Care sunt bateriile auto. Ce baterie este mai bună pentru o mașină

O baterie de stocare este o sursă chimică de curent electric, constând dintr-o combinație (baterie) de mai multe baterii separate. Folosirea mai multor elemente în locul unuia vă permite să obțineți o tensiune mai mare sau un curent mai mare, în funcție de metoda de conectare - serial sau paralel.

Există mai multe tipuri de baterii cu diferite materiale electrod și electrolit. Mulți au auzit și știu, de exemplu, că există tot felul de baterii de nichel-cadmiu, nichel-metal, litiu-ion, plumb-acid.

Dintre toate varietățile de mașini, numai plumbul este folosit ca starter. Acest lucru se datorează faptului că bateriile de acest tip au consumul maxim de energie, în comparație cu altele, și capacitatea de a furniza un curent mare într-un timp scurt. În același timp, trebuie să suportăm faptul că atât acidul, cât și plumbul sunt substanțe foarte dăunătoare. Toate bateriile plumb-acid sunt fabricate din plastic rezistent la acid, pentru a asigura siguranța maximă în timpul transportului și utilizării.

În prezent, plumbul este utilizat ca material pentru electrozi, nu în formă pură, ci cu diverși aditivi, în funcție de care baterii sunt împărțite în mai multe tipuri.

În funcție de aditivii pentru materialul electrodului, bateriile auto sunt împărțite în:

• Tradițional („antimoniu”)
• Antimoniu scăzut
• Calciu
• Hibrid
• Gel, AGM
  Și în plus:
• Alcalin
• Li-ion

Tradițional („antimoniu”)

Bateriile de acest tip conțin ≥5% antimoniu în plăcile de plumb. Adesea sunt numite și clasice, tradiționale. Dar un astfel de nume nu mai este relevant astăzi, deoarece bateriile cu un conținut mai mic de antimoni au devenit deja clasice.

Se adaugă antimoniu pentru a duce la creșterea rezistenței plăcilor. Dar din cauza acestui aditiv, procesul de electroliză este accelerat, care începe deja la 12 volți. Gazele emise (oxigen și hidrogen) fac ca apa să pară că fierbe. Datorită faptului că apa scapă în exterior în cantități mari, concentrația electrolitului se schimbă și marginile superioare ale electrozilor sunt expuse. Pentru a compensa apa „fiartă”, apa distilată este turnată în baterie.

Bateriile cu un conținut ridicat de antimoni le fac ușor de întreținut. Acest lucru se datorează faptului că este necesar să se verifice densitatea electrolitului și să se umple cu apă destul de des, cel puțin o dată pe lună.

Acum bateriile de acest tip nu mai sunt instalate pe mașini, deoarece progresul a mers mult timp înainte. Bateriile „antimoniu” pot fi instalate în instalații staționare, unde nepretenția surselor de alimentare este mai importantă și în care nu există probleme speciale cu întreținerea lor. Toate bateriile auto sunt fabricate cu puțin sau deloc antimoniu.

Antimoniu scăzut

Pentru a reduce intensitatea „fierberii” apei din baterii, au fost utilizate plăci cu o cantitate redusă de antimoniu (mai puțin de 5%). Acest lucru a eliminat necesitatea de a verifica frecvent nivelul electrolitului. De asemenea, nivelul de auto-descărcare a bateriei în timpul stocării a scăzut.

Astfel de baterii sunt denumite cel mai adesea întreținere redusă sau complet lipsită de întreținere, ceea ce înseamnă că aceste baterii nu necesită monitorizare și întreținere. Deși termenul „fără întreținere” este mai comercial decât real, deoarece nu a fost posibil să scăpați complet de pierderea de apă din electrolit. Apa încă „fierbe” puțin, deși în cantități mult mai mici decât bateriile convenționale deservite. Un avantaj imens al unei baterii cu conținut scăzut de antimoniu este neajutorarea sa față de calitatea echipamentelor electrice ale mașinii. Chiar și cu căderi de tensiune în rețeaua de la bord, caracteristicile acestei baterii nu se schimbă la fel de ireversibil precum se întâmplă cu bateriile mai moderne, de exemplu, bateriile cu calciu sau gel.

Bateriile cu conținut scăzut de antimoniu sunt mai potrivite pentru autoturismele fabricate în Rusia, deoarece mașinile domestice nu se pot lăuda încă cu asigurarea stabilității tensiunii rețelei la bord. Mai mult, bateriile cu conținut scăzut de antimoniu se disting prin costul minim în comparație cu altele.

Calciu

O altă soluție pentru a reduce intensitatea „fierberii” apei din baterie a fost utilizarea unui alt material în loc de antimoniu în rețelele electrodului. Calciul s-a dovedit a fi cel mai potrivit. Bateriile de acest tip sunt adesea marcate cu „Ca / Ca”, ceea ce înseamnă că plăcile ambilor poli conțin calciu. De asemenea, argintul este uneori adăugat la compoziția plăcilor în cantități mici, ceea ce reduce rezistența internă a bateriei. Acest lucru are un efect pozitiv asupra consumului de energie și eficienței bateriei.

Utilizarea calciului a făcut posibilă reducerea semnificativă a intensității evoluției gazelor și a pierderii de apă, în comparație cu bateriile cu antimoniu redus. De fapt, pierderea de apă pe durata de viață a bateriei a fost atât de scăzută încât nu a fost nevoie să se verifice densitatea electrolitului și nivelul apei din cutii. Astfel, bateriile de stocare a calciului au dreptul să fie numite fără întreținere.

În plus față de rata scăzută de „fierbere” a apei, bateriile de calciu au, de asemenea, un nivel redus de auto-descărcare cu aproape 70%, în comparație cu bateriile cu antimoniu scăzut. Acest lucru permite bateriilor de calciu să își păstreze proprietățile de performanță pentru o perioadă mai lungă de timp.

pentru că utilizarea calciului în locul antimoniului a făcut posibilă creșterea tensiunii de la începutul electrolizei apei de la 12 la 16 volți anterioare, iar supraîncărcarea nu a fost atât de groaznică.

Cu toate acestea, bateriile de calciu au nu numai avantaje, ci și contra.

Unul dintre principalele dezavantaje ale bateriilor de acest tip este capriciositatea în raport cu supra-descărcarea. Este suficient să descărcați de 3-4 ori, deoarece consumul de energie scade ireversibil, adică cantitatea de curent pe care bateria este capabilă să o acumuleze scade brusc. În astfel de cazuri, bateria este de obicei simplă înlocuită.

Bateriile de calciu sunt sensibile la tensiunea rețelei de bord a vehiculului, tolerând extrem de slab schimbările bruște. Înainte de a achiziționa o baterie de acest tip, asigurați-vă că tensiunea vehiculului este stabilă.

Un alt dezavantaj este prețul mai mare al bateriilor cu calciu. Dar acesta nu mai este un dezavantaj, ci un preț forțat pentru calitate.

Cel mai adesea, bateriile de stocare a calciului sunt instalate pe mașini străine cu prețuri medii sau mai mari, adică pentru acele mașini în care calitatea și stabilitatea echipamentelor electrice sunt garantate. Atunci când cumpărați o baterie de acest tip, trebuie avut în vedere faptul că o baterie este mai solicitantă în funcționare decât una cu antimoniu scăzut, dar cu o îngrijire adecvată obțineți o sursă de energie de înaltă calitate și de încredere pentru mașina dvs.

Hibrid

Adesea denumit „Ca +”. În bateriile hibride, plăcile electrodului sunt realizate folosind diferite tehnologii: pozitiv - antimoniu scăzut, negativ - calciu. Acest lucru vă permite să combinați calitățile pozitive ale ambelor tipuri de baterii reîncărcabile. Consumul de apă al bateriilor hibride este de două ori mai mic decât cel al bateriilor cu antimoniu redus, dar totuși mai mult decât cel al bateriilor cu calciu. Dar o rezistență mai mare la supraîncărcări și supraîncărcări.

Caracteristicile bateriilor hibride sunt între antimoniu scăzut și calciu.

Gel, AGM

De-a lungul a peste o sută și jumătate de ani de istorie a acumulatorilor, inginerii au trebuit să rezolve multe probleme și sarcini. Una dintre cele mai importante probleme a fost eliminarea substanței active de pe suprafața plăcilor electrodului. Această problemă a fost rezolvată temporar prin adăugarea diferiților aditivi la compoziția oxidului de plumb - antimoniu, calciu etc. O altă sarcină foarte importantă a fost asigurarea siguranței funcționării bateriei, deoarece electrolitul - o soluție apoasă de acid sulfuric - ar putea scurge cu ușurință dacă carcasa bateriei a fost deteriorată. Inutil să spun, cât de coroziv este acidul sulfuric. A fost necesar să se găsească o modalitate de prevenire, minimizare a posibilității scurgerii de electroliți dacă carcasa bateriei este deteriorată.

Această problemă a fost rezolvată prin conversia electrolitului dintr-un lichid într-o stare de gel. pentru că gelul este mult mai dens și mai puțin fluid decât lichidul, acest lucru a rezolvat ambele probleme simultan - substanța activă nu s-a destrămat (mediul dens l-a remediat) și electrolitul nu s-a scurs (gelul are o fluiditate scăzută).

În ambele baterii cu gel și AGM, electrolitul se află într-o stare asemănătoare gelului. Diferența este că în bateriile AGM, în plus, există un material poros special între plăcile electrodului, care deține în plus electrolitul și protejează electrozii de la scurgeri. Abrevierea „AGM” înseamnă „Absorbent Glass Mat” (material absorbant din sticlă). pentru că bateriile cu gel și AGM au aproape aceleași caracteristici, în continuare, sub gel, ne referim la bateriile AGM. În cazul oricăror diferențe, acest lucru va fi indicat separat.

Datorită faptului că gelul din baterii este de fapt într-o stare fixă, aceste baterii nu se tem de înclinare. Producătorii chiar scriu că funcționarea bateriei este permisă în orice poziție. Deși aceasta este doar o declarație de marketing, de atunci totuși nu țineți bateriile cu gel pe dos.

Rezistența excelentă la vibrații nu este singura caracteristică pozitivă a bateriilor cu gel. Aceste tipuri de baterii au o rată de auto-descărcare redusă, astfel încât pot fi depozitate mult timp fără o scădere critică a încărcării. Depozitați în stare încărcată.

Bateriile cu gel pot furniza același curent mare până la descărcarea completă. În același timp, nu se tem de suprasarcină, refăcându-și complet capacitatea nominală după reîncărcare.

Dacă, la descărcare, bateriile cu gel sunt mai puțin capricioase decât cele clasice, atunci situația cu încărcarea bateriilor este complet diferită. Încărcarea accelerată este inacceptabilă - procesul de încărcare a bateriilor cu gel ar trebui să aibă loc cu un curent mult mai mic. Pentru aceasta se folosesc chiar și încărcătoare speciale, potrivite pentru încărcarea numai a bateriilor cu gel. Deși există și încărcătoare universale pe piață, care, conform asigurărilor producătorilor, pot încărca toate tipurile de baterii. Cât de mult corespunde acest lucru realității - trebuie să priviți cu atenție, acordând atenție reputației și garanției producătorului.

Din păcate, bateriile cu gel nu funcționează bine la temperaturi foarte scăzute decât bateriile clasice. Acest lucru se datorează faptului că gelul devine mai puțin conductiv pe măsură ce temperatura scade. În condiții de funcționare favorabile, bateriile cu gel pot dura până la 10 ani.

Datorită etanșeității lor absolute, rezistenței relative la vibrații și bateriilor lor gel (fără a fi doar comercializate) fără întreținere sunt utilizate pe scară largă acolo unde este periculos sau neprofitabil utilizarea bateriilor clasice: în interior (de exemplu, în surse de alimentare neîntreruptibile), în motor vehicule (o motocicletă, spre deosebire de mașină, plimbări, abateri periodice de la planul vertical), în transportul maritim și fluvial (aceste baterii nu se tem de rularea inerentă navelor). Desigur, bateriile cu gel sunt folosite și în mașini. Cel mai adesea - în mașini străine prestigioase, care se datorează prețului destul de ridicat al acestor baterii (plata pentru calitate și fiabilitate).

Alcalin

După cum știți, nu numai acidul, ci și alcalinele pot fi utilizate ca electrolit în baterii. Există multe varietăți de baterii alcaline, dar le vom lua în considerare doar pe cele care și-au găsit aplicarea în mașini.

Bateriile alcaline auto sunt de două tipuri: nichel-cadmiu și nichel-fier. Într-o baterie de nichel-cadmiu, plăcile pozitive sunt acoperite cu hidroxid de nichel NiO (OH) (alias hidrat de oxid de nichel III sau metahidroxid de nichel), plăcile negative sunt acoperite cu un amestec de cadmiu și fier. Într-o baterie de nichel-fier, plăcile pozitive sunt acoperite cu aceeași compoziție ca într-o baterie de nichel-cadmiu - hidroxid de nichel. Singura diferență este electrodul negativ - în bateria de nichel-fier este fabricat din fier pur. Electrolitul din ambele tipuri de baterii este o soluție de KOH potasiu caustic.

Plăcile-electrozii din baterii alcaline sunt ambalate în „plicuri” ale celei mai subțiri plăci metalice perforate. Substanța activă este presată în aceleași plicuri. Acest lucru îmbunătățește foarte mult rezistența la vibrații a bateriilor.

Bateriile alcaline au o caracteristică interesantă: în bateriile nichel-cadmiu există încă o placă pozitivă decât cele negative și sunt situate la margini, conectându-se la carcasă. În bateriile cu nichel-fier, este adevărat opusul - există mai multe plăci negative decât cele pozitive.

O altă caracteristică a bateriilor alcaline este că acestea nu consumă electroliți în timpul reacțiilor chimice. Din acest motiv, este necesar mai puțin decât în ​​cele acide, unde este necesar să se completeze electrolitul cu un surplus din cauza „fierberii” acestuia.

Bateriile alcaline au o serie de avantaje față de cele acide:

• Toleranță bună la supradescărcare. În acest caz, bateria poate fi stocată într-o stare descărcată fără a-și pierde caracteristicile, ceea ce nu se poate spune despre bateriile acide.
• Bateriile alcaline tolerează supraîncărcarea relativ ușor. În același timp, există opinia că este mai bine să le reîncărcați decât să le supraîncărcați.
• Bateriile alcaline au performanțe mult mai bune în medii cu temperatură scăzută. Acest lucru face posibilă pornirea aproape sigură a motoarelor în timpul iernii.
• Auto-descărcarea bateriilor alcaline este mai mică decât cele clasice cu acid.
• Nu se emit vapori nocivi din bateriile alcaline, ceea ce nu se poate spune despre bateriile acide.
• Bateriile alcaline pot stoca mai multă energie pe unitate de masă. Acest lucru face posibilă livrarea curentului electric pentru o perioadă mai lungă de timp (în timpul operației de tracțiune).

Cu toate acestea, bateriile alcaline au și dezavantaje în comparație cu cele acide:

• Bateriile alcaline produc mai puțină tensiune decât cele acide, ceea ce înseamnă că trebuie să combinați mai multe „cutii” pentru a atinge tensiunea dorită. Din acest motiv, la aceeași tensiune, dimensiunile unei baterii alcaline vor fi mai mari.
• Bateriile alcaline sunt mult mai scumpe decât cele acide.

Bateriile alcaline sunt acum mai frecvent utilizate ca baterii de tracțiune decât bateriile de pornire. Datorită dimensiunii lor, majoritatea bateriilor de pornire alcaline produse sunt pentru camioane.

Perspectiva utilizării pe scară largă a bateriilor alcaline în autoturisme este încă slabă.

Li-ion

Bateriile de stocare litiu-ion (și subtipurile sale) sunt considerate cele mai promițătoare ca o sursă suplimentară de curent electric.

