Какой металл находится в аккумуляторе?

Какие сплавы используются в аккумуляторах

Наиболее распространенный тип батарей, которые используются в современных автомобилях, — это свинцово-кислотный аккумулятор. Он назван так, потому что имеет в своем составе решетки, изготовленные из свинцовых сплавов. Свинцово-кислотная батарея получила широкое распространение, поскольку обладает весьма большим ресурсом работы и достаточно высокой удельной мощностью.

Свойства сплавов

Свойства сплава, из которого сделаны токоотводы АКБ, напрямую влияют на характеристики работы самого аккумулятора. Одно из главных требований, которые разработчики аккумуляторов предъявляют к сплаву, заключается в том, что он должен быть достаточно твердым и устойчивым к любым нагрузкам, которым АКБ подвергается в процессе работы. Очевидно, что сплав также должен хорошо проводить электрический ток и обладать рядом свойств, позволяющих без нарушения производственной технологии использовать его в процессе литья.

Существуют определенные требования и к коррозионной устойчивости. Это в особенности актуально для положительных токоотводов, так как именно они подвергаются увеличенным нагрузкам при работе аккумулятора. Под воздействием нагрузок положительная решетка способна не только деформироваться, но и покрыться слоем оксида свинца, который препятствует эффективному прохождению тока.
Посторонние и нежелательные примеси в свинцовом сплаве в целом ухудшают его характеристики и негативно влияют на работу АКБ. Происходит это из-за того, что в процессе коррозии положительной решетки эти примеси становятся частью активной массы и способствуют усилению процесса газообразования, а также стимулируют потерю воды.

Типы сплавов для АКБ

Однако добавки в сплавах, из которых производятся решетки для АКБ, конечно же, есть. Долгое время для производства решеток использовался свинцово-сурьмянистый сплав. Такие токоотводы можно найти в обслуживаемых АКБ. Применение сурьмы позволило сделать сплав более текучим, а значит, удобным для использования в процессе литья. Помимо этого, свинцово-сурьмянистый сплав хорошо проводит ток. Но есть и недостатки: наличие в сплаве сурьмы усиливает процесс газовыделения и приводит к повышенной потере воды в АКБ. Именно поэтому в такой аккумулятор необходимо регулярно добавлять воду.
Со временем появились и необслуживаемые аккумуляторы, в которых содержание сурьмы было снижено, а доля других добавок, наоборот, увеличена (добавки олова, мышьяка, серебра). Это позволило сохранить высокие литьевые свойства сплава и повысить его коррозионную стойкость.

Свинцово-кальциевый сплав, который стал использоваться со временем для производства стационарных аккумуляторов, не нашел широкого применения в автомобильных АКБ. Главным образом это обусловлено быстрым снижением емкости заряда. Однако в необслуживаемых гелевых аккумуляторах для производства отрицательных решеток использовался сплав свинца и кальция, а для производства положительных — малосурьмянистые сплавы. Со временем производители стали добавлять в сплав свинца и кальция олово, что улучшило свойства отрицательных токоотводов и позволило использовать при производстве технологию непрерывного литья.

Современный тренд

Говоря о свинцово-кислотных аккумуляторах, важно отметить, что свинцовые сплавы небезопасны для человека и окружающей среды. Добавки, которые содержатся в таких сплавах (сурьма и мышьяк), при химическом взаимодействии или в условиях избыточного заряда могут способствовать образованию токсичных газов. Во многом именно этим обусловлен тот факт, что при изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторов производителям приходится использовать все больше автоматизированных операций.
В целом же современное состояние «аккумуляторного» сегмента довольно очевидно. Достаточно вспомнить о том, что одним из глобальных мегатрендов автомобилестроения является стремительный рост производства электромобилей. Именно поэтому усилия разработчиков АКБ в основ-ном направлены на улучшение характеристик литий-ионных аккумуляторов или АКБ из других сплавов, подходящих для использования в электрокарах и гибридах.

