазряд значительно снижается. Заявленный уровень саморазряда относится к классическим NiMH аккумуляторам большой емкости (2500 - 2700 мАч для АА и 1000 - 1200 мАч для ААА ). На практике сегодня широко используются аккумуляторы с меньшей емкостью (около 2000 мАч АА и 800 мАч у ААА), но с гораздо меньшим саморазрядом и гораздо большим сроком службы (фактически до 1000 циклов зарядки). При низких температурах (5°С и ниже) аккумуляторы начинают "блокироваться" (питание вроде бы не идет, а при нагреве возвращается). Тогда напряжение составляет всего 1,2 В, чего может быть недостаточно для некоторых электронных устройств.

      Комментарии:

    #9 написал: Роберт |

    В 1899 году Вальдемар Юнгнер из Швеции изобрел никель-кадмиевую (NiCd) батарею, используя кадмий в качестве положительного электрода (катода) и никель в качестве отрицательного электрода (анода). Однако высокая стоимость материала по сравнению со свинцом ограничивала его применение. Однако это не меняет того факта, что NiCd был единственным аккумулятором для портативных устройств. В 1990-х годах защитники окружающей среды в Европе были обеспокоены ущербом, причиняемым небрежной утилизацией NiCd. Директива по батареям 2006/66/EC в настоящее время ограничивает продажу никель-кадмиевых батарей в Европейском Союзе, за исключением конкретных промышленных применений, в которых они не могут быть заменены. Альтернативой является никель-металлогидридная (NiMH) батарея, которая более экологична и похожа на NiCd. Сегодня большая часть исследований сосредоточена на улучшении литиевых систем, которые Sony впервые представила на рынке в 1991 году. Помимо питания сотовых телефонов, ноутбуков, цифровых камер, электроинструментов и медицинских устройств, ионно-литиевые батареи также используются в электромобили и спутники. Этот аккумулятор имеет множество преимуществ, в том числе высокую удельную энергию, простоту зарядки, неприхотливость в обслуживании и экологичность.

      Комментарии:

    #10 написал: Алина |

    Никель-кадмиевый аккумулятор был усовершенствованием никель-железного аккумулятора и был разработан в 1932 году, но не получил широкого применения до 1960-х годов. Он состоит из положительного электрода из никелевой фольги и отрицательного из кадмия. Между электродами слой пористого пластика, пропитанный электролитом гидроксида калия. Эта сборка сворачивается и помещается в металлический или пластиковый контейнер. Наращивание фольги используется для получения большой площади поверхности. Аккумулятор NiCd обычно заряжается постоянным током. Стандартное зарядное устройство использует ток 0,1С, что означает 0,1-кратную емкость элемента (аккумулятор емкостью 1 Ач будет заряжаться примерно 0,1А). Обычное время зарядки составляет 14-16 часов. Быстрое зарядное устройство использует температуру от 0,5°C до 1,5°C, но этот тип зарядного устройства должен контролировать аккумулятор, чтобы предотвратить перезарядку. Так как температура батареи быстро растет, когда ячейка полностью заряжена, это обычно делается с помощью датчика температуры , который отключает зарядный ток, когда температура достигает 45°C. В режиме ожидания батарея постоянно заряжается при 0,05C. Этот тип используется для резервного питания цепей памяти и часов. NiCd элемент может обеспечивать до 100°C (100-кратная емкость) в течение коротких периодов времени, но постоянный разряд не должен превышать 10°C. NiCd элемент имеет саморазряд около 0,041%/ч. Аккумулятор NiCd является одним из наиболее часто используемых аккумуляторов, но поскольку он содержит высокотоксичный элемент кадмий , его заменяют аккумулятором NiMH.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.