În elementele chimice de acest tip, purtătorii curentului electric sunt ioni de litiu. Din păcate, este imposibil să descriem fără echivoc materialele electrozilor, deoarece tehnologia se schimbă constant, se îmbunătățește. Putem spune doar că la început litiul metalic a fost folosit ca electrozi negativi, dar astfel de baterii s-au dovedit a fi explozive. Ulterior, s-a folosit grafit. Anterior, oxizii de litiu cu adaos de cobalt sau mangan au fost folosiți ca material pentru electrozi pozitivi. Cu toate acestea, acum sunt înlocuiți din ce în ce mai mult cu litiu-fero-fosfat, deoarece noul material s-a dovedit a fi mai puțin toxic, mai ieftin și mai ecologic (poate fi eliminat în siguranță).

Cele mai importante avantaje ale bateriilor litiu-ion sunt:

• Capacitate specifică mare (capacitate pe unitate de masă).
• Tensiunea de ieșire este mai mare decât cea „obișnuită” - o baterie este capabilă să furnizeze aproximativ 4 volți. Amintiți-vă că tensiunea unui element clasic al bateriei este de 2 volți.
• Auto-descărcare redusă.

Cu toate acestea, toate avantajele disponibile depășesc dezavantajele, datorită cărora nu este posibil să se folosească astăzi baterii litiu-ion la scară largă ca înlocuitor pentru bateriile clasice cu plumb-acid.

Unele dezavantaje ale bateriilor litiu-ion:

• Sensibilitate la temperatura aerului. La temperaturi negative, capacitatea de a da energie scade foarte brusc. Și aceasta este una dintre principalele probleme pe care dezvoltatorii se străduiesc să le rezolve.
• Numărul de descărcări de încărcare este încă prea mic (în medie, aproximativ 500).
• Bateriile litiu-ion îmbătrânesc. În timpul depozitării, există o scădere treptată a capacității. În termen de 2 ani - aproximativ 20% din capacitate. Vă rugăm să nu vă confundați cu auto-descărcare sau efect de memorie. Dar este bine că încă se lucrează pentru a rezolva această problemă.
• Bateriile litiu-ion sunt extrem de sensibile la descărcările profunde.
• Putere insuficientă pentru utilizarea ca baterie de pornire. Curentul generat de celula litiu-ion este suficient pentru alimentarea dispozitivelor electronice, dar nu suficient pentru a porni motorul.

Când inginerii vor reuși să rezolve aceste neajunsuri, bateriile litiu-ion vor fi un înlocuitor excelent pentru bateria clasică acidă.

Lucrări continue sunt în curs de îmbunătățire a tipurilor existente de baterii reîncărcabile. Centrele de cercetare caută modalități de a crește intensitatea energetică a surselor de alimentare, ceea ce va reduce dimensiunea bateriilor. Pentru regiunile nordice, invenția unei baterii rezistente la îngheț va fi foarte utilă (și atunci nu ar exista nicio problemă de defectare a instalației de motor în înghețuri severe).

Este foarte important să lucrăm în direcția asigurării respectării mediului, deoarece tehnologiile actuale pentru producerea de baterii de stocare nu pot face fără utilizarea substanțelor otrăvitoare și pur și simplu periculoase (să ia cel puțin plumb sau acid sulfuric).

Bateriile tradiționale cu plumb-acid au cu greu un viitor. Bateriile AGM sunt o etapă intermediară în evoluție. Bateria viitorului nu va avea lichid în compoziția sa (astfel încât nimic nu se scurge atunci când este deteriorat), va avea o formă arbitrară (astfel încât să fie posibil să se utilizeze toate golurile posibile din mașină), precum și mulți alți parametri care le va permite proprietarilor de mașini să se bucure de plimbare și să nu fie nervoși în legătură cu faptul că bateria se poate defecta în cel mai nepotrivit moment.

O baterie reîncărcabilă este o sursă constantă de curent pentru stocarea și stocarea energiei. Majoritatea covârșitoare a tipurilor de baterii reîncărcabile se bazează pe conversia ciclică a energiei chimice în energie electrică, care vă permite să încărcați și să descărcați în mod repetat bateria.

În 1800, Alessandro Volta a făcut o descoperire uimitoare când a scufundat două plăci metalice - cupru și zinc - într-un borcan umplut cu acid, după care a dovedit că un curent electric curge prin firul care le conectează. Peste 200 de ani mai târziu, bateriile moderne de stocare continuă să fie produse pe baza descoperirii Voltei.

Tipuri de baterii reîncărcabile

Nu au trecut mai mult de 140 de ani de la inventarea primei baterii și acum este dificil să ne imaginăm lumea modernă fără surse de alimentare de rezervă bazate pe baterii. Bateriile sunt folosite în orice, de la cele mai inofensive dispozitive casnice: panouri de control, aparate de radio portabile, lanterne, laptopuri, telefoane, la sisteme de securitate pentru instituțiile financiare, surse de alimentare de rezervă pentru centre de date, industria spațială, energie nucleară, comunicații etc. etc. .

Lumea în curs de dezvoltare are nevoie de energie electrică atât cât o persoană are nevoie de oxigen pentru viață. Prin urmare, proiectanții și inginerii lucrează zilnic pentru a optimiza tipurile de baterii existente și pentru a dezvolta periodic noi tipuri și subspecii.

Principalele tipuri de baterii sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1. Clasificarea bateriilor reîncărcabile.

Pe baza datelor prezentate în Tabelul 1, putem concluziona că există multe tipuri de baterii care sunt diferite în ceea ce privește caracteristicile lor, care sunt optimizate pentru utilizare în diverse condiții și cu intensități diferite. Aplicând noi tehnologii și componente pentru producție, oamenii de știință reușesc să realizeze caracteristicile necesare pentru un anumit domeniu de aplicare, de exemplu, bateriile nichel-hidrogen au fost dezvoltate pentru sateliții spațiali, stațiile spațiale și alte echipamente spațiale. Desigur, nu toate tipurile sunt prezentate în tabel, ci doar cele principale care s-au răspândit.

Sistemele moderne de alimentare de rezervă și autonomă pentru segmentul industrial și intern se bazează pe varietăți de plumb-acid, nichel-cadmiu (tipul fier-nichel se folosește mai rar) și bateriile litiu-ion, deoarece aceste surse de energie chimică sunt sigure și au caracteristici și costuri tehnice acceptabile.

Baterii cu plumb acid

Acest tip este cel mai solicitat în lumea modernă datorită caracteristicilor sale versatile și a costului redus. Datorită numărului mare de varietăți, bateriile cu plumb-acid sunt utilizate în domeniile sistemelor de alimentare de rezervă, sistemelor autonome de alimentare cu energie electrică, centralelor solare, UPS-urilor, diferitelor tipuri de transport, comunicațiilor, sistemelor de securitate, diferitelor tipuri de dispozitive portabile, jucăriilor , etc.

Principiul de funcționare a bateriilor cu plumb-acid

Baza activității surselor de alimentare chimice se bazează pe interacțiunea metalelor și lichidelor - o reacție reversibilă care apare atunci când contactele plăcilor pozitive și negative sunt închise. Bateriile plumb-acid, după cum sugerează și numele, sunt compuse din plumb și acid, unde plăcile încărcate pozitiv sunt plumb, iar plăcile încărcate negativ sunt oxid de plumb. Dacă conectați un bec la două plăci, circuitul se închide și apare un curent electric (mișcarea electronilor) și apare o reacție chimică în interiorul elementului. În special, plăcile bateriei se corodează, plumbul este acoperit cu sulfat de plumb. Astfel, în timpul descărcării bateriei, se vor forma depuneri de sulfat de plumb pe toate plăcile. Când bateria este complet descărcată, plăcile sale sunt acoperite cu același metal - sulfat de plumb și au aproape aceeași încărcare față de lichid, în consecință, tensiunea bateriei va fi foarte scăzută.

Dacă conectați încărcătorul la bornele corespunzătoare la baterie și îl porniți, curentul va curge în acid în direcția opusă. Curentul va provoca o reacție chimică, moleculele de acid se vor despărți și datorită acestei reacții, sulfatul de plumb va fi îndepărtat din plastilinele pozitive și negative ale bateriei. În etapa finală a procesului de încărcare, plăcile vor avea aspectul lor original: plumb și oxid de plumb, ceea ce le va permite să obțină din nou o încărcare diferită, adică bateria va fi complet încărcată.