Сколько свинца входит в состав аккумуляторов ёмкостью 55 А-ч и более?

Многие знают о том, что современные источники энергии имеют в своём составе свинец. В связи с этим организован приём отслуживших свой срок автомобильных батарей. Кто-то действительно несёт свою приказавшую долго жить АКБ на разбор. Другие же пытаются самостоятельно извлечь этот металл из содержимого устройства, надеясь таким образом получить большую выгоду.

Свинец относят к категории цветных металлов. Его стружку принято использовать в качестве добавки для красок и лаков. Примесь металла не только придаёт оригинальность их текстуре, но и обеспечивает повышенную устойчивость к негативному воздействию ультрафиолетовых лучей.

Кроме того, свинцовые соединения принадлежат к классу тяжёлых металлов. Заядлые рыбаки отлично знают, что самое лучшее грузило к рыболовным снастям можно изготовить исключительно из свинца.

А всем ли известно, сколько на самом деле свинца содержится в автомобильном аккумуляторе?

  1. Состав аккумулятора
  2. Содержание и вес свинца в аккумуляторных батареях
  3. Сколько кг свинца в различных вариантах: таблица сравнения

Состав аккумулятора

Представим себе стандартную батарею для автомобиля. Она состоит из корпуса, внутреннее пространство которого занимают электроды и электролит. Как определить долю каждой составляющей и от чего она зависит?

Содержание и вес свинца в аккумуляторных батареях

Сначала стоит заметить, что в чистом виде свинец содержится лишь в устройствах, изготовленных на основе AGM-технологий, но это отдельный разговор.

В классических свинцово-кислотных АКБ пластины электродов, как правило, состоят из оксида свинца или его сплавов с другими металлами. Конечно, сколько-то свинца в чистом виде присутствует и в самых востребованных аккумуляторах, но эта доля мала – не превышает 20 % от общей массы изделия.

Содержание составляющих компонентов автомобильной аккумуляторной батареи находится в следующей процентной зависимости от её общего веса:

  1. Корпус, выполненный из устойчивого к воздействию химически активной серной кислоты полипропилена, – это максимум 10 %.
  2. Электролит в виде раствора кислотного ингредиента и дистиллированной воды – не более 20 %.
  3. Электроды, а это не что иное, как свинец и его соединения, – 60–70 %.

Как видим, именно металл преобладает в составе источника энергии. В связи с этим, даже по завершении срока службы он не утрачивает своей востребованности.

Сколько кг свинца в различных вариантах: таблица сравнения

Как определить, сколько кг свинца может содержаться в самом популярном для отечественных автомобилей аккумуляторе ёмкостью 55 Ампер-часов? Всё достаточно просто: средняя масса такого устройства примерно составляет 15 кг. Таким образом, чтобы найти массовую долю вещества, зная его процентное содержание, надо от общего веса оборудования взять 70 %, то есть:

15 х 0,7 = 10,5 кг

Это общая масса металла в батарее, включая его сплавы и оксиды. Количество же чистого металла в составе узнаем из выражения:

Если же потребуется найти, сколько свинца поместится в аккумуляторе с маркировкой 60 А-ч, то можно смело воспользоваться приведённой выше зависимостью.

Не стоит забывать, что АКБ разной мощности обладают не одинаковым весом.

Итак, исходя из того, что весовой показатель 60-амперной батареи приблизительно равен 16,5 кг, находим массовую долю металлической составляющей:

16,5 х 0,7 = 11,55 кг

Сколько свинца может вместиться в аккумулятор на 190 А-ч? Выполняем расчёты по аналогии: вес столь мощной батареи достигает 50 кг, значит:

Вот и вся арифметика.

Для наглядности сведём содержание свинца в аккумуляторных батареях наиболее востребованной ёмкости в таблицу.

