Как выбрать аккумуляторные батарейки

Аккумуляторные батареи. Виды и устройство. Применение

АКБ или аккумуляторные батареи – это оборудование, которое состоит из нескольких аккумуляторов. Оно может накапливать, хранить и расходовать энергию. Благодаря обратимости химических процессов, происходящих внутри аккумулятора, такие устройства могут заряжаться и разряжаться многократно.

Сфера применения аккумуляторов весьма обширна. Они применяются в автомобилях и различной бытовой технике, например, в пультах ДУ и ноутбуках. Но также и в качестве резервных источников питания в медицинской сфере, производстве, космической отрасли, дата-центрах.

Виды и типы АКБ

Сегодня производят около 30 типов аккумуляторов. Такое большое количество обуславливается возможностью применять в качестве электродов и электролитов различные химические элементы. Именно от материала электрода и состава электролита зависят все характеристики аккумулятора.

Мы не будем приводить все типы, а лишь дадим небольшую таблицу с описанием наиболее распространенных:

Устройство

1 — Отрицательный электрод
2 — Разделительный слой
3 — Положительные электроды
4 — Отрицательный контакт
5 — Предохранительный клапан
6 — Положительные электроды
7 — Положительный контакт

Аккумуляторные батареи состоят из нескольких банок аккумуляторов, соединенных либо параллельно, либо последовательно. Последовательное соединение применяют в целях увеличения напряжения, а параллельное для увеличения силы тока.

Каждый из отдельно взятого аккумулятора в АКБ состоит из двух электродов и электролита, помещенных в корпус из специального материала.

Электрод с отрицательным зарядом – анод, с положительным зарядом – катод. Анод содержит восстановитель, катод – окислитель. Внутри корпуса аккумулятора стоит разделительная пластина, которая не позволяет электродам замыкаться.

Электролит – водный раствор, в который погружены оба электрода.

При разрядке аккумулятора восстановитель анода начинает окисляться и выделяются электроны. Электроны затем попадают в электролит и оттуда движутся к катоду, при этом создавая разрядный ток. Попадая в катод электроны восстанавливают его окислитель. Простыми словами можно описать процесс так: электроны идут от отрицательного электрода к положительному и создают разрядный ток.

При зарядке аккумулятора электроды меняются своим химическим составом и происходит обратная реакция. Электроны здесь двигаются от положительного анода к отрицательному катоду.

Особенности разных типов АКБ

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Разработан Гастоном Планте в 19 веке. Эти аккумуляторные батареи сегодня наиболее актуальны благодаря дешевизне и универсальности. Сфера их применения обширна ввиду большого количества разновидностей этого типа. В качестве отрицательно заряженных электродов здесь используется оксид свинца. Положительные электроды выполняются из свинца. Электролит – серная кислота.

У свинцовых-кислотных батарей есть следующие разновидности:

• LA – аккумуляторы с напряжением 6 или 12 Вольт. Традиционное устройство для осуществления запуска двигателей автомобилей. Требуют постоянного обслуживания и вентиляции.
• VRLA – напряжением 2, 4, 6 или 12 Вольт. Клапанно-регулируемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея. Как видно из названия этот АКБ укомплектован разгрузочным клапаном. Его роль – минимизировать выделение газа и расход воды. Такие батареи можно устанавливать в жилых помещениях.
• AGM VRLA – как и предыдущий тип оснащен клапаном, но имеет совсем другие свойства. В аккумуляторах, сделанных по технологии AGM роль сепаратора играет стекловолокно. Его микропоры пропитаны жидким электролитом. Такие АКБ не требуют обслуживания и устойчивы к вибрациям.
• GEL VRLA – подвид свинцово-кислотных аккумуляторов с гелеобразным электролитом. Благодаря этому увеличен их ресурс заряда/разряда. Не требуют обслуживания.
• OPzV – герметичные аккумуляторы используемые в области телекоммуникации и для аварийного освещения. Электролит, как и в предыдущем случае гелевый. В электродах содержится кальций, благодаря которому срок службы такого типа батарей – 20 лет.
• OPzS – катод таких аккумуляторов имеет трубчатую структуру. Это существенно повышает циклический ресурс этого типа батарей. Служит также около 20 лет. Выпускается в виде АКБ с напряжением от 2 до 125 В.