Cu toate acestea, în practică, totul arată puțin diferit, iar plăcile electrodului nu sunt complet curățate, prin urmare bateriile au o anumită resursă, la atingerea căreia capacitatea scade la 80-70% din cea inițială.

Figura №3. Schema electrochimică a unei baterii cu plumb acid (VRLA).

Tipuri de baterii cu plumb acid

Plumb - Acid deservit de baterii de 6, 12V. Baterii de pornire clasice pentru motoare cu ardere și multe altele. Au nevoie de întreținere și ventilație regulată. Sunt supuși unei autodescărcări mari.

Plumb reglementat prin supapă - acid (VRLA), fără întreținere - baterii de 2, 4, 6 și 12V. Bateriile ieftine într-o cutie sigilată, care pot fi utilizate în zone rezidențiale, nu necesită ventilație și întreținere suplimentare. Recomandat pentru utilizare în modul tampon.

Plumb regulat cu supapă de sticlă absorbantă - Acid (AGM VRLA), fără întreținere - baterii de 4, 6 și 12V. Bateriile moderne de plumb-acid cu electrolit absorbit (nu lichid) și separatoare din fibră de sticlă sunt mult mai bune la reținerea plăcilor de plumb, împiedicându-le să se prăbușească. Această soluție a redus semnificativ timpul de încărcare a bateriilor AGM, deoarece curentul de încărcare poate ajunge la 20-25, mai rar 30% din capacitatea nominală.

Bateriile AGM VRLA au multe modificări cu caracteristici optimizate pentru modurile de funcționare ciclice și tampon: Deep - pentru descărcări adânci frecvente, terminal frontal - pentru locație convenabilă în rafturile de telecomunicații, Standard - pentru scop general, High Rate - oferă cea mai bună caracteristică de descărcare până la 30% și potrivit pentru surse de alimentare puternice neîntreruptibile, Modular - vă permite să creați dulapuri puternice pentru baterii etc.



Figura №4.

Plumb reglementat cu supapă GEL - acid (GEL VRLA), fără întreținere - baterii de 2, 4, 6 și 12V. Una dintre cele mai recente modificări ale tipului de baterie plumb-acid. Tehnologia se bazează pe utilizarea unui electrolit de tip gel, care asigură contactul maxim cu plăcile negative și pozitive ale elementelor și menține o consistență uniformă pe tot volumul. Acest tip de baterie necesită un încărcător „corect”, care să asigure nivelul necesar de curent și tensiune, doar că în acest caz puteți obține toate avantajele față de tipul AGM VRLA.

Sursele de alimentare chimice GEL VRLA, precum AGM, au multe subtipuri care sunt cele mai potrivite pentru anumite condiții de operare. Cele mai frecvente sunt seria Solar - utilizată pentru sistemele de energie solară, Marine - pentru transport maritim și fluvial, Deep Cycle - pentru descărcări adânci frecvente, terminalul frontal - asamblat în carcase speciale pentru sisteme de telecomunicații, GOLF - pentru căruțe de golf, precum și ca și pentru uscătoarele de spălat, Micro - baterii mici pentru utilizare frecventă în aplicații mobile, Modular - o soluție specială pentru crearea unor bănci puternice de baterii pentru stocarea energiei etc.



Figura №5.

OPzV, fără întreținere - baterii de 2V. Celulele speciale de plumb-acid de tip OPZV sunt fabricate folosind plăci anodice tubulare și un electrolit cu gel de acid sulfuric. Anodul și catodul celulelor conțin un metal suplimentar - calciu, datorită căruia crește rezistența la coroziune a electrozilor și crește durata de viață. Plăcile negative sunt răspândite, această tehnologie asigură un contact mai bun cu electrolitul.

Bateriile OPzV sunt rezistente la descărcări profunde și au o durată lungă de viață de până la 22 de ani. De regulă, numai cele mai bune materiale sunt utilizate pentru fabricarea unor astfel de baterii pentru a asigura o eficiență ridicată în modul ciclic.

Utilizarea bateriilor OPzV este solicitată în instalațiile de telecomunicații, sistemele de iluminat de urgență, sursele de alimentare neîntreruptibile, sistemele de navigație, sistemele de stocare a energiei casnice și industriale și generarea de energie solară.


Figura 6. Structura bateriei OPzV EverExceed.

OPzS, întreținere redusă - baterii de 2, 6, 12V. Bateriile staționare plumb-acid OPzS sunt fabricate cu plăci anodice tubulare cu adaos de antimoniu. Catodul conține, de asemenea, o cantitate mică de antimoniu și este de tipul grilei de răspândire. Anodul și catodul sunt separați de separatoare microporoase care previn scurtcircuitele. Carcasa bateriei este fabricată dintr-un plastic transparent rezistent la șocuri, rezistent la atacuri chimice și incendii, iar supapele ventilate sunt de tip ignifug și asigură protecție împotriva posibilelor pătrunderi de flăcări și scântei.

Pereții transparenți vă permit să monitorizați în mod convenabil nivelul electrolitului utilizând marcajele minimă și maximă. Structura specială a supapelor face posibilă, fără a le scoate, completarea cu apă distilată și măsurarea densității electrolitului. În funcție de sarcină, apa este completată la fiecare doi ani.

Bateriile OPzS au cea mai mare performanță decât orice altă baterie cu plumb acid. Durata de viață poate ajunge la 20 - 25 de ani și poate oferi o resursă de până la 1800 de cicluri de descărcare adâncă de 80%.

Utilizarea acestor baterii este necesară în sistemele cu cerințe de descărcare medie și profundă, incl. unde se observă curenți de intrare medie.



Figura №7.

Caracteristicile bateriilor cu plumb acid

Analizând datele date în tabelul 2, putem ajunge la concluzia că bateriile cu plumb-acid au o gamă largă de modele care sunt potrivite pentru diferite moduri de funcționare și condiții de funcționare.

Masa 2. Caracteristici comparative ale tipurilor de baterii plumb-acid.

Pentru analiză, am utilizat date medii de la mai mult de 10 producători de baterii ale căror produse au fost prezentate pe piața ucraineană de mult timp și sunt utilizate cu succes în multe domenii (EverExceed, BB Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies , Victron Energy, SunLight, Troian și alții).

Baterii litiu-ion (litiu)

Istoria pasajului de origine se întoarce în 1912, când Gilbert Newton Lewis a lucrat la calcularea activităților ionilor de electroliți puternici și a efectuat cercetări cu privire la potențialii de electrod ai unui număr de elemente, inclusiv litiu. Din 1973, lucrările au fost reluate și, ca rezultat, au apărut primele baterii pe bază de litiu, care furnizau un singur ciclu de descărcare. Încercările de a crea o baterie cu litiu au fost îngreunate de activitatea proprietăților litiului, care, în moduri greșite de descărcare sau încărcare, au provocat o reacție violentă cu eliberarea temperaturilor ridicate și chiar a flăcărilor. Sony a lansat primele telefoane mobile cu astfel de baterii, dar a fost forțată să reamintească produsele înapoi după mai multe incidente neplăcute. Dezvoltarea nu s-a oprit și în 1992 au apărut primele baterii „sigure” bazate pe ioni de litiu.

Bateriile de tip litiu-ion au o densitate mare de energie și, prin urmare, cu o dimensiune compactă și o greutate redusă, oferă o capacitate de 2-4 ori mai mare decât bateriile cu plumb-acid. Fără îndoială, un mare avantaj al bateriilor litiu-ion este viteza mare de reîncărcare completă 100% în 1-2 ore.

Bateriile Li-ion sunt utilizate pe scară largă în electronice moderne, auto, sisteme de stocare a energiei, generare de energie solară. Sunt la mare căutare în dispozitivele multimedia și de comunicații de înaltă tehnologie: telefoane, tablete, laptopuri, stații radio etc. Este dificil să ne imaginăm lumea modernă fără surse de alimentare litiu-ion.