Ёмкость АКБ (А-ч) Масса АКБ (с электролитом), кг Вес свинца (включая сплавы и оксиды), кг Вес чистого свинца, кг
55 15,0 10,5 3,0
60 16,5 11,55 3,3
70 19,0 13,3 3,8
90 24,0 16,8 4,8
190 50,0 35,0 10,0

Примечание: расчёты количества свинца в аккумуляторах, занесённых в таблицу, но не рассматриваемых ранее, выполнены в полном соответствии с установленной взаимозависимостью между общим весом батареи и процентным содержанием металла.

Понятно, что чем выше мощность электрохимического источника тока, тем больше его вес. Следовательно, можно сделать вывод, что вес свинца в различных аккумуляторных батареях будет отличаться, о чём свидетельствует приведённая выше таблица. И, опять же, чем больше весит АКБ, тем она полезней с точки зрения находящегося в ней металла.

Таким образом, зная, сколько кг чистого свинца содержится в аккумуляторе, ёмкость которого составляет 55, 60, 70 А-ч и др., несложно оценить выгоду от разборки данного устройства для сдачи в пункт приёма.

Сколько кг свинца содержится в аккумуляторе на 55 ампер

Современные автомобильные аккумуляторы содержат свинец, сдав который, можно неплохо заработать, что позволяет несколько сократить затраты автовладельца на покупку новой батареи в автомобиль. Из соответствующих таблиц можно с легкостью определить, сколько свинца в аккумуляторе 55 и как добыть такой дорогостоящий металл, который можно в последующем сдать в пункты вторсырья.

  1. Для чего извлекают свинец из АКБ
  2. Устройство автомобильных аккумуляторов
  3. Как разобрать старую батарею
  4. Самостоятельное получение свинца
  5. Целесообразно ли выплавлять свинец самостоятельно

Для чего извлекают свинец из АКБ

В первую очередь необходимо определиться с тем, для чего же извлекают из аккумуляторов свинец. Этот металл сплав хорошо ценится в пунктах приема цветных металлов, что позволяет даже с одного автомобильного аккумулятора получить неплохую денежную сумму. Свинец — это тяжеловесный металл, который используется многими рыболовами для изготовления грузил и различных снастей. Поэтому редко какой рыбак откажется от возможности самостоятельно разобрать АКБ и найти необходимый ему дорогостоящий тяжёлый металл.

Также старые свинцовые пластины-электроды используют для изготовления простейших аккумуляторов и источников питания различных устройств и бытовых приборов. Этот металл может перетираться в стружку, после чего его добавляют в краску или лаки, что не только позволяет придать поверхности оригинальную текстуру, но и обеспечивает максимально возможную стойкость, устойчивость к ультрафиолету и механическую прочность.

Устройство автомобильных аккумуляторов

Большинство людей уверены, что находящиеся внутри аккумулятора пластины-электроды выполнены из чистого свинца. Однако в действительности чистого металла в них содержится не более 20% от общей массы сплава. Оставшийся вес — это оксиды и различные металлы.

Поэтому со стандартного автомобильного аккумулятора удается добыть двух-трехкилограммовый слиток дорогого металла.

Необходимо лишь определиться с тем, сколько килограммов свинца в аккумуляторе 60 ампер, а исходя из этого, и можно будет рассчитать полученное количество дорогого металла.

В процентном соотношении состав автомобильного АКБ будет выглядеть следующим образом:

  1. Электролит — около 20% от общей массы АКБ.
  2. Пластиковый корпус, перегородки и другие элементы из пластика — не более 10% всей массы.
  3. Свинец, диоксиды, оксиды и другие сплавы — около 60% веса.

Для большей наглядности, чтобы определиться тем, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, можно рассмотреть состав 55-амперной автомобильной батареи. Стандартный вес такой АКБ не превышает 15 кг. Пластика тут около 1,5 кг, 3 кг электролита и 10 кг металла. Чистого металла в АКБ будет содержаться не больше 3 кг.

