Что такое аккумулятор и принцип работы аккумуляторной батареи

Что такое аккумулятор и принцип работы аккумуляторной батареиМы не представляем жизни без них. Они окружают нас повсюду. Лежат у людей в карманах, висят дома на стенах, установлены в каждом автомобиле и общественном транспорте, даже стационарные компьютеры не работают без них, не говоря уже о ноутбуках. Человечество в окружении этих элементов под названием аккумуляторы. Но несмотря на такое разнообразие источников энергии, единицы знают, как они устроены и как ими правильно пользоваться. В этой статье рассмотрены некоторые виды аккумуляторных батарей, применяемых в большинстве сферах человеческой жизни.

История

Впервые свет увидел аккумулятор в 1859 году. Изобретенный блестящим физиком и профессором имя которого Луи́ Гасто́н Планте́. Это имя широко известно в узких кругах. Человечество уже на протяжении 160 лет пользуется этим изобретением, которое серьезно облегчает жизнь каждого человека. Начиная от часов на руках и заканчивая сложными аппаратами поддерживающими жизнь в больницах.

С каждым годом электромобили сильнее заполняют улицы городов. Самый дорогой элемент такого транспорта — аккумуляторная батарея. Работали над созданием и усовершенствованием батарей ученые умы, такие как Томас Эдисон, Камилл Фор, Пейкер, и другие. Подобные исследования продолжаются по сегодняшний день.

Обзор автомобильных аккумуляторов

Сурьмянистый АКБ

Название «Сурьмянистый» происходит из того факта, что в этом источнике питания большое количество сурьмы (Sb) – это вещество, которое придает свинцу твердость. Устройство батареи основано на сплаве сурьмы со свинцом (5-15% Sb), из которого изготовляют пластины применяемые. Когда в АКБ напряжение достигает 12 В — происходит бурная активизация процесса электролиза благодаря сурьме. В процессе выделяются водород и кислород. При такой работе понижается уровень электролита из которого начинают выступать пластины электродов. Как результат — частая доливка воды в аккумулятор. Это устаревший вид батарей, который уже не применяют, кроме старой аппаратуры. Современные АКБ содержат сурьму, но в меньшем количестве.

Малосурьмянистые АКБ

Это аккумуляторы идентичные описанным выше, но содержащие меньше пяти процентов сурьмы. Это сделали для меньшего испарения вода, в результате – проблема частой доливки воды уходит. Еще было достигнуто уменьшение уровня саморазряда батареи при простоях. Данный вид батарей принято называть необслуживаемыми, но через полгода лучше проверять уровень дистиллированной воды, т.к. в ходе химической реакции она испаряется.

Важно! Клеммы аккумуляторов «плюс» и «минус» изготавливают разной толщины. Преследовалась цель не дать клиенту перепутать контакты местами и сделать «короткое замыкание» в электрике автомобиля.

Модернизация вызвала повышение уровня стабильности батареи при нестабильности в сети автомобиля.  Данный вид батареи по стабильности стоит на первом месте среди других АКБ.

Кальциевый АКБ

Устройство аккумулятора этого типа отличается тем, что сурьму заменили кальцием, что привело к еще меньшему испарению воды, которое стремится к нулю. Обозначение Са/Са на корпусе свидетельствует, что это кальциевый аккумулятор причем Са расположен в решетках как положительных так и отрицательных электродов. Если сравнить такой накопитель с сурьмянистым, то мы заметим, что саморазряд батареи с кальцием на семьдесят процентов понизился. Еще увеличилось напряжение с 12 вольт до 16.

Гелиевые АКБ

Гелиевые аккумуляторы разработали, чтобы уйти от опасности вытекания электролита, который токсичен для человека. При повреждении этого источника энергии химический состав не вытекает как в других АКБ из-за вязкой структуры электролита. Преимущества таких АКБ положение установки, их можно устанавливать под углом, но меру знать тоже нужно. Еще такие аккумуляторы лучше других выдерживают вибрацию и способны до полной разрядки выдавать большой ток. Гелиевые батареи не боятся полной разрядки и способны восстанавливаться. Такие накопители лучше ставить на исправную машину в плане стабильности бортовой электрики, такой как генератор и др.

Принцип работы свинцово-кислотного АКБ

Это распространенные источники энергии, применяемые для механических транспортных средств. В первую очередь используются для заводки автомобиля и питания всей бортовой электрики.

