електричний акумулятор

1. Свинцево-кислотний акумулятор [ правити | правити код ]
2. Літій-іонний акумулятор [ правити | правити код ]
3. Ємність аккумулятору [ правити | правити код ]
4. Щільність енергії [ правити | правити код ]
5. саморозряд [ правити | правити код ]
6. Температурний режим [ правити | правити код ]
7. Тип акумулятора [ правити | правити код ]
8. Форм-фактори [ правити | правити код ]
9. Методи заряду акумуляторів [ правити | правити код ]

Наши партнеры ArtmMisto

Електричний акумулятор - хімічне джерело струму, джерело ЕРС багаторазового дії, основна специфіка якого полягає в оборотності внутрішніх хімічних процесів, що забезпечує його багаторазове циклічне використання (через заряд-розряд) для накопичення енергії та автономного електроживлення різних електротехнічних пристроїв і обладнання, а також для забезпечення резервних джерел енергії в медицині, виробництві, транспорті і в інших сферах.

Термін «акумулятор» використовується для позначення окремого елемента: наприклад, акумулятор, акумуляторна банку, акумуляторна осередок. Але, розмовної мови на побутовому рівні може також застосовуватися щодо кількох окремих елементів, з'єднаних послідовно (для збільшення напруги) або паралельно (для збільшення сили струму) один з одним, тобто для позначення акумуляторної батареї .

Перший прообраз акумулятора, який, на відміну від батареї Алессандро Вольти , Можна було багаторазово заряджати, був створений в 1803 році Іоганном Вільгельмом Ріттером . Його акумуляторна батарея представляла собою стовп з п'ятдесяти мідних кружечків, між якими було прокладено вологе сукно. Після пропускання через даний пристрій струму від вольтова стовпа воно саме починало вести себе як джерело електрики [1] .

Принцип дії акумулятора заснований на оборотності хімічної реакції. Працездатність акумулятора може бути відновлена ​​шляхом заряду, тобто пропусканням електричного струму в напрямку, протилежному напрямку струму при розряді. Кілька акумуляторів, об'єднаних в одну електричну ланцюг, складають акумуляторну батарею.

Свинцево-кислотний акумулятор [ правити | правити код ]

Принцип роботи свинцево-кислотних акумуляторів заснований на електрохімічних реакціях свинцю і діоксиду свинцю в розчині сірчаної кислоти.

Хімічна реакція (зліва направо - розряд, справа наліво - заряд):

P b + S O 4 2 - - 2 e - ⇆ P b S O 4 {\ displaystyle Pb + SO_ {4} ^ {2 -} - 2e ^ {-} \ leftrightarrows PbSO_ {4}} P b O 2 + SO 4 2 - + 4 H + + 2 e - ⇆ P b SO 4 + 2 H 2 O {\ displaystyle PbO_ {2} + SO_ {4} ^ {2 -} + 4H ^ {+} + 2e ^ {-} \ leftrightarrows PbSO_ {4} + 2H_ {2} O}

Літій-іонний акумулятор [ правити | правити код ]

Літій-іонний акумулятор складається з електродів (катодного матеріалу на алюмінієвій фользі і анодного матеріалу на мідній фользі), розділених просоченими електролітом пористими сепараторами. Переносником заряду в літій-іонному акумуляторі є позитивно заряджений іон літію, який впроваджується ( інтеркаліруется ) В кристалічну решітку інших матеріалів (наприклад, в графіт, оксиди і солі металів) з утворенням хімічного зв'язку (наприклад: в графіт з утворенням LiC6, оксиди (LiMO2) і солі (LiMRON) металу).

Алюміній-іонний акумулятор складається з металевого алюмінієвого анода, катода з графіту у вигляді піни і рідкого іонного незаймистого електроліту. Батарея працює за принципом електрохімічного осадження: відбувається розчинення алюмінію на аноді, далі в середовищі рідкого електроліту аніони хлоралюміната інтеркаліруют в графіт. Кількість можливих перезаряджень батареї - понад 7,5 тис. Циклів без втрати потужності [2] [3] .