Следует учитывать также тот факт, что полностью выплавить ценный металл из электродов бывает затруднительно, соответственно количество получаемого свинца будет ещё ниже.

Содержание этого ценного металла во многом зависит от мощности аккумулятора и его емкости. Если в 55-амперной АКБ будет содержаться около 3 кг чистого свинца, то уже в мощной батарее для грузовых автомобилей, которая выдает ток на уровне 150−190 Ампер-часов, может содержаться 9 кг этого металла. Исходя из данных таблиц можно с легкостью рассчитать, сколько килограммов свинца, который можно выплавить из электродных пластин, в аккумуляторе 55.

Как разобрать старую батарею

Изначально разборными были лишь аккумуляторы, которые изготавливались в Советском Союзе. Делалось это для того, чтобы у автовладельцев имелась возможность отремонтировать АКБ, заменив те или иные вышедшие из строя элементы.

А вот на западе наибольшей популярностью пользовались необслуживаемые аккумуляторы, которые не подразумевали возможности разборки батарей.

Большинство используемых сегодня аккумуляторов относятся к категории необслуживаемых, соответственно появляются определенные проблемы с тем, чтобы разобрать старую АКБ.

Для такой работы потребуется следующее:

  1. Защитные очки и резиновые перчатки.
  2. Лобзик по металлу.
  3. Пассатижи.
  4. Болгарка.
  5. Плоская отвертка.
  6. Молоток.
  7. Зубило.
  8. Паяльник высокой мощности.
  9. Дрель.

Выполняя такую разборку старого АКБ, необходимо соблюдать максимальную осторожность. Внутри батареи находится электролит, который при попадании на кожу или слизистые может вызвать химические ожоги. Поэтому следует обязательно надевать очки и защитные резиновые перчатки. Проделав соответствующие отверстия в банках, следует обязательно слить электролит и промыть дистиллированной водой батарею, в которой может также остаться соляная кислота.

Чтобы слить электролит, потребуется выкрутить пробки, а если таковые в АКБ отсутствуют, то самостоятельно дрелью выполняется отверстие, через которое и сливается жидкость. Такие отверстия для слива электролита лучше всего выполнять снизу аккумулятора, что позволит, не наклоняя батарею и не поднимая со дна выпавший осадок, слить всю соляную кислоту.

После промывки банок чистой водой следует, вооружившись лобзиком или болгаркой, отпилить крышку по периметру корпуса батареи. Достают крышку, на которой будут закреплены аккумуляторные пластины.

Если крышку и пластины держат приводные клеммы, то потребуется вручную с помощью молотка или зубила извлечь металлические электроды.

Самостоятельное получение свинца

Свинец плавится при невысоких температурах, соответственно провести выплавку этого металла из аккумуляторных электродов можно в домашних условиях на электрической или газовой плите. Однако в таких условиях можно расплавить металл, который находится в чистом виде. То есть потребуется использовать решетку, мостики и клеммы от АКБ.

А вот если требуется расплавить пластины и получить из них чистый свинец, то следует работать на температурах около 1000 градусов и использовать специальные химические реагенты.

Именно по причине такой сложности выплавки свинца в домашних условиях получить из аккумулятора даже несколько килограммов этого чистого тяжелого металла будет затруднительно. Поэтому зачастую бывает куда проще и выгоднее сдать старый аккумулятор в соответствующие пункты приёма вторсырья или специализированные компании, а не пытаться самостоятельно разобрать и выплавить дорогостоящий металл из электродов и других элементов АКБ.

Целесообразно ли выплавлять свинец самостоятельно

До недавнего прошлого сдать аккумулятор в переработку было затруднительно, поэтому многие экономичные автовладельцы самостоятельно позанимались разборкой АКБ и последующей сдачей дорогостоящего металла в пункты вторсырья. Сегодня же можно с легкостью сдать аккумулятор в специализированные конторы и не заниматься самостоятельно трудоемкой работой по выплавке свинца, тем более что в домашних условиях провести качественную очистку металла будет проблематично.

