რა არის ავტომატური ელემენტები. რომელი ელემენტი ჯობია მანქანას

აკუმულატორის ბატარეა არის ელექტრული დენის ქიმიური წყარო, რომელიც შედგება რამდენიმე ცალკეული ელემენტის კომბინირებისგან (აკუმულატორი). ერთის ნაცვლად რამდენიმე ელემენტის გამოყენება საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ უფრო მაღალი ძაბვა ან მეტი დენა, რაც დამოკიდებულია კავშირის მეთოდზე - სერიული ან პარალელური.

არსებობს რამდენიმე ტიპის აკუმულატორი სხვადასხვა ელექტროდითა და ელექტროლიტური მასალებით. ბევრმა მოისმინა და იცის, მაგალითად, რომ არსებობს ყველანაირი ნიკელ-კადმიუმი, ნიკელის ლითონის ჰიდრიდი, ლითიუმ-იონის, ტყვიის მჟავა ბატარეები.

მანქანების მრავალფეროვნებიდან, მხოლოდ ტყვია გამოიყენება დამწყებთათვის. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ამ ტიპის ელემენტებს აქვთ მაქსიმალური ენერგია, სხვებთან შედარებით, ენერგიის მოხმარება და მოკლე დროში დიდი დენის მიწოდება. ამავე დროს, უნდა შეეგუოთ იმ ფაქტს, რომ მჟავაც და ტყვიაც ძალიან მავნე ნივთიერებებია. ტყვიის მჟავა ყველა ბატარეა დამზადებულია გამძლე, მჟავე მდგრადი პლასტმასისგან, ტრანსპორტირებისა და გამოყენების დროს მაქსიმალური უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად.

ამჟამად, ტყვია გამოიყენება როგორც ელექტროდების მასალა, არა სუფთა სახით, არამედ სხვადასხვა დანამატებით, რაც დამოკიდებულია იმაზე, რომ ბატარეა იყოფა რამდენიმე ტიპად.

ელექტროდის მასალის დანამატების მიხედვით, მანქანის ბატარეები იყოფა:

• ტრადიციული ("სტიბიუმი")
• დაბალი სტიბიუმი
• კალციუმი
• ჰიბრიდული
• ლარი, AGM
  და დამატებით:
• ტუტე
• ლი-იონი

ტრადიციული ("სტიბიუმი")

ამ ტიპის ელემენტები შეიცავს ≥5% სტიმულს ტყვიის ფირფიტებში. ხშირად მათ ასევე უწოდებენ კლასიკურს, ტრადიციულს. მაგრამ ეს სახელი დღეს უკვე აღარ არის აქტუალური, ვინაიდან ბატარეების უფრო დაბალი სტიმონის შემცველობა უკვე კლასიკური გახდა.

ანტიმონს ემატება ფირფიტების სიმტკიცის გაზრდის მიზნით. მაგრამ ამ დანამატის გამო, ელექტროლიზის პროცესი დაჩქარებულია, რაც უკვე იწყება 12 ვოლტიდან. გამოყოფილი გაზები (ჟანგბადი და წყალბადის) წყალს ადუღებს. იმის გამო, რომ წყალი დიდი რაოდენობით გარბის გარეთ, ელექტროლიტის კონცენტრაცია იცვლება და ელექტროდების ზედა კიდეები ექვემდებარება. "ადუღებული" წყლის კომპენსაციის მიზნით, გამოხდილი წყალი ჩაედინება აკუმულატორში.

ელემენტების მაღალი შემცველობა აკუმულატორებს აადვილებს მათ შენარჩუნებას. ეს იმის გამო ხდება, რომ საჭიროა საკმაოდ ხშირად, თვეში ერთხელ მაინც, ელექტროლიტის სიმკვრივის შემოწმება და წყლით შევსება.

ახლა ამ ტიპის ბატარეები აღარ არის დამონტაჟებული მანქანებზე, რადგან პროგრესი დიდი ხანია წინ წავიდა. "ანტიმონ" ბატარეების დაყენება შეიძლება სტაციონარულ დანადგარებში, სადაც უფრო მნიშვნელოვანია ენერგიის წყაროების უპრეტენზიოობა და მათი შენარჩუნებისას განსაკუთრებული პრობლემები არ არსებობს. ყველა მანქანის ბატარეა იწარმოება მცირე ან საერთოდ ანტიმონოვანებით.

დაბალი სტიბიუმი

ბატარეებში წყლის "დუღილის" ინტენსივობის შესამცირებლად გამოიყენეს ანტიმონოზის შემცირებული რაოდენობით (5% -ზე ნაკლები) ფირფიტები. ამან გამორიცხა ელექტროლიტების დონის ხშირად შემოწმების საჭიროება. შემცირდა ბატარეის თვითდამუშავების დონეც შენახვის დროს.

ასეთ ბატარეებს ყველაზე ხშირად უწოდებენ დაბალ მოვლას ან მთლიანად შენარჩუნებას, რაც გულისხმობს, რომ ამ ელემენტებს არ სჭირდებათ მონიტორინგი და ტექნიკური მომსახურება. მიუხედავად იმისა, რომ ტერმინი "სარემონტო გარეშე" უფრო მარკეტინგულია, ვიდრე რეალური, რადგან შეუძლებელი იყო ელექტროლიტისგან წყლის დაკარგვის სრულად მოცილება. წყალი მაინც ოდნავ "ადუღდება", თუმცა გაცილებით მცირე რაოდენობით, ვიდრე ჩვეულებრივი მომსახურე ბატარეები. ანტიმიონის დაბალი ელემენტის უზარმაზარი უპირატესობა არის მანქანის ელექტრომოწყობილობის ხარისხის გაუარესება. საბორტო ქსელში ძაბვის ვარდნის შემთხვევაშიც კი, ამ ბატარეის მახასიათებლები არ იცვლება ისე შეუქცევადად, როგორც ეს ხდება უფრო თანამედროვე ბატარეებთან, მაგალითად, კალციუმის ან გელიან ბატარეებთან.

დაბალი ანტიმიონის შემნახველი ელემენტები უფრო შესაფერისია რუსული წარმოების სამგზავრო მანქანებისთვის, რადგან შიდა მანქანები ჯერ კიდევ ვერ იკვეხნიან საბორტო ქსელის ძაბვის სტაბილურობით. უფრო მეტიც, დაბალი ანტიმონომეტრიული ელემენტები გამოირჩევა მინიმალური ღირებულებით სხვებთან შედარებით.

კალციუმი

ბატარეაში წყლის "დუღილის" ინტენსივობის შესამცირებლად კიდევ ერთი გამოსავალი იყო ელექტროდის ბადეებში ანტიმონის ნაცვლად სხვა მასალის გამოყენება. აღმოჩნდა, რომ კალციუმი ყველაზე შესაფერისია. ამ ტიპის ბატარეებზე ხშირად აღნიშნულია "Ca / Ca", რაც ნიშნავს, რომ ორივე პოლუსის ფირფიტები შეიცავს კალციუმს. ასევე, ზოგჯერ ვერცხლი ემატება ფირფიტების შემადგენლობას მცირე რაოდენობით, რაც ამცირებს ბატარეის შიდა წინააღმდეგობას. ეს დადებითად მოქმედებს ელემენტის ენერგიის მოხმარებასა და ეფექტურობაზე.

კალციუმის გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა გაზების ევოლუციის ინტენსივობის და წყლის დაკარგვის მნიშვნელოვნად შემცირება, ანტიმონომალურ ბატარეებთან შედარებით. სინამდვილეში, აკუმულატორის სიცოცხლეში წყლის დანაკარგი იმდენად დაბალი იყო, რომ ელექტროლიტის სიმკვრივისა და ქილაში წყლის დონის შემოწმება საჭირო არ იყო. ამრიგად, კალციუმის შემნახველ ბატარეებს უფლება აქვთ უწოდებენ სარემონტო სამუშაოებს.

წყლის ”დუღილის” დაბალი სიჩქარის გარდა, კალციუმის ბატარეებს ასევე აქვთ შემცირებული თვითდამუხტვის დონე თითქმის 70% -ით, დაბალი ანტიმონოვან ელემენტებთან შედარებით. ეს საშუალებას აძლევს კალციუმის ბატარეებს შეინარჩუნონ თავიანთი მუშაობის თვისებები უფრო დიდი ხნის განმავლობაში.

რადგან კალციუმის გამოყენებამ ანტიმონის ნაცვლად შესაძლებელი გახადა წყლის ელექტროლიზის დასაწყისის ძაბვის გაზრდა წინა 12 – დან 16 ვოლტამდე, ხოლო ზედმეტი დატვირთვა არც ისე ცუდი იყო.

ამასთან, კალციუმის დატენვის ელემენტებს არა მხოლოდ დადებითი მხარეები აქვთ, არამედ უარყოფითი მხარეებიც აქვთ.

ამ ტიპის ბატარეების ერთ-ერთი მთავარი მინუსი არის კაპრიზულობა ჭარბი დატვირთვასთან დაკავშირებით. საკმარისია 3-4 ჯერ მეტი გადატვირთვის გამო, რადგან ენერგიის მოხმარების დონე შეუქცევადად არის შემცირებული, ე.ი. დენის რაოდენობა, რომელიც აკუმულატორს შეუძლია დააგროვოს, მკვეთრად იკლებს. ასეთ შემთხვევებში, ბატარეა ჩვეულებრივ უბრალოდ იცვლება.

კალციუმის ელემენტები მგრძნობიარეა ავტომობილის ბორტ ქსელის ძაბვის მიმართ, ძალიან ცუდად იტანს უეცარ ცვლილებებს. ამ ტიპის ბატარეის შეძენამდე დარწმუნდით, რომ ავტომობილის ძაბვა სტაბილურია.

კიდევ ერთი მინუსი არის კალციუმის ბატარეების უფრო მაღალი ფასი. მაგრამ ეს აღარ არის მინუსი, არამედ იძულებითი ფასია ხარისხისთვის.

ყველაზე ხშირად, კალციუმის შემნახველი ელემენტები დამონტაჟებულია უცხოური მანქანების საშუალო და მაღალი ფასის დიაპაზონში, ე.ი. იმ მანქანებისთვის, სადაც ელექტრომოწყობილობის ხარისხი და სტაბილურობა გარანტირებულია. ამ ტიპის ბატარეის შეძენისას გაითვალისწინეთ, რომ ელემენტი უფრო მოთხოვნადია, ვიდრე დაბალი ანტიმონოზის, მაგრამ სათანადო მოვლის შემთხვევაში მიიღებთ მაღალი ხარისხის და საიმედო ენერგიის წყაროს თქვენი მანქანისთვის.

ჰიბრიდული

ხშირად მოიხსენიებენ როგორც "Ca +". ჰიბრიდულ ბატარეებში ელექტროდების ფირფიტები მზადდება სხვადასხვა ტექნოლოგიის გამოყენებით: დადებითი - დაბალი ანტიმონოტიკი, უარყოფითი - კალციუმი. ეს საშუალებას გაძლევთ დააკავშიროთ ორივე ტიპის ბატარეების დადებითი თვისებები. ჰიბრიდული ელემენტების წყლის მოხმარება ორჯერ ნაკლებია, ვიდრე დაბალი ანტიმონომატური ელემენტებით, მაგრამ მაინც უფრო მეტია, ვიდრე კალციუმის ბატარეები. მაგრამ მეტი წინააღმდეგობა გადატვირთვისა და ზედმეტი ხარჯების მიმართ.

ჰიბრიდული ელემენტების მახასიათებლები დაბალი ანტიმონოზი და კალციუმია.