Ємність аккумулятору [ правити | правити код ]

За ємність акумулятора найчастіше приймають кількість електрики рівне 1 Кл, при силі струму 1 А протягом 1 с, (при перекладі часу в годинник отримуємо 1 А * ч = 3600 Кл). Однак приймають, а не вимірюють. Існує поширена помилка, що ємність акумулятора вимірюється в А * год, це не зовсім так, т. К. В 1 А * з = 1 Кл або 1 А * ч = 3600 Кл вимірюється кількість електрики або електричний заряд; за формулою Q = I * t, де Q-кількість електрики або електричний заряд, I - сила струму, t - час протікання електричного струму. Наприклад, позначення «12 В на 55 А * год» означає, що акумулятор видає кількість електрики 198 Ккл (кіло Кулон) за будь-яким контуру, при струмі розряду 55 А за 1 год (3600 с) до порогового напруги 10,8 В . Розрахунок показує, що при струмі розряду в 255 А акумулятор розрядиться за 12,9 хвилин. Як видно 55 А * год - це не ємність (електрична ємність вимірюється в Фарадах, 1 Ф = 1 Кл / В). Тому на акумуляторі написано кількість електрики Q, яке він видає при певному струмі розряду і певному часу його проходження. [ Джерело не вказано 821 день ]

Щільність енергії [ правити | правити код ]

Щільність енергії - кількість енергії на одиницю об'єму або одиницю ваги акумулятора (див. Ст. щільність енергії ).

саморозряд [ правити | правити код ]

Саморозряд - це втрата акумулятором заряду після повної зарядки при відсутності навантаження. Саморозряд проявляється по-різному у різних типів акумуляторів, але завжди максимальний в перші години після заряду, а після - сповільнюється.

Для Ni-Cd акумуляторів вважають допустимим не більше 10% саморазряда за перші 24 години після проведення зарядки. Для Ni-MH саморазряд трохи менше. У Li-ion він дуже малий і значно себе проявляє тільки протягом декількох місяців.

У свинцево-кислотних герметичних акумуляторах саморазряд становить близько 40% за 1 рік зберігання при 20 ° С, 15% - при 5 ° С. Якщо температури зберігання вищі, то саморазряд зростає: батареї при 40 ° С втрачають ємності 40% всього за 4-5 місяців.

Температурний режим [ правити | правити код ]

Слід берегти акумулятори від вогню і води, надмірного нагрівання і охолоджування, різких перепадів температур.

Не слід використовувати акумулятори при температурах вище + 50 ° С і нижче -25 ° С. При експлуатації акумулятора в умовах «холодної зими» рекомендується його знімати і зберігати в теплому приміщенні. Порушення температурного режиму може привести до скорочення терміну служби або втрати працездатності.

Тип акумулятора [ правити | правити код ]

Тип акумулятора визначається використовуваними матеріалами. Розрізняють такі:

• Cn-Po - Графен-полімерний акумулятор.
• La-Ft - лантан-фторідний акумулятор
• Li-Ion - літій-іонний акумулятор (3,2-4,2 V), загальне позначення для всіх літієвих акумуляторів
  • Li-Co - літій-кобальтові акумулятор , (3,6 V), на базі LiCoO2, технологія в процесі освоєння
  • Li-Po - літій-полімерний акумулятор (3,7 V), полімер в якості електроліту
  • Li-Ft - літій-фторової акумулятор
  • Li-Mn - літій-марганцевий акумулятор (3,6 V) на базі LiMn2O4
  • LiFeS - літій-залізно-сульфідні акумулятор (1,35 V) [ Джерело не вказано 420 днів ]
  • LiFeP або LFP - Літій-залізно-фосфатний акумулятор (3,3 V) на базі LiFePO4
    • LiFeYPO4 - літій-залізо-ітрій-фосфатний (Добавка ітрію для поліпшення властивостей)
  • Li-Ti - літій-тітанатний акумулятор (3,2 V) на базі Li4Ti5О12
  • Li-Cl - літій-хлорний акумулятор (3,99 V)
  • Li-S - літій-сірчаний акумулятор (2,2 V)
  • LMPo - літій-метал-полімерний акумулятор
• Fe-air - залізо-повітряний акумулятор
• Na / NiCl - нікель-сольовий акумулятор (2,58 V)
• Na-S - натрій-сірчаний акумулятор , (2 V), високотемпературний акумулятор
• Ni-Cd - нікель-кадмієвий акумулятор (1,2 V)
• Ni-Fe - залізо-нікелевий акумулятор (1,2-1,9 V)
• Ni-H2 - нікель-водневий акумулятор (1,5 V)
• Ni-MH - нікель-метал-гідридний акумулятор (1,2 V)
• Ni-Zn - нікель-цинковий акумулятор (1,65 V)
• Pb - свинцево-кислотний акумулятор (2 V)
• Pb-H - свинцево-водневий акумулятор
• Ag-Zn - срібно-цинковий акумулятор (1,85 V)
• Ag-Cd - срібно-кадмієвий акумулятор (1,6 V)
• Zn-Br - цинк-бромний акумулятор (1,8 V)
• Zn-air - цинк-повітряний акумулятор
• Zn-Cl - цинк-хлорний акумулятор
• RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) - перезаряджається різновид марганцево-цинкового лужного гальванічного елемента (1,5 V) [ Джерело не вказано 748 днів ]
• Ванадієвий акумулятор (1,41 V) [ Джерело не вказано 748 днів ]
• Алюмінієво-графітний акумулятор (2 V) [ Джерело не вказано 748 днів ]
• Алюмінієво-іонний акумулятор (2 V) [4]

Електричні та експлуатаційні характеристики акумулятора залежать від матеріалу електродів і складу електроліту. Зараз найбільш поширені такі акумулятори:

Тип ЕРС (В) Область застосування свинцево-кислотні

Pb

2,1 тролейбуси , трамваї , повітряні судна , автомобілі , мотоцикли , електронавантажувачі , штабелери , електротягачі , Аварійне електропостачання, джерела безперебійного живлення нікель-кадмієві

Ni-Cd

1,2 заміна стандартного гальванічного елемента , будівельні електроінструменти , тролейбуси , повітряні судна нікель-метал-гидридні

Ni-MH

1,2 заміна стандартного гальванічного елемента , електромобілі літій-іонні

Li-ion

3,7 мобільні пристрої, будівельні електроінструменти, електромобілі літій-полімерні

Li-pol

3,7 мобільні пристрої, електромобілі нікель-цинкові

Ni-Zn

1,6 заміна стандартного гальванічного елемента

Форм-фактори [ правити | правити код ]

Зовнішній акумулятор [ правити | правити код ]

Зовнішній акумулятор (акумуляторна батарея) ( англ. power bank) - пристрій для багаторазового підзарядки мобільного пристрою ( телефону , Смартфона, планшетного комп'ютера) при відсутності джерела змінного струму (електромережі).

Причиною появи цих пристроїв стало те, що при активному використанні сучасних смартфонів і планшетів заряду їх акумуляторів вистачає на порівняно короткий час - півдня чи день. Для їх зарядки в польових умовах і були розроблені портативні акумулятори [5] [6] . Типовий вага таких пристроїв - від декількох сотень грам, ємність від декількох тисяч мА * ч до 10-20 А * ч [7] . З їх допомогою можна зарядити телефон 2-3 рази. Найчастіше вони надають для підключення порт USB. Деякі з них мають роз'єми або перехідники для популярних роз'ємів мобільних телефонів. Зовнішні акумулятори великих ємностей можуть мати перехідники для зарядки ноутбуків. Іноді на зовнішніх акумуляторах є індикатор заряду або вбудований світлодіодний ліхтарик .