Современные АКБ в зависимости от своего типа, ёмкости и мощности могут содержать от 1 до 10 кг свинца. Если отдельные элементы полностью состоят из этого дорогостоящего металла, и переплавить их самостоятельно в домашних условиях не представляет сложности, то вот расплавить пластины, где свинец содержится в оксидах и гидроксидах, бывает затруднительно.

Поэтому проще всего сдать аккумулятор в пункты приема вторсырья, что позволит не только избавиться от необходимости сложной переплавки металла, но и получить неплохое денежное вознаграждение.

Какие материалы применяются в составе аккумуляторов и батарей

В электрических батареях используются разнообразные химические элементы, добываемые из земной коры. Забавно то, что ровно такие же элементы входят в состав всех живых существ на нашей планете. Как и в живом организме, вещества для электрических батарей должны быть тщательно подобраны в нужном количестве, чтобы достичь гармоничного взаимодействия. Превышение количества всего лишь одного материала может испортить весь тонкий баланс.

Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL
10 — 12 лет / 600 циклов 10 — 12 лет / 700 циклов 10 — 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL

1. Алюминий

Алюминий (Al) представляет собой мягкий, серебристо-белый, немагнитный металл. Добытый из бокситов, он является третьим наиболее распространенным элементом в земной коре после кислорода и кремния. При контакте с воздухом алюминий образует пассивирующий слой, который защищает металл от коррозии. Алюминий используется в качестве материала катода в некоторых версиях литий-ионных аккумуляторов [BU-205].

2. Ванадий

Ванадий (V) является очень твердым металлом серебристого цвета. Он был обнаружен в 1801 году в Мексике, находится в составе 65 минералов и образует устойчивый слой оксида на своей поверхности. Крупнейшими производителями ванадия являются Китай и Россия. Этот металл используется в специальных сплавах, а в сфере электрохимических источников энергии он востребован в проточной [BU-210b] конструкции аккумуляторов.

3. Железо

Железо – это наиболее распространенный по массе элемент на нашей планете. Химическое обозначение Fe происходит от латинского слова “ferrum”. Железо использовалось человечеством еще с незапамятных времен, хотя медные сплавы с более низкой температурой плавления существовали еще раньше. Чистое железо является достаточно мягким, и может быть укреплено с помощью создания сплава с углеродом. Соединения железа играют важную роль в биологии. В сфере электрических батарей железо нашло свое применение в литий-железо-фосфат-оксидной [BU-205] электрохимической системе.

Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range
10 — 12 лет / 800 циклов 10 — 12 лет / 800 циклов 10 — 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций

4. Кадмий

Кадмий (Cd) является мягким синевато-белым металлом. Обнаруженный в 1817 году в Германии, кадмий являлся побочным продуктом при производстве цинка, и использовался в основном как добавка к стали для предотвращения коррозии. Сейчас кадмий используется как материал для анода в никель-кадмиевых батареях [BU-203], но так как он является токсичным материалом, во многих странах его использование запрещено.

5. Кальций

Кальций – это мягкий металл щелочной группы серого цвета. Его химическое обозначение — Са. Он был обнаружен английским химиком Хэмпфри Дэви в 1808 году. Это пятый самый распространенный по массе элемент в земной коре; он играет важнейшую роль для живых организмов, так как отвечает за формирование таких органов как кости, зубы и раковины. Кальций повышает производительность и механическую прочность свинцовых пластин в свинцово-кислотных электрических батареях.

6. Марганец

Марганец (Mn) добывается вместе с железом и другими полезными ископаемыми. Он назван в честь древнегреческого города Магнесия, возле которого был найден черный минерал, содержащий этот металл. Марганец используется для предотвращения коррозии железа, а также служит в качестве катодного материала для литий-ионной [BU-205], угольно-цинковой [BU-106] и щелочной [BU-106] электрохимических схем.

