Статья раскрывает сущность аккумуляторных батарей, преимущества и недостатки использования различных аккумуляторных батарей. Кроме того, описывается проблема, связанная правильным выбором аккумуляторных батарей.
Ключевые слова: аккумуляторные батарей, выбор аккумуляторных батарей.
Толчком к созданию первого аккумулятора послужил прообраз аккумулятора, который в отличие от батареи (рис.1) Алессандро Вольты много кратно заряжался, был он создан в 1803 году Иоганном Вильгельмом Риттером. Его аккумуляторная батарея (рис.2) представляла собой столб из пятидесяти медных кружочков, между которыми было проложено влажное сукно. После пропускания через данное устройство тока от вольтова столба оно само начинало вести себя как источник электричества [1].
Рис. 1. Первая батарейка Алессандра Вольта
Рис. 2. Аккумулятор Иоганна Вильгельма Риттера
Источником постоянного тока, который накапливает и хранит энергию является аккумуляторная батарея. Большинство существующих аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батареею. Принцип работы аккумуляторной батареи приведен на (рис.3).
Рис. 3. Работа аккумуляторной батареи
Аккумулятор представляет собой емкость, наполненную электролитом, где размещаются свинцовые электроды. Электролит в свою очередь состоит из раствора серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца Pb, а вторая из диоксида свинца PbO2. При взаимодействии электродов с электролитом возникает разность потенциалов.
Принцип работы аккумуляторов основан на электрохимической реакции свинца и диоксида свинца в одном растворе серной кислоты. При подключении к электродам аккумулятора внешней нагрузки начинается электрохимическая реакция взаимодействия оксида свинца и серной кислоты, при этом металлический свинец окисляется до сульфата свинца [2].
Современный мир сложно представить без резервных источников питания на основе батарей. Как известно аккумуляторы применяются всюду, начиная от бытовых устройств: пульты управления, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, атомной энергетикой (рис.4).
Рис. 4. Повсеместное применение аккумуляторных батарей
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь же сильно, сколько человек необходим кислород. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды. Основные виды аккумуляторов приведены на (рис. 5)
Рис. 5. Виды аккумуляторов
К сожалению, в настоящее время не все аккумуляторы обладают высоким потенциалом, многие из которых не способны прослужить до установленного срока службы. Однако, можно выделить ряд аккумуляторных батарей: литий — ионные (литиевые); свинцово — кислотные; никель — кадмиевые;
Литий — ионные (рис.6). Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. При разрядке аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода к положительному и, наоборот, при зарядке. В положительную сторону отмечают: высокую плотность накапливаемой энергии и разрядных токов; выдача более высоких напряжений; минимальный саморазряд; широкий диапазон рабочих температур; возможность изготовления различных форм и размеров; большой эксплуатационный ресурс. В отрицательную сторону отмечается: дороговизна аккумуляторной батареи; невосприимчив к избыточным зарядам и полному разряду; слабый заряд аккумулятора при высоких температурах; взрывоопасен.
Рис. 6. Работа литий — ионной аккумуляторной батареи
Эффективность данных аккумуляторов на высоте, они получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий — железо — фосфатные аккумуляторы. Графическая схема работы этого подтипа имеет вид (рис.7)
Рис. 7. Электрическая схема процесса разряда и заряда LiFePO4 батареи
Свинцово — кислотные (рис.8). Принцип работы основана на взаимодействии металлов и жидкости — обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Положительным является то, что данный вид аккумуляторных батарей имеет: низкий саморазряд, в 5–8 раз меньше, чем у никель кадмиевых батарей; хорошую переносимость мощных нагрузок; цена таких аккумуляторах вполне приемлемая. Отрицательным является: низкая плотность энергии в аккумуляторе, в связи с чем вес такой батареи значительно выше, чем у большинства других батарей; при низкой разрядке до 80 % в значительной мере снижается продолжительность жизни батареи.
Рис. 8. Электрическая схема свинцово — кислотного аккумулятора
Никель — кадмиевые (рис.9). Принцип работы данного аккумулятора идентичен с предыдущими. Особенность данного аккумулятора заключается в том, что при зарядке или разрядке не происходит осыпание пластин, а следовательно, долговечность таких аккумуляторов значительно выше, однако цены на такой аккумулятор очень высокие и не каждый в состоянии приобрести такой аккумулятор. Применяют данный вид аккумуляторов в основном в промышленности, где требуется обеспечить питанием разнообразные приложения [3].
Рис. 9. Никель — кадмиевый аккумулятор
Подводя итоги, хотелось бы обратить внимание, как читателя, так и покупателя на покупку аккумуляторных батарей. В первую очередь следует исходить из бренда, а именно никогда не покупайте батареи с неизвестным именем, даже по очень низкой цене. Во вторую очередь это правильный подбор аккумуляторной батареи в сопряжении с вашим устройством. В третью очередь это ценовой критерий, он обычно зависит от бренда и характеристики самой аккумуляторной батареи. В четвертую очередь это габаритный параметр, то есть покупаемый аккумулятор обязан уместиться на штатном месте — под капотом, в багажнике или под полом, ведь будет очень досадно при покупке ошибиться на сантиметр или на два по габаритным размерам.
Литература:
- https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %AD %D0 %BB %D0 %B5 %D0 %BA %D1 %82 %D1 %80 %D0 %B8 %D1 %87 %D0 %B5 %D1 %81 %D0 %BA %D0 %B8 %D0 %B9_ %D0 %B0 %D0 %BA %D0 %BA %D1 %83 %D0 %BC %D1 %83 %D0 %BB %D1 %8F %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80# %D0 %98 %D1 %81 %D1 %82 %D0 %BE %D1 %80 %D0 %B8 %D1 %8F
- http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/2-ab/index.shtml\
- https://best-energy.com.ua/support/battery/414-vidy-i-tipy-akkumulyatornykh-batarej-v-podrobnostyakh#battery-info-Nickel-cadmium
