Электроды свинцовой аккумуляторной батареи выполнены из свинца с содержанием более 5% сурьмы. Корпус свинцовой аккумуляторной батареи - черный пластмассовый или эбонитовый, верхняя часть батареи залита смолой. Единственное преимущество таких батарей – высокая ремонтопригодность. В настоящее время для потребительских целей не выпускаются.
Положительные и отрицательные электроды малосурьмянистых аккумуляторных батарей выполнены из свинцовых сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. В некоторых публикациях малосурьмянистые аккумуляторные батареи иногда называют малообслуживаемыми; у них расход воды и саморазряд гораздо меньше, чем у традиционных батарей, но в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами. Недостатки малосурьмянистых аккумуляторных батарей - большой расход воды и саморазряд. Достоинства малосурьмянистых аккумуляторных батарей относительная устойчивость к глубоким разрядам, низкая цена. Возможное дополнительное обозначение - отсутствует.
Гибридные аккумуляторные батареи системы "кальций плюс" (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики гибридных аккумуляторных батарей по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмянистых. Возможное дополнительное обозначение - Са+, и (или) Hybrid.
Первоначально кальциевые аккумуляторные батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07-0,1% Са) для токоотводов положительного и отрицательного электродов. Кальциевые аккумуляторные батареи значительно снизили газовыделение, что обеспечило эксплуатацию аккумуляторов без доливки воды в течение как минимум двух лет. Достоинства кальциевых аккумуляторных батарей – снижение саморазряда на 30% и расхода воды на 80% по сравнению с малосурьмянистыми. Недостатки кальциевых аккумуляторных батарей – неустойчивость к глубоким разрядам. Кальциевые и гибридные аккумуляторы в гораздо меньшей степени подвержены выкипаемости еще и потому, что состав их свинца обеспечивает свойства своеобразной "самовыключаемости" - они перестают принимать ток, когда заряжены на 95-97%. Возможное дополнительное обозначение — Са/Са.
В конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов. Добавление серебра также повышает коррозионную стойкость решеток. Достоинства – устойчивость к глубоким разрядам при сохранении параметров кальциевых батарей по саморазряду и расходу воды. Недостатки – высокая цена и, как правило, невозможность обслуживания (контроля и коррекции уровня электролита).
Расход воды у серебряно-кальциевых батарей в стандартных режимах так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды. Такие батареи в рекламных публикациях иногда называют абсолютно (полностью) необслуживаемыми. В этих батареях исключена возможность контроля плотности электролита и долива воды в процессе эксплуатации. Заявленные характеристики этих батарей гарантируются только при исправном состоянии электрооборудования автомобиля и соблюдении условий пользования, указанных производителем в инструкции по эксплуатации. Возможное дополнительное обозначение - Са/Аg, «серебряно-кальциевая технология».
Настоящим я выражаю свое согласие ООО «Пауэр Интернэшнл–шины» (ОГРН 1027739435570, ИНН 7703247653) при оформлении Заказа товара/услуги на сайте www.4tochki.ru в целях заключения и исполнения договора купли-продажи обрабатывать - собирать, записывать, систематизировать, накапливать, хранить, уточнять (обновлять, изменять), извлекать, использовать, передавать (в том числе поручать обработку другим лицам), обезличивать, блокировать, удалять, уничтожать - мои персональные данные: фамилию, имя, номера домашнего и мобильного телефонов, адрес электронной почты.
Также я разрешаю ООО «Пауэр Интернэшнл–шины» направлять мне сообщения информационного характера о товарах и услугах ООО «Пауэр Интернэшнл–шины», а также о партнерах.
Согласие может быть отозвано мной в любой момент путем направления ООО «Пауэр Интернэшнл–шины» письменного уведомления по адресу: 129337, г. Москва, ул. Красная Сосна, д.30
Конфиденциальность персональной информации
1. Предоставление информации Клиентом:
1.1. При оформлении Заказ товара/услуги на сайте www.4tochki.ru (далее - "Сайт") Клиент предоставляет следующую информацию:
- Фамилию, Имя, Отчество получателя Заказа товара/услуги;
- адрес электронной почты;
- номер контактного телефона;
- адрес доставки Заказа (по желанию Клиента).
1.2. Предоставляя свои персональные данные, Клиент соглашается на их обработку (вплоть до отзыва Клиентом своего согласия на обработку его персональных данных) компанией ООО «Пауэр Интернэшнл–шины» (далее – «Продавец»), в целях исполнения Продавцом и/или его партнерами своих обязательств перед Клиентом, продажи товаров и предоставления услуг, предоставления справочной информации, а также в целях продвижения товаров, работ и услуг, а также соглашается на получение информационных сообщений. При обработке персональных данных Клиента Продавец руководствуется Федеральным законом «О персональных данных» и локальными нормативными документами.
1.2.1. Если Клиент желает уничтожения его персональных данных в случае, если персональные данные являются неполными, устаревшими, неточными, либо в случае желания Клиента отозвать свое согласие на обработку персональных данных или устранения неправомерных действий ООО «Пауэр Интернэшнл–шины» в отношении его персональных данных, то он должен направить официальный запрос Продавцу по адресу: 129337, г. Москва, ул. Красная Сосна, д.30
1.3. Использование информации предоставленной Клиентом и получаемой Продавцом.
1.3.1 Продавец использует предоставленные Клиентом данные в целях:
· обработки Заказов Клиента и для выполнения своих обязательств перед Клиентом;
· анализа покупательских особенностей Клиента и предоставления персональных рекомендаций;
· информирования клиента об акциях, скидках и специальных предложениях посредством электронных и СМС-рассылок.
1.3.2. Продавец вправе направлять Клиенту сообщения информационного характера. Информационными сообщениями являются направляемые на адрес электронной почты, указанный при Заказе на Сайте, а также посредством смс-сообщений и/или push-уведомлений и через Службу по работе с клиентами на номер телефона, указанный при оформлении Заказа, о состоянии Заказа, товарах в корзине Клиента.
2. Предоставление и передача информации, полученной Продавцом:
2.1. Продавец обязуется не передавать полученную от Клиента информацию третьим лицам. Не считается нарушением предоставление Продавцом информации агентам и третьим лицам, действующим на основании договора с Продавцом, для исполнения обязательств перед Клиентом и только в рамках договоров. Не считается нарушением настоящего пункта передача Продавцом третьим лицам данных о Клиенте в обезличенной форме в целях оценки и анализа работы Сайта, анализа покупательских особенностей Клиента и предоставления персональных рекомендаций.
2.2. Не считается нарушением обязательств передача информации в соответствии с обоснованными и применимыми требованиями законодательства Российской Федерации.
2.3. Продавец получает информацию об ip-адресе посетителя Сайта www.4tochki.ru и сведения о том, по ссылке с какого интернет-сайта посетитель пришел. Данная информация не используется для установления личности посетителя.
2.4. Продавец не несет ответственности за сведения, предоставленные Клиентом на Сайте в общедоступной форме.
2.5. Продавец при обработке персональных данных принимает необходимые и достаточные организационные и технические меры для защиты персональных данных от неправомерного доступа к ним, а также от иных неправомерных действий в отношении персональных данных.
Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.
Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.
|
Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов. |
Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта |
Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.
Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.
|
Тип |
Применение |
Обозначение |
Рабочая температура, ºC |
Напряжение элемента, В |
Удельная энергия, Вт∙ч/кг |
|
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный) |
Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д. |
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S) |
-20 … +40 |
3,2-4,2 |
280 |
|
никель-солевой |
Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии |
Na/NiCl |
-50 … +70 |
2,58 |
140 |
|
никель-кадмиевый |
Электрокары, речные и морские суда, авиация |
Ni-Cd |
–50 … +40 |
1,2-1,35 |
40 – 80 |
|
железо-никелевый |
Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления |
Ni-Fe |
–40 … +46 |
1,2 |
100 |
|
никель-водородный |
Космос |
Ni-h3 |
|
1,5 |
75 |
|
никель-металл-гидридный |
электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника. |
Ni-MH |
–60 … +55 |
1,2-1,25 |
60 – 72 |
|
никель-цинковый |
Фотоаппараты |
Ni-Zn |
–30 … +40 |
1,65 |
60 |
|
свинцово-кислотный |
Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д. |
Pb |
–40 … +40 |
2, 11-2,17 |
30 – 60 |
|
серебряно-цинковый |
Военная сфера |
Ag-Zn |
–40 … +50 |
1,85 |
<150 |
|
серебряно-кадмиевый |
Космос, связь, военные технологии |
Ag-Cd |
–30 … +50 |
1,6 |
45 – 90 |
|
цинк-бромный |
|
Zn-Br |
|
1,82 |
70 – 145 |
|
цинк-хлорный |
|
Zn-Cl |
–20 … +30 |
1,98-2,2 |
160 – 250 |
Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.
Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.
Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.
Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.
Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.
Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.
Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.
Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).
Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.
Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.
Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.
Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.
Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.
GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.
Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.
Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.
OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.
Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.
Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.
Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.
OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.
Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.
Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.
Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.
Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.
Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.
|
Тип |
LA |
VRLA |
AGM VRLA |
GEL VRLA |
OPzV |
OPzS |
|
Емкость, Ампер/час |
10 – 300 |
1 – 300 |
1 – 3000 |
1 – 3000 |
50 – 3500 |
50 – 3500 |
|
Напряжение, Вольт |
6, 12 |
4, 6, 12 |
2, 4, 6, 12 |
2, 6, 12 |
2 |
2 |
|
Оптимальная глубина разряда, % |
|
30 |
<40 |
<50 |
<60 |
<60 |
|
Допустимая глубина разряда, % |
|
<75 |
<80 |
<90 |
<90 |
<100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=50% |
|
<250-300 |
<1000 |
<1400 |
<3200 |
<3300 |
|
Оптимальная температура, °С |
0 … +45 |
+15 … +25 |
+10 … +25 |
+10 … +25 |
0 … +30 |
0 … +30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
–50 … +70 |
–35 … +60 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С |
<7 |
<7 |
5 – 15 |
8 – 15 |
15 – 20 |
17 – 25 |
|
Саморазряд, % |
3 – 5 |
2 – 3 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток заряда, % от емкости |
10 – 20 |
20 – 25 |
20 – 30 |
15 – 20 |
15 – 20 |
10 – 15 |
|
Минимальное время заряда, ч |
8 – 12 |
6 – 10 |
6 – 10 |
8 – 12 |
10 – 14 |
10 – 15 |
|
Требования к обслуживанию |
3 – 6 мес. |
нет |
нет |
нет |
нет |
1 – 2 года |
|
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач. |
70 – 150 |
200 – 250 |
250 – 380 |
350 – 500 |
1000 – 1400 |
1500 – 3500 |
Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.
Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).
История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.
Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.
Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.
Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.
Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.
Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.
Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.
Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.
Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.
На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.
Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.
На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.
Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.
Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д.
Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.
Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.
NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.
Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.
Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.
Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.
Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.
Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.
Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.
Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.
Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.
Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.
В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.
Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.
Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.
В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.
|
Параметр \ Тип |
LiCoO2 |
LiMn2O4 |
LiNiMnCoO2 |
LiFePO4 |
LiNiCoAlO2 |
Li4Ti5O12 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
3.6 |
3.7 |
3.6-3.7 |
3.2 |
3.6 |
2.4 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
700 - 1000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
5000 - 8000 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
–10 ...+60 |
–10 ...+45 |
–10 ...+55 |
–10 ...+60 |
–10 ...+55 |
–10 ...+45 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
5 – 7 |
10 |
10 |
20 - 25 |
20 - 25 |
18 - 25 |
|
Саморазряд в мес., % |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток разряда |
1C |
10C/30C 5с |
2C |
25 - 30C |
1C |
10C/30С 5с |
|
Макс. ток заряда |
0,7-1C |
0,7-1C |
0,7-1C |
1C |
0,7C |
1C |
|
Минимальное время заряда, ч |
2 - 3 |
2 - 2.5 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
|
Требования к обслуживанию |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
Уровень стоимости |
высокий |
средний |
средний |
низкий |
средний |
высокий |
Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.
Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.
Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.
В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.
Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.
Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.
Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.
В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:
время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;
время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;
время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
1 – 1500 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
60 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
0 ... +20 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-50 ... +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
25 |
|
Саморазряд в мес., % |
4 |
|
Макс. ток разряда |
10 C5 |
|
Макс. ток заряда |
0.4 C5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
5 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые или необслуживанемые |
|
Уровень стоимости |
средняя (300 – 400$ 100Ач) |
Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.
Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».
Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.
Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество
Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
10 – 1000 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
50 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
1800 - 2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+15 ... +25 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-40 ... +60 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
20 |
|
Саморазряд в мес., % |
15 |
|
Макс. ток разряда |
0.25C 5 |
|
Макс. ток заряда |
0.25C 5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
12 – 16 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые |
|
Уровень стоимости |
средняя, низкая |
Исследования компании Boston Consulting Group
Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.
Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.
Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.
|
Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов. |
Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта |
Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.
Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.
|
Тип |
Применение |
Обозначение |
Рабочая температура, ºC |
Напряжение элемента, В |
Удельная энергия, Вт∙ч/кг |
|
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный) |
Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д. |
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S) |
-20 … +40 |
3,2-4,2 |
280 |
|
никель-солевой |
Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии |
Na/NiCl |
-50 … +70 |
2,58 |
140 |
|
никель-кадмиевый |
Электрокары, речные и морские суда, авиация |
Ni-Cd |
–50 … +40 |
1,2-1,35 |
40 – 80 |
|
железо-никелевый |
Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления |
Ni-Fe |
–40 … +46 |
1,2 |
100 |
|
никель-водородный |
Космос |
Ni-h3 |
|
1,5 |
75 |
|
никель-металл-гидридный |
электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника. |
Ni-MH |
–60 … +55 |
1,2-1,25 |
60 – 72 |
|
никель-цинковый |
Фотоаппараты |
Ni-Zn |
–30 … +40 |
1,65 |
60 |
|
свинцово-кислотный |
Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д. |
Pb |
–40 … +40 |
2, 11-2,17 |
30 – 60 |
|
серебряно-цинковый |
Военная сфера |
Ag-Zn |
–40 … +50 |
1,85 |
<150 |
|
серебряно-кадмиевый |
Космос, связь, военные технологии |
Ag-Cd |
–30 … +50 |
1,6 |
45 – 90 |
|
цинк-бромный |
|
Zn-Br |
|
1,82 |
70 – 145 |
|
цинк-хлорный |
|
Zn-Cl |
–20 … +30 |
1,98-2,2 |
160 – 250 |
Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.
Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.
Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.
Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.
Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.
Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.
Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.
Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).
Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.
Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.
Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.
Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.
Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.
GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.
Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.
Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.
OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.
Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.
Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.
Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.
OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.
Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.
Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.
Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.
Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.
Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.
|
Тип |
LA |
VRLA |
AGM VRLA |
GEL VRLA |
OPzV |
OPzS |
|
Емкость, Ампер/час |
10 – 300 |
1 – 300 |
1 – 3000 |
1 – 3000 |
50 – 3500 |
50 – 3500 |
|
Напряжение, Вольт |
6, 12 |
4, 6, 12 |
2, 4, 6, 12 |
2, 6, 12 |
2 |
2 |
|
Оптимальная глубина разряда, % |
|
30 |
<40 |
<50 |
<60 |
<60 |
|
Допустимая глубина разряда, % |
|
<75 |
<80 |
<90 |
<90 |
<100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=50% |
|
<250-300 |
<1000 |
<1400 |
<3200 |
<3300 |
|
Оптимальная температура, °С |
0 … +45 |
+15 … +25 |
+10 … +25 |
+10 … +25 |
0 … +30 |
0 … +30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
–50 … +70 |
–35 … +60 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С |
<7 |
<7 |
5 – 15 |
8 – 15 |
15 – 20 |
17 – 25 |
|
Саморазряд, % |
3 – 5 |
2 – 3 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток заряда, % от емкости |
10 – 20 |
20 – 25 |
20 – 30 |
15 – 20 |
15 – 20 |
10 – 15 |
|
Минимальное время заряда, ч |
8 – 12 |
6 – 10 |
6 – 10 |
8 – 12 |
10 – 14 |
10 – 15 |
|
Требования к обслуживанию |
3 – 6 мес. |
нет |
нет |
нет |
нет |
1 – 2 года |
|
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач. |
70 – 150 |
200 – 250 |
250 – 380 |
350 – 500 |
1000 – 1400 |
1500 – 3500 |
Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.
Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).
История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.
Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.
Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.
Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.
Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.
Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.
Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.
Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.
Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.
На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.
Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.
На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.
Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.
Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д.
Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.
Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.
NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.
Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.
Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.
Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.
Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.
Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.
Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.
Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.
Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.
Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.
В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.
Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.
Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.
В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.
|
Параметр \ Тип |
LiCoO2 |
LiMn2O4 |
LiNiMnCoO2 |
LiFePO4 |
LiNiCoAlO2 |
Li4Ti5O12 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
3.6 |
3.7 |
3.6-3.7 |
3.2 |
3.6 |
2.4 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
700 - 1000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
5000 - 8000 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
–10 ...+60 |
–10 ...+45 |
–10 ...+55 |
–10 ...+60 |
–10 ...+55 |
–10 ...+45 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
5 – 7 |
10 |
10 |
20 - 25 |
20 - 25 |
18 - 25 |
|
Саморазряд в мес., % |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток разряда |
1C |
10C/30C 5с |
2C |
25 - 30C |
1C |
10C/30С 5с |
|
Макс. ток заряда |
0,7-1C |
0,7-1C |
0,7-1C |
1C |
0,7C |
1C |
|
Минимальное время заряда, ч |
2 - 3 |
2 - 2.5 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
|
Требования к обслуживанию |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
Уровень стоимости |
высокий |
средний |
средний |
низкий |
средний |
высокий |
Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.
Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.
Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.
В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.
Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.
Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.
Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.
В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:
время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;
время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;
время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
1 – 1500 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
60 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
0 ... +20 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-50 ... +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
25 |
|
Саморазряд в мес., % |
4 |
|
Макс. ток разряда |
10 C5 |
|
Макс. ток заряда |
0.4 C5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
5 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые или необслуживанемые |
|
Уровень стоимости |
средняя (300 – 400$ 100Ач) |
Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.
Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».
Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.
Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество
Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
10 – 1000 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
50 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
1800 - 2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+15 ... +25 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-40 ... +60 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
20 |
|
Саморазряд в мес., % |
15 |
|
Макс. ток разряда |
0.25C 5 |
|
Макс. ток заряда |
0.25C 5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
12 – 16 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые |
|
Уровень стоимости |
средняя, низкая |
Исследования компании Boston Consulting Group
Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.
Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.
Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.
|
Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов. |
Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта |
Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.
Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.
|
Тип |
Применение |
Обозначение |
Рабочая температура, ºC |
Напряжение элемента, В |
Удельная энергия, Вт∙ч/кг |
|
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный) |
Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д. |
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S) |
-20 … +40 |
3,2-4,2 |
280 |
|
никель-солевой |
Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии |
Na/NiCl |
-50 … +70 |
2,58 |
140 |
|
никель-кадмиевый |
Электрокары, речные и морские суда, авиация |
Ni-Cd |
–50 … +40 |
1,2-1,35 |
40 – 80 |
|
железо-никелевый |
Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления |
Ni-Fe |
–40 … +46 |
1,2 |
100 |
|
никель-водородный |
Космос |
Ni-h3 |
|
1,5 |
75 |
|
никель-металл-гидридный |
электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника. |
Ni-MH |
–60 … +55 |
1,2-1,25 |
60 – 72 |
|
никель-цинковый |
Фотоаппараты |
Ni-Zn |
–30 … +40 |
1,65 |
60 |
|
свинцово-кислотный |
Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д. |
Pb |
–40 … +40 |
2, 11-2,17 |
30 – 60 |
|
серебряно-цинковый |
Военная сфера |
Ag-Zn |
–40 … +50 |
1,85 |
<150 |
|
серебряно-кадмиевый |
Космос, связь, военные технологии |
Ag-Cd |
–30 … +50 |
1,6 |
45 – 90 |
|
цинк-бромный |
|
Zn-Br |
|
1,82 |
70 – 145 |
|
цинк-хлорный |
|
Zn-Cl |
–20 … +30 |
1,98-2,2 |
160 – 250 |
Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.
Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.
Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.
Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.
Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.
Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.
Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.
Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).
Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.
Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.
Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.
Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.
Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.
GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.
Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.
Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.
OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.
Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.
Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.
Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.
OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.
Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.
Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.
Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.
Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.
Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.
|
Тип |
LA |
VRLA |
AGM VRLA |
GEL VRLA |
OPzV |
OPzS |
|
Емкость, Ампер/час |
10 – 300 |
1 – 300 |
1 – 3000 |
1 – 3000 |
50 – 3500 |
50 – 3500 |
|
Напряжение, Вольт |
6, 12 |
4, 6, 12 |
2, 4, 6, 12 |
2, 6, 12 |
2 |
2 |
|
Оптимальная глубина разряда, % |
|
30 |
<40 |
<50 |
<60 |
<60 |
|
Допустимая глубина разряда, % |
|
<75 |
<80 |
<90 |
<90 |
<100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=50% |
|
<250-300 |
<1000 |
<1400 |
<3200 |
<3300 |
|
Оптимальная температура, °С |
0 … +45 |
+15 … +25 |
+10 … +25 |
+10 … +25 |
0 … +30 |
0 … +30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
–50 … +70 |
–35 … +60 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С |
<7 |
<7 |
5 – 15 |
8 – 15 |
15 – 20 |
17 – 25 |
|
Саморазряд, % |
3 – 5 |
2 – 3 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток заряда, % от емкости |
10 – 20 |
20 – 25 |
20 – 30 |
15 – 20 |
15 – 20 |
10 – 15 |
|
Минимальное время заряда, ч |
8 – 12 |
6 – 10 |
6 – 10 |
8 – 12 |
10 – 14 |
10 – 15 |
|
Требования к обслуживанию |
3 – 6 мес. |
нет |
нет |
нет |
нет |
1 – 2 года |
|
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач. |
70 – 150 |
200 – 250 |
250 – 380 |
350 – 500 |
1000 – 1400 |
1500 – 3500 |
Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.
Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).
История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.
Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.
Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.
Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.
Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.
Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.
Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.
Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.
Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.
На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.
Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.
На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.
Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.
Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д.
Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.
Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.
NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.
Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.
Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.
Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.
Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.
Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.
Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.
Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.
Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.
Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.
В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.
Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.
Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.
В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.
|
Параметр \ Тип |
LiCoO2 |
LiMn2O4 |
LiNiMnCoO2 |
LiFePO4 |
LiNiCoAlO2 |
Li4Ti5O12 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
3.6 |
3.7 |
3.6-3.7 |
3.2 |
3.6 |
2.4 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
700 - 1000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
5000 - 8000 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
–10 ...+60 |
–10 ...+45 |
–10 ...+55 |
–10 ...+60 |
–10 ...+55 |
–10 ...+45 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
5 – 7 |
10 |
10 |
20 - 25 |
20 - 25 |
18 - 25 |
|
Саморазряд в мес., % |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток разряда |
1C |
10C/30C 5с |
2C |
25 - 30C |
1C |
10C/30С 5с |
|
Макс. ток заряда |
0,7-1C |
0,7-1C |
0,7-1C |
1C |
0,7C |
1C |
|
Минимальное время заряда, ч |
2 - 3 |
2 - 2.5 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
|
Требования к обслуживанию |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
Уровень стоимости |
высокий |
средний |
средний |
низкий |
средний |
высокий |
Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.
Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.
Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.
В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.
Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.
Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.
Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.
В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:
время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;
время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;
время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
1 – 1500 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
60 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
0 ... +20 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-50 ... +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
25 |
|
Саморазряд в мес., % |
4 |
|
Макс. ток разряда |
10 C5 |
|
Макс. ток заряда |
0.4 C5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
5 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые или необслуживанемые |
|
Уровень стоимости |
средняя (300 – 400$ 100Ач) |
Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.
Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».
Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.
Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество
Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
10 – 1000 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
50 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
1800 - 2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+15 ... +25 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-40 ... +60 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
20 |
|
Саморазряд в мес., % |
15 |
|
Макс. ток разряда |
0.25C 5 |
|
Макс. ток заряда |
0.25C 5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
12 – 16 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые |
|
Уровень стоимости |
средняя, низкая |
Исследования компании Boston Consulting Group
Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.
Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.
Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.
|
Рисунок 1. Вольтов столб из шести элементов. |
Рисунок 2. Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта |
Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.
Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.
Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.
|
Тип |
Применение |
Обозначение |
Рабочая температура, ºC |
Напряжение элемента, В |
Удельная энергия, Вт∙ч/кг |
|
Литий-ионный (Литий-полимерный, литий-марганцевый, литий-железно-сульфидный, литий-железно-фосфатный, литий-железо-иттрий-фосфатный, литий-титанатный, литий-хлорный, литий-серный) |
Транспорт, телекоммуникации, системы солнечной энергии, автономное и резервное электроснабжение, Hi-Tech, мобильные источники питания, электроинструмент, электромобили и т.д. |
Li-Ion (Li-Co, Li-pol, Li-Mn, LiFeP, LFP, Li-Ti, Li-Cl, Li-S) |
-20 … +40 |
3,2-4,2 |
280 |
|
никель-солевой |
Автомобильный транспорт, Ж\Д транспорт, Телекоммуникации, Энергетика, в том числе альтернативная, Системы накопления энергии |
Na/NiCl |
-50 … +70 |
2,58 |
140 |
|
никель-кадмиевый |
Электрокары, речные и морские суда, авиация |
Ni-Cd |
–50 … +40 |
1,2-1,35 |
40 – 80 |
|
железо-никелевый |
Резервное электропитание, тяговые для электротранспорта, цепи управления |
Ni-Fe |
–40 … +46 |
1,2 |
100 |
|
никель-водородный |
Космос |
Ni-h3 |
|
1,5 |
75 |
|
никель-металл-гидридный |
электромобили, дефибрилляторы, ракетно-космическая техника, системы автономного энергоснабжения, радиоаппаратура, осветительная техника. |
Ni-MH |
–60 … +55 |
1,2-1,25 |
60 – 72 |
|
никель-цинковый |
Фотоаппараты |
Ni-Zn |
–30 … +40 |
1,65 |
60 |
|
свинцово-кислотный |
Системы резервного питания, бытовая техника, ИБП, альтернативные источники питания, транспорт, промышленность и т.д. |
Pb |
–40 … +40 |
2, 11-2,17 |
30 – 60 |
|
серебряно-цинковый |
Военная сфера |
Ag-Zn |
–40 … +50 |
1,85 |
<150 |
|
серебряно-кадмиевый |
Космос, связь, военные технологии |
Ag-Cd |
–30 … +50 |
1,6 |
45 – 90 |
|
цинк-бромный |
|
Zn-Br |
|
1,82 |
70 – 145 |
|
цинк-хлорный |
|
Zn-Cl |
–20 … +30 |
1,98-2,2 |
160 – 250 |
Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.
Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.
Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.
Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.
Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.
Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.
Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.
Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).
Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.
Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.
Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.
Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.
Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.
GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.
Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.
Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.
OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.
Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.
Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.
Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.
OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.
Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.
Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.
Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.
Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.
Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.
|
Тип |
LA |
VRLA |
AGM VRLA |
GEL VRLA |
OPzV |
OPzS |
|
Емкость, Ампер/час |
10 – 300 |
1 – 300 |
1 – 3000 |
1 – 3000 |
50 – 3500 |
50 – 3500 |
|
Напряжение, Вольт |
6, 12 |
4, 6, 12 |
2, 4, 6, 12 |
2, 6, 12 |
2 |
2 |
|
Оптимальная глубина разряда, % |
|
30 |
<40 |
<50 |
<60 |
<60 |
|
Допустимая глубина разряда, % |
|
<75 |
<80 |
<90 |
<90 |
<100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=50% |
|
<250-300 |
<1000 |
<1400 |
<3200 |
<3300 |
|
Оптимальная температура, °С |
0 … +45 |
+15 … +25 |
+10 … +25 |
+10 … +25 |
0 … +30 |
0 … +30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С |
–50 … +70 |
–35 … +60 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
–40 … +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С |
<7 |
<7 |
5 – 15 |
8 – 15 |
15 – 20 |
17 – 25 |
|
Саморазряд, % |
3 – 5 |
2 – 3 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток заряда, % от емкости |
10 – 20 |
20 – 25 |
20 – 30 |
15 – 20 |
15 – 20 |
10 – 15 |
|
Минимальное время заряда, ч |
8 – 12 |
6 – 10 |
6 – 10 |
8 – 12 |
10 – 14 |
10 – 15 |
|
Требования к обслуживанию |
3 – 6 мес. |
нет |
нет |
нет |
нет |
1 – 2 года |
|
Средняя стоимость, $, 12В/100Ач. |
70 – 150 |
200 – 250 |
250 – 380 |
350 – 500 |
1000 – 1400 |
1500 – 3500 |
Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.
Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).
История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.
Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.
Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.
Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.
Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.
Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.
Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.
Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.
Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.
Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.
Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.
На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.
Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.
Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.
Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.
Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.
На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.
Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.
Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д.
Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.
Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.
NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.
Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.
Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.
Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.
Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.
Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.
Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.
Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.
Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.
Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.
В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.
Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.
Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.
В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.
|
Параметр \ Тип |
LiCoO2 |
LiMn2O4 |
LiNiMnCoO2 |
LiFePO4 |
LiNiCoAlO2 |
Li4Ti5O12 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
3.6 |
3.7 |
3.6-3.7 |
3.2 |
3.6 |
2.4 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
85-90 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
700 - 1000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
1000 - 2000 |
5000 - 8000 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
+20...+30 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
–10 ...+60 |
–10 ...+45 |
–10 ...+55 |
–10 ...+60 |
–10 ...+55 |
–10 ...+45 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
5 – 7 |
10 |
10 |
20 - 25 |
20 - 25 |
18 - 25 |
|
Саморазряд в мес., % |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
1 – 2 |
|
Макс. ток разряда |
1C |
10C/30C 5с |
2C |
25 - 30C |
1C |
10C/30С 5с |
|
Макс. ток заряда |
0,7-1C |
0,7-1C |
0,7-1C |
1C |
0,7C |
1C |
|
Минимальное время заряда, ч |
2 - 3 |
2 - 2.5 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
2 - 3 |
|
Требования к обслуживанию |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
Уровень стоимости |
высокий |
средний |
средний |
низкий |
средний |
высокий |
Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.
Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.
Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.
В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.
Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.
Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.
Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.
В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:
время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;
время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;
время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;
время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
1 – 1500 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
60 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
0 ... +20 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-50 ... +70 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
25 |
|
Саморазряд в мес., % |
4 |
|
Макс. ток разряда |
10 C5 |
|
Макс. ток заряда |
0.4 C5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
5 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые или необслуживанемые |
|
Уровень стоимости |
средняя (300 – 400$ 100Ач) |
Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.
Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».
Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.
Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество
Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.
|
Параметр \ Тип |
Никель-кадмиевые / Ni-Cd |
|
Емкость, Ампер/час; |
10 – 1000 |
|
Напряжение элемента, Вольт; |
1,2 |
|
Оптимальная глубина разряда, %; |
50 - 80 |
|
Допустимая глубина разряда, %; |
100 |
|
Циклический ресурс, D.O.D.=80%; |
1800 - 2300 |
|
Оптимальная температура, °С; |
+15 ... +25 |
|
Диапазон рабочих температур, °С; |
-40 ... +60 |
|
Срок службы, лет при +20°С; |
20 |
|
Саморазряд в мес., % |
15 |
|
Макс. ток разряда |
0.25C 5 |
|
Макс. ток заряда |
0.25C 5 |
|
Минимальное время заряда, ч |
12 – 16 |
|
Требования к обслуживанию |
Малообслуживаемые |
|
Уровень стоимости |
средняя, низкая |
Исследования компании Boston Consulting Group
Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.
Важным элементом источников бесперебойного питания является аккумулятор. От технических характеристик установленной аккумуляторной батареи во многом зависят его основные рабочие параметры. Именно АКБ определяет длительность резерва и уровень мощности бесперебойника, поэтому к вопросу выбору данного устройства необходимо подходить грамотно и ответственно.
В зависимости от своей конструкции выделяют следующие типы аккумуляторов для ИБП:
По типу применяемого электролита все аккумуляторы для ИБП подразделяются на несколько категорий:
Данная классификация поможет сориентироваться в представленном на рынке многообразии аккумуляторных батарей и позволит выбрать подходящее зарядное устройство для ИБП.
Батареи и аккумуляторы являются электрохимическими источниками энергии. В них происходят химические реакции, на основе которых вырабатывается электричество. Каждая батарея состоит из одной или нескольких ячеек для получения необходимого напряжения питания. Элементы делятся на первичные - неперезаряжаемые и вторичные - перезаряжаемые элементы. В первичных элементах происходит необратимая химическая реакция, в результате которой вырабатывается электричество. Первичные элементы используются в батареях.
Различают следующие батареи: цинко-угольные, щелочные, серебряные, ртутные, литий-марганцевые, цинко-воздушные.
Цинк-угольные батареи имеют номинальное напряжение 1,5 В. Катод элемента изготовлен из углеродного стержня, окруженного диоксидом марганца. Анод изготовлен из цинка. Электролитом служит водный раствор хлорида аммония или хлорида цинка. Аккумуляторы этого типа являются старейшим типом аккумуляторов, которые были представлены широкой публике.Они используются в устройствах с низким энергопотреблением, таких как: фонарики, игрушки, калькуляторы, часы, пульты дистанционного управления, электронные игры, радиоприемники, будильники, электробритвы, электрические щетки и измерительное оборудование. Они характеризуются низкой себестоимостью производства и невысокой ценой. Однако они не очень эффективны.
Щелочные батареи — это батареи, в которых номинальное напряжение щелочных элементов также составляет 1,5 В. Катод элемента в таких батареях изготовлен из порошкообразного диоксида марганца, а анод — из оксида цинка.Роль основного электролита играет водный раствор гидроксида калия. Щелочные батареи подходят для среднего и высокого энергопотребления. Поэтому их можно использовать в: портативных магнитофонах, портативных проигрывателях компакт-дисков, фонариках, фотоаппаратах, электронных ноутбуках, беспроводных телефонах, бритвах и электронных играх.
БатареиSilver имеют номинальное напряжение серебряных элементов 1,55 В. Катод элемента изготовлен из оксида серебра, а анод - из цинка.Основным электролитом является раствор гидроксида калия. Серебряные аккумуляторы отличаются стабильным выходным напряжением, которое очень быстро падает после разрядки аккумулятора. Серебряные батареи стоит использовать везде, где важно напряжение. Поэтому их можно использовать в устройствах, чувствительных к изменению напряжения: фотоаппаратах, калькуляторах, термометрах, часах, а также в различных видах игр. Такие батареи начинают протекать примерно через 5 лет, после чего становятся бесполезными и опасными для окружающей среды.Это связано с коррозией цинка в щелочном электролите во время хранения. Обычно серебряная батарейка становится непригодной для использования примерно через 2 года.
Также можно выделить ртутные аккумуляторы, у которых номинальное напряжение элемента составляет 1,35 В. Оно относительно стабильно, но после разрядки падает. Катод ячейки изготовлен из ртути, а анод - из цинка. Роль электролита играет водный раствор гидроксида калия. Ртутные батареи используются в: фотокамерах, калькуляторах, часах и электронных ноутбуках.Из-за того, что они содержат ртуть, они редко встречаются на рынке.
Литий-марганцевые батареи— это еще один тип батарей. Их номинальное напряжение ячейки составляет 3,0 В. Анод батареи изготовлен из лития, а катод - из порошкообразного диоксида марганца. В этих батареях используется органический электролит. Электричество вырабатывается при окислении лития. Литий-марганцевые аккумуляторы устойчивы к перепадам температуры. Литиевые батареи могут широко использоваться для резервного копирования памяти в часах, фотоаппаратах, фотокамерах, калькуляторах, компьютерах, в геодезии и сборе данных, а также в системах передачи.Аккумуляторы этого типа работают в диапазоне температур от минус 40 до плюс 65 градусов Цельсия. У них очень низкий уровень саморазряда, поэтому они прослужат до 10 лет.
Воздушно-цинковые батареиимеют номинальное напряжение элемента 1,4 В. Эти батареи имеют кислородный катод и цинковый порошковый анод. Электролит – гидроксид калия. Важнейшим преимуществом этих аккумуляторов является их длительное время хранения. Эти батареи могут работать до 4 лет в заводской упаковке.Время работы каждой такой батареи составляет от 3 до 4 месяцев. Обычно они используются в слуховых аппаратах или в устройствах телеметрии.
Стоит знать, какие бывают типы аккумуляторов, чтобы можно было выбрать правильный тип для конкретного применения. Разновидностей аккумуляторов так много, что каждый без труда найдет для себя подходящий. Также стоит знать маркировку аккумуляторов. Тогда мы будем знать еще больше о том, какой аккумулятор на самом деле хорошо выбрать.Рынок аккумуляторов велик, и вам нужно хорошо подумать, чтобы сделать правильный выбор. Однако найти подходящий аккумулятор совсем не сложно. Вы также всегда можете спросить совета у поставщиков в магазине.
.Батареи — это электрохимические источники, которые реагируют на выработку энергии и питают самые разные портативные устройства. Они могут иметь множество вариантов, различающихся как по свойствам, так и по применению. Каждый день мы используем разные типы батареек, иногда даже не осознавая этого. Интересно, какие типы аккумуляторов доступны в магазинах? Посмотрите наш текст!
В этой статье вы найдете:
Это первый тип батареи, представленный широкой публике. Катоды их ячеек выполнены из углеродного стержня, окруженного двуокисью марганца, а аноды из цинка. Функцию электролита выполняет раствор хлорида аммония или хлорида цинка в воде. Номинальное напряжение их элементов 1,5 В.
Цинк-угольные аккумуляторы, также известные как графитовые, отличаются невысокой ценой, но и довольно коротким — ведь 2 года — сроком годности.Еще одним недостатком является утечка электролита в результате глубокого разряда.
Использование угольно-цинковых батарей в основном предназначено для приборов с низким энергопотреблением. В они используются, например, в игрушках, фонариках, калькуляторах, будильниках, радиоприемниках, пультах дистанционного управления, бритвах и электрических зубных щетках.
Щелочные батарейки были изобретены в 1959 году и в настоящее время используются гораздо чаще, чем угольно-цинковые.Их преимуществом является, помимо прочего, большая мощность, больший срок службы (даже 5 – 7 лет) и более широкий диапазон рабочих температур (от -30 до 70°С). Электролит также намного реже вытекает туда. Конечно, за все эти преимущества придется заплатить немного больше.
