Типы аккумуляторных батарей: полный обзор
Аккумуляторная батарея — автономный источник питания, способный накапливать и сохранять энергию. В основе действия большинства моделей — циклическое преобразование химической энергии в электрическую, Это обеспечивает многократность использования устройства (циклы заряда-разряда). Для различных условий эксплуатации предназначены определенные виды аккумуляторов. Рассмотрим детально основные из них.
Содержание:
Востребованные виды аккумуляторов
АКБ различаются характеристиками, которые адаптированы для использования с требуемой интенсивностью и в разных условиях. Наиболее распространенные устройства:
- Свинцово-кислотные. Благодаря простой технологии изготовления отличаются доступной ценой. Преимущества: надежность, простое обслуживание, малая саморазрядность. Бывают четырех типов: стационарные — для энергетического оборудования, портативные — для электроинструментов, тяговые — для электромобилей, стартерные — для машин.
- Литий-ионные. Отличительные особенности: малые габариты, высокий ресурс и возможность хорошо работать при низкой температуре. Подходят для интенсивной эксплуатации, выносят частые циклы разрядки-зарядки. Литий-ионный аккумулятор — оптимальный выбор для техники, которая используется регулярно и часто, например, смартфонов, ноутбуков строительных инструментов.
- Никель-кадмиевые. Способны функционировать в широком диапазоне температур, выдерживают большое количество циклов заряда и разряда, поддерживают быструю зарядку. Наиболее эффективны при периодическом использовании. Устанавливаются в электрокары, морские и речные суда, трамваи, троллейбусы и т. п.
- Никель-железные. Выносливые устройства, которые выдерживают глубокие разряды, перезаряды, термические удары и короткие замыкания. Их применяют для резервного электропитания, в качестве тяговых АКБ для электротранспорта, а также для цепей управления и электрификации вагонов.
Свинцово-кислотные
Такие аккумуляторы востребованы благодаря универсальным параметрам и сравнительно низкой стоимости. Они представлены в огромном количестве разновидностей, которые используются в обслуживании систем автономного электроснабжения, резервного питания, безопасности, солнечных электростанций, автомобилей, промышленной и бытовой техники и т. п.
Принцип действия
Работа свинцово-кислотных АКБ осуществляется за счет взаимодействия металлов и жидкости. Это обратимая реакция, возникающая в результате замыкания контактов отрицательных и положительных пластин. Последние выполняются из свинца, в качестве электролита выступает раствор серной кислоты. Именно эти элементы взаимодействуют между собой в процессе зарядки и разрядки батареи.
Электроды обладают решетчатой структурой и покрываются порошками, повышающими разделительную поверхность электролита. Это позволяет увеличивать запас емкости АКБ. Аноды (положительные пластины) запрессованы внутрь решеток с помощью диоксида свинца. Для катодов (отрицательных пластин) используется обычный свинец (губчатый). Пластины разделяются сепараторами, предотвращающими замыкание электродов во время заряда либо разряда. Современные модели аккумуляторов оснащаются электродными решетками с дополнительными металлами. Свинец в чистом виде недостаточно прочный. По этой причине пластины покрываются сурьмой или кальцием.
Решетки катода и анода погружаются в электролит. Для приготовления раствора кислоты используется дистиллированная вода, так как в ее составе нет агрессивных веществ, способных снизить работоспособность устройства.
Если к двум пластинам подключается лампочка, цепь замыкается и возникает ток, внутри конструкции происходит химическая реакция. На пластинах образуется коррозия, на свинце появляется сульфат свинца. Так, при разряде АКБ на пластинах образовывается налет. В полностью разряженной батарее элементы покрываются сульфатом свинца и обладают почти одинаковым зарядом по отношению к жидкости, то есть напряжение низкое.
Когда к клеммам аккумулятора подключается зарядное устройство, ток проходит в электролите в обратном направлении. Это вызывает химическую реакцию. Молекулы кислоты расщепляются, в результате чего сульфат свинца удаляется с пластин. Благодаря этому они снова получают разный заряд, то есть АКБ заряжается на 100%. На практике пластины не очищаются полностью, поэтому у батареи есть определенный ресурс, достигнув который ее емкость уменьшается до 70-80% от номинальной.
Типы и виды
В зависимости от конструкции батареи делятся на обслуживаемые и необслуживаемыми. Первые герметичны, могут устанавливаться в любом положении и не нуждаются в уходе. Вторые требуют периодического контроля плотности и уровня электролита. Герметичные свинцово-кислотные модели маркируются SLA (Sealed Lead Acid Battery). Варианты с регулируемым клапаном обозначаются как VRLA (Valve Regulated Lead Acid), подходят для установки в жилых помещениях и использования в буферном режиме. Им не нужна дополнительная вентиляция и обслуживание. Рассмотрим основные виды аккумуляторных батарей.
Стартерные (Lead-Acid)
Стартерные модели предназначены для запуска двигателей автомобилей и других механизмов. Они обеспечивают высокий пусковой ток в течение нескольких секунд. Устройства чувствительны к глубоким разрядам, поэтому не рекомендуется разряжать их ниже значения в 10 В. После того, как АКБ отдает пусковой ток стартеру автомобиля, она начинает заряжаться для восстановления затраченной энергии. Модели типа Lead-Acid требуют правильной вентиляции и регулярного обслуживания.
AGM
AGM (Absorbent Glass Mat) — герметизированные, полностью необслуживаемые АКБ. В конструкции таких моделей предусмотрен абсорбированный электролит, изготовленный из стекловолокнистого материала. Он необходим для обеспечения рекомбинации газов. В стандартных аккумуляторах во время зарядки молекулы воды распадаются на водород и кислород, которые выходят наружу через вентиляционные отверстия. В AGM-моделях пористая пластина из стекловолокна удерживает газы. Кислород, полученный в результате распада водной молекулы, перемещается с положительной на отрицательную пластину. Он остается на катоде, пока не соединяется с водородом, вновь образуя воду. Избыток газа, который может образоваться из-за химических реакций, выводится через клапан на корпусе.
Абсорбированный электролит способствует лучшему сохранению свинцовых электродов, предотвращая их разрушение. Он также позволяет существенно сократить длительность заряда аккумулятора, так как зарядный ток может составлять 20–25% от изначальной емкости.
AGM-батареи предлагаются в различных модификациях с характеристиками для буферного и циклического режимов работы. Наиболее востребованные:
- Standart — варианты общего назначения, которые можно использовать в составе недорогих источников бесперебойного питания.
- High Rate — решения с лучшей разрядностью, оптимальны для мощных ИБП промышленного назначения.
- Modular — аккумуляторы, из которых можно создавать батарейные кабинеты с высокой мощностью.
- Deep — модели, выдерживающие частые глубокие разряды. Оснащаются технологиями, которые продлевают срок службы устройства в цикличном режиме работы. Подходят для резервных систем энергоснабжения.
Гелевые
GEL-модели неразборные и не требуют обслуживания. В них использует гелеобразный электролит, который при заливке затвердевает и не изменяет своего состояния, поэтому устройства не нужно дозаправлять. Конструкция защищена от осыпания свинцовых пластин и коротких замыканий. Гелевые решения легче переносят сильные морозы: снижение емкости при эксплуатации при минусовой температуре меньше, чем у других разновидностей АКБ. Также они стабильно функционируют во влажной среде. Практически все модели могут размещаться на боку.
Батареи, разработанные по технологии GEL, способны выдерживать неоднократные циклы разрядки. При простое тратят за год до 20% накопленной мощности. Модели характеризуются высокой скоростью отдачи тока. Корпус выполняется из ударостойкого пластика. АКб безопасны и устойчивы к сильным вибрациям. В случае повреждения электролит не вытекает. Благодаря герметичности устройства не выделяют вредных газов и едких запахов. Водород вытекает в минимальных количествах, которые не опасны для людей и техники.
GEL-батареи различаются по назначению. Например:
- Solar — для солнечных панелей;
- Golf — для гольф-каров и поломоечного оборудования;
- Micro — для мобильных систем;
- Marine — для речных и морских транспортных средств.
Также приборы широко применяются в телекоммуникациях, системах уличного освещения и автономного электроснабжения, в промышленности, которая занимается производством оборудования.