Cum funcționează bateriile cu litiu (litiu-ion)

Principiul de funcționare este de a folosi ioni de litiu, care sunt legați de molecule de metale suplimentare. De obicei, oxidul de litiu-cobalt și grafitul sunt utilizate pe lângă litiu. Când o baterie litiu-ion este descărcată, ionii sunt transferați de la electrodul negativ (catod) la pozitiv (anod) și invers în timpul încărcării. Circuitul bateriei presupune prezența unui separator separator între cele două părți ale celulei, acest lucru este necesar pentru a preveni mișcarea spontană a ionilor de litiu. Când circuitul bateriei este închis și are loc procesul de încărcare sau descărcare, ionii depășesc separatorul și tind spre electrodul încărcat opus.

Figura №8. Schema electrochimică a unei baterii litiu-ion.

Datorită eficienței lor ridicate, bateriile litiu-ion s-au dezvoltat rapid și multe subspecii, de exemplu, bateriile litiu-fier-fosfat (LiFePO4). Mai jos este o diagramă grafică a modului în care funcționează acest subtip.

Figura №9. Schema electrochimică a procesului de descărcare și descărcare a unei baterii LiFePO4.

Tipuri de baterii litiu-ion

Bateriile moderne litiu-ion au multe subtipuri, diferența principală fiind compoziția catodului (electrod încărcat negativ). De asemenea, compoziția anodului poate fi schimbată pentru a înlocui complet grafitul sau pentru a utiliza grafitul cu adăugarea altor materiale.

Diferitele tipuri de baterii litiu-ion sunt identificate prin degradarea lor chimică. Pentru un utilizator obișnuit, acest lucru poate fi oarecum dificil, astfel încât fiecare tip va fi descris cât mai detaliat posibil, inclusiv numele complet, definiția chimică, abrevierea și denumirea scurtă. Pentru ușurința descrierii, va fi folosit un titlu prescurtat.

Oxid de litiu cobalt (LiCoO2)- Are o energie specifică ridicată, ceea ce face ca bateria litiu-cobalt să fie solicitată de dispozitivele compacte de înaltă tehnologie. Catodul bateriei este compus din oxid de cobalt, în timp ce anodul este realizat din grafit. Catodul are o structură stratificată și, în timpul descărcării, ionii de litiu se deplasează de la anod la catod. Dezavantajele acestui tip sunt durata de viață relativ scurtă, stabilitatea termică scăzută și puterea limitată a celulei.

Bateriile litiu-cobalt nu pot fi descărcate sau încărcate cu un curent care depășește capacitatea nominală, deci o baterie de 2,4 Ah poate funcționa la 2,4 A. Dacă se aplică un amperaj ridicat la încărcare, aceasta va provoca supraîncălzirea. Curentul optim de încărcare este de 0,8C, în acest caz 1,92A. Fiecare baterie litiu-cobalt este echipată cu un circuit de protecție care limitează rata de încărcare și descărcare și limitează curentul la 1C.

Graficul (Fig. 10) prezintă principalele proprietăți ale bateriilor litiu-cobalt în ceea ce privește energia sau puterea specifică, puterea specifică sau capacitatea de a furniza curent mare, siguranță sau șanse de aprindere sub sarcină mare, temperatura ambiantă de funcționare, durata de viață și ciclul viață, cost ...



Figura №10.

Oxid de litiu și mangan (LiMn2O4, LMO)- Primele informații despre utilizarea litiului cu spinelurile de mangan au fost publicate în rapoartele științifice din 1983. Moli Energy a lansat în 1996 primele serii de baterii pe bază de oxid de litiu mangan ca material catodic. Această arhitectură formează structuri tridimensionale de spinel care îmbunătățesc fluxul de ioni către electrod, reducând astfel rezistența internă și crescând curenții de sarcină posibili. Există, de asemenea, avantajul spinelei în ceea ce privește stabilitatea termică și siguranța sporită, cu toate acestea, durata de viață a ciclului și durata de viață sunt limitate.

Rezistența redusă oferă capacitatea de a încărca și descărca rapid o baterie litiu-mangan cu un curent mare de până la 30A și pe termen scurt până la 50A. Potrivit pentru scule electrice de mare putere, echipamente medicale și vehicule hibride și electrice.

Potențialul bateriilor cu litiu-mangan este cu aproximativ 30% mai mic decât cel al bateriilor cu litiu-cobalt, dar această tehnologie are proprietăți cu 50% mai bune decât bateriile bazate pe componente chimice din nichel.

Flexibilitatea de proiectare permite inginerilor să optimizeze proprietățile bateriei și să obțină o durată lungă de viață a bateriei, capacitate mare (densitate de energie), capacitate maximă de curent (densitate de putere). De exemplu, cu o durată de viață lungă, dimensiunea unei celule 18650 are o capacitate de 1,1 Ah, în timp ce celulele optimizate pentru o capacitate crescută au o capacitate de 1,5 Ah, dar în același timp au o durată de viață mai scurtă.

Graficul (Fig. 12) nu reflectă cele mai impresionante caracteristici ale bateriilor litiu-mangan, dar evoluțiile moderne au îmbunătățit semnificativ performanța și au făcut acest tip competitiv și utilizat pe scară largă.



Figura 11.

Bateriile moderne de tip litiu-mangan pot fi produse cu adăugarea altor elemente - oxid de litiu-nichel-mangan-cobalt (NMC), această tehnologie extinde semnificativ durata de viață și mărește indicatorii de energie specifici. Acest compus aduce cele mai bune proprietăți din fiecare sistem, așa-numitul LMO (NMC) se aplică majorității vehiculelor electrice precum Nissan, Chevrolet, BMW etc.

Litiu nichel mangan oxid de cobalt (LiNiMnCoO2 sau NMC)- Principalii producători de baterii litiu-ion s-au concentrat asupra materialelor cu catod combinat nichel-mangan-cobalt (NMC). Similar cu tipul litiu-mangan, aceste baterii pot fi adaptate pentru a obține densitate ridicată de energie sau densitate mare de putere, totuși, nu în același timp. De exemplu, o celulă NMC 18650 într-o sarcină moderată are o capacitate de 2,8 Ah și poate furniza un curent maxim de 4-5A; Celula NMC, optimizată pentru parametrii de putere crescuți, are doar 2Wh, dar poate furniza curent continuu de descărcare de până la 20A. Particularitatea NMC constă în combinația de nichel și mangan, ca exemplu, sare de masă, în care principalele ingrediente sunt sodiul și clorura, care sunt substanțe toxice separate.

Nichelul este cunoscut pentru energia specifică ridicată, dar stabilitatea redusă. Manganul are avantajul de a forma o structură de spinel și oferă o rezistență internă scăzută, având în același timp o energie specifică scăzută. Combinând aceste două metale, este posibil să se obțină performanța optimă a bateriei NMC pentru diferite condiții de funcționare.

Bateriile NMC sunt excelente pentru unelte electrice, biciclete electrice și alte motoare. Combinație de materiale catodice: o treime din nichel, mangan și cobalt oferă proprietăți unice și, de asemenea, reduc costul produsului datorită reducerii conținutului de cobalt. Alte subtipuri, cum ar fi NCM, CMN, CNM, MNC și MCN, au raporturi excelente de triplu metal de la 1 / 3-1 / 3-1 / 3. De obicei, raportul exact este păstrat secret de către producător.



Figura 12.

Fosfat de litiu-fier (LiFePO4)- În 1996, Universitatea din Texas (și alți colaboratori) a folosit fosfatul ca material catodic pentru bateriile cu litiu. Fosfatul de litiu oferă performanțe electrochimice bune cu rezistență scăzută. Acest lucru este posibil cu materialul catodic nano-fosfat. Principalele avantaje sunt un debit mare de curent și o durată de viață lungă, în plus, o bună stabilitate termică și o siguranță sporită.

