Popularne typy baterii

Urządzenie (w kilku słowach), zalety i wady. Akumulatory kwasowo-ołowiowe, niklowo-kadmowe, niklowo-wodorkowe i litowo-jonowe.

Technologia akumulatorowa cicho i mocno wkroczyła w nasze życie. Telefony bezprzewodowe, telefony komórkowe, elektronarzędzia bezprzewodowe, aparaty fotograficzne, różnorodne zabawki ... Gdyby wszystko to otrzymywało energię elektryczną tylko ze zwykłych baterii kwasowych lub alkalicznych, znaczna część budżetu każdej rosyjskiej rodziny byłaby wydatkowana na baterie. Dlatego często przyłapujesz się na myśleniu: jak sobie bez tego żyliśmy baterie domowe?

Baterie - Są to urządzenia elektrochemiczne zdolne do magazynowania i wydzielania energii elektrycznej. Jednak za taką prostą definicją kryje się szeroka gama wzorów i zasad działania różnych akumulatorów. Ewolucja i postęp technologiczny w pełni na nie wpłynęły, a dzisiaj są w przemyśle akumulatoryzdolny do pracy z maksymalną mocą dosłownie lat bez ładowania.

Jednak przeciętny laik zna tylko kilka rodzajów baterii. Zastanówmy się nad nimi bardziej szczegółowo.

W pokładowych układach zasilania naszych samochodów stosowane są startowe akumulatory kwasowo-ołowiowe. Nowoczesne akumulatory Ta grupa nie wymaga konserwacji. Elektrolit w nich jest roztworem kwasu siarkowego, a czynnymi odczynnikami są tlenek ołowiu i sam ołów. Podczas rozładowania odczynniki są redukowane na anodzie i katodzie do siarczanu ołowiu, a prąd elektryczny przepływa przez elektrolit. Podczas ładowania zachodzi odwrotna reakcja chemiczna, a prąd płynie w przeciwnym kierunku.

Akumulatory samochodowe nazywane są akumulatorami rozruchowymi, ponieważ muszą być gotowi zapewnić duży prąd początkowy nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach, na przykład w temperaturze otoczenia wynoszącej -30 stopni Celsjusza lub niższej.

Akumulatory rozruchowe i kwasowo-ołowiowe są zasadniczo całkowicie nieobecne „Efekt pamięci”. Oznacza to, że absolutnie nie dbają o to, z jaką częstotliwością i do jakiego stopnia są ładowani, ich pojemność z nierównomiernego i niepełnego ładowania nie zmniejsza się.

Ponadto akumulatory kwasowo-ołowiowe samorozładowują się w minimalnym stopniu, mają stosunkowo niski koszt i mogą wytrzymać do tysiąca cykli ładowania.

Ale jednocześnie akumulatory rozruchowe mają również wady. Na przykład pojemność akumulatora ołowiowego, w odniesieniu do jednostki jego objętości i masy, jest niewielka. Dlatego baterii ołowiowej nie można nazwać kompaktową i lekką. Kolejną wadą tego typu baterii jest obawa przed głębokimi rozładowaniami. Optymalne dla akumulatora rozruchowego będzie rozładowanie nie większe niż połowa pojemności.

W kompaktowych urządzeniach gospodarstwa domowego i ogólnie przemysłowych do niedawna utrzymano absolutne przywództwo w rozpowszechnieniu akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd). Są to baterie alkaliczne, wykorzystują wodorotlenek potasu jako elektrolit. A substancjami czynnymi w nich są kadm i wodorotlenek niklu (stąd nazwa).

Akumulatory niklowo-kadmowe są wyjątkowe pod względem podejścia do głębokiego rozładowania. „Podoba im się” i ma korzystny wpływ na pojemność i liczbę możliwych cykli ładowania. Ogólnie rzecz biorąc, bateria niklowo-kadmowa jest dobra, ponieważ może pracować ze stałą mocą przez cały cykl rozładowania, wytwarzając ten sam prąd.

Podobnie jak akumulatory ołowiowe, akumulatory niklowe i kadmowe mogą wytrzymać zmiany temperatury i są gotowe na dużą liczbę cykli ładowania.

Koszt akumulatorów niklowo-kadmowych jest nieco wyższy niż akumulatorów ołowiowych, ale nie można powiedzieć, że te pierwsze są szczególnie drogie.

Główną wadą akumulatorów niklowo-kadmowych jest wyraźny „efekt pamięci”. Dlatego takie baterie są bardzo szkodliwe, ponieważ stale „ładują się” i nie rozładowują się całkowicie. Nie należy zapominać, że kadm jest trucizną, z powodu której mogą wystąpić pewne trudności przy pozbywaniu się baterii niklowo-kadmowych.

Aby rozwiązać problem toksyczności kadmu i osiągnąć wyższą charakterystykę operacyjną, opracowano pod koniec lat 80. ubiegłego wieku akumulatory niklowo-wodorkowe (Ni-Mh). Różnica między tymi akumulatorami a akumulatorami niklowo-kadmowymi polega na tym, że ich katoda zawiera zaabsorbowany wodór (międzymetaliczny). Akumulatory niklowo-wodorkowe są mniej podatne na „efekt pamięci”, mają wyższą pojemność właściwą.

