Наши партнеры ArtmMisto
Пристрій (в кількох словах), переваги і недоліки. Свинцево-кислотні, нікель-кадмієві, нікель-металогідридні і літій-іонні батареї.
Акумуляторна техніка непомітно і міцно увійшла в наше життя. Радіотелефони, мобільні телефони, акумуляторної батареї, фотоапарати, різноманітні іграшки ... Якби все це отримувало електроенергію тільки від звичайних кислотних або лужних батарейок, то на батарейки витрачалася б істотна частка бюджету кожної російської сім'ї. Тому часто ловиш себе на такій думці: а як же ми взагалі раніше жили без побутових акумуляторів?
Акумулятори - це електрохімічні апарати, здатні накопичувати і віддавати електроенергію. Однак за таким простим визначенням криється велика різноманітність конструкцій і принципів роботи різних акумуляторів. Еволюція і технічний прогрес торкнулися їх в повній мірі і сьогодні в промисловості існують акумуляторні батареї, здатні працювати з максимальною потужністю буквально роками без будь-якої підзарядки.
Однак пересічному обивателю добре знайомі лише кілька типів акумуляторних батарей. Зупинимося на них докладніше.
У системах бортового електроживлення наших автомобілів застосовуються стартерні свинцево-кислотні акумулятори. Сучасні акумулятори цієї групи не вимагають обслуговування. Електролітом в них є розчин сірчаної кислоти, а діючими реагентами - оксид свинцю і власне свинець. При розряді реагенти відновлюються на анод і катод до сульфату свинцю, а через електроліт проходить електричний струм. При заряді відбувається зворотна хімічна реакція, і струм проходить у зворотному напрямку.
Стартерний автомобільні акумулятори називаються, тому що від них вимагається готовність віддавати великий початковий струм навіть в самих екстремальних умовах, наприклад, при температурі навколишнього повітря -30 градусів Цельсія або нижче.
Стартерні акумулятори та свинцево-кислотні акумулятори взагалі відрізняються повною відсутністю «ефекту пам'яті». Це означає, що їм абсолютно все одно, з якою частотою і до якої міри вони заряджаються, їх ємність від нерівномірної і неповної зарядки не знижується.
До того ж свинцево-кислотні акумуляторні батареї в мінімальному ступені схильні до саморазряду, мають відносно невелику вартість і здатні витримувати до однієї тисячі циклів зарядки.
Але разом з тим, у акумуляторів є і недоліки. Наприклад, ємність свинцевого акумулятора, віднесена до одиниці його обсягу і маси, невелика. Тому свинцевий акумулятор ніяк не назвеш компактним і легким. Іншим недоліком цього типу акумуляторних батарей є боязнь глибоких розрядів. Оптимальним для стартерного акумулятора буде розряд не більше ніж на половину ємності.
У побутовій та загально компактної техніці до недавнього часу абсолютне лідерство за поширеністю утримували нікель-кадмієві акумуляторні батареї (Ni-Cd). Це лужні батареї, в них використовується гідроксид калію в якості електроліту. А діючими речовинами в них є кадмій і гідроксид нікелю (звідси і назва).
Унікальні нікель-кадмієві батареї своїм ставленням до глибокого розряду. Він їм «до вподоби» і благотворно впливає на ємність і кількість можливих циклів перезарядження. Взагалі, нікель-кадмієвий акумулятор хороший тим, що на протязі всього циклу розряду здатний працювати з постійною потужністю, видаючи один і той же струм.
Як і свинцеві акумулятори, батареї з нікелем і кадмієм здатні витримувати перепади температури і готові до великої кількості циклів перезарядження.
Вартість нікель-кадмієвих батарей трохи вище, ніж вартість батарей свинцевих, проте не можна сказати, що перші особливо дороги.
Головним же недоліком нікель-кадмієвих акумуляторів є яскраво виражений «ефект пам'яті». Тому такі акумулятори дуже шкідливо постійно тримати «на зарядці» і розряджати не до кінця. Ще не слід забувати, що кадмій - це отрута, через якого при утилізації нікель-кадмієвих батарей можуть бути деякі складності.
Щоб вирішити проблему токсичності кадмію і домогтися більш високих експлуатаційних характеристик, в кінці 80-х років минулого століття були розроблені нікель-металогідридні акумуляторні батареї (Ni-Mh). Відмінність цих батарей від нікель-кадмієвих полягає в тому, що катод їх містить в собі абсорбований водень (інтерметаліди). Нікель-металогідридні акумулятори менше схильні до «ефекту пам'яті», мають більш високу питому ємність.
Але разом з тим у цих батарей більш висока вартість в порівнянні з кадмієвими, вони здатні витримати меншу кількість циклів заряду-розряду і нездатні віддавати великі струми протягом тривалого часу. Через цих недоліків металлогидрідниє батареї так і не змогли скласти повноцінну конкуренцію кадмієвих акумуляторів.
Одним з найбільш передових і, в той же самий час, популярних типів батарей є літієво-іонні акумулятори . На їхньому боці і малу вагу, і великий ресурс, і відсутність «ефекту пам'яті» і саморозряду.
Пристрій літієво-іонних батарей досить складне: катод виконується з графіту, а анод - з кобальту або марганцю. Оксид літію під час роботи акумулятора поперемінно знаходиться то на позитивному, то на негативному електроді.
До недоліків літієво-іонних акумуляторів можна віднести, перш за все, високу їх вартість. Додати до цього можна і малий діапазон робочих температур. Однак ці недоліки не можна вважати істотними, і виробництво літієво-іонних батарей безперервно набирає обертів. Тим більше, що більш сучасні типи батарей, такі як літій-полімерні, поки не набули широкого поширення.
Детальніше про найбільш сучасні види акумуляторних батарей дивіться тут:
Літій-іонні акумулятори
гелеві акумулятори
Перспективні технології:
алюмінієві акумулятори
вуглецеві акумулятори
графенові акумулятори
Олександр Молоков