ლარი, AGM

ას ორმოცდაათ წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ბატარეის ისტორიის განმავლობაში, ინჟინრებს ბევრი პრობლემისა და ამოცანის გადაჭრა მოუწიათ. ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემა იყო ელექტროდიდის ფირფიტების ზედაპირიდან აქტიური ნივთიერების დაღვრა. ეს საკითხი დროებით გადაწყდა ტყვიის ოქსიდის შემადგენლობაში სხვადასხვა დანამატის დამატება - სტიბიუმი, კალციუმი და ა.შ. კიდევ ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი ამოცანა იყო ბატარეების უსაფრთხო მუშაობის უზრუნველყოფა, რადგან ელექტროლიტი - გოგირდმჟავას წყალხსნარი - ადვილად შეიძლება გაჟონოს, თუ ბატარეის კორპუსი დაზიანდა. რა თქმა უნდა, რამდენად კოროზიულია ქიმიური ნივთიერება გოგირდმჟავას. საჭირო იყო ბატარეის დაზიანების შემთხვევაში ელექტროლიტის გაჟონვის შესაძლებლობის მინიმუმამდე დაყვანა, რათა თავიდან იქნას აცილებული.

ეს პრობლემა მოგვარდა ელექტროლიტის თხევადიდან გელის მდგომარეობაში გადაქცევით. რადგან ლარი გაცილებით მკვრივი და ნაკლები სითხეა, ვიდრე თხევადი, ამან ერთდროულად მოაგვარა ორივე პრობლემა - აქტიური ნივთიერება არ დაიმსხვრა (ხშირმა გარემომ დააფიქსირა) და ელექტროლიტი არ გაჟონა (ლარს აქვს დაბალი სითხის სითხე).

როგორც გელ, ასევე AGM ელემენტებში, ელექტროლიტი არის გელის მდგომარეობაში. განსხვავება ისაა, რომ AGM ბატარეებში, გარდა ამისა, ელექტროდის ფირფიტებს შორის არის სპეციალური ფოროვანი მასალა, რომელიც დამატებით იკავებს ელექტროლიტს და იცავს ელექტროდებს დაღვრისგან. თვითონ აბრევიატურა "AGM" აღნიშნავს შთამნთქმელი მინის მეთიუ (შთამნთქმელი მინის მასალა). რადგან gel და AGM ბატარეებს აქვთ თითქმის იგივე მახასიათებლები, შემდგომში ასევე გათვალისწინებული იქნება AGM ბატარეების ქვეშ. რაიმე განსხვავების შემთხვევაში, ეს ცალკე იქნება მითითებული.

იმის გამო, რომ ბატარეებში გელი რეალურად ფიქსირებულ მდგომარეობაშია, ამ ელემენტებს დახრის არ ეშინიათ. მწარმოებლები კი წერენ, რომ ელემენტის გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერ პოზიციაში. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მხოლოდ მარკეტინგული განცხადებაა, მას შემდეგ თქვენ ჯერ კიდევ არ უნდა გქონდეთ გელი ბატარეები თავდაყირა.

ვიბრაციის შესანიშნავი წინააღმდეგობა არ არის გელი ელემენტების ერთადერთი დადებითი მახასიათებელი. ამ ტიპის ბატარეებს აქვთ დაბალი თვითდამუშავების სიჩქარე, ამიტომ მათი შენახვა შესაძლებელია დიდი ხნის განმავლობაში დატენვის კრიტიკული შემცირების გარეშე. შეინახეთ დამუხტულ მდგომარეობაში.

გელ ბატარეებს შეუძლიათ იგივე მაღალი დენის მიწოდება სრულ დათხოვამდე. ამავდროულად, მათ არ ეშინიათ ზედმეტი განმუხტვის, დატენვის შემდეგ მათი სრული ნომინალური მოცულობა აღდგება.

თუ განმუხტვის დროს, გელი ელემენტები უფრო ნაკლებად კაპრიზულია, ვიდრე კლასიკური, ბატარეის დამუხტვით სიტუაცია სულ სხვაგვარია. დაჩქარებული დატენვა მიუღებელია - გელის ბატარეების დატენვის პროცესი უნდა მიმდინარეობდეს გაცილებით დაბალი დენის მქონე. ამისათვის სპეციალური დამტენებიც კი გამოიყენება, რომლებიც შესაფერისია მხოლოდ გელი ელემენტების დასატენად. მიუხედავად იმისა, რომ ბაზარზე ასევე არსებობს უნივერსალური დამტენები, რომლებსაც მწარმოებლის გარანტიების თანახმად, ყველა ტიპის ბატარეის დატენვა შეუძლიათ. რამდენად შეესაბამება ეს სინამდვილეს - საჭიროა ყურადღებით გამოიყურებოდეთ, ყურადღება მიაქციოთ რეპუტაციას და მწარმოებლის გარანტიას.

სამწუხაროდ, გელი ელემენტები არ მუშაობს ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე კლასიკური ბატარეები. ეს იმიტომ ხდება, რომ გელი ხდება ნაკლებად გამტარი ტემპერატურის შემცირებისთანავე. საოპერაციო პირობებში ხელსაყრელი პირობები შეიძლება იყოს, რომ გელი ელემენტები 10 წლამდე გაგრძელდეს.

აბსოლუტური მჭიდროობის გამო, ვიბრაციის რეზისტენტობა და მათი რეალურ (და არა მხოლოდ მარკეტინგულ) სარეკლამო გელი ელემენტები ფართოდ გამოიყენება, როდესაც კლასიკური ელემენტების გამოყენება საშიშია ან წამგებიანია: შენობაში (მაგალითად, უწყვეტი კვების წყაროებში) სატრანსპორტო საშუალებები (მოტოციკლი, მანქანისგან განსხვავებით, მართავს, პერიოდულად გადადიან ვერტიკალური სიბრტყიდან), საზღვაო და მდინარის ტრანსპორტში (ამ ელემენტებს არ ეშინიათ გემების მოძრავი მოძრაობის). რა თქმა უნდა, მანქანებში ასევე გამოიყენება გელის ბატარეები. ყველაზე ხშირად - პრესტიჟულ უცხოურ მანქანებში, რაც განპირობებულია ამ ელემენტების საკმაოდ მაღალი ფასით (ხარისხისა და საიმედოობის გადახდა).

ტუტე

როგორც მოგეხსენებათ, არა მხოლოდ მჟავა, არამედ ტუტეც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროლიტად ელემენტებში. ტუტე ბატარეების მრავალი სახეობა არსებობს, მაგრამ ჩვენ მხოლოდ მათ განვიხილავთ, რომლებმაც მანქანებში გამოიყენეს პროგრამა.

ტუტე მანქანის ბატარეები ორი ტიპისაა: ნიკელ-კადმიუმი და ნიკელის-რკინა. ნიკელ-კადმიუმის ბატარეაში, დადებითი ფირფიტები დაფარულია ნიკელის ჰიდროქსიდით NiO (OH) (ნიკალის III ჰიდროქსიდი ან ნიკელის მეტაჰიდროქსიდი), უარყოფითი ფირფიტები დაფარულია კადმიუმის და რკინის ნარევით. ნიკელის-რკინის ბატარეაში, დადებითი ფირფიტები დაფარულია იგივე შემადგენლობით, როგორც ნიკელ-კადმიუმის ბატარეაში - ნიკელის ჰიდროქსიდი. ერთადერთი განსხვავება არის უარყოფითი ელექტროდი - ნიკელის რკინის ბატარეაში, იგი მზადდება სუფთა რკინისგან. ელექტროლიტი ორივე ტიპის ბატარეებში არის კასტიკური კალიუმის ხსნარი KOH.

ფირფიტები-ელექტროდები ტუტე ბატარეებში შეფუთულია ყველაზე თხელი პერფორირებული ლითონის ფირფიტის "კონვერტებში". აქტიური ნივთიერება დაჭერილია იმავე კონვერტებში. ეს მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ბატარეების ვიბრაციის წინააღმდეგობას.

ტუტე ბატარეებს აქვს საინტერესო მახასიათებელი: ნიკელ-კადმიუმის ბატარეებში არის კიდევ ერთი პოზიტიური ფირფიტა ვიდრე უარყოფითი და ისინი განლაგებულია კიდეების გასწვრივ და უკავშირდებიან კორპუსს. ნიკელის-რკინის ბატარეებში პირიქითაა - უფრო მეტი უარყოფითი ფირფიტია, ვიდრე პოზიტიური.

ტუტე ბატარეების კიდევ ერთი მახასიათებელია ის, რომ ქიმიური რეაქციების დროს ელექტროლიტი არ იხმარება. ამ მიზეზით, ეს საჭიროა ნაკლებად ვიდრე მჟავეში, სადაც აუცილებელია ელექტროლიტის შევსება რეზერვით მისი "მდუღარეობის" გამო.

ტუტე ბატარეებს აქვს მრავალი უპირატესობა მჟავეთან შედარებით:

• კარგი ზედმეტი ტოლერანტობა. ამ შემთხვევაში, აკუმულატორის შენახვა შესაძლებელია დაცლილ მდგომარეობაში მისი მახასიათებლების დაკარგვის გარეშე, რაც არ შეიძლება ითქვას მჟავა ელემენტებზე.
• ტუტე ბატარეები შედარებით ადვილად იტანს გადატენვას. ამავე დროს, ითვლება, რომ უმჯობესია მათი დატენვა, ვიდრე დატვირთვა.
• ტუტე ბატარეები ბევრად უკეთესად მოქმედებს დაბალ ტემპერატურულ გარემოში. ეს საშუალებას იძლევა თითქმის საიმედოდ დაიწყოს ძრავები ზამთარში.
• ტუტე ბატარეების თვითდამუშავება უფრო დაბალია, ვიდრე კლასიკური მჟავა.
• ტუტე ბატარეებიდან არ გამოდის მავნე ორთქლი, რისი თქმაც არ შეიძლება მჟავა ბატარეებზე.
• ტუტე ბატარეებს შეუძლიათ უფრო მეტი ენერგიის შენახვა მასის ერთეულზე. ეს საშუალებას იძლევა ელექტროენერგიის მიწოდება უფრო დიდი ხნის განმავლობაში (წევის ოპერაციის დროს).

ამასთან, ტუტე ბატარეებს ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები მჟავეებთან შედარებით:

• ტუტე ბატარეები აწარმოებენ ნაკლებ ძაბვას, ვიდრე მჟავა, რაც ნიშნავს, რომ სასურველი ძაბვის მისაღწევად მეტი "ქილა" უნდა დააკავშიროთ. ამ მიზეზით, იგივე ძაბვისას, ტუტე ბატარეის ზომები უფრო დიდი იქნება.
• ტუტე ბატარეები გაცილებით ძვირია ვიდრე მჟავა.

ტუტე ბატარეები ახლა უფრო ხშირად გამოიყენება წევის ელემენტებად, ვიდრე დამწყები ელემენტები. მათი ზომის გამო, ტუტე საწყისი ელემენტების უმეტესობა არის სატვირთო მანქანებისთვის.

სამგზავრო მანქანებში ტუტე ბატარეების ფართო გამოყენების პერსპექტივა ჯერ კიდევ ჩამორჩება.

ლი-იონი

ლითიუმ-იონის შემნახველი ელემენტები (და მისი ქვეტიპები) ითვლება ყველაზე პერსპექტიულად, როგორც ელექტროენერგიის დამატებით წყაროს.

ამ ტიპის ქიმიურ ელემენტებში ელექტროენერგიის მატარებლები არიან ლითიუმის იონები. სამწუხაროდ, შეუძლებელია ელექტროდების მასალების ერთმნიშვნელოვნად აღწერა ტექნოლოგია მუდმივად იცვლება, იხვეწება. შეგვიძლია მხოლოდ ვთქვათ, რომ თავიდან მეტალი ლითიუმი გამოიყენებოდა როგორც უარყოფითი ელექტროდი, მაგრამ ასეთი ელემენტები ფეთქებადი აღმოჩნდა. მოგვიანებით, გრაფიტი გამოიყენეს. მანამდე, ლითიუმის ოქსიდები ან კობალტის ან მანგანუმის დამატებით იყენებდნენ მასალას პოზიტიური ელექტროდებისათვის. ამასთან, ახლა ისინი სულ უფრო მეტად იცვლება ლითიუმ-ფერო-ფოსფატით, რადგან ახალი მასალა ნაკლებად ტოქსიკური, იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა აღმოჩნდა (მისი უსაფრთხოდ გადატანა შესაძლებელია).