Bateriile cu litiu-fosfat de fier sunt mai tolerante la descărcare completă și mai puțin predispuse la îmbătrânire decât alte sisteme de ioni de litiu. LFP-urile sunt, de asemenea, mai rezistente la supraîncărcare, dar la fel ca în cazul altor baterii litiu-ion, supraîncărcarea poate provoca daune. LiFePO4 oferă o tensiune de descărcare foarte stabilă de 3,2V, care permite, de asemenea, utilizarea a doar 4 celule pentru a crea o baterie standard de 12V, care la rândul său permite înlocuirea eficientă a bateriilor cu plumb-acid. Bateriile cu litiu-fosfat de fier nu conțin cobalt, ceea ce reduce semnificativ costul produsului și îl face mai ecologic. Oferă curent mare în timpul descărcării și poate fi încărcat cu curent nominal în doar o oră până la capacitate maximă. Funcționarea la temperaturi ambiante scăzute va reduce performanța, iar temperaturile peste 35 ° C vor scurta ușor durata de viață, dar performanța este mult mai bună decât bateriile cu acid de plumb, nichel cadmiu sau nichel metal hidrură. Fosfatul de litiu are o rată de auto-descărcare mai mare decât alte baterii litiu-ion, ceea ce poate necesita echilibrarea dulapurilor pentru baterii.



Figura 13.

Litiu nichel cobalt oxid de aluminiu (LiNiCoAlO2)- Bateriile litiu-nichel-oxid de cobalt-aluminiu (NCA) au fost introduse în 1999. Acest tip asigură o energie specifică ridicată și o putere specifică suficientă, precum și o durată lungă de viață. Cu toate acestea, există riscuri de aprindere, în urma cărora s-a adăugat aluminiu, ceea ce asigură o stabilitate mai mare a proceselor electrochimice care apar în baterie la curenți mari de descărcare și încărcare.



Figura 14.

Titanat de litiu (Li4Ti5O12)- Bateriile cu anodi de titanat de litiu sunt cunoscute din anii 1980. Catodul este compus din grafit și seamănă cu arhitectura unei baterii tipice litiu-metalice. Titanatul de litiu are o tensiune a celulei de 2,4 V, poate fi încărcat rapid și oferă un curent mare de descărcare de 10C, care este de 10 ori capacitatea nominală a bateriei.

Bateriile cu litiu-titanat au o durată de viață crescută în comparație cu alte tipuri de baterii Li-ion. Sunt extrem de sigure și pot funcționa la temperaturi scăzute (până la –30 ° C) fără degradarea semnificativă a performanței.

Dezavantajul constă în costul destul de ridicat, precum și într-un indicator mic de energie specifică, de ordinul 60-80Wh / kg, care este destul de comparabil cu bateriile nichel-cadmiu. Aplicații: unități de alimentare electrică și surse de alimentare neîntreruptibile.



Figura 15.

Baterii litiu-polimerice (Li-pol, Li-polimer, LiPo, LIP, Li-poli)- bateriile litiu polimer diferă de bateriile litiu-ion prin faptul că utilizează un electrolit polimeric special. Emoția pentru acest tip de baterii care a apărut încă din anii 2000 continuă până în prezent. A fost fondată nu în mod nerezonabil, deoarece cu ajutorul unor polimeri speciali a fost posibil să se creeze o baterie fără un electrolit lichid sau de tip gel, acest lucru face posibilă crearea bateriilor de aproape orice formă. Dar principala problemă este că un electrolit solid din polimer asigură o conductivitate slabă la temperatura camerei și demontează cele mai bune proprietăți într-o stare încălzită până la 60 ° C. Toate încercările oamenilor de știință de a găsi o soluție la această problemă au fost în zadar.

Bateriile moderne cu polimer de litiu folosesc o cantitate mică de electrolit pe gel pentru o conductivitate mai bună la temperaturi normale. Iar principiul de funcționare se bazează pe unul dintre tipurile descrise mai sus. Cel mai frecvent este tipul litiu-cobalt cu electrolit cu gel polimeric, care este utilizat în majoritatea cazurilor.

Principala diferență între bateriile litiu-ion și bateriile litiu-polimer este că electrolitul polimer microporos este înlocuit cu un separator tradițional separator. Polimerul de litiu are o energie specifică puțin mai mare și face posibilă crearea de elemente subțiri, dar costul este cu 10-30% mai mare decât litiu-ion. Există, de asemenea, o diferență semnificativă în structura cazului. Dacă se folosește o folie subțire pentru bateriile litiu-polimer, ceea ce face posibilă crearea unor baterii atât de subțiri încât să pară carduri de credit, atunci cele litiu-ion sunt colectate într-o carcasă rigidă din metal pentru a fixa strâns electrozii.

Figura 17. Aspectul unei baterii Li-polimer pentru un telefon mobil.

Caracteristicile bateriilor litiu-ion

Tabelul nu include capacitatea maximă a celulei, deoarece tehnologia bateriei litiu-ion nu permite producerea de celule simple de mare putere. Când este necesară o capacitate mare sau curent continuu, bateriile sunt conectate în paralel și în serie folosind jumperi. Starea trebuie monitorizată de sistemul de monitorizare a bateriei. Dulapurile moderne de baterii pentru UPS și centrale solare bazate pe celule de litiu pot atinge o tensiune de 500-700V DC cu o capacitate de aproximativ 400A / h, precum și o capacitate de 2000 - 3000Ah cu o tensiune de 48 sau 96V.

Baterii nichel-cadmiu

Inventatorul este omul de știință suedez Waldemar Jungner, care a brevetat tehnologia pentru producerea de nichel de tip cadmiu în 1899. În 1990, a apărut o dispută privind brevetele cu Edison, pe care Jungner a pierdut-o datorită faptului că nu deținea fonduri precum adversarul său. Compania „Ackumulator Aktiebolaget Jungner”, fondată de Waldemar, a fost la un pas de faliment, însă, după ce și-a schimbat numele în „Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner”, compania și-a continuat dezvoltarea. În prezent, compania fondată de dezvoltator se numește „SAFT AB” și produce unele dintre cele mai fiabile baterii de nichel-cadmiu din lume.

Bateriile nichel-cadmiu sunt de un tip foarte durabil și fiabil. Există modele cu service și fără service cu o capacitate de la 5 la 1500 Ah. De obicei, acestea sunt furnizate sub formă de cutii cu încărcare uscată, fără electroliți, cu o tensiune nominală de 1,2V. În ciuda asemănării designului cu plumb-acid, bateriile cu nichel-cadmiu prezintă o serie de avantaje semnificative sub formă de funcționare stabilă la temperaturi de –40 ° C, capacitatea de a rezista la curenți mari de intrare și sunt, de asemenea, optimizate de modele pentru descărcare. Bateriile Ni-Cd sunt rezistente la descărcări profunde, supraîncărcare și nu necesită încărcare instantanee ca tip de plumb acid. Structural, sunt fabricate din plastic rezistent la șocuri și tolerează bine deteriorările mecanice, nu se tem de vibrații etc.

Principiul de funcționare a bateriilor nichel-cadmiu

Baterii alcaline, ale căror electrozi constau din hidrat de oxid de nichel cu adaosuri de grafit, oxid de bariu și pulbere de cadmiu. Electrolitul, de regulă, este o soluție cu un conținut de 20% potasiu și adăugarea de litiu monohidrat. Plăcile sunt separate prin separatoare izolatoare pentru a evita scurtcircuitele, o placă încărcată negativ este situată între două încărcate pozitiv.

În timpul procesului de descărcare a bateriei nichel-cadmiu, interacțiunea are loc între anod cu hidrat de oxid de nichel și ioni electroliți, formând hidrat de oxid de nichel. În același timp, catodul de cadmiu formează hidrat de oxid de cadmiu, creând astfel o diferență de potențial de până la 1,45 V asigurând tensiune în interiorul bateriei și în circuitul închis extern.

Procesul de încărcare a bateriilor nichel-cadmiu este însoțit de oxidarea masei active a anodilor și tranziția hidratului de oxid de nichel la hidratul de oxid de nichel. Simultan, catodul este redus pentru a forma cadmiu.

Avantajul principiului de funcționare al unei baterii de nichel-cadmiu este că toate componentele care se formează în timpul ciclurilor de descărcare și încărcare aproape nu se dizolvă în electrolit și, de asemenea, nu intră în nicio reacție secundară.

Figura №16. Structura bateriei Ni-Cd.