Литий-ионные аккумуляторы

Был впервые выпущен Sony в 1991 году и с тех пор активно применяется в бытовой технике, электронных устройствах. Практически все мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры оснащены таким видом батарей. Роль катода здесь играет литий-ферро-фосфатная пластина. Отрицательный анод – каменноугольный кокс. Положительный ион лития переносит заряд в таких батареях. Он может проникать в кристаллическую решетку других материй и образовывать с ними химическую связь. Преимуществом этого типа является высокая энергоемкость, низкий саморазряд и отсутствие нужды в обслуживании.

Литий-ионные аккумуляторные батареи также, как и их свинцовые аналоги имеют большое количество подтипов. В данном случае подтипы отличаются между собой составом катода и анода. Напряжение литий-ионных аккумуляторов варьируется в пределах от 2,4 до 3,7 В.

Одним из самых известных подтипов является литий-полимерные аккумуляторные батареи. Они появились сравнительно недавно и быстро завоевал популярность. Она обусловлена тем, что в литий-полимерных батареях используется твердый полимерный электролит. Это позволяет создавать батареи любой формы. При этом стоимость этих батарей всего лишь на 15% выше обычных литий-ионных.

Применение аккумуляторов и их разновидности

Устройства, способные накапливать электроэнергию и служить ее временным источником, уже давно вошли в наш обиход. Применение аккумуляторов зависит от основных параметров прибора, таких как емкость, долговечность и размер. Разумеется, каждый производитель вкладывает в свои устройства фирменные разработки, поэтому аккумуляторы имеют не только внешние, но и технические различия. Однак

о эти особенности не мешают разделить накопители на несколько основных видов.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из пары свинцовых пластин-электродов, опущенных в электролит из серной кислоты и воды. Пластины никелево-кадмиевых элементов скатаны в трубку и разделены изоляционным материалом с электролитной пропиткой. Никелево-металлогидридные батареи отличаются от никелево-кадмиевых составом электролитного раствора и материалом электродов. Компоненты литиево-ионного электронакопителя помещены в раствор из соли лития.

В последние годы было изобретено еще два вида аккумуляторных батарей. В литиево-полимерном элементе вместо жидкого электролита используется полимерная пленка. Как правило, подобные батареи отличаются высокой плотностью заряда и очень небольшими размерами. Благодаря этим качествам подобные батареи используются в малогабаритных устройствах, например, в телефонах. Вторым новым видом стали аккумуляторы гелевые. Роль электролита в них играет силикагель. Эта желеобразная, чуть подсушенная прослойка между электролитами пронизана сот

нями микроскопических трещин. Вещества, испаряемые электролитами, впитываются в гель и превращаются в жидкость. Таким образом, большая часть вредных испарений остается внутри аккумулятора.

Применение аккумуляторов в какой-либо области зависит не только от их видов, но и от емкости устройств. И у обычной батарейки, и у автоаккумулятора этот основной параметр рассчитывается в одинаковых единицах, ампер-часах. Так, емкость 800 мА*ч означает, что данная батарея за час отдает 800 мА электроэнергии. Еще один немаловажный параметр аккумуляторной батареи – число циклов перезарядки. Чем больше это число, тем дольше прослужит устройство.

Кроме внутренних компонентов, все электронакопители различаются по области применения. К бытовым элементам относятся батарейки различных типов и ультратонкие аккумуляторные батареи ноутбуков и планшетов. Промышленные аккумуляторы, как правило, являются вторичными источниками электроэнергии и

используются как замена стационарной электросети. Обычно подобные аккумуляторы состоят из нескольких пар последовательно соединенных электролитов. К этому типу относятся как автомобильные батареи, так и мощные устройства, «выпрямляющие» электроток. Все промышленные энергонакопители распределяются по четырем категориям. Статерные батареи используются для запуска транспортных двигателей, стационарные поддерживают электропитание выпрямительных устройств, тяговые обеспечивают энергией электрокары, портативные «питают» измерительную аппаратуру. Применение аккумуляторов промышленного типа, как правило, осуществляется на заводах и других промышленных предприятиях. Мощные батареи обеспечивают электроэнергией станки, автопогрузчики и прочую крупную технику.