ლითიუმ-იონის ბატარეების ყველაზე მნიშვნელოვანი უპირატესობაა:

• მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრე (სიმძლავრე ერთ მასაზე).
• გამომავალი ძაბვა უფრო მაღალია, ვიდრე "ჩვეულებრივი" - ერთ ბატარეას შეუძლია დაახლოებით 4 ვოლტის მიწოდება. შეგახსენებთ, რომ კლასიკური ელემენტის ძაბვა არის 2 ვოლტი.
• დაბალი თვითგანმუხტვა.

ამასთან, ყველა არსებული უპირატესობა აჭარბებს უარყოფით მხარეებს, რის გამოც დღეს შეუძლებელია ლითიუმ-იონური ბატარეების გამოყენება მასშტაბურად, როგორც ტყვიის მჟავა კლასიკური ელემენტების ჩანაცვლება.

ლითიუმ-იონის ბატარეების ზოგიერთი უარყოფითი მხარე:

• მგრძნობელობა ჰაერის ტემპერატურის მიმართ. უარყოფით ტემპერატურაზე ენერგიის მიცემის უნარი ძალიან მკვეთრად იკლებს. და ეს არის ერთ – ერთი მთავარი პრობლემა, რომლის მოგვარებასაც დეველოპერები ცდილობენ.
• მუხტიდან გამონადენის რაოდენობა ჯერ კიდევ ძალიან მცირეა (საშუალოდ, დაახლოებით 500).
• ლითიუმ-იონის ბატარეები იბერება. შენახვის დროს ხდება ტევადობის თანდათანობითი შემცირება. 2 წლის განმავლობაში - ტევადობის დაახლოებით 20%. გთხოვთ, არ აურიოთ თვითგანთავისუფლება ან მეხსიერების ეფექტი. მაგრამ კარგია, რომ ჯერ კიდევ მიმდინარეობს მუშაობა ამ პრობლემის მოსაგვარებლად.
• ლითიუმ-იონის ბატარეები უკიდურესად მგრძნობიარეა ღრმა გამონადენის მიმართ.
• არასაკმარისი ენერგია საწყისი ელემენტის გამოყენებისთვის. ლითიუმ-იონის უჯრედის მიერ გამომუშავებული დენი საკმარისია ელექტრონული მოწყობილობების გასაქანინებლად, მაგრამ არ არის საკმარისი ძრავის დასაწყებად.

როდესაც ინჟინრები მოახერხებენ ამ ხარვეზების მოგვარებას, ლითიუმ-იონური ელემენტები იქნება შესანიშნავი ჩანაცვლება კლასიკური მჟავა ბატარეისთვის.

უწყვეტი სამუშაოები მიმდინარეობს დატენვის ელემენტების არსებული ტიპების გასაუმჯობესებლად. კვლევითი ცენტრები ეძებენ ელექტროენერგიის ენერგიის ინტენსივობის გაზრდის გზებს, რაც ბატარეების ზომას შეამცირებს. ჩრდილოეთ რეგიონებისთვის ძალიან სასარგებლო იქნება ყინვაგამძლე ბატარეის გამოგონება (და შემდეგ მძიმე ყინვების დროს ძრავის ქარხნის უკმარისობა არ იქნება).

ძალზე მნიშვნელოვანია გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობის უზრუნველსაყოფად მუშაობა, რადგან შენახვის ელემენტების წარმოების ამჟამინდელ ტექნოლოგიებს არ შეუძლიათ შხამიანი და უბრალოდ საშიში ნივთიერებების (მაგალითად, ტყვია ან გოგირდმჟავა) გამოყენების გარეშე.

ტრადიციულ ტყვიის მჟავას ელემენტებს მომავალი არ აქვთ. AGM ელემენტები ევოლუციის შუალედური ეტაპია. მომავლის ელემენტს შემადგენლობაში არ ექნება სითხე (ისე, რომ დაზიანებისას არაფერი დაიღვრება), მას ექნება თვითნებური ფორმა (ისე, რომ მანქანაში შესაძლებელი იყოს ყველა შესაძლო სიცარიელის გამოყენება), ისევე როგორც მრავალი სხვა პარამეტრი ეს საშუალებას მისცემს ავტომობილების მფლობელებს ისიამოვნონ გასეირნებით და არ ინერვიულონ იმაზე, რომ აკუმულატორი შეიძლება შეუსაბამო მომენტში გათიშოს.

დატენვის აკუმულატორი არის მუდმივი დენის წყარო, რომელიც შექმნილია ენერგიის შესანახად და შესანახად. მრავალჯერადი დატენვის ელემენტების ტიპების უმრავლესობა ემყარება ქიმიური ენერგიის ციკლურ გარდაქმნას ელექტრო ენერგიად, ეს საშუალებას გაძლევთ განმეორებით დატენოთ და დატენოთ ბატარეა.

ჯერ კიდევ 1800 წელს ალესანდრო ვოლტამ გააკეთა გასაოცარი აღმოჩენა, როდესაც მან ორი ლითონის ფირფიტა - სპილენძი და თუთია - ჩაყარა მჟავით სავსე ქილაში, რის შემდეგაც მან დაადასტურა, რომ ელექტროენერგია მიედინება მათ დამაკავშირებელ მავთულში. 200 წელზე მეტი ხნის შემდეგ, თანამედროვე საცავის ელემენტების წარმოება აგრძელებს ვოლტას აღმოჩენის საფუძველზე.

მრავალჯერადი დატენვის ელემენტები

პირველი ბატარეის გამოგონებიდან 140 წელზე მეტი არ არის გასული და ახლა ძნელი წარმოსადგენია თანამედროვე სამყაროს ელემენტების ბაზაზე სარეზერვო კვების წყაროების გარეშე. ელემენტები გამოიყენება ყველაფერში ყველაზე უვნებელი საყოფაცხოვრებო მოწყობილობებისთვის: მართვის პანელები, პორტატული რადიოები, ფანრები, ლაპტოპები, ტელეფონები და დამთავრებული უსაფრთხოების სისტემებით ფინანსური ინსტიტუტებისთვის, მონაცემთა ცენტრების სარეზერვო კვების წყაროები, კოსმოსური ინდუსტრია, ბირთვული ენერგია, კომუნიკაციები და ა.შ. და ა.შ.

განვითარებად სამყაროს ისევე სჭირდება ელექტროენერგია, როგორც ადამიანს ჟანგბადი სიცოცხლისთვის. ამიტომ, დიზაინერები და ინჟინრები ყოველდღიურად მუშაობენ არსებული ტიპის აკუმულატორების ოპტიმიზაციისა და პერიოდულად ახალი ტიპისა და ქვესახეობების შემუშავებაზე.

ელემენტების ძირითადი ტიპები ნაჩვენებია 1 ცხრილში.

ცხრილი # 1. შენახვის ელემენტების კლასიფიკაცია.

ცხრილი 1-ში მოცემული მონაცემების საფუძველზე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ არსებობს მრავალი სახის ელემენტი, რომლებიც განსხვავდება მათი მახასიათებლებით, რომლებიც ოპტიმიზირებულია სხვადასხვა პირობებში და სხვადასხვა ინტენსივობით გამოსაყენებლად. წარმოების ახალი ტექნოლოგიებისა და კომპონენტების გამოყენებით, მეცნიერები ახერხებენ მიაღწიონ საჭირო მახასიათებლებს კონკრეტული დარგის გამოყენებისათვის, მაგალითად, შეიქმნა ნიკელის წყალბადის ელემენტები კოსმოსური თანამგზავრების, კოსმოსური სადგურების და სხვა კოსმოსური აღჭურვილობისთვის. რა თქმა უნდა, ცხრილში არა ყველა ტიპია ნაჩვენები, არამედ მხოლოდ გავრცელებული ძირითადი.

სამრეწველო და საყოფაცხოვრებო სეგმენტის სარეზერვო და ავტონომიური ელექტრომომარაგების თანამედროვე სისტემები ემყარება ტყვიის მჟავას, ნიკელ – კადმიუმის (რკინის – ნიკელის ტიპი გამოიყენება ნაკლებად ხშირად) და ლითიუმ – იონის ბატარეებს, ვინაიდან ეს ქიმიური ენერგიის წყაროები უსაფრთხოა და აქვს მისაღები ტექნიკური მახასიათებლები და ღირებულება.

ტყვიის მჟავა ბატარეები

ეს ტიპი ყველაზე მოთხოვნადია თანამედროვე სამყაროში უნივერსალური მახასიათებლებისა და დაბალი ღირებულების გამო. ჯიშების სიმრავლის გამო, ტყვიის მჟავა ბატარეები გამოიყენება სარეზერვო ენერგოსისტემების, ავტონომიური ელექტრომომარაგების სისტემების, მზის ელექტროსადგურების, UPS, სხვადასხვა სახის ტრანსპორტის, კომუნიკაციების, უსაფრთხოების სისტემების, სხვადასხვა სახის პორტატული მოწყობილობების, სათამაშოების სფეროებში. და ა.შ.

ტყვიის მჟავა ბატარეების მუშაობის პრინციპი

ქიმიური ენერგიის წყაროების მუშაობის საფუძველია მეტალებისა და სითხეების ურთიერთქმედება - შექცევადი რეაქცია, რომელიც ხდება დადებითი და უარყოფითი ფირფიტების კონტაქტების დახურვისას. ტყვიის მჟავა ბატარეები, როგორც სახელიდან ჩანს, შედგება ტყვიისა და მჟავისგან, სადაც დადებითად დამუხტული ფირფიტები ტყვია, ხოლო უარყოფითად დამუხტული ფირფიტები - ტყვიის ოქსიდი. თუ ნათურას ორ ფირფიტას დააკავშირებთ, სქემა იკეტება და ხდება ელექტროენერგიის მიმდინარეობა (ელექტრონების მოძრაობა) და ელემენტის შიგნით ხდება ქიმიური რეაქცია. კერძოდ, ბატარეის ფირფიტები კოროზირებულია და ტყვიის დაფარულია ტყვიის სულფატი. ამრიგად, ბატარეის განმუხტვის დროს ტყვიის სულფატის დეპოზიტები ჩამოყალიბდება ყველა ფირფიტაზე. როდესაც ბატარეა მთლიანად დაიცალა, მისი ფირფიტები დაფარულია იგივე ლითონით - ტყვიის სულფატით და სითხის მიმართ თითქმის იგივე მუხტი აქვს, შესაბამისად, ბატარეის ძაბვა ძალიან დაბალი იქნება.

თუ ბატარეის დამტენი დაკავშირებულია შესაბამის ტერმინალებთან და ჩართულია, მჟავაში მოედინება საწინააღმდეგო მიმართულებით. მიმდინარეობა გამოიწვევს ქიმიურ რეაქციას, მჟავას მოლეკულები გაიყოფა და ამ რეაქციის გამო, ტყვიის სულფატი ამოიშლება ბატარეის დადებით და უარყოფით პლასტილინებში. დატენვის პროცესის ბოლო ეტაპზე, ფირფიტებს ექნებათ თავდაპირველი გარეგნობა: ტყვია და ტყვიის ოქსიდი, რაც მათ საშუალებას მისცემს კვლავ მიიღონ განსხვავებული დამუხტვა, ანუ ბატარეა სრულად იქნება დამუხტული.

ამასთან, პრაქტიკაში ყველაფერი ცოტა სხვანაირად გამოიყურება და ელექტროდების ფირფიტები ბოლომდე არ არის გაწმენდილი, ამიტომ ელემენტებს აქვთ გარკვეული რესურსი, რომლის მიხედვითაც ტევადობა ორიგინალის 80-70% -მდე მცირდება.

სურათი 3. ტყვიის მჟავას ბატარეის ელექტროქიმიური დიაგრამა (VRLA).

ტყვიის მჟავა ბატარეის ტიპები

ტყვია - მჟავაემსახურება 6, 12 ვ ბატარეებს. კლასიკური დამწყები ელემენტები შიდა წვის ძრავებისთვის და სხვა. მათ რეგულარული მოვლა და ვენტილაცია სჭირდებათ. ექვემდებარება მაღალი თვითგანთავისუფლებას.

სარქველი რეგულირდება ტყვიის - მჟავა (VRLA), ტექნიკური უზრუნველყოფის გარეშე - 2, 4, 6 და 12V ბატარეები. დალუქულ კორპუსში იაფი ელემენტები, რომელთა გამოყენება შესაძლებელია საცხოვრებელ ადგილებში, არ საჭიროებს დამატებით ვენტილაციას და მოვლას. რეკომენდებულია ბუფერულ რეჟიმში გამოსაყენებლად.

შთამნთქმელი მინის მეთიუ სარქველი რეგულირდება ტყვიის - მჟავა (AGM VRLA), ტექნიკური მომსახურეობა - 4, 6 და 12V ბატარეები. ტყვიის მჟავას თანამედროვე ბატარეები შთანთქმული ელექტროლიტის (არა თხევადი) და მინაბოჭკოვანი გამყოფებით ბევრად უკეთესია ტყვიის ფირფიტების შენარჩუნებაში მათი გაწყვეტის გარეშე. ამ გადაწყვეტილებამ მნიშვნელოვნად შეამცირა AGM ელემენტის დატენვის დრო, ვინაიდან დატენვის დენამ შეიძლება მიაღწიოს 20-25-ს, ნაკლებად ხშირად ნომინალური სიმძლავრის 30% -ს.

AGM VRLA ბატარეებს აქვთ მრავალი მოდიფიკაცია ოპტიმიზირებული მახასიათებლებით ციკლური და ბუფერული რეჟიმისთვის: ღრმა - ხშირი ღრმა განმუხტვისთვის, წინა ტერმინალი - სატელეკომუნიკაციო თაროებში მოსახერხებელი ადგილისთვის 30% –მდე და შესაფერისი მძლავრი უწყვეტი დენის წყაროებისთვის, მოდულური - საშუალებას გაძლევთ შექმნათ მძლავრი ბატარეის კარადები და ა.შ.



სურათი 4.

ლარის სარქველი რეგულირდება ტყვია - მჟავა (GEL VRLA), ტექნიკური უზრუნველყოფის გარეშე - 2, 4, 6 და 12V ბატარეები. ტყვიის მჟავა ბატარეის ტიპის ერთ-ერთი უახლესი მოდიფიკაცია. ტექნოლოგია ემყარება გელის მსგავსი ელექტროლიტის გამოყენებას, რაც უზრუნველყოფს მაქსიმალურ კონტაქტს ელემენტების უარყოფით და დადებით ფირფიტებთან და ინარჩუნებს ერთგვაროვან თანმიმდევრულობას მთელ მოცულობაში. ამ ტიპის ბატარეას სჭირდება "სწორი" დამტენი, რომელიც უზრუნველყოფს დენისა და ძაბვის საჭირო დონეს, მხოლოდ ამ შემთხვევაში შეგიძლიათ მიიღოთ ყველა უპირატესობა AGM VRLA ტიპის შედარებით.

GEL VRLA ქიმიური ენერგიის წყაროებს, ისევე როგორც AGM, აქვს მრავალი ქვეტიპი, რომლებიც საუკეთესოდ შეეფერება გარკვეულ სამუშაო პირობებს. ყველაზე გავრცელებულია მზის სერია - გამოიყენება მზის ენერგიის სისტემებისთვის, საზღვაო - ზღვისა და მდინარის ტრანსპორტირებისთვის, ღრმა ციკლი - ხშირი ღრმა ჩაშვებისთვის, წინა ტერმინალი - აწყობილი სპეციალურ შემთხვევებში სატელეკომუნიკაციო სისტემებისთვის, GOLF - გოლფის ურიკებისათვის, ასევე რაც შეეხება სკრაბერის საშრობებს, მიკრო მცირე ბატარეები მობილური აპლიკაციების ხშირი გამოყენებისათვის, მოდულური - სპეციალური გამოსავალი ენერგიის შესანახად მძლავრი აკუმულატორის ბანკების შესაქმნელად



სურათი 5.

OPzV, ტექნიკური მომსახურეობა - 2V ბატარეები. OPZV ტიპის ტყვიის მჟავა სპეციალური უჯრედები მზადდება მილაკოვანი ანოდური ფირფიტებისა და გოგირდმჟავას გელის ელექტროლიტის გამოყენებით. უჯრედების ანოდი და კათოდი შეიცავს დამატებით მეტალს - კალციუმს, რის გამოც იზრდება ელექტროდების კოროზიის წინააღმდეგობა და იზრდება სამსახურის ვადა. უარყოფითი ფირფიტები კარაქით არის გაჟღენთილი, ეს ტექნოლოგია უზრუნველყოფს უკეთეს კონტაქტს ელექტროლიტთან.

OPzV ელემენტები მდგრადია ღრმა განმუხტვის მიმართ და მათი ხანგრძლივობაა 22 წლამდე. როგორც წესი, მხოლოდ საუკეთესო მასალებს იყენებენ ასეთი ელემენტების წარმოებისთვის, ციკლურ რეჟიმში მაღალი ეფექტურობის უზრუნველსაყოფად.

OPzV ელემენტების გამოყენება მოთხოვნადია სატელეკომუნიკაციო დანადგარებში, საგანგებო განათების სისტემებში, უწყვეტი დენის წყაროებში, სანავიგაციო სისტემებში, საყოფაცხოვრებო და სამრეწველო ენერგიის შენახვის სისტემებში და მზის ენერგიის წარმოებაში.


სურათი 6. OPzV ბატარეის სტრუქტურა EverExceed.

OPzS, დაბალი შენარჩუნება - 2, 6, 12V ბატარეები. OPzS სტაციონარული დატბორილი ტყვიის მჟავა ბატარეები მზადდება მილისებრი ანოდიანი ფირფიტებით, ანტიმონების დამატებით. კათოდი ასევე შეიცავს მცირე რაოდენობის სტიმონს და არის გავრცელების ქსელის ტიპის. ანოდი და კათოდი გამოყოფილია მიკრო-ფოროვანი გამყოფებით, რომლებიც ხელს უშლის მოკლედ ჩართვას. ელემენტის კორპუსი დამზადებულია სპეციალური დარტყმაგამძლე გამჭვირვალე პლასტმასისგან, მდგრადია ქიმიური შეტევისა და ცეცხლის მიმართ, გამწოვი სარქველები ცეცხლგამძლე ტიპისაა და უზრუნველყოფს დაცვას ალისა და ნაპერწკლების შესაძლო შეღწევისგან.

გამჭვირვალე კედლები საშუალებას გაძლევთ მარტივად აკონტროლოთ ელექტროლიტის დონე მინიმალური და მაქსიმალური მნიშვნელობების ნიშნების დახმარებით. სარქველების სპეციალური სტრუქტურა საშუალებას იძლევა, მათი ამოღების გარეშე, მოხდეს გამოხდილი წყლით შევსება და გაზომოს ელექტროლიტის სიმკვრივე. დატვირთვიდან გამომდინარე, წყალი ივსება ყოველი ერთიდან ორ წელიწადში.

OPzS– ის ბატარეებს აქვს სხვა მაღალი შემცველობა ტყვიის მჟავა ბატარეებთან შედარებით. სამსახურის ხანგრძლივობამ შეიძლება მიაღწიოს 20-25 წლამდე და უზრუნველყოს რესურსი 1800-მდე ღრმა 80% განმუხტვის ციკლით.

ასეთი ელემენტების გამოყენება აუცილებელია საშუალო და ღრმა დათხოვნის მოთხოვნების მქონე სისტემებში, მათ შორის. სადაც შეიმჩნევა საშუალო შემოტანის დენები.



სურათი 7.

ტყვიის მჟავა ელემენტების მახასიათებლები

მე –2 ცხრილში მოცემული მონაცემების ანალიზით, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ტყვიის მჟავე ბატარეებს აქვთ მოდელების ფართო არჩევანი, რომლებიც შესაფერისია სხვადასხვა ოპერაციული რეჟიმისა და სამუშაო პირობებისთვის.

ცხრილი 2 ტყვიის მჟავა ბატარეების ტიპების შედარებითი მახასიათებლები.

ანალიზისთვის ჩვენ გამოვიყენეთ 10 – ზე მეტი ბატარეის მწარმოებლის საშუალო მონაცემები, რომელთა პროდუქტი დიდი ხანია წარმოდგენილია უკრაინის ბაზარზე და წარმატებით გამოიყენება მრავალ სფეროში (EverExceed, BB Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian და სხვა).

ლითიუმ-იონის (ლითიუმის) ბატარეები

წარმოშობის გადასვლის ისტორია ჯერ კიდევ 1912 წლიდან იწყება, როდესაც გილბერტ ნიუტონ ლუისი მუშაობდა ძლიერი ელექტროლიტების იონების აქტივობის გამოანგარიშებაზე და აწარმოებდა გამოკვლევას ელექტროდების პოტენციალზე მთელი რიგი ელემენტების, მათ შორის ლითიუმის. 1973 წლიდან მუშაობა განახლდა და შედეგად გაჩნდა პირველი ლითიუმზე დაფუძნებული ბატარეები, რომლებიც უზრუნველყოფდნენ მხოლოდ ერთ განმუხტვის ციკლს. ლითიუმის ბატარეის შექმნის მცდელობას ხელს უშლიდა ლითიუმის თვისებების მოქმედება, რამაც, არასწორი განმუხტვის ან დამუხტვის რეჟიმში, გამოიწვია მძაფრი რეაქცია მაღალი ტემპერატურისა და ცეცხლის გამოყოფით. Sony– მ გამოუშვა პირველი მობილური ტელეფონები მსგავსი ელემენტებით, მაგრამ რამდენიმე უსიამოვნო ინციდენტის შემდეგ იძულებული გახდა პროდუქტები დაეხსნა. განვითარება არ შეჩერებულა და 1992 წელს გამოჩნდა პირველი "უსაფრთხო" ელემენტები, რომლებიც დაფუძნებულია ლითიუმის იონებზე.

ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აქვთ მაღალი ენერგიის სიმკვრივე და, შესაბამისად, კომპაქტური ზომით და მსუბუქი წონით, ისინი 2-4-ჯერ მეტ ტევადობას იძლევიან ტყვიის მჟავა ბატარეებთან შედარებით. უდავოა, რომ ლითიუმ-იონური ელემენტების დიდი უპირატესობაა სრული 100% -იანი დატენვის დიდი სიჩქარე 1-2 საათში.

Li-ion ბატარეები ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ელექტრონულ ტექნოლოგიებში, ავტომობილებში, ენერგიის შესანახი სისტემებში, მზის ენერგიის წარმოებაში. მათ დიდი მოთხოვნილება აქვთ მაღალტექნოლოგიურ მულტიმედიასა და საკომუნიკაციო მოწყობილობებში: ტელეფონები, პლანშეტური კომპიუტერი, ლაპტოპები, რადიოსადგურები და ა.შ. ძნელი წარმოსადგენია თანამედროვე სამყარო ლითიუმ-იონის კვების წყაროების გარეშე.

როგორ მუშაობს ლითიუმის (ლითიუმ-იონის) ელემენტები

ექსპლუატაციის პრინციპია ლითიუმის იონების გამოყენება, რომლებიც შეკრულია დამატებითი ლითონების მოლეკულებით. ჩვეულებრივ, ლითიუმის გარდა გამოიყენება ლითიუმის კობალტის ოქსიდი და გრაფიტი. როდესაც ლითიუმ-იონის ბატარეა იშლება, დატენვის დროს იონები ნეგატიური ელექტროდიდან (კათოდიდან) გადადიან დადებითზე (ანოდზე) და პირიქით. აკუმულატორის სქემა გულისხმობს გამყოფი უჯრედის ორ ნაწილს შორის, ეს აუცილებელია ლითიუმის იონების სპონტანური მოძრაობის თავიდან ასაცილებლად. როდესაც ბატარეის წრე დახურულია და ხდება დატენვის ან განმუხტვის პროცესი, იონები გადალახავს გამყოფს და მიდრეკილება აქვთ საწინააღმდეგოდ დამუხტული ელექტროდისკენ.

სურათი 8. ლითიუმ-იონის ბატარეის ელექტროქიმიური დიაგრამა.

მათი მაღალი ეფექტურობის გამო, ლითიუმ-იონური ბატარეები სწრაფად განვითარდა და მრავალი ქვესახეობა, მაგალითად, ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეები (LiFePO4). ქვემოთ მოცემულია გრაფიკული დიაგრამა, თუ როგორ მუშაობს ეს ქვეტიპი.

სურათი 9. LiFePO4 ბატარეის განმუხტვისა და განმუხტვის პროცესის ელექტროქიმიური დიაგრამა.

ლითიუმის იონის ბატარეის ტიპები

თანამედროვე ლითიუმ-იონურ ბატარეებს მრავალი ქვეტიპი აქვთ, ძირითადი განსხვავებაა კათოდის შემადგენლობა (უარყოფითად დამუხტული ელექტროდი). ასევე, ანოდის შემადგენლობა შეიძლება შეიცვალოს, რათა მთლიანად შეცვალოს გრაფიტი ან გამოიყენოთ გრაფიტი სხვა მასალების დამატებით.

ლითიუმ-იონის სხვადასხვა ტიპის ბატარეები განისაზღვრება მათი ქიმიური დეგრადაციით. ჩვეულებრივი მომხმარებლისთვის ეს შეიძლება გარკვეულწილად რთული იყოს, ამიტომ თითოეული ტიპი მაქსიმალურად დეტალურად იქნება აღწერილი, მათ შორის მისი სრული სახელი, ქიმიური განმარტება, აბრევიატურა და მოკლე აღნიშვნა. მარტივად აღწერისთვის გამოყენებული იქნება შემოკლებული სათაური.

ლითიუმის კობალტის ოქსიდი (LiCoO2) - მას აქვს მაღალი სპეციფიკური ენერგია, რაც ლითიუმ-კობალტის ბატარეას პოპულარობას ანიჭებს კომპაქტურ მაღალტექნოლოგიურ მოწყობილობებში. ბატარეის კათოდი მზადდება კობალტის ოქსიდისგან, ხოლო ანოდი გრაფიტისგან. კათოდს აქვს ფენიანი სტრუქტურა და გამონადენის დროს ლითიუმის იონები ანოდიდან კათოდზე გადადიან. ამ ტიპის ნაკლოვანებებია შედარებით ხანმოკლე სიცოცხლე, დაბალი თერმული სტაბილურობა და უჯრედის ენერგიის შეზღუდვა.

ლითიუმ-კობალტის ელემენტების განმუხტვა ან დატენვა არ შეიძლება ნომინალური სიმძლავრის გადამეტებით, ამიტომ 2.4Ah ბატარეას შეუძლია იმუშაოს 2.4A. თუ დამუხტვისთვის გამოიყენება მაღალი ამპერაჟი, ეს გამოიწვევს გადახურებას. დატენვის ოპტიმალური მიმდინარეობაა 0.8C, ამ შემთხვევაში 1.92A. თითოეული ლითიუმ-კობალტის ბატარეა აღჭურვილია დამცავი სქემით, რომელიც ზღუდავს დატენვისა და განმუხტვის სიჩქარეს და ზღუდავს დენს 1C- მდე.

დიაგრამაზე (ნახ .10) მოცემულია ლითიუმ-კობალტის ბატარეების ძირითადი თვისებები სპეციფიკური ენერგიის ან ენერგიის, სპეციფიკური ენერგიის ან მაღალი დენის, უსაფრთხოების ან მაღალი დატვირთვის დროს ანთების ალბათობის, გარემოს ტემპერატურის, სიცოცხლის ხანგრძლივობისა და ციკლის შესაძლებლობის გათვალისწინებით. სიცოცხლე, ღირებულება ...



სურათი 10.

ლითიუმის მანგანუმის ოქსიდი (LiMn2O4, LMO) - პირველი ინფორმაცია ლითიუმის გამოყენების შესახებ მანგანუმის სპინელებთან დაკავშირებით გამოქვეყნდა სამეცნიერო მოხსენებებში 1983 წელს. Moli Energy- მ 1996 წელს გამოუშვა ელემენტების პირველი პარტია, რომელიც დაფუძნებულია ლითიუმის მანგანუმის ოქსიდზე, როგორც კათოდურ მასალაზე. ეს არქიტექტურა ქმნის სამგანზომილებიან სპინელის სტრუქტურებს, რაც აუმჯობესებს იონის ნაკადს ელექტროდში, რითაც ამცირებს შიდა წინააღმდეგობას და ზრდის მუხტის შესაძლო დენებს. სპინელის უპირატესობა ასევე არსებობს თერმულ სტაბილურობასა და გაზრდილ უსაფრთხოებაში, მაგრამ ციკლის სიცოცხლე და სამსახურის ხანგრძლივობა შეზღუდულია.

დაბალი წინააღმდეგობა უზრუნველყოფს ლითიუმ-მანგანუმის ბატარეის სწრაფად დამუხტვისა და დათხოვნის შესაძლებლობას 30 ა-მდე მაღალი დენით, ხოლო 50A- მდე მოკლევადიანი. შესაფერისია დენის ხელსაწყოებისთვის, სამედიცინო აღჭურვილობისთვის და ჰიბრიდული და ელექტრომობილებისთვის.

ლითიუმ-მანგანუმის ბატარეების პოტენციალი დაახლოებით 30% -ით დაბალია, ვიდრე ლითიუმ-კობალტის ბატარეები, მაგრამ ამ ტექნოლოგიას დაახლოებით 50% -ით უკეთესი თვისებები აქვს, ვიდრე ბატარეები, რომლებიც დაფუძნებულია ნიკელის ქიმიურ კომპონენტებზე.

დიზაინის მოქნილობა ინჟინრებს საშუალებას აძლევს ოპტიმიზაცია მოახდინონ აკუმულატორის თვისებებზე და მიაღწიონ ბატარეის ხანგრძლივ მუშაობას, მაღალ სიმძლავრეს (ენერგიის სიმკვრივე), მაქსიმალურ დენის შესაძლებლობას (დენის სიმკვრივე). მაგალითად, ხანგრძლივი სამსახურის ხანგრძლივობით, 18650 უჯრედის ზომას აქვს 1.1Ah ტევადობა, ხოლო უფრო მაღალი სიმძლავრისთვის ოპტიმიზირებულ უჯრედებს 1.5Ah, მაგრამ მათ ასევე აქვთ ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობა.

გრაფიკი (ნახ .12) ასახავს არა ლითიუმ-მანგანუმის ბატარეების ყველაზე შთამბეჭდავ მახასიათებლებს, მაგრამ თანამედროვე მოვლენებმა მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა მუშაობა და გახადა ამ ტიპის კონკურენტუნარიანი და ფართოდ გამოყენებული.



სურათი 11.

ლითიუმ-მანგანუმის ტიპის თანამედროვე ბატარეების წარმოება შესაძლებელია სხვა ელემენტების - ლითიუმ-ნიკელის-მანგანუმის-კობალტის ოქსიდის (NMC) დამატებით, ეს ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად აგრძელებს მუშაობის ხანგრძლივობას და ზრდის სპეციფიკურ ენერგეტიკულ მაჩვენებლებს. ამ ნაერთს საუკეთესო თვისებები მოაქვს თითოეული სისტემიდან, ე.წ. LMO (NMC) გამოიყენება ელექტროენერგიის უმეტეს ნაწილზე, როგორიცაა Nissan, Chevrolet, BMW და ა.შ.

ლითიუმის ნიკელის მანგანუმის კობალტის ოქსიდი (LiNiMnCoO2 ან NMC) - ლითიუმ-იონური ბატარეების წამყვან მწარმოებლებმა ყურადღება გაამახვილეს ნიკელ-მანგანუმ-კობალტის კომბინაციაზე, როგორც კათოდურ მასალებზე (NMC). ლითიუმ-მანგანუმის ტიპის მსგავსი, ამ ელემენტების ადაპტირება შესაძლებელია მაღალი ენერგიის სიმკვრივის ან მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის მისაღწევად, თუმცა არა ერთდროულად. მაგალითად, NMC 18650 უჯრედს საშუალო დატვირთვით აქვს 2.8Ah ტევადობა და შეუძლია უზრუნველყოს მაქსიმალური დიაპაზონი 4-5A; NMC უჯრედს, ოპტიმიზირებულია გაზრდილი ენერგიის პარამეტრებისთვის, აქვს მხოლოდ 2Wh, მაგრამ შეუძლია უზრუნველყოს უწყვეტი განმუხტვის მიმდინარეობა 20A– მდე. NMC თავისებურება მდგომარეობს ნიკელისა და მანგანუმის კომბინაციაში, მაგალითად, სუფრის მარილში, რომელშიც ძირითადი ინგრედიენტებია ნატრიუმი და ქლორიდი, რომლებიც ცალკე ტოქსიკური ნივთიერებებია.

ნიკელი ცნობილია თავისი მაღალი სპეციფიკური ენერგიით, მაგრამ დაბალი სტაბილურობით. მანგანუმს აქვს სპინელის სტრუქტურის ფორმირების უპირატესობა და უზრუნველყოფს მცირე შიდა წინააღმდეგობას, ხოლო ჯერ კიდევ აქვს დაბალი სპეციფიკური ენერგია. ამ ორი ლითონის კომბინირებით შესაძლებელია NMC ბატარეის ოპტიმალური მუშაობის მიღება სხვადასხვა სამუშაო პირობებისთვის.

NMC ელემენტები შესანიშნავია დენის ხელსაწყოებისთვის, ელექტრონული ველოსიპედებისთვის და სხვა ძრავებისთვის. კათოდური მასალების კომბინაცია: ნიკელის, მანგანუმის და კობალტის მესამედი უზრუნველყოფს უნიკალურ თვისებებს და აგრეთვე ამცირებს პროდუქტის ღირებულებას კობალტის შემცველობის შემცირების გამო. სხვა ქვეტიპები, როგორიცაა NCM, CMN, CNM, MNC და MCN, აქვთ შესანიშნავი სამმაგი ლითონის კოეფიციენტები 1 / 3-1 / 3-1 / 3 – დან. ჩვეულებრივ, მწარმოებლის მიერ ზუსტი თანაფარდობა ინახება საიდუმლოდ.



სურათი 12.

ლითიუმის რკინის ფოსფატი (LiFePO4) - 1996 წელს ტეხასის უნივერსიტეტში (და სხვა კონტრიბუტორებით) ფოსფატი გამოიყენებოდა როგორც ლითიუმის ელემენტების კათოდური მასალა. ლითიუმის ფოსფატი გთავაზობთ კარგ ელექტროქიმიურ მუშაობას დაბალი წინააღმდეგობით. ამის გაკეთება შესაძლებელია ნანო-ფოსფატის კათოდური მასალის საშუალებით. მთავარი უპირატესობაა მაღალი დენის დინება და ხანგრძლივი მომსახურება, კარგი თერმული სტაბილურობისა და უსაფრთხოების გაზრდის გარდა.

ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეები უფრო ტოლერანტულია სრული გამონადენის მიმართ და ნაკლებად ემორჩილება დაბერებას, ვიდრე სხვა ლითიუმის იონური სისტემები. LFP ასევე უფრო მდგრადია ზედმეტი დატვირთვის მიმართ, მაგრამ, როგორც სხვა ლითიუმ-იონურ ბატარეებთან, გადატენვამ შეიძლება ზიანი მიაყენოს. LiFePO4 უზრუნველყოფს ძალიან სტაბილურ განმუხტვის ძაბვას 3.2V, რაც ასევე საშუალებას იძლევა მხოლოდ 4 უჯრედი გამოიყენოთ 12V სტანდარტული ბატარეის შესაქმნელად, რაც თავის მხრივ საშუალებას იძლევა ტყვიის მჟავა ელემენტების ეფექტურად შეცვლას. ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეები არ შეიცავს კობალტს, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს პროდუქტის ღირებულებას და მას უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ხდის. უზრუნველყოფს მაღალ დენადობას დათხოვნის დროს და ასევე შეიძლება დამუხტული იყოს ნომინალური დენის საშუალებით მხოლოდ ერთ საათში სრული სიმძლავრით. გარემოს დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობა შეამცირებს მუშაობას და ტემპერატურა 35 ° C– ზე ოდნავ შეამცირებს სამსახურის ცხოვრებას, მაგრამ შესრულება ბევრად უკეთესია ვიდრე Lead Acid, Nickel Cadmium ან NiMH ბატარეები. ლითიუმ ფოსფატს აქვს უფრო მაღალი თვითდამუშავების სიჩქარე, ვიდრე სხვა ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, რამაც შეიძლება საჭირო გახდეს ბატარეის კარადების დაბალანსება.



სურათი 13.

ლითიუმის ნიკელ კობალტის ალუმინის ოქსიდი (LiNiCoAlO2) - ლითიუმის ნიკელ კობალტის ოქსიდის ალუმინის (NCA) ელემენტები 1999 წელს შემოვიდა. ეს ტიპი უზრუნველყოფს მაღალ სპეციფიკურ ენერგიას და საკმარის სპეციფიკურ ენერგიას, ასევე ხანგრძლივ მუშაობას. ამასთან, არსებობს ანთების რისკები, რის შედეგადაც დაემატა ალუმინი, რაც უზრუნველყოფს ელექტროქიმიური პროცესების მაღალ სტაბილურობას ბატარეაში, მაღალი განმუხტვის და დამუხტვის დენებში.



სურათი 14.

ლითიუმის ტიტანიტი (Li4Ti5O12) - ბატარეები ლითიუმის ტიტანატის ანოდებით ცნობილია 1980-იანი წლებიდან. კათოდი გრაფიტისგან შედგება და ჰგავს ტიპური ლითიუმის მეტალის ბატარეის არქიტექტურას. ლითიუმის ტიტანატს აქვს უჯრედის ძაბვა 2.4V, ის სწრაფად იტენება და უზრუნველყოფს მაღალი განმუხტვის დინებას 10C, რაც 10 ჯერ მეტია, ვიდრე ბატარეის.

ლითიუმ-ტიტანატის ბატარეებს ციკლის ხანგრძლივობა აქვთ სხვა Li-ion ტიპის სხვა ელემენტებთან შედარებით. მათ აქვთ მაღალი უსაფრთხოება და ასევე შეუძლიათ მუშაობდნენ დაბალ ტემპერატურაზე (–30ºC– მდე) მუშაობის მნიშვნელოვანი შემცირების გარეშე.

მინუსი მდგომარეობს საკმაოდ მაღალ დანახარჯში, ისევე როგორც სპეციფიკური ენერგიის მცირე მაჩვენებელში, დაახლოებით 60-80Wh / კგ, რაც საკმაოდ შედარებულია ნიკელ-კადმიუმის ბატარეებთან. პროგრამები: ელექტროენერგიის დანადგარები და უწყვეტი დენის წყაროები.



სურათი 15.

ლითიუმის პოლიმერული ბატარეები (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) - ლითიუმის პოლიმერული ელემენტები განსხვავდება ლითიუმ-იონური ელემენტებისგან იმით, რომ ისინი იყენებენ სპეციალურ პოლიმერულ ელექტროლიტს. ამ ტიპის ბატარეების მღელვარება, რომელიც 2000-იანი წლებიდან გაჩნდა, დღემდე გრძელდება. იგი დაარსდა უმიზეზოდ, ვინაიდან სპეციალური პოლიმერების დახმარებით შესაძლებელი იყო ელემენტის შექმნა თხევადი ან გელის მსგავსი ელექტროლიტის გარეშე, ეს შესაძლებელს ხდის თითქმის ნებისმიერი ფორმის ელემენტების შექმნას. მაგრამ მთავარი პრობლემა ის არის, რომ მყარი პოლიმერული ელექტროლიტი უზრუნველყოფს ცუდი გამტარობას ოთახის ტემპერატურაზე და საუკეთესო თვისებები იშლება 60 ° C- მდე გათბობისას. მეცნიერების ყველა მცდელობა ამ პრობლემის გადაჭრისა უშედეგოდ დასრულდა.

თანამედროვე ლითიუმის პოლიმერული ბატარეები იყენებენ მცირე რაოდენობით გელის ელექტროლიტს ნორმალური ტემპერატურის უკეთესი გამტარობისთვის. და ოპერაციის პრინციპი ემყარება ზემოთ აღწერილ ერთ-ერთ ტიპს. ყველაზე გავრცელებულია ლითიუმ-კობალტის ტიპი პოლიმერული გელი ელექტროლიტით, რომელიც უმეტეს შემთხვევაში გამოიყენება.

ძირითადი განსხვავება ლითიუმის იონურ ბატარეებსა და ლითიუმ პოლიმერულ ბატარეებს შორის არის ის, რომ მიკროპოროვანი პოლიმერული ელექტროლიტი იცვლება ტრადიციული გამყოფი გამყოფით. ლითიუმის პოლიმერს აქვს ოდნავ უფრო მაღალი სპეციფიკური ენერგია და შესაძლებელს ხდის შექმნას თხელი ელემენტები, მაგრამ ღირებულება 10-30% -ით მეტია ვიდრე ლითიუმ-იონი. ასევე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა საქმის სტრუქტურაში. თუ თხევადი კილიტა გამოიყენება ლითიუმის პოლიმერისთვის, რაც საშუალებას იძლევა შეიქმნას ელემენტები იმდენად თხელი, რომ ისინი საკრედიტო ბარათებს ჰგვანან, მაშინ ლითიუმ-იონის პირობა იკრიბება ხისტი მეტალის შემთხვევაში ელექტროდების მჭიდროდ დასადგენად.

სურათი 17. მობილური ტელეფონისთვის Li-polymer ბატარეის გამოჩენა.

ლითიუმ-იონის ბატარეის სპეციფიკაციები

ცხრილი არ შეიცავს უჯრედის მაქსიმალურ მოცულობას, რადგან ლითიუმ-იონური ელემენტების ტექნოლოგია არ იძლევა მძლავრი ერთუჯრედიანი წარმოების საშუალებას. როდესაც საჭიროა მაღალი სიმძლავრის ან DC დინება, ბატარეები უკავშირდება პარალელურად და სერიულად, მხტუნავების გამოყენებით. მდგომარეობის კონტროლი უნდა მოხდეს აკუმულატორის მონიტორინგის სისტემით. თანამედროვე ბატარეის კაბინეტები UPS- სა და მზის ელექტროსადგურებისათვის, რომლებიც დაფუძნებულია ლითიუმის უჯრედებზე, შეიძლება მიაღწიოს 500-700V DC ძაბვას, რომლის სიმძლავრეა დაახლოებით 400A / სთ, ისევე როგორც 2000-3000Ah მოცულობა 48 ან 96V ვოლტაჟით.

ნიკელის კადმიუმის ბატარეები

გამომგონებელია შვედი მეცნიერი ვალდემარ იუნგნერი, რომელმაც დააპატენტა კადმიუმის ტიპის ნიკელის წარმოების ტექნოლოგია 1899 წელს. 1990 წელს ედისონთან დაიწყო საპატენტო საპროტესტო დავა, რომელიც იუნგნერმა დაკარგა იმის გამო, რომ ის არ ფლობდა ისეთ სახსრებს, როგორც მისი მოწინააღმდეგე. ვალდემარის მიერ დაარსებული კომპანია "Ackumulator Aktiebolaget Jungner" გაკოტრების პირას იყო, თუმცა სახელი შეიცვალა და გახდა "Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner", კომპანიამ განაგრძო განვითარება. ამჟამად, დეველოპერის მიერ დაარსებულ კომპანიას SAFT AB ჰქვია და აწარმოებს მსოფლიოში ყველაზე საიმედო ნიკელ-კადმიუმის ბატარეებს.

ნიკელ-კადმიუმის ელემენტები ძალიან გამძლე და საიმედო ტიპისაა. აქ არის მომსახურე და არასამთავრობო მომსახურეობის მოდელები, რომელთა სიმძლავრეა 5-დან 1500Ah- მდე. ისინი ჩვეულებრივ მიეწოდება მშრალ დამუხტულ ჭურჭელში ელექტროლიტის გარეშე, ნომინალური ძაბვის 1,2 ვ. ტყვიის მჟავასთან დიზაინის მსგავსების მიუხედავად, ნიკელ-კადმიუმის ბატარეებს გააჩნიათ მრავალი მნიშვნელოვანი უპირატესობა სტაბილური მუშაობის სახით –40 ° C ტემპერატურაზე, მაღალი შემოდინების დენის გაძლების უნარი და ასევე სწრაფად ოპტიმიზირებულია მოდელებით განმუხტვა. Ni-Cd ელემენტები მდგრადია ღრმა გამონადენის, ზედმეტი დატენვისა და არ საჭიროებს მყისიერ დატენვას, როგორიცაა ტყვიის მჟავას ტიპი. სტრუქტურულად, ისინი მზადდება შოკის მდგრადი პლასტმასისგან და კარგად იტანენ მექანიკურ დაზიანებას, არ ეშინიათ ვიბრაციის და ა.შ.

ნიკელ-კადმიუმის ბატარეების მუშაობის პრინციპი

ტუტე ბატარეები, რომელთა ელექტროდები შედგება ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატისგან, გრაფიტის, ბარიუმის ოქსიდისა და კადმიუმის ფხვნილის დამატებით. როგორც წესი, ელექტროლიტი წარმოადგენს ხსნარს 20% კალიუმის შემცველობით და ლითიუმის მონოჰიდრატის დამატებით. ფირფიტები გამოყოფილია საიზოლაციო გამყოფებით მოკლე ჩართვების თავიდან ასაცილებლად, ერთი უარყოფითად დამუხტული ფირფიტა განლაგებულია ორ დადებით დამუხტვას შორის.

ნიკელ-კადმიუმის ბატარეის განმუხტვის პროცესში ანოდს შორის ხდება ურთიერთქმედება ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატთან და ელექტროლიტის იონებთან, წარმოქმნის ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატს. ამავდროულად, კადმიუმის კათოდი ქმნის კადმიუმის ოქსიდის ჰიდრატს, რითაც ქმნის პოტენციურ სხვაობას 1,45 ვ-მდე, რაც უზრუნველყოფს ძაბვას ელემენტის შიგნით და გარე დახურულ წრეში.

ნიკელ-კადმიუმის ბატარეების დატენვის პროცესს თან ახლავს ანდების აქტიური მასის დაჟანგვა და ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატის ნიკელის ოქსიდის ჰიდრატზე გადასვლა. ამავდროულად, კათოდი მცირდება და ქმნის კადმიუმს.

ნიკელის-კადმიუმის ბატარეის მუშაობის პრინციპის უპირატესობა ის არის, რომ ყველა კომპონენტი, რომლებიც წარმოიქმნება განმუხტვისა და მუხტის ციკლის დროს, თითქმის არ იშლება ელექტროლიტში და ასევე არ ახდენს გვერდით რეაქციებს.

სურათი 16. Ni-Cd ბატარეის სტრუქტურა.

ნიკელ კადმიუმის ბატარეის ტიპები

Ni-Cd ბატარეები დღეს ყველაზე ხშირად გამოიყენება ინდუსტრიაში, სადაც საჭიროა მრავალფეროვანი ელექტროენერგიის გამოყენება. რამდენიმე მწარმოებელი გვთავაზობს ნიკელ-კადმიუმის ბატარეების რამდენიმე ქვეტიპს, რომლებიც გარკვეულ რეჟიმებში უზრუნველყოფს საუკეთესო მუშაობას:

განმუხტვის დრო 1.5 - 5 საათი ან მეტი - მომსახურე ელემენტები;

განმუხტვის დრო 1.5 - 5 საათი ან მეტი - ბატარეები, რომლებსაც არ აქვთ ტექნიკური მომსახურება;

განმუხტვის დრო 30 - 150 წუთი - მომსახურე ელემენტები;

განმუხტვის დრო 20 - 45 წუთი - მომსახურე ელემენტები;

განმუხტვის დრო 3 - 25 წუთი - ემსახურება ელემენტებს.

ნიკელ კადმიუმის ბატარეების მახასიათებლები

მაღალი ტექნიკური მახასიათებლები ამ ტიპის აკუმულატორს ძალიან მიმზიდველს ხდის სამრეწველო პრობლემების გადასაჭრელად, როდესაც საჭიროა მაღალ საიმედო სარეზერვო ენერგიის წყარო ხანგრძლივი მუშაობით.

ნიკელის რკინის ბატარეები

ისინი პირველად შექმნა ვალდემარ იუნგნერმა 1899 წელს, როდესაც იგი ცდილობდა ნიკელ-კადმიუმის ბატარეებში კადმიუმის უფრო იაფი ანალოგის პოვნას. ხანგრძლივი ცდების შემდეგ, იუნგნერმა უარი თქვა რკინის მოხმარებაზე, რადგან მუხტი ძალიან ნელა ხდებოდა. რამდენიმე წლის შემდეგ, თომას ედისონმა შექმნა ნიკელის რკინის ბატარეა Baker Electric და Detroit Electric მანქანების ენერგიის მისაცემად.

წარმოების დაბალმა ღირებულებამ საშუალება მისცა ნიკელის რკინის ბატარეები მოთხოვნადიყო ელექტრო ტრანსპორტში, როგორც წევის ელემენტები, ისინი ასევე გამოიყენება სამგზავრო მანქანების ელექტროფიკაციისთვის, კონტროლის სქემების ელექტრომომარაგებისთვის ბოლო წლებში ნიკელის რკინის ბატარეებზე საუბრობენ განახლებული ენერგიით, რადგან ისინი არ შეიცავს ტოქსიკურ ელემენტებს, როგორიცაა ტყვია, კადმიუმი, კობალტი და ა.შ.

ნიკელის რკინის ბატარეების მუშაობის პრინციპი

ელექტროენერგია ინახება ნიკელის ოქსიდის ჰიდროქსიდის გამოყენებით, როგორც დადებითი ფირფიტების, რკინის, როგორც უარყოფითი ფირფიტებისა და თხევადი ელექტროლიტის სახით კასტიკური კალიუმის სახით. ნიკელის სტაბილური მილები ან "ჯიბეები" შეიცავს აქტიურ ნივთიერებას

ნიკელის რკინის ტიპი ძალიან საიმედოა. უძლებს ღრმა გამონადენებს, ხშირ დატენვას და ასევე შეიძლება იყოს ნაკლებად დატენული მდგომარეობა, რაც ძალზე საზიანოა ტყვიის მჟავა ელემენტებისთვის.

ნიკელის რკინის ელემენტების მახასიათებლები

გამოყენებული მასალები

ბოსტონის საკონსულტაციო ჯგუფის კვლევა

ტექნიკური დოკუმენტაცია TM Bosch, Panasonic, EverExcend, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence და სხვები.

დილა მშვიდობისა ყველა ახალბედაზე. დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ ძაბვის აკუმულატორებზე. აკუმულატორებს ქიმიური დენის წყაროებს უწოდებენ, რომელშიც შექცევადი ქიმიური რეაქციების შედეგად, შინაგანი ენერგია გარდაიქმნება ელექტრულ ენერგიად. სწორედ ამ რეაქციის შექცევადობის გამო ხდება ბატარეების დატენვა და დათხოვნა. ელემენტები შექმნილია ელექტროენერგიის შესანახად და ფართოდ გამოიყენება მრავალფეროვან სფეროში. ძნელი წარმოსადგენია ჩვენი ცხოვრება მათ გარეშე, ისინი ყველგან გარს გვიპყრობენ. განკუთვნილია განმეორებითი გამოყენებისათვის და აქვთ საკმარისად გრძელი ექსპლუატაციის ვადა. უმარტივესი აკუმულატორი არის ორი ელექტროდი, რომელიც დამზადებულია სხვადასხვა ლითონისგან და შეიწოვება ელექტროლიტის (მჟავას) ხსნარში. ერთ ელექტროდს კათოდს უწოდებენ, ხოლო მეორეს - ანოდს.

პრაქტიკაში, ტყვიის და ლითიუმის ბატარეები ყველაზე ხშირად გამოიყენება. ტყვიის ბატარეა მზადდება ტყვიის ორი ფირფიტისგან, რომლებიც შეიწოვება გოგირდმჟავაში. ელემენტს აქვს სხვადასხვა ძაბვა, მაგალითად, ტყვიის ბატარეის ერთი ბლოკი იძლევა 2 ვოლტ ძაბვას, ლითიუმ-იონის ბატარეის ერთ ბლოკს - 3,7 ვოლტი, - 1,2 ვოლტი. პირველი ელემენტის შემქმნელად ითვლება ალესანდრო ვოლტა (მისი სახელიდან ჩამოყალიბდა ძაბვის მნიშვნელობის მნიშვნელობა - ვოლტი). ვოლტანის სვეტს ჰქონდა მარტივი დიზაინი - სპილენძისა და თუთიის წრეები და მათ შორის ვატის ნაჭერი ჩაყრილიყო წყალსა და ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარში. დღესდღეობით აქტუალური აკუმულატორების მრავალრიცხოვანი სახეობაა, სტატიის ბოლოს მოცემულია მათი სრული სია.

ელემენტები მზადდება სხვადასხვა სიმძლავრისა და ძაბვისგან, რაც დამოკიდებულია მოწყობილობის მოხმარებაზე, რისთვისაც ისინი განკუთვნილია. აკუმულატორის ძაბვა იზომება ვოლტებში, მიმდინარეობა ამპერებში და სიმძლავრე ვატებში. მაგალითად, თუ იცით, რომ ბატარეის მიმდინარეობაა 10 ამპერი / საათში, ხოლო ძაბვა არის 6 ვოლტი და თქვენ უნდა იცოდეთ მისი სიმძლავრე, მაშინ ომის კანონის შესაბამისად მივიღებთ 6 ვოლტ * 10 ამპერი \u003d 60 ვატი. ამრიგად, იცის ორი პარამეტრი, შეგიძლიათ მარტივად გაარკვიოთ მესამე. დგება დრო, როდესაც აკუმულატორი დაცლილია. ქიმიური ენერგიის ამოწურვისას, ბატარეის ძაბვა და მიმდინარეობა ვარდება, ელემენტი წყვეტს მუშაობას. აკუმულატორის დატენვა შესაძლებელია ნებისმიერი DC ან პულსის დენის წყაროდან. დატენვის დენი ითვლება სტანდარტად ელემენტის ნომინალური სიმძლავრის 1/10 ნაწილში (ამპერებში / საათში).

განიხილეთ სტატია ბატარეების ტიპები

• ტყვია აკუმულატორები. ამ ელემენტებში რეაგენტი არის ტყვიის დიოქსიდი და თავად ტყვია, ხოლო ელექტროლიტი არის გოგირდმჟავას ხსნარი. მათ ტყვიის მჟავასაც უწოდებენ. ისინი იყოფა ოთხ ჯგუფად: სტაციონარული, დამწყები, პორტატული (დალუქული) და წევა. ყველაზე ფართოდ გავრცელებულია დამწყები ელემენტები, ისინი გამოიყენება შიდა წვის ძრავების დასაწყებად და ელექტროენერგიის მიწოდებაში მანქანებში. მათი მინუსი არის დაბალი სპეციფიკური ენერგეტიკული მნიშვნელობები, არ არის ძალიან კარგი მუხტის შეკავება და წყალბადის ევოლუცია.
• ნიკელ-კადმიუმი აკუმულატორები. აქ რეაგენტები არიან შესაბამისად ნიკელის ჰიდროქსიდი და კადმიუმი, ხოლო ელექტროლიტი არის კალიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი, ამ მხრივ მათ ტუტე ბატარეებსაც უწოდებენ. ისინი იყოფა lamellar, lamellar და დალუქული. ლამელარული ნიკელ-კადმიუმის ბატარეები საკმაოდ იაფია, მათ ახასიათებთ ბრტყელი გამონადენის მრუდი, ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა და გამძლეობა. ისინი იყენებენ ელექტროძრავის, ამწეების, საკომუნიკაციო მოწყობილობების, ელექტრონული მოწყობილობების, სტაციონარული აღჭურვილობის მოპოვებას დიზელის ძრავებისა და თვითმფრინავების ძრავების დასაწყებად.
• დალუქული ელემენტებს ახასიათებს ჰორიზონტალური განმუხტვის მრუდი, მაღალი განმუხტვის სიჩქარე და დაბალი ტემპერატურაზე მუშაობის უნარი, მაგრამ ისინი უფრო ძვირია და აქვთ მეხსიერების ეფექტი. ისინი გამოიყენება პორტატული აღჭურვილობის, საყოფაცხოვრებო ტექნიკის, ბავშვთა სათამაშოების ენერგიის მისაღებად. ამ ელემენტების დიდი ნაკლი არის გამოყენებული კადმიუმის ტოქსიკურობა.
• ნიკელ-რკინა აკუმულატორები. ზემოხსენებულ პრობლემას თავი დავაღწიეთ კადმიუმის ნაცვლად რკინის გამოყენებით. ელემენტები არ შეიცავს ტოქსიკურ კადმიუმს, უფრო იაფია, აქვთ ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობა და მაღალი სიმტკიცე, მაგრამ დამუხტვის დასაწყისში წყალბადის გამოყოფის გამო, ისინი იწარმოება მხოლოდ გაჟღენთილი ვერსიით. მათთვის დამახასიათებელია მაღალი თვითდამუხტვა, დაბალი ენერგოეფექტურობა, პრაქტიკულად არაოპერატიული, -10 გრადუსზე დაბალ ტემპერატურაზე. ისინი ძირითადად იყენებენ წევის ენერგიის წყაროს ელექტრო ელმავლებსა და სამრეწველო ლიფტებში.
• ნიკელის ლითონის ჰიდრიდი აკუმულატორები. აქ, ელექტროდის აქტიური მასალაა ინტერმეტალური ნაერთი, რომელიც წყალბადს შთანთქავს, ე.ი. სინამდვილეში ეს არის შემცირებული ფორმის წყალბადის ელექტროდი შეწოულ მდგომარეობაში. აკუმულატორს აქვს იგივე გამონადენის მრუდი, როგორც ნიკელ-კადმიუმის ბატარეები, მაგრამ ენერგია და სპეციფიკური სიმძლავრე 1,5-2-ჯერ მეტია, პლუს ისინი არ შეიცავს ტოქსიკურ კადმიუმს! დამზადებულია სხვადასხვა ფორმის (ცილინდრი, პრიზმა, დისკი) დალუქულ დიზაინში. გამოიყენება აღჭურვილობისა და პორტატული მოწყობილობებისთვის.
• ნიკელ-თუთია აკუმულატორები. ეს არის ტუტე ბატარეები თუთიის ელექტროდით. მათი სპეციფიკური ენერგია 2-ჯერ მეტია ვიდრე ნიკელ-კადმიუმი. მათ ახასიათებთ ჰორიზონტალური გამონადენის მრუდი, მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე და საკმაოდ დაბალი ფასი, მაგრამ მათი რესურსი საკმაოდ მცირეა, რის გამოც ისინი მასობრივ გამოყენებაში არ შევიდნენ. გამოიყენება პორტატული აღჭურვილობისთვის.
• ვერცხლ-თუთია და ვერცხლ-კადმიუმი აკუმულატორები. მათში ვერცხლის ოქსიდი, თუთია და კადმიუმი აქტიური მასალაა, ხოლო ტუტეები არის ელექტროლიტი. მათ ახასიათებთ მაღალი ენერგიები და ძალა, დაბალი თვითგანმუხტვა, მაგრამ ამის გამო ისინი ძვირია. ვერცხლ-თუთიას აქვს მცირე რესურსი, ისინი წარმოიქმნება პრიზმის ან დისკის სახით, ისინი გამოიყენება პორტატული მოწყობილობების, აგრეთვე სამხედრო აღჭურვილობის გასაქანიებლად.
• ნიკელ-წყალბადის აკუმულატორები. ასეთ ბატარეებში, ფოროვანი გაზის დიფუზიური ელექტროდი, პლატინის კატალიზატორით, მოქმედებს როგორც უარყოფითი ელექტროდი. მათ ახასიათებთ მაღალი სპეციფიკური ენერგია, მაღალი რესურსი, მაგრამ ისინი სწრაფად განიცდიან და ძვირია. ნაპოვნია პროგრამა კოსმოსურ ინდუსტრიაში.
• ლი-იონი აკუმულატორები. ანოდი ნახშირბადოვანი მასალაა, რომელშიც ლითიუმის იონებია ჩასმული. კობალტი, რომელშიც ლითიუმის იონებიც არის ჩასმული, ყველაზე ხშირად არის დადებითი ელექტროდი. ელექტროლიტი არის ლითიუმის მარილი არაწყლიან გამხსნელში. მათ ახასიათებთ მაღალი სპეციფიკური ენერგია, რესურსი და დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობის უნარი. ამიტომ, მათი წარმოება ბოლო პერიოდში მკვეთრად გაიზარდა. გამოიყენება მობილურ ტელეფონებში, ნოუთბუქებში და სხვა მოწყობილობებში
• ლითიუმი-პოლიმერული აკუმულატორები. აქ უარყოფითი ელექტროდი წარმოდგენილია ნახშირბადოვანი მასალით, ლითიუმის იონებით, ხოლო დადებითი ელექტროდი წარმოდგენილია კობალტის ან მანგანუმის ოქსიდებით. ელექტროლიტი არის ლითიუმის მარილის ხსნარი არაწყლიან გამხსნელში, რომელიც მოთავსებულია მცირე პოლიმერულ მატრიქსში. ზემოთ აღწერილ ბატარეასთან შედარებით, მას აქვს კიდევ უფრო მაღალი სპეციფიკური ენერგია და რესურსი და უფრო უსაფრთხოა. იგი გამოიყენება ელექტრონული პორტატული მოწყობილობების ელექტრომომარაგებაში.
• დატენვის მანგანუმ-თუთიის ენერგიის წყაროები. ეს არის ისეთი ენერგიის წყაროები, რომლებიც შეიცავს ტუტე ელექტროლიტს, რომელსაც შეუძლია ელექტრონულად დატენოს. მაღალი სპეციფიკური ენერგია, დაბალი თვითდამუხტვა, დაბალი ღირებულება. ჰერმეტული დიზაინი, მაგრამ ძალიან მცირე რესურსი, მხოლოდ 20-50 ციკლი.

აკუმულატორი ან საცავის ელემენტები არის მოწყობილობა, რომელიც შედგება რამდენიმე ბატარეისგან. მას შეუძლია ენერგიის შენახვა, შენახვა და მოხმარება. ელემენტის შიგნით მიმდინარე ქიმიური პროცესების შექცევადობის გამო, ასეთი მოწყობილობების დატენვა და განმუხტვა მრავალჯერ შეიძლება.

ბატარეების გამოყენების ფარგლები ძალიან ფართოა. ისინი გამოიყენება მანქანებში და სხვადასხვა საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში, როგორიცაა დისტანციური მართვა და ნოუთბუქები. ასევე, როგორც სარეზერვო ელექტრომომარაგება სამედიცინო სფეროში, წარმოებაში, კოსმოსურ ინდუსტრიაში, მონაცემთა ცენტრებში.

ბატარეების ტიპები და ტიპები

დღეს დაახლოებით 30 ტიპის ბატარეა იწარმოება. ასეთი დიდი რიცხვი განპირობებულია სხვადასხვა ქიმიური ელემენტის ელექტროდების და ელექტროლიტების გამოყენების შესაძლებლობით. ელემენტის ყველა მახასიათებელი დამოკიდებულია ელექტროდის მასალაზე და ელექტროლიტის შემადგენლობაზე.

ჩვენ არ ჩამოვთვლით ყველა ტიპს, მაგრამ მხოლოდ მცირე ცხრილს მივცემთ, სადაც აღწერილია ყველაზე გავრცელებული:

მოწყობილობა

1 - უარყოფითი ელექტროდი
2 - გამყოფი ფენა
3 - პოზიტიური ელექტროდები
4 - უარყოფითი კონტაქტი
5 - უსაფრთხოების სარქველი
6 - პოზიტიური ელექტროდები
7 - პოზიტიური კონტაქტი

მრავალჯერადი დატენვის ელემენტები შედგება ბატარეების რამდენიმე ბანკისგან, რომლებიც დაკავშირებულია პარალელურად ან სერიულად. სერიული კავშირი გამოიყენება ძაბვის გასაზრდელად, პარალელური კავშირი კი დენის გასაზრდელად.

თითოეული ელემენტი ბატარეაში შედგება ორი ელექტროდისა და ელექტროლიტისგან, რომლებიც მოთავსებულია სპეციალური მასალისგან დამზადებულ კორპუსში.

ელექტროდი უარყოფითი მუხტით არის ანოდი, დადებითი მუხტით არის კათოდი. ანოდი შეიცავს შემამცირებელ აგენტს, კათოდს დაჟანგვის საშუალებას. ბატარეის კორპუსში არის გამყოფი ფირფიტა, რაც ხელს უშლის ელექტროდების დახურვას.

ელექტროლიტი - წყალხსნარი, რომელშიც ორივე ელექტროდია ჩაძირული.

ბატარეის დათხოვნისას, ანოდის შემამცირებელი იჟანგება და ელექტრონები გამოიყოფა. შემდეგ ელექტრონები შედიან ელექტროლიტში და იქიდან გადადიან კათოდში, ხოლო წარმონაქმნის მიმდინარეობას ქმნიან. კათოდში მოხვედრა ელექტრონები ამცირებენ მის ჟანგვას. მარტივი სიტყვებით შეგიძლიათ აღწეროთ პროცესი შემდეგნაირად: ელექტრონები ნეგატიური ელექტროდიდან დადებითზე გადადიან და ქმნიან განმუხტვის დენას.

ბატარეის დამუხტვისას ელექტროდები ცვლის ქიმიურ შემადგენლობას და ხდება უკუ რეაქცია. ელექტრონები აქ პოზიტიური ანოდიდან ნეგატიურ კათოდზე გადადიან.

სხვადასხვა ტიპის ბატარეების მახასიათებლები

ტყვიის მჟავა ბატარეები

გასტონ პლანტეს მიერ შექმნილი მე -19 საუკუნეში. ეს დატენვის აკუმულატორები დღეს ყველაზე აქტუალურია მათი დაბალი ღირებულებისა და მრავალფეროვნების გამო. მათი გამოყენების ფარგლები ფართოა ამ ტიპის ჯიშების დიდი რაოდენობის გამო. ტყვიის ოქსიდი გამოიყენება უარყოფითად დამუხტული ელექტროდების სახით. დადებითი ელექტროდები დამზადებულია ტყვიისგან. ელექტროლიტი არის გოგირდის მჟავა.

ტყვიის მჟავა ბატარეებს აქვს შემდეგი ჯიშები:

• LA - ბატარეები 6 ან 12 ვოლტიანი ძაბვით. ტრადიციული მოწყობილობა მანქანის ძრავების დასაწყებად. ისინი საჭიროებენ მუდმივ მოვლასა და ვენტილაციას.
• VRLA - ძაბვა 2, 4, 6 ან 12 ვოლტი. სარქველი რეგულირდება ტყვიის მჟავა ბატარეით. როგორც სახელიდან ჩანს, ეს ელემენტი აღჭურვილია განტვირთვის სარქველით. მისი როლი არის გაზების ევოლუციისა და წყლის მოხმარების შემცირება. ამ ელემენტების დამონტაჟება შესაძლებელია საცხოვრებელ ადგილებში.
• AGM VRLA - წინა ტიპის მსგავსად, იგი აღჭურვილია სარქველით, მაგრამ აქვს სულ სხვა თვისებები. AGM ტექნოლოგიით დამზადებულ ბატარეებში, მინაბოჭკოვანი მოქმედებს როგორც გამყოფი. მისი მიკროპორები გაჯერებულია თხევადი ელექტროლიტებით. ეს ელემენტები არ არის ტექნიკური და ვიბრაცია.
• ლარი VRLA - ტყვიის მჟავა ბატარეების ქვესახეობა გელის ელექტროლიტით. ამის წყალობით, მათი დატენვის / განმუხტვის რესურსი იზრდება. ტექნიკური მომსახურება უფასოა.
• OPzV - დალუქული ელემენტები, რომლებიც გამოიყენება ტელეკომუნიკაციებში და საგანგებო განათებისთვის. ელექტროლიტი არის გელი, როგორც წინა შემთხვევაში. ელექტროდები შეიცავს კალციუმს, რის გამოც ამ ტიპის ბატარეის სიცოცხლის ხანგრძლივობაა 20 წელი.
• OPzS - ასეთი ბატარეების კათოდს აქვს მილის სტრუქტურა. ეს მნიშვნელოვნად ზრდის ამ ტიპის ბატარეების ციკლის ხანგრძლივობას. იგი ასევე ემსახურება დაახლოებით 20 წლის განმავლობაში. იგი იწარმოება ბატარეის სახით 2-დან 125 ვ-მდე ძაბვით.

ლითიუმის იონის ბატარეები

იგი პირველად გამოვიდა Sony- მ 1991 წელს და მას შემდეგ აქტიურად იყენებენ საყოფაცხოვრებო ტექნიკასა და ელექტრონულ მოწყობილობებში. თითქმის ყველა მობილური ტელეფონი, ლეპტოპი, კამერა და ვიდეოკამერა აღჭურვილია ამ ტიპის ბატარეით. კათოდის როლს ასრულებს ლითიუმ-ფერო-ფოსფატის ფირფიტა. უარყოფითი ანოდი არის ნახშირის კოქსი. დადებითი ლითიუმის იონი ახდენს მუხტს ასეთ ბატარეებში. მას შეუძლია შეაღწიოს სხვა საკითხების კრისტალურ ქსელში და შექმნას მათთან ქიმიური კავშირი. ამ ტიპის უპირატესობებია მაღალი ენერგიის მოხმარება, დაბალი თვითგანმუხტვა და ტექნიკური საჭიროება.

ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, ისევე როგორც მათ წამყვან კოლეგებს, დიდი რაოდენობით აქვთ ქვეტიპები. ამ შემთხვევაში ქვეტიპები განსხვავდება კათოდისა და ანოდის შემადგენლობით. ლითიუმ-იონის ბატარეები ძაბვის დიაპაზონშია 2.4V- დან 3.7VV- მდე.

ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი ქვეტიპია ლითიუმის პოლიმერის დატენვის ბატარეები. ისინი შედარებით ცოტა ხნის წინ გამოჩნდნენ და სწრაფად მოიპოვეს პოპულარობა. ეს გამოწვეულია ლითიუმის პოლიმერულ ბატარეებში მყარი პოლიმერული ელექტროლიტის გამოყენებით. ეს საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ნებისმიერი ფორმის ელემენტები. უფრო მეტიც, ამ ელემენტების ღირებულება მხოლოდ 15% -ით მეტია ვიდრე ჩვეულებრივი ლითიუმ-იონური ბატარეები.