7. Натрий

Натрий (Na) — мягкий, серебристый, химически активный металл, который принадлежит к группе шести элементов с одним электроном на внешней оболочке. Теряя электрон, атом натрия становится положительно заряженным. Натрий является шестым самым распространенным элементом в земной коре, но доступен лишь в виде соединений. Он впервые был выделен Хэмпфри Дэви в 1807 году путем электролиза гидроксида натрия. Соединения натрия используются в производстве мыла и антиобледенительных веществ, но самым знаковым его применением является использование хлорида натрия, или по простому — кухонной соли. Натрий также является очень важным элементом для всех живых существ и растений. В сфере электрических батарей натрий используется в серно-натриевых [BU-210a] батареях.

Какие бывают аккумуляторы в мобильной, компьютерной и бытовой технике

Содержание

Содержание

Аккумуляторы окружают нас повсеместно. Их можно встретить как в привычных каждому пользователю мобильных гаджетах, так и в сложных системах резервного электропитания. В каждой из областей используется свой тип аккумуляторной батареи, в которой ее характеристики «раскрываются» наилучшим образом. В данном материале поговорим о типах аккумуляторных элементов, областях применения и основных правилах эксплуатации.

Аккумуляторы. Общие принципы

По историческим меркам аккумулятор — довольно «молодое» изобретение, которому немногим более 160 лет. Основной принцип работы любого аккумуляторного элемента — протекание в нем обратимой электрохимической реакции, т. е. при приложении к контактам элемента постоянного напряжения, на его пластинах (электродах) накапливается электрическая энергия, при приложении нагрузки — происходит ее расходование. Причем протекает такая реакция на протяжении большого количества циклов заряда/разряда. Как правило, возможное количество перезарядок зависит от типа аккумуляторного элемента, но в среднем, современный аккумулятор способен обеспечить 300–1000 полных циклов.

Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.

Какого бы типа не был аккумулятор, костяк конструкции и основной принцип действия у них остается неизменным. В каждом аккумуляторе есть два электрода (положительный и отрицательный, иначе именуемые анод и катод), погруженные в специальную среду — электролит, являющуюся прекрасным «поставщиком» ионов вследствие электролитической диссоциации.

Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.

В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы

Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).

Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.

Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.

Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.

Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.

Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).

К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от — 40 до + 40 ° С).

Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.

Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.

Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.

К отрицательным моментам относят их малую удельную емкость, высокий саморазряд, длительное время зарядки (восполнять энергию нужно малыми зарядными токами) и ярко выраженный «эффект памяти».

Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.

Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.

Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.

Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.

Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.

Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.

NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.

Один элемент генерирует 1,2–1,25 в ЭДС, а его удельная энергия составляет 60–75 Вт*ч/кг. Теоретический расчетный «потолок» этого параметра находится на уровне 300 Вт*ч/кг, но видимо технологии производства NiMH-элементов, еще не до конца совершенны.

Литий-ионные аккумуляторы

Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.

Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.

Справедливости ради следует сказать, что «литий-ионный аккумулятор» — это обобщенное название целой группы электрохимических элементов, переносчиком заряда в которых выступают ионы лития. Разница заключается в составе материала катода и типе электролита.

Наибольшее распространение в бытовом сегменте получили литий-полимерные аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется специальный твердый полимер, а катодный и анодный материал нанесены на тонкие слои алюминиевой и медной фольги соответственно. Такое конструктивное решение позволяет производить аккумуляторы любой формы и размера, изящно «вписывая» их в разрабатываемые устройства.

Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.

Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.

Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.

Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.

Самым существенным недостатком литий-ионного элемента является его категорическое «нежелание» полноценно работать при отрицательных температурах. Эксплуатация литиевого элемента на морозе очень быстро приблизит его выход из строя.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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