Tipuri de baterii nichel-cadmiu

Bateriile Ni-Cd sunt cele mai frecvent utilizate în industrie astăzi, unde sunt necesare o mare varietate de aplicații de alimentare. Mai mulți producători oferă mai multe subtipuri de baterii nichel-cadmiu care oferă cele mai bune performanțe în anumite moduri:

timp de descărcare 1,5 - 5 ore sau mai mult - baterii reparate;

timp de descărcare 1,5 - 5 ore sau mai mult - baterii fără întreținere;

timp de descărcare 30 - 150 minute - baterii reparate;

timp de descărcare 20 - 45 de minute - baterii reparate;

timp de descărcare 3 - 25 minute - baterii reparate.

Caracteristicile bateriilor de nichel-cadmiu

Caracteristicile tehnice ridicate fac acest tip de baterie foarte atractiv pentru rezolvarea problemelor industriale atunci când este necesară o sursă de alimentare de rezervă foarte fiabilă cu o durată lungă de viață.

Baterii de fier de nichel

Au fost create pentru prima dată de Waldemar Jungner în 1899, când încerca să găsească un analog mai ieftin al cadmiului în bateriile de nichel-cadmiu. După lungi încercări, Jungner a abandonat utilizarea fierului, deoarece sarcina a fost efectuată prea încet. Câțiva ani mai târziu, Thomas Edison a creat o baterie de nichel-fier care alimenta vehiculele Baker Electric și Detroit Electric.

Costul redus de producție a permis ca bateriile de nichel-fier să devină solicitate în transportul electric ca baterii de tracțiune, acestea fiind utilizate și pentru electrificarea autoturismelor, alimentarea cu energie electrică a circuitelor de control. În ultimii ani, despre bateriile cu nichel-fier s-a vorbit cu vigoare reînnoită, deoarece nu conțin elemente toxice precum plumb, cadmiu, cobalt etc. În prezent, unii producători le promovează pentru sisteme de energie regenerabilă.

Principiul de funcționare a bateriilor de nichel-fier

Electricitatea este stocată folosind hidroxid de oxid de nichel ca plăci pozitive, fierul ca plăci negative și electrolit lichid sub formă de potasiu caustic. Tuburile stabile cu nichel sau „buzunarele” conțin substanță activă

Tipul de fier-nichel este foarte fiabil. rezistă la descărcări profunde, reîncărcări frecvente și poate fi, de asemenea, într-o stare subîncărcată, ceea ce este foarte dăunător bateriilor cu plumb-acid.

Caracteristicile bateriilor de fier de nichel

Materiale folosite

Cercetare de Boston Consulting Group

Documentație tehnică TM Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence și altele.

Bună ziua tuturor începătorilor. Astăzi vom vorbi despre acumulatorii de tensiune. Acumulatorii sunt numiți surse de curent chimic, în care, ca urmare a reacțiilor chimice reversibile, energia internă este transformată în energie electrică. Din cauza reversibilității acestei reacții, bateriile pot fi încărcate și descărcate. Bateriile sunt proiectate pentru a stoca curent electric și sunt utilizate pe scară largă într-o gamă largă de domenii. Este dificil să ne imaginăm viața fără ei, ei ne înconjoară peste tot. sunt proiectate pentru utilizare repetată și au o durată de viață suficient de lungă. Cea mai simplă baterie este doi electrozi din metale diferite și absorbiți într-o soluție de electroliți (acid). Unul dintre electrozi se numește catod și celălalt anod.

În practică, bateriile cu plumb și litiu sunt cele mai des utilizate. O baterie de plumb este formată din două plăci de plumb care sunt absorbite în acid sulfuric. Bateria are tensiuni diferite, de exemplu, un bloc (banc) al unei baterii cu plumb dă o tensiune de 2 volți, un bloc al unei baterii litiu-ion - 3,7 volți, - 1,2 volți. Creatorul primei baterii este considerat Alessandro Volta (de la numele său s-a format valoarea tensiunii - volți). Stâlpul voltaic avea un design simplu - cercuri de cupru și zinc, iar între ele o bucată de watt înmuiată într-o soluție de apă și clorură de sodiu. Astăzi există un număr mare de varietăți de acumulatori de curent, o listă completă a acestora este dată la sfârșitul articolului.

Bateriile sunt fabricate din diferite capacități și tensiuni, în funcție de consumul dispozitivului pentru care sunt destinate. Tensiunea bateriei este măsurată în volți, curentul în amperi și puterea în wați. De exemplu, dacă știți că curentul bateriei este de 10 amperi / oră și tensiunea este de 6 volți și trebuie să îi cunoașteți puterea, atunci conform legii lui Ohm obținem 6 volți * 10 amperi = 60 wați. Astfel, cunoscând doi parametri, îl puteți afla cu ușurință pe al treilea. Vine un moment în care bateria este descărcată. Pe măsură ce energia chimică este epuizată, tensiunea și curentul bateriei scad, bateria nu mai funcționează. Bateria poate fi încărcată de la orice sursă de curent continuu sau de impuls. Curentul de încărcare este considerat standard în 1/10 din capacitatea nominală a bateriei (în amperi / ore).

Discutați articolul TIPURI DE BATERII

• Conduce acumulatori. În aceste baterii, reactivul este dioxidul de plumb și plumbul însuși, iar electrolitul este o soluție de acid sulfuric. Se mai numesc acid de plumb. Acestea sunt împărțite în patru grupuri: staționare, starter, portabile (sigilate) și tracțiune. Cele mai răspândite sunt bateriile de pornire, acestea sunt folosite pentru pornirea motoarelor cu ardere internă și pentru a furniza energie dispozitivelor dintr-o mașină. Dezavantajul lor este valoarea energetică specifică scăzută, retenția sarcinii nu foarte bună și evoluția hidrogenului.
• Nichel-cadmiu acumulatori. Aici reactivii sunt hidroxid de nichel și respectiv cadmiu, iar electrolitul este o soluție de hidroxid de potasiu, în acest sens, sunt numiți și baterii alcaline. Sunt împărțite în lamelare, lamelare și sigilate. Bateriile lamelare nichel-cadmiu sunt destul de ieftine, caracterizate printr-o curbă de descărcare plană, o durată lungă de viață și durabilitate. Acestea sunt folosite pentru alimentarea locomotivelor electrice de mină, a elevatoarelor, a facilităților de comunicații, a dispozitivelor electronice, a echipamentelor staționare, pentru a porni motoare diesel și motoare de aeronave.
• Sigilat bateriile sunt caracterizate printr-o curbă de descărcare orizontală, o rată mare de descărcare și capacitatea de a funcționa la temperaturi scăzute, dar sunt mai scumpe și au un efect de memorie. Sunt folosite pentru alimentarea echipamentelor portabile, a aparatelor de uz casnic, a jucăriilor pentru copii. Marele dezavantaj al acestor baterii este toxicitatea cadmiului utilizat.
• Nichel-fier acumulatori. Am scăpat de problema de mai sus folosind fier în loc de cadmiu. Bateriile nu conțin cadmiu toxic, sunt mai ieftine, au o durată de viață lungă și o rezistență ridicată, dar datorită eliberării de hidrogen la începutul încărcării, acestea sunt produse doar într-o versiune cu scurgeri. Acestea se caracterizează prin auto-descărcare ridicată, producție de energie redusă, practic inoperantă la temperaturi sub -10 grade. Ele sunt utilizate în principal ca surse de putere de tracțiune în locomotive electrice și ascensoare industriale.
• Hidrură de nichel metalic acumulatori. Aici, materialul activ al electrodului este un compus intermetalic care adsorbe hidrogen, adică de fapt, este un electrod de hidrogen de formă redusă într-o stare absorbită. Bateria are aceeași curbă de descărcare ca bateriile nichel-cadmiu, dar energia și capacitatea specifică sunt de 1,5-2 ori mai mari, plus că nu conțin cadmiu toxic! Realizat într-un design sigilat de diferite forme (cilindru, prismă, disc). Folosit pentru alimentarea echipamentelor și dispozitivelor portabile.
• Nichel-zinc acumulatori. Acestea sunt baterii alcaline cu electrod de zinc. Energia lor specifică este de 2 ori mai mare decât cea a nichelului-cadmiului. Acestea se caracterizează printr-o curbă de descărcare orizontală, o densitate mare de putere și un preț destul de mic, dar resursa lor este destul de mică, motiv pentru care nu au intrat în utilizare în masă. Folosit pentru echipamente portabile.
• Argint-zincși argint-cadmiu acumulatori. Oxidul de argint, zincul și cadmiul sunt materialele active din ele, iar alcalii sunt electrolitul. Acestea se caracterizează prin energii și puteri ridicate, descărcare de sine redusă, dar din această cauză sunt scumpe. Argintul-zincul are o resursă mică, sunt produse sub formă de prismă sau disc, sunt utilizate pentru alimentarea dispozitivelor portabile, precum și a echipamentului militar.
• Nichel-hidrogen acumulatori. În astfel de baterii, un electrod poros cu difuzie gazoasă cu un catalizator de platină acționează ca un electrod negativ. Acestea se caracterizează prin energie specifică ridicată, resurse mari, dar sunt descărcate rapid și sunt scumpe. Aplicație găsită în industria spațială.
• Li-ion acumulatori. Anodul este un material carbonos în care sunt încorporați ioni de litiu. Cobaltul, în care sunt încorporați și ioni de litiu, este cel mai adesea electrodul pozitiv. Electrolitul este o sare de litiu într-un solvent neapos. Acestea se caracterizează prin energie specifică ridicată, resurse și capacitatea de a lucra la temperaturi scăzute. Prin urmare, producția lor a crescut recent dramatic. Utilizat pe telefoane mobile, laptopuri și alte dispozitive
• Litiu-polimer acumulatori. Aici, electrodul negativ este reprezentat de un material carbonos cu ioni de litiu încorporați, iar electrodul pozitiv este reprezentat de oxizi de cobalt sau mangan. Electrolitul este o soluție de sare de litiu într-un solvent neapos, închis într-o mică matrice de polimer. În comparație cu bateria descrisă mai sus, are o energie și o resursă specifice mai mari și este mai sigură. Este utilizat în alimentarea cu energie a dispozitivelor electronice portabile.
• Reîncărcabilă surse de energie mangan-zinc. Acestea sunt astfel de surse de energie cu electrolit alcalin, care sunt capabile de reîncărcare electrică. Energie specifică ridicată, auto-descărcare redusă, cost redus. Design sigilat ermetic, dar resursă foarte mică, doar 20-50 de cicluri.