Ale jednocześnie akumulatory te mają wyższy koszt niż akumulatory kadmowe, są w stanie wytrzymać mniejszą liczbę cykli ładowania i rozładowania i nie są w stanie zapewnić dużych prądów przez długi czas. Z powodu tych niedociągnięć akumulatory wodorkowe nie konkurowały z akumulatorami kadmowymi.

Jednym z najbardziej zaawansowanych, a jednocześnie popularnych rodzajów baterii baterie litowo-jonowe. Po ich stronie są zarówno lekki, jak i duży zasób, a także brak „efektu pamięci” i samorozładowania.

Akumulator litowo-jonowy dość złożone: katoda jest wykonana z grafitu, a anoda z kobaltu lub manganu. Podczas pracy akumulatora tlenek litu naprzemiennie występuje na elektrodzie dodatniej lub ujemnej.

To wady akumulatorów litowo-jonowych można przypisać przede wszystkim ich wysokiemu kosztowi. Możesz dodać do tego mały zakres temperatur roboczych. Niedociągnięć tych nie można jednak uznać za znaczące, a produkcja akumulatorów litowo-jonowych stale nabiera tempa. Co więcej, bardziej nowoczesne typy akumulatorów, takie jak litowo-polimerowe, nie stały się jeszcze powszechne.

Przeczytaj więcej o najnowocześniejszych rodzajach baterii tutaj:

Baterie litowo-jonowe

Baterie żelowe

Obiecujące technologie:

Baterie aluminiowe

Baterie węglowe

Baterie grafenowe

Alexander Molokov

Comments

[#1]

W Ni-MH międzymetaliczny jest anodą, a nie katodą. Katoda z tlenkiem niklu.

[#3]

Urządzenie do bieżącej konserwacji (odsiarczania) obsługiwanych akumulatorów.

Akumulator stanął przed problemem zasiarczenia kilka lat temu, silnik wysokoprężny mojego samochodu zaczął stygnąć z zimna. Z naładowaną baterią rozrusznik obracał się, ale jakoś był powolny. Przejrzałem materiały Battery Factor (z ich niezrozumiałym oscylogramem), schemat Valravena (dobry pomysł, ale niepiśmienne rozwiązanie techniczne) itp. Inspirował mnie pomysł aktywacji procesu odsiarczania przez impulsy prądu o stromych krawędziach wiodących. Złożyłem prosty obwód na płycie chleba, ustawiłem go na akumulator na noc i rano uruchomiłem samochód bez problemów. T.O. Dotarłem do końca sezonu (nie jeżdżę zimą), pojechałem bezproblemowo wiosną i latem, a jesienią dostałem nową baterię, przedłużającą żywotność starego sześcioletniego. Doszedł do wniosków: 1- urządzenie jest skuteczne, ale słabe do leczenia; 2 - konieczne jest zapobieganie odsiarczaniu, borzh musi być wypity na czas. Rozłożyłem TD, aby powtórzyć urządzenie, o którym mówiłem, każdy może sprawić, że nie będzie leniwy, wszystkich elementów nie brakuje. Patrz

[#4 sikora]

Artykuł nie jest zły.Nic nie mówi się jednak o ołowiu VRLA AGM i akumulatorach żelowych, które są również dość często używane w życiu codziennym (na przykład w układach akumulatorów z falownikiem lub UPS dla kotłów ..)
Nawiasem mówiąc, niklowo-kadmowy jest obecnie 2-3 razy droższy niż ołów.

[#5 Anton]

Efekt pamięciowy jonu litowego

Naukowcy ze szwajcarskiego Instytutu Paula Scherrera wraz z kolegami z Toyota Research w Japonii stwierdzili, że powszechnie stosowany typ akumulatorów litowo-jonowych jest nadal podatny na negatywny „efekt pamięci”.

Jak wykazały badania, częste cykle niepełnego ładowania i późniejszego rozładowania prowadzą do pojawienia się oddzielnych „mikroefektów pamięci”, które następnie są sumowane. Dzieje się tak, ponieważ podstawą działania baterii jest uwalnianie i ponowne wychwytywanie jonów litu, których dynamika staje się daleka od optymalnej w przypadku niepełnego ładowania.

Podczas procesu ładowania jony litu pozostawiają po sobie cząstki żelazofosforanu litu, których wielkość wynosi kilkadziesiąt mikrometrów. Materiał katody zaczyna się rozdzielać na cząstki o różnej zawartości litu.

Ładowanie akumulatora występuje na tle rosnącego potencjału elektrochemicznego. W pewnym momencie osiąga wartość graniczną. Prowadzi to do przyspieszenia uwalniania pozostałych jonów litu z materiału katody, ale nie zmieniają już całkowitego napięcia akumulatora.

Jeśli nie jest w pełni naładowany, wówczas pewna liczba cząstek zbliżona do stanu granicznego pozostanie na katodzie. Praktycznie osiągnęli barierę uwalniania jonów litu, ale nie udało się jej pokonać.

Podczas rozładowywania wolne jony litu mają tendencję do powrotu na swoje miejsce i rekombinacji z jonami ferrofosforanu. Jednak na powierzchni katody spotykają je również cząstki w stanie granicznym, które już zawierają lit. Ponowne wychwytywanie jest utrudnione, a mikrostruktura elektrody jest zaburzona.

Obecnie badane są dwa sposoby rozwiązania problemu: wprowadzanie zmian w algorytmach systemu zarządzania baterią i opracowywanie katod o zwiększonej powierzchni.