Щелочные батареи имеют элементы с номинальным напряжением 1,5 В. Их катоды изготовлены из порошкообразного диоксида марганца, а аноды - из оксида цинка. Основным электролитом в этом случае является водный раствор гидроксида калия.
Аккумуляторы этого типа в основном используются в устройствах со средним и высоким энергопотреблением, например, в портативных плеерах, видеокамерах, фотоаппаратах, стационарных беспроводных телефонах или электронных играх.
Номинальное напряжение серебряных аккумуляторов 1,55 В. Катоды их элементов изготовлены из оксида серебра, аноды - из цинка, а функцию электролита выполняет раствор гидроксида калия. Хотя они были изобретены в конце 19 века, их массовое производство началось только в 1960-х годах.прошлый век.
Из всех первичных элементов серебряные батареи имеют самое высокое отношение емкости к весу. Применяются в устройствах, требующих постоянного напряжения - в основном в камерах, термометрах, часах и различных играх. Однако срок их хранения составляет примерно 2 года. Это связано с тем, что цинк подвергается коррозии в щелочном электролите и начинает вытекать, что ухудшает качество батарей, делая их опасными для окружающей среды.
Их номинальное напряжение 3В.Литий-марганцевые батареи имеют литиевые аноды и катоды из порошкообразного диоксида марганца. В них используется органический электролит. Они характеризуются высокой плотностью энергии и значительной устойчивостью к температурным колебаниям. Литий-марганцевые аккумуляторы также имеют низкую скорость саморазряда, поэтому срок их хранения составляет до 10 лет.
Благодаря использованию литий-марганцевых батарей в различных портативных устройствах увеличивается емкость при одновременном снижении веса. Поэтому они используются для поддержания памяти в часах, камерах, калькуляторах, компьютерах или системах передачи.
рассчитаны на напряжение 1,4 В. Их катод — кислород, а анод — цинковый порошок. Электролит – гидроксид калия. Они были изобретены в девятнадцатом веке, но широкое применение они нашли только в 1930-х годах.прошлый век. Они были произведены в их нынешнем виде в 1970-х годах
Время работы у них относительно короткое - около 3-4 месяцев. В упаковке они могут храниться до 4 лет. Они в основном используются в слуховых аппаратах и устройствах телеметрии.
Говоря о типах батареек, также стоит вкратце упомянуть ртутные батарейки. Их номинальное напряжение 1,4 В, элементы имеют ртутные катоды и цинковые аноды, электролит представляет собой раствор гидроксида калия в воде.В настоящее время они недоступны на рынке из-за вредного содержания ртути. Раньше они использовались, в том числе, в калькуляторах и часах.
В нашем ассортименте есть различные типы батареек - как CR, так и AA и AAA (также в виде многоразовых батареек). Запаситесь ими, чтобы дать своим портативным устройствам солидный запас энергии!
Счетчик просмотров: 805
.Вероятно, у вас дома есть как минимум несколько электроприборов на батарейках. Обычно это небольшое оборудование с низким энергопотреблением, такое как автомобильный ключ или вспениватель молока. Обычно они не обращают внимания на то, как они работают, пока с ними не возникнет проблем. Когда дальность действия пульта ДУ телевизора падает, первое, что побуждение многих людей — постучать им по руке или точнее прицелиться.Однако только после замены использованной батарейки на новую пульт ДУ восстанавливает свою полную работоспособность.
Из-за множества типов и областей применения трудно определить лучшую батарею. При выборе, кроме размера и напряжения, также хорошо обращать внимание на марку. Батарейки Duracell, благодаря их длительному присутствию на рынке и большому опыту производителя, являются верным выбором, гарантируя устойчивость к протеканию и саморазряду. Подобными преимуществами обладают и аккумуляторы Energizer. Качественная связка от известной компании обеспечивает стабильную работу устройства и может избавить вас от необходимости его замены.
Типы батарей можно классифицировать по нескольким критериям. Они включены в маркировку Международной электротехнической комиссии (МЭК). Первая буква обозначает технологию ячейки, вторая – ее форму. Следующий за ним номер указывает каталожный номер этого типа. Вместо этого кнопочные батареи имеют маркировку диаметра и высоты, что немного облегчает определение ячейки, подходящей для ваших часов или медицинских устройств. В случае прямоугольных батарей обозначению часто предшествует другая цифра.
Рекомендуемые батареи
Использованную ячейку обычно просто выбрасывают. Из-за химикатов внутри обязательно выберите правильную корзину. Однако есть и перезаряжаемые аккумуляторы. Менее распространенные, используемые в смартфонах или планшетах, не подлежат замене. Дополнение их энергией требует, чтобы все устройство было подключено к электричеству. Также можно встретить аккумуляторные батареи различных типов. Они являются хорошим экономичным выбором для устройств, которые быстро потребляют больше батарей.Eneloop является одним из самых известных производителей таких элементов.
С технической точки зрения "батарея" означает сборку из двух или более электрических элементов, соединенных последовательно. В маркировке IEC их номер предшествует вышеупомянутому коду. Однако, как это обычно понимают, этот термин также используется для одиночных клеток. Независимо от их количества, из-за технологии изготовления ячеек первая буква маркировки МЭК отличается. Литиево-марганцевым батареям напряжением 3 В присваивается буква «С» (напр.CR2025). Серебряные батарейки на 1,55 В, часто используемые в более дорогих часах, маркируются буквой «S» (например, SR521).
Интересно, что у цинк-угольных (графитовых) аккумуляторов вообще нет первой буквы обозначения. Они определяются только формой и размером. Пальчиковые батарейки, такие как батарейки типа АА (LR6, HR6), помечены второй буквой «R», как и плоские круглые батарейки. Эти типы могут казаться разными, но на самом деле представляют собой более или менее уплощенные цилиндры. Вы можете распознать прямоугольные ссылки по второй букве «S» или по многоуровневой структуре «F» (например,6Ф22 напряжением 9 В, состоящим из шести слоев).
Батарейки AAA, как и батарейки AAAA, означают меньшие пальцы. Они выполнены по тем же технологиям, что и АА, и также имеют номинальное напряжение 1,5 В. В этих стандартах вы без труда найдете батарейки и аккумуляторы по умеренным ценам. Они используются в самых разных бытовых и портативных приборах. Обычно их очень легко заменить, поэтому иногда их перемещают с одного устройства на другое. Ввиду долгого времени их эксплуатации стоит обратить внимание на аккумуляторы GP или других известных производителей.
Аккумулятор используется везде, где требуется хотя бы временная работа устройства без подключения к сети. В виде батареи вы найдете их в источниках бесперебойного питания, смартфонах, камерах или компьютерах. Интересно, что даже в электромобилях, как правило, используются тысячи маленьких батарей, установленных в полу, вместо одной большой. В случае с Tesla это аккумуляторы 18650 (18 х 65 мм) и 2170 (21 х 70 мм), аналогичные обычным палкам.
Элементы AA и AAA более популярны и дешевле. Обычно их можно купить в виде щелочных батареек, хотя существуют и другие технологии изготовления. Они обеспечивают хорошую устойчивость к внешним условиям, саморазряду и утечкам. На компьютере вы найдете их в мышах, клавиатурах и геймпадах. Они также используются в небольших бытовых приборах, таких как вспениватели молока, зубные щетки и триммеры. Вне дома вы можете использовать их в качестве фонарика, старого плеера Walkman или mp3-плеера.
Вы можете искать кнопочные ячейки в наручных часах, автомобильном пульте дистанционного управления, калькуляторе или цифровых весах. Медицинское оборудование также использует их. Воздушно-цинковые батареи благодаря своей высокой емкости используются в слуховых аппаратах. Однако технологические отверстия, через которые в камеру попадает воздух, делают ее чувствительной к влаге и температурным колебаниям. Поэтому долгая зимняя прогулка может значительно сократить его жизнь.