OPzS
Стационарные заливные аккумуляторы OPzS отличаются особой конструкцией, включающей трубчатые положительные и намазные плоские пластины. Аноды изготавливаются с добавлением сурьмы. Пластины разделяются микропористыми сепараторами, которые исключают короткое замыкание. Корпус производится из прозрачного пластика, устойчивого к огневому и химическому воздействию, ударам и повреждениям. Пожаробезопасные клапаны гарантируют защиту от попадания искр и пламени.
Через прозрачные стенки удобно следить за уровнем электролита. На них предусмотрена маркировка для максимального и минимального показателя. Пробки емкостей оснащены керамическими фильтрами. Они препятствуют испарению серной кислоты, но пропускают пары кислорода и водорода. Особая структура клапанов дает возможность измерять плотность электролита и доливать дистиллированную воду, не снимая их. Частота долива жидкости зависит от нагрузки — 1-2 раза в год.
У батарей OPzS самые высокие параметры среди всех типов свинцово-кислотных решений. Основные преимущества: большая емкость, долгий эксплуатационный срок, минимальные затраты на обслуживание, низкий уровень саморазряда. Такие модели покупают для питания:
- сигнализации;
- компьютерного оборудования;
- аварийного освещения;
- телекоммуникационных приложений;
- систем мониторинга и контроля на распределительных и электростанциях, в аэропортах и т. п.
OPzV
Герметичные АКБ типа OPzV оснащаются клапанами для регулировки выделения газов. В них сочетается GEL-технология и трубчатые пластины, которые снижают массу и уменьшают габариты конструкции. Гелевый электролит обеспечивает стойкость к глубокому разряду: даже если батарея долго хранилась полностью разряженной, ее можно зарядить на 100%. Анод и катод дополнительно покрываются кальцием, который отвечает за отличную устойчивость электродов к коррозии. Главные плюсы OPzV: долгий срок службы, высокая эффективность использования в циклическом режиме, возможность хранить на боку, не опасаясь утечки кислоты из вентиляционного отверстия.
Устройства востребованы в:
- системах навигации и резервного освещения;
- солнечной электрогенерации;
- телекоммуникационных установках;
- источниках бесперебойного питания;
- оборудовании для накопления энергии бытового и промышленного назначения.
Характеристики
Усредненные показатели по характеристикам разных видов аккумуляторов свинцово-кислотного типа представлены в таблице.
| Lead-Acid | AGM | GEL | OPzS | AGM | |
| Емкость, А-ч | 10–300 | 1–3000 | 1–3000 | 50–3500 | 50–3500 |
| Напряжение, В | 6 и 12 | 2, 4, 6, 12 | 2, 6, 12 | 2 | 2 |
| Циклический ресурс | — | до 1000 | до 1400 | до 3200 | до 3300 |
| Приемлемая глубина разряда, % | — | до 80 | до 90 | до 100 | до 90 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -50…+70 | -40…+70 | -40…+70 | -40…+70 | -40…+70 |
| Срок службы, лет | до 7 | 5–15 | 8–15 | 17–25 | 15–20 |
| Максимальный ток заряда, % от емкости | 10–20 | 20–30 | 15–20 | 10–15 | 15–20 |
| Скорость заряда, ч | 8–12 | 6–10 | 8–12 | 10–15 | 10–14 |
Литий-ионные (литиевые)
Литий-ионные (Li-ion) АКБ, благодаря значительной плотности энергии и компактным размерам, обладают в 2–4 раза большей емкостью, чем свинцово-кислотные агрегаты. Ключевое преимущество — быстрая перезарядка от 0 до 100% (1-2 часа). Модели используются для питания технологичной электроники: телефонов, планшетов, ноутбуков и ПК, радиостанций и т.п. Также их применяют для клинингового и складского оборудования, электротранспорта (гироскутеров, самокатов, велосипедов и т. д.), UPS, специнструментов, солнечных электростанций и многих других установок.
Принцип работы
Основа конструкции Li-ion устройств — анод, изготовленный из пористого углерода на медной фольге, и катод, выполненный из оксида лития на алюминиевой фольге. Разделителем выступает пористый полипропиленовый сепаратор, который пропитан электролитом, выполняющим роль проводника. Все элементы заключены в герметичный корпус, электроды подключаются к токосъемникам. В некоторых моделях предусмотрен клапан, отвечающий за сброс давления внутри конструкции.
Медные и алюминиевые пластины, смазанные электролитом и разделенные пористым слоем, свернуты в рулон. Корпус получает цилиндрическую форму. Если пластины уложены по-другому, прибор имеет форму призм и пакетиков. Модели различаются составом катода. Независимо от используемого в нем материала принцип действия литиевых аккумуляторов одинаковый для агрегатов всех видов. Во время подачи напряжения на электроды положительно заряженные ионы лития отсоединяются от молекул оксида и перемещаются на углеродную пластину. Это приводит к окислительной реакции и заряду батареи. Когда Li-ion работает под нагрузкой, наблюдается обратное действие. Ионы Li+ переходят на пластину из оксида лития, в обычное положение.
Литиевые источники питания чувствительные к перезаряду. Чрезмерный заряд приводит к накоплению металлического лития на поверхности анода. Этот осадок может вступать в реакцию с электролитом. При этом на катоде начинает активно выделяться кислород, о чем свидетельствует интенсивный нагрев, повышение давления и разгерметизация АКБ.
Зарядка приборов проходит в два этапа. Первый — осуществляется при стабильном токе 0,2С–1С до напряжения 4,2 В, занимает примерно 40 минут. Второй — выполняется при неизменном напряжении. Зарядка завершается, когда зарядный ток снижается до значения, которое составляет 3% от номинального. Чтобы литиевая батарея прослужила долго, ее необходимо заряжать током, составляющим 50% от емкости (0,5С).
Со временем АКБ Li-ion «стареют», внутри накапливаются продукты окисления, теряется часть емкости. Жизненный цикл аккумулятора завершается, когда он теряет 30% исходной емкости. Ресурс моделей в среднем составляет 1000 зарядов и разрядов. Чтобы продлить срок их эксплуатации, рекомендуется не превышать оптимальный ток заряда (50% номинальной емкости устройства). Например, идеальный ток заряда для батареи на 20 мАч — 10С. Также важно избегать глубокого разряда и перезаряда АКБ, исключить переохлаждение и перегрев, не хранить разряженным в течение долгого времени.
Типы и разновидности
У литиевых устройств много видов с разными элементами в составе катода. В некоторых модификациях в аноде может полностью или частично заменяться графит.
Литий-кобальтовые (LiCo)
Такие приборы предназначаются для питания высокотехнологичных гаджетов, благодаря высокой удельной энергоемкости. Их устанавливают в смартфоны, лэптопы, цифровые фотоаппараты и т. п. Отрицательно заряженный электрод выполнен из оксида кобальта, а положительный — из графита. У первого слоистая структура, при разряде ионы лития направляются от анода к нему, при зарядке — наоборот.
Аккумуляторы LiCo не заряжаются и не разряжаются током, который выше его номинальной емкости — до от 150 до 200 Втч/кг. Так, модель на 2600 мАч не может работать с силой тока, которая превышает это значение. Принудительная зарядка или нагрузка, требующая более 2600 мАч повлекут за собой перегрев элемента питания. Литий-кобальтовые ячейки оснащаются специальной защитой, необходимой для ограничения заряда и скорости разряда до безопасного уровня. Недостатки LiCoO2: сравнительно небольшой срок службы, низкая термическая стабильность и лимитированное количество циклов.
Литий-марганцевые (LiMn)
В таких аккумуляторах материалом для катода выступает литий-оксид-марганец. За счет этого образуются трехмерные структуры шпинели, способствующие более легкому переходу ионов к электроду. В результате внутреннее сопротивление снижается, а токи заряда — повышаются. Дополнительный плюс такой архитектуры — термическая стабильность и высокая степень безопасности.
Низкое сопротивление гарантирует возможность быстрой зарядки и позволяет выдерживать в течение нескольких секунд импульсы до 50А. Гибкая конструкция дает возможность адаптировать свойства АКБ под разные задачи, улучшая ее характеристики. Литий-марганцевые модели используются для электроинструментов с высокой мощностью, медицинской техники, а также электрического и гибридного транспорта.