Как работает аккумулятор? Принцип выглядит следующим образом: в сосуд с серной кислотой помещены свинец и диоксид свинца. В спокойном состоянии процесс не протекает, но как только к электродам подключается нагрузки происходит электрохимический процесс взаимодействия серной кислоты с оксидом свинца, который окисляется до сульфата свинца. Больше 60 химический реакций протекает во время этого процесса.  Формула выглядит так:

Принцип работы литий-ионного аккумулятора

Литий-ионные батареи зарекомендовали себя на мировом рынке лучшие накопители для современной техники, такой как смартфоны, ноутбуки, электромобили и другие виды домашней и производственной техники. В 1991 году впервые была выпущена литий-ионная батарея.

Напряжение такого источника составляет 3.7 В, около 800 циклов разряда/заряда способна выдержать это изобретение. Саморазряд составляет 2% в месяц. Работать такие элементы способны на температуре от -20 °C до +60 °C.

Принцип действия основан на электрохимической реакции лития при внедрении в кристаллическую решетку других материалов с образованием химической связи. Еще основной особенностью таких батарей является то, что они почти на 100% без эффекта памяти. Для определения этого факта проводили множество экспериментов и определили, что эффект памяти есть, но он настолько незначительный, что принято считать его нулевым.

Формула: 

Совет! Для водителей, которые желают быстро запускать свой автомобиль на морозе. За несколько минут до запуска двигателя включите ближний свет фар или другой потребитель. При этих действиях батарея «просыпается» и приходит в рабочее состояние. Были проведены эксперименты и установлено, что этот метод работает на практике.

Отличие Li-Pol, щелочных аккумуляторов от Ni-Cd и Ni-Mh.

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Данный вид аккумуляторов широко применяли несколько лет назад для различного инструмента. Такие источники в своей структуре содержат кадмий, который является тяжелым металлом и токсичен, но хорошо ведет себя на морозе и имеет не высокую стоимость.

Новые модели аккумуляторов раньше приходят в негодность, чем батареи выпущенные 20 лет назад. Но уровень технических характеристик присущий современным решениям намного выше, чем у их предшественников.

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы

Такие батареи претерпели некоторые изменения по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми. Избавились от токсичных металлов, стали легче по весу и теперь можно не боятся причинить вред окружающей среде при ликвидации таких аккумуляторов. Еще удалось повысить энергоемкость и уменьшить эффект памяти.

Li-Pol Литий-полимерный аккумуляторы

Вид этих аккумуляторов — улучшенная модернизация литий-ионных. Электролит был заменен полимерными материалами. Такие батареи установлены в смартфонах, планшетах, ноутбуках, цифровой фототехнике и др. Особенность таких источников энергии состоит в форме изготовления, она может быть очень тонкой, что позволяет поместить батарею в любой корпус. Главное преимущество литий-полимерных элементов питания в том, что они не имеют эффекта памяти и энергоемкие.

Щелочные аккумуляторы.

Широкое применение щелочные аккумуляторы нашли в бытовой технике. Известные модели таких батарей — тип ААА и АА. Они установлены в:

  • детских игрушках
  • портативных приборах
  • карманных фонарях
  • фото, видео аппаратуре
  • аудио магнитофонах, плеерах и пр.

Щелочной электролит впервые нашел применение в химически активных источниках тока благодаря Вальдемару Джангнеру в 1899 году. С этого времени ученые разных стран вовлечены в разработку щелочных источников питания.

Принцип действия аккумуляторной батареи таков: при работе щелочного элемента происходит химическая реакция, при которой цинк окислившись выделяет гидроксид цинка, далее последний распадается на оксид цинка и воду. При этом происходит восстановление оксида марганца на катоде. Формула выглядит следующим образом:

Таблица сравнения 4-х видов АКБ
Вид аккумулятора Ni-Cd Ni-Mh Щелочные АКБ Li-Pol
Работа при низких температурах + + +
быстро теряет емкость
Цена низкая средняя средняя Высокая
Быстрая зарядка + + +
Кол-во циклов разряда-заряда 1000 300-500 300 1000-2000
Токсичность +
Эффект памяти + низкий +
Саморазрядка + +

 

Обычный аккумулятор оказывается сложной и в то же время простой вещью, если разобраться с ней. Прежде чем выбрать для авто элемент питания, стоит изучить нюансы, которые в последствии могут сыграют весомую роль в вашей жизни.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электростанция в кармане
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: