Популярные типы аккумуляторных батарей

Устройство (в нескольких словах), достоинства и недостатки. Свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и литиево-ионные батареи.

Аккумуляторная техника незаметно и прочно вошла в нашу жизнь. Радиотелефоны, сотовые телефоны, аккумуляторный электроинструмент, фотоаппараты, разнообразные игрушки… Если бы все это получало электроэнергию только от обыкновенных кислотных или щелочных батареек, то на батарейки тратилась бы существенная доля бюджета каждой российской семьи. Поэтому часто ловишь себя на такой мысли: а как же мы вообще раньше жили без бытовых аккумуляторов ?

Аккумуляторы – это электрохимические аппараты, способные накапливать и отдавать электроэнергию. Однако за таким простым определением кроется большое разнообразие конструкций и принципов работы различных аккумуляторов . Эволюция и технический прогресс коснулись их в полной мере и сегодня в промышленности существуют аккумуляторные батареи , способные работать с максимальной мощностью буквально годами безо всякой подзарядки.

Однако рядовому обывателю хорошо знакомы лишь несколько типов аккумуляторных батарей . Остановимся на них подробнее.

В системах бортового электропитания наших автомобилей применяются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы . Современные аккумуляторы этой группы не требуют обслуживания. Электролитом в них является раствор серной кислоты, а действующими реагентами – оксид свинца и собственно свинец. При разряде реагенты восстанавливаются на аноде и катоде до сульфата свинца, а через электролит проходит электрический ток. При заряде происходит обратная химическая реакция, и ток проходит в обратном направлении.

Стартерными автомобильные аккумуляторы называются, потому что от них требуется готовность отдавать большой начальный ток даже в самых экстремальных условиях, например, при температуре окружающего воздуха -30 градусов Цельсия или ниже.

Стартерные аккумуляторы и свинцово-кислотные аккумуляторы вообще отличаются полным отсутствием «эффекта памяти» . Это означает, что им абсолютно все равно, с какой частотой и до какой степени они заряжаются, их емкость от неравномерной и неполной зарядки не снижается.

Вдобавок свинцово-кислотные аккумуляторные батареи в минимальной степени подвержены саморазряду, имеют относительно небольшую стоимость и способны выдерживать до одной тысячи циклов зарядки.

Но вместе с тем, у стартерных аккумуляторов есть и недостатки. Например, емкость свинцового аккумулятора, отнесенная к единице его объема и массы, невелика. Поэтому свинцовый аккумулятор никак не назовешь компактным и легким. Другим недостатком этого типа аккумуляторных батарей является боязнь глубоких разрядов. Оптимальным для стартерного аккумулятора будет разряд не более чем на половину емкости.

В бытовой и общепромышленной компактной технике до недавнего времени абсолютное лидерство по распространенности удерживали никель-кадмиевые аккумуляторные батареи (Ni-Cd) . Это щелочные батареи, в них используется гидроксид калия в качестве электролита. А действующими веществами в них являются кадмий и гидроксид никеля (отсюда и название).

Уникальны никель-кадмиевые батареи своим отношением к глубокому разряду. Он им «по нраву» и благотворно влияет на емкость и количество возможных циклов перезаряда. Вообще, никель-кадмиевый аккумулятор хорош тем, что на протяжении всего цикла разряда способен работать с постоянной мощностью, выдавая один и тот же ток.

Как и свинцовые аккумуляторы, батареи с никелем и кадмием способны выдерживать перепады температуры и готовы к большому количеству циклов перезаряда.

Стоимость никель-кадмиевых батарей несколько выше, чем стоимость батарей свинцовых, однако нельзя сказать, что первые особенно дороги.

Главным же недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является ярко выраженный «эффект памяти». Поэтому такие аккумуляторы очень вредно постоянно держать «на зарядке» и разряжать не до конца. Еще не следует забывать, что кадмий – это яд, из-за которого при утилизации никель-кадмиевых батарей могут быть некоторые сложности.

Чтобы решить проблему токсичности кадмия и добиться более высоких эксплуатационных характеристик, в конце 80-х годов прошлого века были разработаны никель-металлогидридные аккумуляторные батареи (Ni-Mh) . Отличие этих батарей от никель-кадмиевых состоит в том, что катод их содержит в себе абсорбированный водород (интерметаллид). Никель-металлогидридные аккумуляторы меньше подвержены «эффекту памяти», имеют более высокую удельную емкость.

Но вместе с тем у этих батарей более высокая стоимость по сравнению с кадмиевыми, они способны выдержать меньшее количество циклов заряда-разряда и неспособны отдавать большие токи в течение длительного времени. Из-за этих недостатков металлогидридные батареи так и не смогли составить полноценную конкуренцию кадмиевым аккумуляторам.

Одним из самых передовых и, в то же самое время, популярных типов батарей являются литиево-ионные аккумуляторы . На их стороне и малый вес, и большой ресурс, и отсутствие «эффекта памяти» и саморазряда.

Устройство литиево-ионных батарей достаточно сложное: катод выполняется из графита, а анод – из кобальта или марганца. Оксид лития во время работы аккумулятора попеременно находится то на положительном, то на отрицательном электроде.

К недостаткам литиево-ионных аккумуляторов можно отнести, прежде всего, высокую их стоимость. Добавить к этому можно и малый диапазон рабочих температур. Однако эти недостатки нельзя считать существенными, и производство литиево-ионных батарей непрерывно набирает обороты. Тем более, что более современные типы батарей, такие как литиево-полимерные, пока не получили широкого распространения.

Подробнее про наиболее современные виды аккумуляторных батарей смотрите здесь:

Литий-ионные аккумуляторы

Гелевые аккумуляторы

Перспективные технологии:

Алюминиевые аккумуляторы

Углеродные аккумуляторы

Графеновые аккумуляторы