Литий-полимерные (Li-Pol, Li-polymer, Li-Po)
Литий-полимерные батареи отличаются от литий-ионных конструкцией и более высокими разрядными токами. Вместо жидкого электролита в них применяется пастообразный или твердый полимер с содержанием лития. Устройства могут изготавливаться почти в любой форме и конфигурации. В тестах на производительность и безопасность они демонстрируют отличные показатели. У приборов низкий уровень саморазряда, слабый эффект памяти и высокая емкость. Недостаток моделей — электрические параметры заметно ухудшаются в условиях низкой температуры. Это связано с кристаллизацией полимера.
Аккумуляторы Li-polymer выпускаются в двух вариантах — стандартные и быстроразрядные. Они различаются максимальным током разряда. Для стандартных моделей показатель составляет не более 3С, у быстроразрядных он может достигать 10С.
АКБ Li-Pol показывают свою эффективность при интенсивной эксплуатации в частых циклах разряда-заряда. Их устанавливают в мобильную технику (смартфоны, электронные книги, планшеты), радиоуправляемые аппараты, портативные электроинструменты, некоторые электромобили.
Литий-железо-фосфатные (LiFePO4)
Батареи LiFePO4 оснащены катодом из литий-феррофосфата и анодом из углерода. Они устойчивы к критическим температурам (от -30 до +50 °С), поэтому их можно использовать вне помещений. Эти элементы питания безопасны в эксплуатации: не возгораются и не взрываются от перенапряжения. Литий-железо-фосфатные решения стойкие к перезарядке и перепадам в электросети. Они выдерживают пиковый разрядный ток до 25С и длительное воздействие высокого напряжения. За месяц саморазряжаются не более чем на 1,5%. Приборы долговечны: рабочий цикл — 2000, срок хранения — до 15 лет.
За счет стабильности феррофосфатные модели поддерживают ускоренную зарядку большими токами. Для них выпускаются специальные зарядные адаптеры, которые несовместимы с другими типами аккумуляторов. Но LiFePO4 можно заряжать и универсальными ЗУ, и предназначенными для Li-ion. Хранить приборы необходимо при уровне заряда 40–60%. Восполнить запас энергии до 80% можно примерно за полтора часа.
Литий-железо-фосфатные батареи можно найти в форме параллелепипеда, цилиндра и плоского корпуса. АКБ на основе LiFePO4 ячеек используют для ветрогенераторов, солнечных панелей, водного и электрического транспорта, складской техники, игрового оборудования и многого другого. Они не боятся долгих периодов простоя. К концу эксплуатационного срока теряют до 20% емкости.
Литий-титанатные (LTO)
В LTO-батарее анод выполняется из титанат лития и получает нанокристаллическую структуру. Это обеспечивает высокую площадь положительно заряженного электрода и его стабильную работу. Литий-титановые решения обладают минимальным внутренним сопротивлением, быстро переносят заряд и восполняют его за 5–10 минут. Процент саморазряда в месяц — от 2 до 5. Допустимые температуры эксплуатации — -10 до +55 °С. Аккумулятор LTO нормально функционирует при морозе. За счет отсутствия углерода в составе исключается перегрев. Пониженное напряжение ячейки делает АКБ безопасной в применении. В моделях отсутствует эффект памяти. Недостаток LTO — небольшая плотность энергии (от 30 до 110 Втч/кг), связанная с низким напряжением (2,4 В).
Литий-титанатные аккумулятор используются в качестве основного источника питания в электротранспорте, а также в бензиновых машинах как замена АКБ для стартера, автозвука и освещения. Также они устанавливаются в бытовой технике, медицинском и телекоммуникационном оборудовании. С помощью LTO организовывают внутреннее и внешнее освещение на базе солнечных панелей.
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (Li-NMC, NMC)
В Li-NMC отрицательно заряженные пластины изготавливаются из комбинации никеля, марганца и кобальта. Эффективность устройств обеспечивается удачным сочетанием марганца и никеля. Первый элемент отличается шпинельной структурой, но имеет высокое внутреннее сопротивление, которое снижает энергоемкость. Второй — нестабильный, но энергоемкий. Вместе эти материалы компенсируют недостатки друг друга, усиливая преимущества.
Основные плюсы:
- химическая стабильность;
- высокий уровень токоотдачи;
- минимальные показатели саморазряда;
- легкая переносимость глубокой разрядки;
- устойчивость к температурным перепадам.