Производство аккумуляторов постоянно развивается. Изобретаются новые виды миниатюрных, емких батарей, не наносящих вреда окружающей среде. Применение аккумуляторов с новыми технологиями делает современную жизнь комфортнее и мобильнее.

Отличия между типами аккумуляторных батареек

В основном пальчиковые аккумуляторы производятся двух типов:

1. NiMH – никель-металлгидридные.
2. Li-Ion – литий ионные.

NiMH

Никель-металлгидридные элементы появились на рынке мини энергоносителей во второй половине 80-х годов прошлого века. Основное их предназначение было направлено на питание автономных электронных приборов.

Их конструктивное решение основано на принципе абсорбции атомов водорода структурой редкоземельных металлов. В течение сложных химических реакций на полюсах АКБ накапливается энергетический потенциал. В алюминиевом цилиндрическом корпусе находится рулон из разнополюсных лепестков, пропитанных электролитом (смесь гидридов калия и никеля). Между лепестками вложена сепараторная мембрана.

Li-Ion – литий ионные

Определяющая маркировка аккумуляторов состоит из набора цифр – 18650. Число обозначает типоразмер изделия: 18 – диаметр цилиндра (18 мм), 65 – высота элемента (65 мм), «0» – указывает на оригинальность конструкции.

Устройство батарейки представляет собой алюминиевый цилиндр, внутри которого помещён графитовый стержень (анод), обёрнутый пористым сепаратором. Прокладка пропитана электролитом с ионами лития.

Литиевые аккумуляторы 18650

Положительные ионы лития проникают через сепаратор в графитовую решётку анода. В результате химического взаимодействия атомов на плюсовой клемме АКБ скапливается энергетический потенциал. При активном разряде аккумулятора внутри корпуса происходит выделение паров электролита. Для сброса избыточного давления испарений элементы оснащают клапанами, благодаря чему обеспечивается долгий срок службы изделий.

Изнутри к минусовой клемме припаивают микросхему (контроллер), которая не допускает перезаряд аккумулятора. При превышении порога ёмкости устройство отключает батарею от зарядного приспособления.

Дополнительная информация. Без контроллера возникает риск перегрева АКБ 18650. Вследствие чего корпус батарейки может разорвать. Как правило, такие модели изготавливают малоизвестные производители.

В статье изложена информация в достаточном объёме, чтобы самостоятельно определить, к какой категории принадлежит та или иная батарейка. Пользуясь надписями на корпусе, элементы питания применяют по прямому их назначению.

Иногда возникает необходимость понять, что перед вами – обычная батарейка или аккумуляторная перезаряжаемая. По внешнему виду, по цвету, размерам они почти идентичны и если не знать небольших нюансов, можно по незнанию выкинуть более дорогостоящую аккумуляторную в мусор или же воткнуть в зарядное устройство обычную батарейку и в лучшем случаем ничего не произойдет, а в худшем может и пожар возникнуть.

Если на проверяемых батарейках сохранилась этикетка, то узнать, что перед вами проще простого:

• Смотрим наличие надписи – rechargeable или – do not recharge. В первом случае это перезаряжаемые аккумуляторы, во втором — обычные батарейки, надпись гласит – не перезаряжайте. Иногда можно найти надпись – Alkaline, так маркируют обычные батарейки с повышенной емкостью.
• Наличие цифр и на конце надпись mAh – означает, что перед вами аккумулятор, а цифры это емкость. Для батареек емкость не указывается.

Все признаки аккумуляторной батарейки.

Обычная батарейка. Обратите внимание на надпись. Обозначение на аккумуляторных батарейках: Ni-Cd – никель-кадмиевый, Ni-Mh – никель-металлогидридный, Li-Ion – литий-ионный аккумулятор.

