Виды аккумуляторов

Аккумуляторы или ещё аккумуляторные батареи используются в различных устройствах требующие автономное питание. В частности за счет перезарядки и повторного использования и удобства эксплуатации. Из статьи вы узнаете об основных видах аккумуляторов, сфере применения, преимуществах и недостатках.

Что такое аккумулятор

Аккумулятор представляет собой батарею перезаряжаемого типа. Такие источники питания изготавливаются из положительного и отрицательного электрода – катод и анод, куда перемещаются ионы в процессе зарядки и разрядки, а так же электролита в качестве проводника. На возможности аккумулятора влияет химический состав и материалы. А срок службы определяется интенсивностью и временем использования. Сохранить аккумулятор и продлить срок службы помогает корректная эксплуатация: использование качественного зарядного устройства, соблюдение рабочих температур и т.д.

Литиевые

Носителем заряда выступает ион лития. Анод обычно графитовый, а катод – оксид лития с всевозможными металлическими соединениями, благодаря чему достигаются различные физические и эксплуатационные свойства аккумулятора. В качестве электролита используется жидкий раствор или мягкий полимерный материал. Поэтому литиевые аккумуляторы подразделяются на два типа: литий-ионные и литий-полимерные.

Батареи литиевого типа лишены эффекта памяти, поэтому не нуждаются в строгих требованиях режима зарядки. Допускается частичная подзарядка и эксплуатация в определенном диапазоне.

Важное условие эксплуатации батарей литиевого типа – наличие управляющей платы с контроллером питания. Защитная плата отключает отдачу энергии для предотвращения глубокого разряда, поскольку в таком состоянии аккумулятор деградирует и приходит в негодность. Ещё котроллер питания отключает подачу энергии при заполнении, так как перезарядка так же сокращает срок службы и может привести к взрыву источника питания.

Литий-ионные аккумуляторы Li-Ion

Наличие жидкого электролита обеспечивает свободное перемещение ионов лития между электродами. При этом сборка аккумулятора выполняется в жестком корпусе, для плотной фиксации электродов. Так же прочный корпус необходим из соображений безопасности. На воздухе происходит бурная химическая реакция с выделением тепла, вплоть до воспламенения или взрыва. Поэтому разгерметизация корпуса недопустима.

Литий-полимерные аккумуляторы Li-Po

Мягкий полимерный материал позволяет производить батареи разной формы и толщины, что позволяет расширить сферу применения. Так же при разгерметизации корпуса меньше вероятность воспламенения и взрыва батареи. А ещё для Li-Po батарей не выставляются строгие требования для прочности корпуса. Поэтому внешняя оболочка представляет собой тонкий слой фольги.

Применение

Аккумуляторы Li-Ion и Li-Po применяются в сотовых телефонах, смартфонах, планшетах, квадрокоптерах, беспроводных наушниках, умных часах и браслетах. Так же в электромобилях и других устройствах, где требуется высокая энергетическая плотность при компактных габаритах. Причем батареи Li-Ion типа обычно используются только в устройствах с поддержкой горячей замены. А Li-Po в устройствах неразборного типа.

Основные преимущества

• Наибольшая удельная емкость среди других источников питания – 250 Втч/кг.
• Поддержка быстрой зарядки.
• Нет эффекта памяти.
• Возможность получения аккумуляторов разной формы и размера Li-Po типа.

Основные недостатки

• Вероятность взрыва Li-Ion типа в случае разгерметизации корпуса.
• Сокращение срока службы при глубоком разряде, перезарядке и эксплуатации за пределами оптимальной температуры -10 +30°C.
• Не допускается длительное хранение полностью в разряженном и заряженном состоянии. Рекомендуемая емкость батареи 40-60 %.
• Для работы батареи необходима плата защиты.
• Батарея подвержена старению и ежегодно теряет емкость: 3-5% при идеальных условиях хранения.

Никелевые

Переносчиком заряда выступает ион никеля. Наиболее популярные соединения в аккумуляторах – никель-кадмиевые Ni-Cd и никель-металлогидридные Ni-MH. Последний тип отличаются увеличенной на 20 % ёмкостью при одинаковых размерах. Ещё металлогидридные аккумуляторы менее токсичные.

Важная особенность Ni-Cd аккумуляторов – наличие «эффекта памяти», тогда как Ni-MH практически лишены данного явления. Аккумулятор «запоминает» остаточную емкость, что после подзарядки приводит к потере фактической емкости. Поэтому батареи такого типа важно полностью разряжать перед зарядкой или использовать зарядные устройства с кнопкой принудительной разрядки. Такая кнопка разряжает источник питания, а только потом заряжает. 

Применение

Оба типа аккумуляторных батарей в бытовых нуждах используются для питания пультов управления, а так же других устройств в качестве альтернативы не перезаряжаемым батарейкам. Из-за токсичного соединения с кадмием применение Ni-Cd аккумуляторов ограничено.

Основные преимущества Ni-Cd

• Надежность и долговечность.
• Работоспособность при температуре ниже -20°C.
• Устойчивость к вибрации.

Основные недостатки Ni-Cd

• Высокая токсичность из-за соединения с кадмием.
• Наличие «эффекта памяти».
• Высокий саморазряд – до 10% в сутки.
• После длительного хранения работоспособность восстанавливается через 5 полных циклов зарядки.
• Требуется зарядное устройство с кнопкой разрядки.

Основные преимущества Ni-MH

• Не токсичные.
• На 20% выше емкость при одинаковых размерах корпуса.
• «Эффект памяти» практически отсутствует.
• Работоспособность при низких температурах.

Основные недостатки Ni-MH

• Выше стоимость в сравнении с Ni-Cd.
• Нагрев при зарядке.
• Снижение емкости через 200-300 циклов зарядки.
• Глубокий разряд сокращает срок службы.

Свинцово-кислотные

В батареях такого типа химическая реакция возникает между свинцом и серной кислотой. При разрядке свинцовые пластины покрываются оксидом сульфита свинца, а при зарядке происходит удаление сульфита свинца с пластин. При этом пластины очищается не до конца, что с каждым циклом приводит к сокращению срока службы.

Применение

Из-за низкой удельной емкости 30-60 Втч/кг свинцово-кислотные аккумуляторы рассчитаны только на стационарное использование: питание автомобилей, в источниках бесперебойного питания, для сохранения энергии в солнечных и ветряных станциях и т.д.

Основные преимущества

• Доступная цена.
• Длительный срок службы.
• Разгерметизация корпуса не приводит к воспламеняемости.
• Возможность восстановления батареи для повторного использования, что обойдется в 30% производства нового аккумулятора.

Основные недостатки

• Низкая запасаемая емкость на килограмм.
• Некоторые типы аккумуляторов служат 1-2 год.
• Разгерметизация корпуса несет вред для человека и окружающей среды из-за содержания свинца и паров серной кислоты.

Вывод

В статье подробно описаны наиболее актуальные виды аккумуляторов. В смартфонах и прочей мобильной электронике используются исключительно элементы литиевого типа, ввиду компактных габаритов и высокой запасаемой мощности. Аккумуляторы Ni-Cd и Ni-MH более ориентированы на замену обычных не перезаряжаемых батареек. А свинцово-кислотные из-за крупных размеров и веса, а так же низкой запасаемой энергии на килограмм, используются исключительно для стационарного использования.

Какие у вас имеются вопросы? Оставляйте сообщения в комментариях под статьей.