У більшості випадків можливість систематичного використання акумуляторів є тільки в портативних пристроях радіозв'язку та іншої цифрової техніки, де використовуються літій-іонні акумулятори і система контролю заряду-розряду вбудована в пристрій. У бюджетному сегменті «прості» нікель-метал-гидридні і нікель-кадмієві акумулятори використовуються в якості бюджетної заміни лужних елементів живлення (батарейок). Як джерело струму для бюджетного акумуляторного електроінструменту використовуються нікель-кадмієві акумулятори.

Якщо в першому випадку зазвичай є можливість вибирати між бюджетним пристроєм «стандартного» заряду і зарядним пристроєм з контролем заряду (крапельний заряд, імпульсний заряд, прискорений заряд з контролем напруги і т. Д.), То в другому випадку виріб комплектується, як правило, з трансформаторним джерелом живлення для зарядки постійним струмом, що при недотриманні технічних умов експлуатації акумулятора знижує термін його служби.

У міру вичерпання хімічної енергії напруга і струм падають, акумулятор перестає діяти. Зарядити акумулятор (батарею акумуляторів) можна від будь-якого джерела постійного струму з великим напруженням при обмеженні струму. Найбільш поширеним вважається зарядний струм (в амперах ), Пропорційний 1/10 умовної номінальної ємності акумулятора (в ампер⋅часах ).

Однак, грунтуючись на технічному описі, що постачається виробниками широко застосовуються електричних акумуляторів (NiMH, NiCd), можна зробити припущення про те, що даний режим заряду, звичайно іменований стандартним, розраховується виходячи з тривалості восьмигодинного робочого дня , Коли розряджений в кінці робочого дня акумулятор підключається до мережевого зарядного пристрою до початку нового робочого дня. Застосування такого режиму заряду для цих типів акумуляторів при систематичному використанні дозволяє дотримати якісно-вартісний баланс експлуатації виробу. Таким чином, з подачі виробника даний режим можна застосовувати тільки для нікель-кадмієвих та нікель-метал-гідридних акумуляторів.

Багато типів акумуляторів мають різні обмеження, які необхідно враховувати при зарядці і подальшої експлуатації, наприклад NiMH-акумулятори чутливі до перезаряду, літієві - до перерозряду, напрузі і температурі. NiCd- і NiMH-акумулятори мають так званий ефект пам'яті , Що полягає в зниженні ємності в разі, коли зарядка здійснюється при повному обсязі розрядженому акумуляторі. Також ці типи акумуляторів мають помітним саморазрядом, тобто вони поступово втрачають заряд, не будучи підключеними до навантаження. Для боротьби з цим ефектом може застосовуватися крапельна підзарядка .

Методи заряду акумуляторів [ правити | правити код ]

Для заряду акумуляторів застосовується кілька методів; як правило, метод заряду залежить від типу акумулятора [8] .

Повільний заряд постійним струмом

заряд постійним струмом , Пропорційним 0,1-0,2 умовної номінальної ємності Q, протягом приблизно 15-7 годин відповідно.

Найтриваліший і безпечний метод заряду. Підходить для більшості типів акумуляторів.

Швидкий заряд

Заряд постійним струмом, пропорційним 1/3 Q протягом приблизно 3-5 годин.

Прискорений або «дельта-V» заряд

Заряд з початковим струмом заряду, пропорційним величині умовної номінальної ємності акумулятора, при якому постійно вимірюється напруга акумулятора і заряд закінчується після того, як акумулятор повністю заряджений. Час заряду - приблизно годину-півтора. Можливий розігрів акумулятора і навіть його руйнування.

реверсивний заряд

Виконується чергуванням довгих імпульсів заряду з короткими імпульсами розряду. Реверсивний метод найбільш корисний для заряду NiCd і NiMH акумуляторів, для яких характерний т. Н. «Ефект пам'яті».