Обычно этих отличительных признаков достаточно для определения типа батареи. Аккумуляторные батареи в несколько раз дороже обычных.

А что делать, если нет этикетки и каких либо надписей? Тут поможет мультиметр. Померьте напряжение батарейки: обычная батарейка покажет 1,6 V, аккумуляторная обычно не выше 1,2 V.

В продаже, все чаще, начали встречаться аккумуляторные батареи с повышенным напряжением – 1,6 V.

Отличия между типами аккумуляторных батарей

Ni-Cd – никель-кадмиевый: имеет выраженную память заряда, такие батареи желательно разряжать полностью, быстро разряжаются на холоде, самые дешевые.

Ni-Mh – никель-металлогидридный: чуть дороже, менее меньший эффект памяти и более емкие нежели у Ni-Cd, хорошо переносят минусовые температуры.

Li-Ion – литий-ионный аккумулятор: главный плюс – их можно заряжать в любое удобное время, эффекта памяти практически нет, самые дорогие из аккумуляторов.

Отличить литиевую батарейку от других типов аккумуляторной батареи можно по внешнему виду, маркировке. Обозначение на батарее Li-Ion соответствует литиевой батарее.

Одной из важнейших составляющих электрического оборудования и техники любого типа является аккумуляторная батарея, или, проще говоря, аккумулятор. Существуют различные виды аккумуляторов, и в данной статье речь пойдет обо всех типах таких приспособлений.

Самый первый АКБ был создан более полутора столетий назад во Франции ученым Гастоном Планте. С каждой последующими попытками усовершенствования устройства становились все лучше, однако принцип их функционирования и строение остались неизменны. Сейчас же существуют самые разнообразные типы аккумуляторов: Li-Ion, Ni-MH, Ni-Cd и многие другие. Они имеют примерно одинаковый принцип работы, но у каждого — свои особенности. Стоит рассказать обо всех этих разновидностях по порядку.

Литий-ионная альтернатива

Пожалуй, из всех существующих видов аккумуляторов для автомобилей и не только самым лучшим можно назвать Li-ion. Он стоит значительно дороже своих Ni-MH и Ni-Cd аналогов. Это можно объяснить тем, что аккумуляторы с ионами лития не имеют тех недостатков, которыми обладают рассмотренные ранее модели. Хотя приспособления такого вида, равно как и все существующие устройства, все же не лишены своих слабых сторон, причем действительно существенных.

Среди главных уязвимостей можно выделить:

• чрезмерную чувствительность к низким температурам, из-за чего уменьшается ток, отправляемый li-ion батареей;
• уменьшение вместимости с каждым годом;
• литий-ионные приспособления не выдерживают тотальной разрядки и зарядки до конца — в противном случае это оканчивается разрушением и даже взрывом прибора.

Модели такого типа широко применимы в качестве зарядного устройства для мобильных устройств. В случае, если технологический прогресс дойдет до достаточного уровня, чтобы Li-Ion приспособления лишились своих уязвимостей, они сумеют встать на замену кислотным батареям.

Стоит также заметить, что в старых моделях литий-ионных аккумуляторов применялись разнообразные оксиды лития, в которых также содержался марганец либо кобальт. Однако в более новые модели эти элементы добавлять перестали, заменив их сплавами литий-ферро-фосфатов в связи с их дешевизной, уменьшенной токсичностью и более простой возможносттю переработки.

Литий-полимерные аккумуляторы

Литий-ионный полимерный аккумулятор, известный также как Li-Pol, LiPo, Li-polymer, представляет собой улучшенную версию стандартного литиевого аккумулятора и находит применение во многих видах техники. Электролитом здесь служит полимерный материал.

Такие типы литиевых аккумуляторов хороши тем, что обладают значительной энергетической плотностью на единицу объема и массы, пониженным саморазрядом, донельзя тонкими элементами (всего от 1 мм), возможностью гибкости, крайне несущественным перепадом напряжения в процессе разрядки, широким диапозоном температур, при которых устройство продолжит свою полноценную работу. И, ко всему прочему, LiPo не имеет эффекта памяти.