Электроемкость NMC составляет 220 Втч/кг, поэтому ими можно снабжать переносное оборудование, в котором важный вес является важным критерием. Устройства не склонны к возгораниям, что делает их отличным вариантом для использования в качестве UPS. Однако основная сфера эксплуатации — электротранспорт.
Характеристики
В таблицу не внесена максимальная емкость АКБ, потому что технология Li-ion не дает возможности изготавливать мощные отдельные элементы. Чтобы создать емкий батарейный блок, источники энергии можно соединять последовательно или параллельно.
| LiCo | LiMn | Li-Pol | LiFePO4 | LTO | Li-NMC | |
| Напряжение элемента, В | 3,6 | 3,7 | 3,7 | 3,2 | 2,4 | 3,6–3,7 |
| Циклический ресурс | 700–1000 | 1000–2000 | 800–900 | 1000–2000 | 5000–8000 | 1000–2000 |
| Допустимая глубина разряда, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -10..+60 | -10…+45 | -20...+40 | -10…+60 | -10…+45 | 10…+55 |
| Срок службы, лет | 5–7 | 10 | до 8 | 20–25 | 18–25 | 10 |
| Предельный ток заряда | 0,7-1С | 0,7-1С | 1С | 25–30С | 10С/30С | 0,7–1С |
| Скорость заряда, ч | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 |
| Саморазряд в месяц, % | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 |
Никель-кадмиевые (Ni-Cd)
Никель-кадмиевые решения отличаются надежностью и долговечностью. Они демонстрируют стабильную работу при температуре -50 °С и выше, выдерживают высокий пусковой ток, могут поддерживать быструю зарядку. Ni-Cd обладают эффектом памяти, поэтому перед зарядкой их рекомендуют полностью разряжать. Модели можно восстанавливать с вероятностью 60%. Корпус из ударопрочного пластика устойчив к ударам и падениям, не боится вибраций.
Никель-кадмиевые батареи служат источниками питания для приборов, характеризующихся повышенными токами разряда. В таком оборудовании они поддерживают стабильную мощность, не подвергаются перегреву при максимальном напряжении. Также АКБ используются в переносных радиостанциях и авиации, на объектах энергетической инфраструктуры и нефтегазовой промышленности, а также для различных транспортных средств: троллейбусов, электрокаров и т. п.
Принцип действия
Конструкция аккумулятора Ni-Cd включает два электрода: положительный с никелевым гидроксид-оксидом в составе и отрицательный с кадмием. Между собой их разделяет сепаратор. Все элементы расположены в электролите, которым выступает высокоактивная щелочь. Она не взрывоопасна, устойчива к воздействию огня, не имеет запаха. Корпус герметичный, поэтому электролит не расходуется в процессе работы. На верхней части корпуса размещены токосъемные контакты, необходимые для соединения элементов внутри конструкции. В крышке предусмотрено отверстие для выхода избыточных газов.
При разряде анод вступает в реакцию с ионами электролита, результатом которого становится образование гидрата закиси никеля. Кадмиевый катод формирует гидрат окиси кадмия, что приводит к разности потенциалов. Таким образом, внутри АКБ и во внешней замкнутой цепи создается напряжение. В процессе заряда аноды окисляются, способствуя преобразованию гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля, а на катоде образуется кадмий.
Щелочные батареи Ni-Cd впечатляют такими преимуществами:
- невосприимчивость к агрессивным средам;
- простая и быстрая зарядка, в том числе и после долгого простоя;
- возможность заряжаться при низкой температуре;
- длительное хранение независимо от состояния заряда;
- большой выбор моделей с разными размерами и характеристиками.
К недостаткам можно отнести относительно низкую плотность энергии и высокий саморазряд, а также содержание токсичных металлов.
Типы и виды
Никель-кадмиевые устройства бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми. В зависимости от особенностей исполнения они разделяются на два типа:
- Цилиндрические. Электроды имеют вид ленты, которая сворачивается в рулоны. Между анодом и катодом размещается сепаратор.
- Призматические. Электроды изготовлены в форме пластин. Они расположены друг на друге через сепаратор.