Независимо от того, какой тип батареи необходим для вашей любимой бытовой техники, электроники и игрушек, стоит уделить время выбору наилучшей возможной ячейки.Продукция признанных компаний не обязательно должна стоить дорого, примером чего является продукция Green Cell. Аккумуляторы хорошего качества обеспечат вам душевное спокойствие на долгое время, а ваши устройства прослужат долго. Благодаря современному эффективному дизайну вам никогда не придется нажимать на пульт дистанционного управления телевизором или трясти ключи от машины, чтобы заставить их работать должным образом.
.Батареи и их маркировка
IEC и основанная на ней маркировка размеров состоят из следующего:
Маркировка аккумуляторов US ANSI/NEDA состоит из следующего:
Маркировка батарей US ANSI/NEDA состоит из следующего:
Указанные габариты батареи являются предельными габаритными.Если батарея оборудована защелками – их размер также входит в размерность.
| Д | ч | размер | МЭК | НЕДА | 300 | Г | Таймекс | прочее | 90 118
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 90 120 337 90 121 | СР416СВ | 90 118|||||||
| 90 120 335 90 121 | 90 118 | |||||||
| 90 120 317 | КА | 90 118 | ||||||
| 90 120 379 90 120 Г0, АГ0 90 121 | ЯА | L521 | ||||||
| АС5 | 90 118||||||||
| 90 120 319 | 90 118 | |||||||
| 3,6 90 121 | Р536 | 90 120 СР70|||||||
| LR70 | ||||||||
| PR70 | 90 120 7005ЗД 90 12110, НА 10 | 90 118|||||||
| 6,8 90 121 90 120 1,4 90 121 90 120 R614 90 121 | 90 120 339 90 121 | 90 118 | ||||||
| 90 120 321 | ДА | 90 118 | ||||||
| РВ320, Л621, LR620 | 90 118||||||||
| РВ329, L626 | 90 118||||||||
| 7,9 90 121 90 120 1,2 90 121 90 120 R712 90 121 | 90 120 346 90 121 | 90 118 | ||||||
| 90 120 341 | 90 118 | |||||||
| 90 120 315 | ГА | 90 118 | ||||||
| Х, С | РВ310, Л721, 19, 532, СР720 | 90 118|||||||
| РВ411, Л726, XR7926SW, SG2 | 90 118||||||||
| 90 120 329 | 90 118 | |||||||
| 3,6 90 121 | Р736 | 90 120 СР41 90 120 1135SOРВ47, 2 | ||||||
| LR41 | 90 120 АГ3 90 121 | L736 | ||||||
| 312, ЗА312 | 90 118||||||||
| 5,4 90 121 | Р754 | 90 120 СР48 90 120 1136СОРВ48, 70т | ||||||
| LR48 | 90 120 АГ5 90 121 | L754 | ||||||
| 13, ЗА13, АС13, ПА13 | 90 118||||||||
| 9,5 90 121 90 120 1,6 90 121 90 120 R916 | 90 120 СР6890 120 373 | ВА | 90 118 | |||||
| 90 120 371, 370 90 121 90 120 Г6, АГ6 | Д, З | CX921, СР920В, РВ315, 35, 537, L921 | 90 118||||||
| РВ413, 543, 35, Л926, ЛР926, 523 | 90 118||||||||
| 90 118 | ||||||||
| 90 120 394, 380 90 121 | РВ33, 524, L936 | 90 118|||||||
| 11,6 90 121 90 120 1,6 90 121 90 120 R1116 | 90 120 366, 365 90 121 | 90 118 | ||||||
| Р1121 | 90 120 СР55 90 120 1160СО 90 120 391, 381 90 121 90 120 G8 90 121 90 120 л 90 121РВ40, СР1120 | |||||||
| LR55 | 90 120 АГ8 | L1121 | 90 118||||||
| 3,0 90 121 90 166 R1130 | 90 120 СР54 90 120 1138СО 90 120 389, 390 90 121 90 120 Г10 90 121 90 120 М 90 121RW89, SR1131 | |||||||
| LR54 | АГ10 | ЛР1131, L1131 | 90 118||||||
| 90 120 344, 350 90 121 | 90 120 Б 90 121 | 387 с | 90 118||||||
| 4,2 90 121 | Р1142 | 90 120 СР43 90 120 1133SOД, Н | RW84 | |||||
| LR43 | 90 120 АГ12 | КА43, В12ГА, L1142 | ||||||
| AC41E | 90 118||||||||
| 5,4 90 121 | Р1154 | 90 120 СР44 90 120 1107SOА, Дж | РВ82, EPX76 | |||||
| LR44 | 1166А | АГ13 | А76, С76, PX76A, ГПД76, SLA76, V13GA | |||||
| 675, ЗА675 | 90 118||||||||
| 5,95 | 90 120 R1560 90 120 LR9625А, PX625, Д625, КА625, В625У, PX625A, EPX625G | |||||||
| Д | ч | размер | МЭК | НЕДА | 300 | Г | Таймекс | прочее |
| D | h | IEC | NEDA |
|---|---|---|---|
| 23,0 9095 9048 90 120 2,0 90 121 90 120 CR2320 90 121 90 126 90 118 | |||
Допуск на размер обычно -0,3 мм
| Д | 90 994 чМЭК | НЕДА | размер | МН | батареи размеры | Россия | Энерго- гайзер | 90 994 л.с. УМ | ДЖИС | прочее | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Америка | угол | Италия | размер | 90 118||||||||||
| Р3, ЛР3, ФР3; КР3, ЧСС3 | 24А | ААА | 90 120 микромини-стилус | С | МН2400 | 90 120 КР11 / 45 HR11 / 45 90 121 90 120 286 90 120 А92 Е92 90 121 90 120 л.с.16УМ4 | АМ4 | Р03РЗ, AX92, P03P, Р03НМ | 90 118|||||
| Р6, ЛР6, ФР6; КР6, ЧСС6 | 15Д, 15А, 15ЛФ, 1.2К2, 1.2х3 | 90 120 АА 90 121 90 120 миньонстиль | 90 120 М 90 121МН1500 | 90 120 КР15 / 51 90 406 HR15 / 51 90 121 90 120 316 90 121 90 120 А91УМ3 | 90 120 АМ3AX91 | 90 118||||||||
| Р14, ЛР14; HR14 | 90 120 14А 90 120 С 90 121ребенок | 90 120 торт мецца 90 120 л 90 121МН1400 | 90 120 КР27 / 50УМ2 | ПЦ14, П14П, NCR14P | 90 118|||||||||
| Р20, ЛР20; HR20 | 90 120 13АД | 90 120 моноторт | 90 120 XLМН1300 | 90 120 КР33 / 62 90 406 HR33 / 62 90 121 90 120 373 90 120 А95УМ1 | HRc20, П20П, НКР20П | ||||||||
Маркировка R03 уместна и соответствует стандарту.Однако автор не видит смысла в использовании нуля. в том же знаке.
