Какие бывают аккумуляторные батареи: виды и устройства

Аккумуляторная батарея – это совокупность одинаковых элементов питания (аккумуляторов), соединенных последовательно, параллельно или по комбинированной схеме для получения необходимых значений напряжения, емкости и допустимых токовых нагрузок. Такие источники питания накапливают, сохраняют и отдают накопленную энергию в нагрузку, обеспечивая автономную работу аккумуляторных приборов, портативных инструментов и электрооборудования.

Разные виды аккумуляторных батарей применяются в различных сферах. В частности, ими оснащают бытовые и измерительные приборы, ноутбуки, беспроводные электроинструменты, складскую и клининговую технику, медоборудование, средства индивидуальной мобильности и персональный электротранспорт, системы аварийного и резервного электроснабжения. С развитием аккумуляторных технологий выбор АКБ значительно расширился. Сегодня мы рассмотрим, какие бывают аккумуляторные батареи для разных условий эксплуатации и почему во многих сферах лучшими считаются литий-ионные АКБ.

Что общего у АКБ с разными типами химии?

Независимо от химического состава, в аккумуляторных батареях происходит циклическое преобразование химической энергии в электрическую. Благодаря обратимым электрохимическим реакциям происходят циклы заряда и разряда, т.е. батарея многократно накапливает и отдает электрическую энергию. Основными компонентами аккумуляторов выступают катод, анод и электролит. Именно от их химического состава и характеристик зависят рабочие параметры АКБ, причем даже малейшее изменение формулы может существенно повлиять на эксплуатационные качества аккумуляторов.

Типы аккумуляторных батарей

В зависимости от используемых материалов катода, анода и электролита аккумуляторные батареи делятся на несколько видов и подвидов. В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные АКБ, их плюсы, минусы и оптимальные условия применения.

Свинцово-кислотные

В составе таких АКБ используются отрицательные и положительные пластины (катоды и аноды) из свинца и раствор серной кислоты в роли электролита. Пластины имеют решетчатую структуру и порошковое покрытие, которое увеличивает разделительный слой электролита и способствует повышению емкости АКБ. В качестве материала анода применяется запрессованный в решетки диоксид свинца, а катоды делают из губчатого свинца.

Для повышения прочности электродные решетки покрывают кальцием или сурьмой. Между пластинами находятся сепараторы, которые не допускают замыкания электродов при заряде и разряде батареи. При замыкании контактов пластин протекают обратимые реакции, в результате чего происходит зарядка и разрядка батареи.

Свинцовые АКБ имеют сравнительно низкую цену и представлены множеством подвидов, включая стартерные и тяговые, гелевые и AGM модели. Но по удельной емкости, циклическому ресурсу и остальным характеристикам они ощутимо уступают Li-ion батареям.

Подвиды свинцово-кислотных АКБ

Обширная группа свинцово-кислотных батарей включает такие подгруппы и виды:

1. Обслуживаемые модели с жидким электролитом – при их использовании приходится периодически контролировать уровень и плотность электролита.
2. Необслуживаемые модели – благодаря видоизмененной форме электролита и герметичной конструкции, они не нуждаются в уходе и допускают установку в любом положении.
3. Стартерные аккумуляторы (Lead-Acid) – обслуживаемые, применяются для кратковременной подачи больших токов при запуске двигателей автомобилей и подобных им механизмов. На продолжительную токоотдачу и глубокие разряды не рассчитаны. После подачи на стартер пускового тока восстанавливают затраченную энергию.
4. AGM (Absorbent Glass Mat) – необслуживаемые АКБ с герметичным корпусом и электролитом, абсорбированным в пористом стекловолокнистом материале, который удерживает газы при протекании электрохимических реакций. При использовании такой технологии свинцовые электроды менее подвержены разрушению. Среди AGM батарей есть модели для работы в буферном и циклическом режиме. Чаще всего они используются в составе ИБП, батарейных кабинетов и резервных систем энергоснабжения.
5. Гелевые – необслуживаемые неразборные АКБ с гелеобразным электролитом. Они устойчивы к осыпанию свинцовых пластин и КЗ, способны работать на морозе (теряют емкость не так сильно, как батареи других подвидов), допускают размещение на боку. GEL-батареи хорошо работают в циклическом режиме, имеют высокую токоотдачу, не боятся сильных вибраций. Среди гелевых АКБ есть модели для использования с солнечными панелями (Solar), лодочными электромоторами (Marine), для гольфкаров и клининговой техники (Golf), для мобильных систем (Micro).

Никель-кадмиевые батареи

Такие АКБ состоят из Ni-Cd аккумуляторов напряжением 1,2 В каждый. Для набора нужного вольтажа элементы питания соединяются последовательно, а для увеличения емкости – параллельно. Никель-кадмиевая технология была реализована еще в 1899 году и сегодня ей сложно выдерживать конкуренцию. Прежде всего, из-за токсичности кадмия, выраженного эффекта памяти, большого саморазряда и низких удельных характеристик.

Тем не менее, никель-кадмиевые батареи иногда используют из-за доступной цены, надежности, стабильной токоотдачи, способности быстро заряжаться и работать в непростых условиях, при температуре от -40 до +60 °С. К тому же, их ресурс достигает 1000 циклов и 6–7 лет. Такие АКБ встречаются в беспроводных электроинструментах, особенно старого образца.

Никель-металлгидридные АКБ

Аккумуляторы этого типа появились в 1990 году и также имеют напряжение 1,2 В на элемент. Но в их составе нет токсичного кадмия, а удельная емкость примерно на 30% выше, чем у Ni-Cd накопителей. Да и эффект памяти у Ni-MH элементов выражен не так сильно, что позволяет ставить их на зарядку при неполном разряде (если последнее использование было сегодня, вчера или позавчера).

С другой стороны, Ni-MH аккумуляторы боятся глубоких разрядов, теряют рабочие характеристики на морозе (ниже –10 °С), менее устойчивы к токовым нагрузкам и склонны к перегреву. Цена у них выше, чем у Ni-Cd аналогов, а ресурс не превышает 500 циклов. Чаще всего Ni-MH батареи используют для оснащения медтехники.

Литий-ионные батареи

Аккумуляторные батареи Li-ion типа значительно превзошли своих предшественников. С их появлением открылись возможности для развития портативной электроники, персонального электротранспорта и других перспективных направлений. Главные плюсы литий-ионных аккумуляторов:

• большая удельная емкость;
• стабильная токоотдача;
• увеличенные токо-емкостные показатели при компактных размерах и легком весе;
• номинальное напряжение у большинства подвидов 3,6 или 3,7 В на элемент;
• отсутствие эффекта памяти – такие АКБ можно ставить на зарядку при любом уровне остаточного заряда;
• возможность дробного заряда;
• допустимость быстрой зарядки;
• ресурс до 1000 циклов и выше;
• большой выбор моделей – разных форм и размеров, высокотоковых, емкостных и универсальных (в зависимости от используемой формулы катодного материала), с разными диапазонами рабочих температур.

В интернет-магазине Shura-Master.ru можно купить Li-ion аккумуляторные батареи различного напряжения и емкости. В комплекте с АКБ поставляется зарядное устройство.

Читайте в нашей предыдущей статье о назначении, видах, характеристиках и выборе термопластавтоматов.