Хотя не стоит слепо полагать, что батареи такого плана на самом деле можно назвать полностью идеальными. Даже у Li-Pol есть свои изъяны. Один из самых существенных — опасность возгорания в случае перезарядки и избыточного потребления тепла. Недостатком представляется и сравнительно небольшое количество рабочих циклов — 800-900, а также старение аккумуляторов, даже если они лежат в стороне без надобности.

Наконец, даже сама зарядка весьма пагубно влияет на приспособление: если процесс зарядки уменьшает вместимость, то при глубоком заряде прибор можно смело отправлять в металлолом.

AGM и GEL-батареи

Гелевые батареи, как их часто называют, выступили как альтернативный вариант, безопасный в использовании. Проблему безопасности решили посредством перемещения электролита в связанное состояние, чтобы обеспечить уменьшение текучести.

Другими достоинствами GEL-батарей стали:

• пониженное осыпание активной массы пластин;
• пониженный саморазряд;
• переносимость к вибрации.

Их также можно наклонять практически под любым удобным углом, они могут храниться в течение достаточно продолжительного времени за счет медленного саморазряда, а переразряд не «смертелен» и не несет никакого ущерба технике в процессе.

А вот перезарядка устройства этого типа, наоборот, может крайне отрицательно повлиять на него. Поэтому AGM и GEL-батареи все же требуют очень аккуратного и бережного обращения.

К примеру:

• несмотря на то, что их можно класть чуть ли не как угодно, их нельзя держать перевернутыми;
• работа при пониженных температурах может резко снизить функциональность приборов;
• особых мер предосторожности требует особая чувствительность приспособлений к зарядке.

При надежном хранении устройства оно сможет прослужить до десяти лет.

Никель-металл-гидрид

Никель-металл-гидриды, или Ni-MH, как их обозначают в сокращенном варианте, являются такими видами аккумуляторных батарей, где в качестве отрицательного иона выступает водородный металлогидридный электрод, калиевый гидроксид в качестве электролита, никелевый — в качестве положительного иона.

Существует немалое количество различных типов батарей Ni-MH. К примеру, есть батареи долгого хранения LSD NiMH, которым не страшен мороз и длительный срок хранения. Они функционируют и с повышенными токами разряда, не разрываясь и не приходя в негодность из-за чрезмерной нагрузки.

Поэтому, к примеру, никель-металл-гидриды размера АА могут быть применимы в различных видах мелкой техники. Так, АА с большим объемом емкости в 1500-3000 мА/ч можно поместить в музыкальный плеер, радиоуправляемые игрушки, фотоаппарат и многие другие приспособления, где будет произведена зарядка за относительно непродолжительное время.

Весьма хороши и АА-батареи с уменьшенным объемом вместимости — такие АА, где емкость составляет всего 300-1000 мА/ч. АА данного типа применимы в качестве обеспечения питанием неавтоматических фонариков, управляемых пультом ДУ игрушек, раций и электронных приспособлений со сбалансированным энергопотреблением.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Свинцово-кислотная батарея стала первым изобретенным аккумулятором, увидевшим свет и нашедшим широкое применение в автомобилях и ряде других технических приборов.

Свое название приспособление получило за счет опущенных в воду и серную кислоту пластин из свинца, выполняющих роль электродов, хотя с течением времени водород в устройстве начинает теряться.

Популярность такие приспособления получили неслучайно, а благодаря очевидным достоинствам:

• отсутствие эффекта памяти;
• наличие необслуживаемых экземпляров;
• невысокая цена;
• несложная конструкция;
• надежная технология;
• пониженный авторазряд;
• потенциал увеличенной токоотдачи.

Хотя, несмотря на немалое количество достоинств, даже у этих моделей есть и свои слабые стороны:

• невозможность хранения разряженными;
• чрезмерная чувствительность к температурным изменениям, влияющая на продолжительность функциональности и жизни;
• ограниченность транспортов и дозволяемых целых циклов разряда;
• и, разумеется, самый очевидный изъян — пагубное влияние свинца на экологическую среду.