Bateriile acumulatoare sau bateriile reîncărcabile sunt echipamente care constau din mai multe baterii. Poate stoca, stoca și consuma energie. Datorită reversibilității proceselor chimice care au loc în interiorul bateriei, astfel de dispozitive pot fi încărcate și descărcate de multe ori.

Domeniul de aplicare a bateriilor este foarte larg. Acestea sunt utilizate în mașini și diverse aparate de uz casnic, cum ar fi telecomenzi și laptopuri. Dar și ca sursă de alimentare de rezervă în domeniul medical, producție, industria spațială, centre de date.

Tipuri și tipuri de baterii

Astăzi se produc aproximativ 30 de tipuri de baterii. Un număr atât de mare se datorează posibilității de a folosi diverse elemente chimice ca electrozi și electroliți. De materialul electrodului și de compoziția electrolitului depind toate caracteristicile bateriei.

Nu vom enumera toate tipurile, ci vom oferi doar un mic tabel care le descrie pe cele mai frecvente:

Dispozitiv

1 - Electrod negativ
2 - Strat de separare
3 - Electrozi pozitivi
4 - Contact negativ
5 - supapa de siguranță
6 - Electrozi pozitivi
7 - Contact pozitiv

Bateriile reîncărcabile sunt formate din mai multe bancuri de baterii conectate în paralel sau în serie. O conexiune în serie este utilizată pentru a crește tensiunea și o conexiune paralelă pentru a crește curentul.

Fiecare dintre o singură baterie dintr-o baterie constă din doi electrozi și un electrolit, așezați într-o cutie dintr-un material special.

Un electrod cu o sarcină negativă este un anod, cu o sarcină pozitivă este un catod. Anodul conține un agent reducător, catodul un agent oxidant. Există o placă separatoare în interiorul carcasei bateriei, care împiedică închiderea electrozilor.

Electrolit- o soluție apoasă în care sunt scufundați ambii electrozi.

Când bateria este descărcată, reductorul anodic începe să se oxideze și electronii sunt eliberați. Electronii intră apoi în electrolit și de acolo se deplasează către catod, creând în același timp un curent de descărcare. Intrând în catod, electronii îi reduc oxidantul. În cuvinte simple, puteți descrie procesul după cum urmează: electronii trec de la electrodul negativ la cel pozitiv și creează un curent de descărcare.

La încărcarea bateriei, electrozii își schimbă compoziția chimică și apare reacția opusă. Electronii de aici se deplasează de la anodul pozitiv la catodul negativ.

Caracteristici ale diferitelor tipuri de baterii

Baterii cu plumb acid

Proiectat de Gaston Plante în secolul al XIX-lea. Aceste baterii reîncărcabile sunt cele mai relevante astăzi datorită costului redus și a versatilității lor. Domeniul de aplicare al acestora este extins datorită numărului mare de soiuri de acest tip. Oxidul de plumb este folosit aici ca electrozi încărcați negativ. Electrozii pozitivi sunt din plumb. Electrolitul este acidul sulfuric.

Bateriile cu plumb-acid au următoarele varietăți:

• LA- baterii cu o tensiune de 6 sau 12 volți. Dispozitiv tradițional pentru pornirea motoarelor auto. Necesită întreținere și ventilație constantă.
• VRLA- tensiune de 2, 4, 6 sau 12 volți. Baterie plumb acid reglată prin supapă. După cum sugerează și numele, această baterie este echipată cu o supapă de descărcare. Rolul său este de a minimiza evoluția gazelor și consumul de apă. Aceste baterii pot fi instalate în zone rezidențiale.
• AGM VRLA- ca și tipul anterior, este echipat cu o supapă, dar are proprietăți complet diferite. În bateriile fabricate cu tehnologia AGM, fibra de sticlă acționează ca un separator. Microporii săi sunt saturați cu electrolit lichid. Aceste baterii nu necesită întreținere și sunt rezistente la vibrații.
• GEL VRLA- o subspecie de baterii plumb-acid cu gel electrolit. Datorită acestui fapt, resursa de încărcare / descărcare a acestora este mărită. Fără întreținere.
• OPzV- baterii sigilate utilizate în telecomunicații și pentru iluminatul de urgență. Electrolitul, ca în cazul anterior, este gelificat. Electrozii conțin calciu, din care cauză durata de viață a acestui tip de baterie este de 20 de ani.
• OPzS- catodul acestor baterii are o structură tubulară. Acest lucru mărește semnificativ durata de viață a acestui tip de baterie. De asemenea, servește timp de aproximativ 20 de ani. Este produs sub forma unei baterii cu o tensiune de la 2 la 125 V.

Baterii litiu-ion

A fost lansat pentru prima dată de Sony în 1991 și de atunci a fost utilizat în mod activ în electrocasnice și dispozitive electronice. Aproape toate telefoanele mobile, laptopurile, camerele și camerele video sunt echipate cu acest tip de baterie. Rolul catodului aici este jucat de o placă de litiu-fero-fosfat. Anodul negativ este cocsul de cărbune. Ioniul de litiu pozitiv se încarcă în astfel de baterii. Poate pătrunde în rețeaua cristalină a altor materiale și poate forma o legătură chimică cu acestea. Avantajele acestui tip sunt consumul ridicat de energie, descărcarea automată redusă și lipsa de întreținere.

Bateriile de stocare litiu-ion, precum și omologii lor de plumb, au un număr mare de subtipuri. În acest caz, subtipurile diferă în compoziția catodului și a anodului. Bateriile litiu-ion au o tensiune cuprinsă între 2.4V și 3.7V.

Unul dintre cele mai cunoscute subtipuri sunt bateriile reîncărcabile litiu-polimer. Au apărut relativ recent și au câștigat rapid popularitate. Acest lucru se datorează faptului că bateriile cu litiu polimer folosesc un electrolit solid din polimer. Acest lucru vă permite să creați baterii de orice formă. În același timp, costul acestor baterii este cu doar 15% mai mare decât bateriile convenționale litiu-ion.