| Д | ч | МЭК | НЕДА | размер | угол | Энерджайзер | размер | прочее | Комментарий | 90 118
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 25А | АААА | 90 120 Е96 | МН2500 | Содержит щелочную батарею 9В 6LR61. | 90 118|||||
| ЛРВ08, МН21, К23А, V23GA | 90 118 | ||||||||
| АААЛ | 90 120 Длина как у R6, диаметр как у R3. 90 118 | ||||||||
| Р1, ЛР1 | 910Д, 910А, 117М | 90 120 Нледи | 90 120 Е90, ЭП401СУММ5, 1000, МН9100, Е410, 4001, КН-1, КН-2 | 90 118 | |||||
| 1126А | ЭН640А | 90 118 | |||||||
| 1100А | ЭН1А | 90 118 | |||||||
| 90 120 А 90 121 | 90 118 | ||||||||
| MR18650 | 18650, 168А | 3,7 В | 90 118|||||||
| Используется в мультиметре УМ-3. | 90 118|||||||||
| 90 120 Б 90 121 | 323, Sub-C | В виде аккумуляторных батарей он используется в упаковках для электроинструмента. | 90 118|||||||
| 90 120 Б 90 121 | 336 | 90 118 | |||||||
| 90 118 | |||||||||
| 67 90 121 | 170,7 | 90 120 Р40 90 121905Д, 906AC | №6 | элемент зажигания | ЭН6 |
| Д | ч | размер | прочее | Комментарий | 90 118
|---|---|---|---|---|
| 14,5 90 121 91 443 24,0 90 121 | ER14250 | ЛС14250, CR3, ЭР14250, ЭР3, ЭР3В, ЭР4В, ЛИТ2150, TL5101, 12АА литий, УЛ142502П, ЛТК-9С, СБ-АА02, СБ-АА02П, СЛ-350, СЛ-750, TL2150, TL4902, TL5101, TL5151, TL5902, ТЛЛ5905, ХЛ-050Ф, КОМП-4Х, КОМП-4-МАКС | Половина высоты R6. | 90 118|
| ER14500 | ЛС14500, 3Б64, ЭР6АА, ЭР6Х, ЛС6, LTC17C, TL5104, Т06/41, ХЛ-060Ф, ЛТК-9С, И16451001, ЭБИ-1011, C0304, 8КК504 | Размер как у R6 (АА). |
| У | Д | ч | МЭК | НЕДА | прочее | Комментарий |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3В | 90 120 15,6 90 121 90 120 27 90 121 90 120 КР2 90 1215046ЛК | 1CR2, EL1CR2, CR2B1A, ДЛКР2, КЦР2, 17355 (?), 15270 | Для фотоаппаратов. | 90 118|||
| 5018ЛК | CR123A, CR123, 123, ЭЛ123, Р123, РКР123, 16340 | 1 × 2/3 А (А - размер батареи) | 90 118||||
| 90 120 дуплекс | Иногда используется в фонариках. | |||||
| 4,5 В | 90 120 18 90 121 90 120 56 90 121 90 120 3LR50 90 121 90 120 1307АП 90 121PX19, V19PX, 531, RPX19, A19PX, EPX19 | Для старых камер Polaroid. Фиксирующие штифты в оси. | 90 118||||
| 1306А | PX21 | |||||
| 6В | 90 120 10,3 90 121 90 120 16,0 90 121А11, 11А, Е11А, ГП-11А, ГП11А, L1016 | 90 118|||||
| 4LR44 4SR44 | К28А, Л1325, РХ28, А544, V34PX | |||||
| 1611А | 206 | |||||
| 12 В | 90 120 8 90 121 90 120 28,5 90 121А27, 27А, 8LR50, В27, ЛР27, ГП27А, L828 | 90 118|||||
| 1811А | В23, 23А, А23, 4223, Е23А, В23ГА, ЛРВ08, Л1028, МН21, 8LR23, ВР22 |
| У | ч | 90 096 л 90 097в | МЭК | НЕДА | размер | прочее | Комментарий |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3В | 90 120 45 90 121 90 120 34 90 121 90 120 17 90 1212CR5, ДЛ245, КЛ2КР5, 2CR5R | Аккумулятор камеры. | 90 118|||||
| КРВ3, CR-V3, ЛБ-01; РКР-В3 | Батарею камеры можно заменить двумя батареями R6. | ||||||
| 4,5 В | 90 120 67 90 121 90 120 62 90 121 90 120 22 90 121 90 120 3R12 90 406 3LR12 90 121 90 120 МН120390 120 4012, 4912 | Обычная бывшая плоская батарея 90 107 . Штифты в виде пластин (более длинные - (-), более короткие - (+)). | 90 118|||||
| HS6570 | |||||||
| 6В | 90 120 36 90 121 90 120 34 90 121 90 120 19,5 90 121КР-П2 | 5024ЛК | СРБ2, CRP2S, ДЛ223ЛА, К223ЛА | Для камер. | 90 118|||
| Дж | 539, 7К67 | 90 118||||||
| 915Д | 510С | Фонарная батарея, батареи, используемые в переносных сигнальных фонарях. | 90 118|||||
| 915А | 90 120 528 90 118 | ||||||
| 908А | 90 120 529 90 118 | ||||||
| 90 120 LR820 | |||||||
| 9В | 90 208 48,5 90 121 90 208 26,5 90 121 90 208 17,5 90 1216Ф22 | 1604Д | блок 9В | Самая популярная батарея 9В.Запирание проводов. | 90 118|||
| 6LF22 90 406 6LR61 | 1604А | 6ЛП3146, 522, А522, Е522, 6AM6, 4922, 6ЛП3146, 1604AU, Э-БЛОК | 90 118|||||
| 6КР61 6HR61 | 11604 7.2Х5 | HR22, P22P | 90 118|||||
| 6Ф25 | Ранее использовался в советских радиоприемниках.Выходы идентичны 6Ф22. Последний раз виделся автором в Польше в начале 1980-х годов под обозначением 6F25C (производитель - Centra). | 90 118||||||
| 246, ПП6 | 90 118|||||||
| 90 120 1605 | 266 | 90 118||||||
| 276, ПП9 | |||||||
| 12 В | 90 120 125,4 90 121 90 120 136,5 90 121 90 120 73 90 121 90 120 8R25 90 121 90 120 926732 | Фонарная батарея, батареи, используемые в переносных сигнальных фонарях.Вес около 1,2 кг. | 90 118|||||
| 1463 | |||||||
| 15 В | 90 120 34,9 90 121 90 120 15,9 90 121 90 120 15,1 90 12110F15 | 90 120 200 90 121504 | |||||
| 22,5 В | 90 120 50,9 90 121 90 120 15,9 90 121 90 120 15,1 90 121 90 120 15Ф15 90 120 221505 | 90 118||||||
| 412, В72, 72 | Ранее использовался для импульсных ламп горения.Очень похож на батарею 9V block, но контакты на противоположных сторонах. | 90 118 ||||||
| 90 120 710 | 763, HS6571 | ||||||
| 30 В | 90 120 65 90 121 90 120 26,2 90 121 90 120 16 90 121 90 120 20F20 90 120 210 90 121413 | ||||||
| 45В | 90 120 92,5 90 121 90 120 26,2 90 121 90 120 16,1 90 121 90 120 30F20 90 120 213 90 121415 | 90 118||||||
| 467 | |||||||
| 67,5 В | 90 120 88,9 90 121 90 120 33,7 90 121 90 120 25,0 90 12190 120 217 | 416 | |||||
| 300 В | 90 120 99,2 90 121 90 120 68,3 90 121 90 120 56,4 90 121722 |
CR-V3 (CRV3, LB-01)
Иллюстрация - автор: Ntoshi, лицензия: GNU FDL, источник: Wikimedia Commons.
2CR5
.
Предприниматель, который размещает батареи или аккумуляторы на рынке - это предприниматель, который впервые делает продукты доступными для использования или бесплатно для использования или распространения на территории страны, в первый раз. Это также предприниматель, который импортирует батарейки или аккумуляторы из-за границы.
ТИПЫ БАТАРЕЙ И АККУМУЛЯТОРОВ СОГЛАСНО. ЗАКОН О БАТАРЕЯХ И АККУМУЛЯТОРАХ (сводный текст, ЗЗ 2016 г., ст. 1803 в редакции - изменение)
Перечисленные ниже отчеты должны быть представлены воеводскому маршалу по местонахождению компании до 15 марта следующего года, к которому относится отчет;
Компания АРГО-ФИЛЬМ гарантирует продавцам комплексное обслуживание клиентов по действующим регламентам на батареи и аккумуляторы.
Приглашаем к сотрудничеству.
Николетта Вцисло
электронная почта: [email protected]
телефон: 14 620 27 87
мобильный: 530 424 727
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