Производители разрабатывают различные виды аккумуляторов Ni-Cd, которые различаются временем разряда и другими характеристиками. Узнать технические параметры конкретной модели помогает маркировка. Первые цифры в ней обозначают, сколько отдельных элементов соединены в АКБ. Буквы «НК» или «К» указывают на то, что это никель-кадмиевое устройство. Следующие буквы говорят о режиме разряда: L — длительный, H — кратковременный. Цифра за ними — емкость аккумулятора. Буква «Р» в маркировке свидетельствует о том, что корпус произведен из пластика.
Характеристики
Основные параметры батарей Ni-Cd:
- Емкость — от 1 до 1500 Ач.
- Минимальное разрядное напряжение — 0,9 В.
- Возможная глубина разряда — 100%.
- Рабочие температуры — в пределах от -50 до +40°С.
- Самостоятельный разряд в месяц — 4%.
- Удельная энергоемкость — до 65 Втч/кг.
- Количество рабочих циклов — 2300.
- Срок эксплуатации — 20–25 лет.
Аккумуляторы Ni-Cd стоят сравнительно дешево и требуют соблюдения правил эксплуатации: полная разрядка и зарядка, требования по уходу от производителя. Это поможет избежать негативных последствий, таких как потеря кислорода и воды, утечка тока, изменение состава электролита, сокращение полезной поверхности электродов. Хранить такие источники питания нужно при полном разряде. Они способны «переживать» простой в течение 5 лет. После продолжительного хранения АКБ легко восстанавливаются выполнением нескольких циклов зарядки-разрядки.
Никелево-железные (Ni-Fe)
Никель-железные батареи одни из самых прочных, так как обладают устойчивостью к перезарядкам, чрезмерным разрядкам, тепловым ударам и коротким замыканиям. Они могут прослужить более 20 лет даже при грубом обращении. Ni-Fe используются как тяговые АКБ на различном электротранспорте, а также для электрификации вагонов, подпитки цепей управления и т. п. Для резервного электропитания устанавливаются там, где могут непрерывно заряжаться.
Принцип действия
Стандартная Ni-Fe батарея выполнена в виде блока плоских электродов, которые помещены в стальной корпус. В верхней части прибора расположены токосъемники и пробка, которая откручивается для заливки электролита. Характеристики аккумуляторов зависят от конструкции и технологии производства электродов, которые различаются типами токоведущих каркасов. В ламельной конструкции активная масса размещается в перфорированной стальной оболочке. В безламельных решениях она напрессовывается на сетку из стали.
Электроэнергия аккумулируется с помощью анода с содержанием никель оксид-гидроксида, катода из железа в виде губки и едкого калия в качестве электролита. В процессе разряда гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси, губчатое железо — гидрат закиси железа. На образование этих элементов не затрачивается электролит, поэтому его плотность при разряде постоянная. Однако в АКБ необходимо периодически доливать воду, так как она частично разделяется на кислород и водород, что приводит к испарению.
Преимущества и недостатки
Никель-железные аккумуляторы показывают отличную выносливость в сложных условиях эксплуатации. Они способны выдерживать частые циклы перезарядки. Это объясняется плохой растворимостью реагентов в электролите. Модели медленно разряжаются. Благодаря стойкости к вибрациям, повышенным температурам и другим негативным воздействиям, решения типа Ni-Fe можно устанавливать в ветрогенераторах и солнечных станциях. Батарея не содержит вредных для окружающей среды веществ (кобальта, свинца, кадмия и других). Многократные глубокие разряды почти не влияют на эксплуатационный срок АКБ.
Недостатки железо-никелевых решений:
- плохое сохранение заряда;
- низкая удельная емкость;
- саморазряд до 40% в месяц;
- высокая стоимость производства;
- ухудшение работоспособности при минусовых температурах.
Характеристики
Средние показатели по ключевым параметрам:
- Емкость — от 10 до 1000 Ач.
- Номинальное напряжение — 1,2 В.
- Диапазон температур — от -40 до +46 °С.
- Саморазряд в месяц — 15–40.
- Циклический ресурс — 1800–2300.
- Срок эксплуатации — 20 лет и более.
- Допустимая глубина разряда — 100%.
- Минимальное время заряда — 12–16 часов.
Производители оптимизируют каждый тип батареи под эксплуатационные потребности, делая их более эффективными и надежными. Для выбора подходящего варианта любых задач желательно консультироваться со специалистами.