Акумуляторна батарея — автономне джерело живлення, здатне накопичувати та зберігати енергію. В основі дії більшості моделей - циклічне перетворення хімічної енергії на електричну, Це забезпечує багаторазовість використання пристрою (цикли заряду-розряду). Для різних умов експлуатації призначено певні види акумуляторів. Розглянемо детально основні їх.
Зміст:
Потрібні види акумуляторів
АКБ відрізняються характеристиками, адаптованими для використання з необхідною інтенсивністю і в різних умовах. Найбільш поширені пристрої:
- Свинцево-кислотні. Завдяки простій технології виготовлення відрізняються доступною ціною. Переваги: надійність, просте обслуговування, мінімальна саморозрядність. Бувають чотири типи: стаціонарні – для енергетичного обладнання, портативні – для електроінструментів, тягові – для електромобілів, Стартерні – для машин.
- Літій-іонні. Відмінні риси: малі габарити, високий ресурс та можливість добре працювати при низькій температурі. Підходять для інтенсивної експлуатації, виносять часті цикли розряджання-заряджання. Літій-іонний акумулятор – оптимальний вибір для техніки, яка використовується регулярно та часто, наприклад, смартфонів, ноутбуків будівельних інструментів.
- Нікель-кадмієві. Здатні функціонувати у широкому діапазоні температур, витримують велику кількість циклів заряду та розряду, підтримують швидку зарядку. Найбільш ефективні за періодичного використання. Встановлюються в електрокари, морські та річкові судна, трамваї, тролейбуси тощо.
- Нікель-залізні. м
Свинцево-кислотні
Такі акумулятори потрібні завдяки універсальним параметрам і порівняно низькій вартості. Вони представлені у величезній кількості різновидів, що використовуються в обслуговуванні систем автономного електропостачання, резервного живлення, безпеки, сонячних електростанцій, автомобілів, промислової та побутової техніки тощо.
Принцип дії
Робота свинцево-кислотних АКБ здійснюється за рахунок взаємодії металів та рідини. Це оборотна реакція, що виникає в результаті замикання контактів негативних та позитивних пластин. Останні виконуються зі свинцю, як електроліт виступає розчин сірчаної кислоти. Саме ці елементи взаємодіють між собою в процесі заряджання та розряджання батареї.
Електроди мають гратчасту структуру і покриваються порошками, що підвищують розділову поверхню електроліту. Це дозволяє збільшувати запас ємності АКБ. Аноди (позитивні пластини) запресовані всередину ґрат за допомогою діоксиду свинцю. Для катодів (негативних пластин) використовується звичайний свинець (губчастий). Пластини поділяються сепараторами, що запобігають замиканню електродів під час заряду чи розряду. Сучасні моделі акумуляторів оснащуються електродними ґратами з додатковими металами. Свинець у чистому вигляді недостатньо міцний. З цієї причини пластини покриваються сурмою чи кальцієм.
Грати катода та анода занурюються в електроліт. Для приготування розчину кислоти використовується дистильована вода, тому що в її складі немає агресивних речовин, здатних знизити працездатність пристрою.
Якщо до двох пластин підключається лампочка, ланцюг замикається та виникає струм, усередині конструкції відбувається хімічна реакція. На пластинах утворюється корозія, на свинці утворюється сульфат свинцю. При розряді АКБ на пластинах утворюється наліт. У повністю розрядженій батареї елементи покриваються сульфатом свинцю і мають майже однаковий заряд по відношенню до рідини, тобто низька напруга.
Коли до клем акумулятора підключається зарядний пристрій, струм проходить в електроліті у зворотному напрямку. Це спричиняє хімічну реакцію. Молекули кислоти розщеплюються, у результаті сульфат свинцю видаляється з пластин. Завдяки цьому вони знову одержують різний заряд, тобто АКБ заряджається на 100%. На практиці пластини не очищаються повністю, тому батарея має певний ресурс, досягнувши який її ємність зменшується до 70-80% від номінальної.
Типи та види
Залежно від конструкції батареї діляться на обслуговуються та необслуговуються. Перші герметичні, можуть встановлюватися в будь-якому положенні і не потребують догляду. Другі вимагають періодичного контролю густини та рівня електроліту. Герметичні свинцево-кислотні моделі маркуються SLA (Sealed Lead Acid Battery). Варіанти з регульованим клапаном позначаються як VRLA (Valve Regulated Lead Acid), підходять для встановлення у житлових приміщеннях та використання у буферному режимі. Їм не потрібна додаткова вентиляція та обслуговування. Розглянемо основні види акумуляторних батарей.
Стартерні (Lead-Acid)
Стартерні моделі призначені для запуску двигунів автомобілів та інших механізмів. Вони забезпечують високий пусковий струм протягом кількох секунд. Пристрої чутливі до глибоких розрядів, тому не рекомендується розряджати їх нижче значення 10 В. Після того, як АКБ віддає пусковий струм стартеру автомобіля, вона починає заряджатися для відновлення витраченої енергії. Моделі типу Lead-Acid потребують правильної вентиляції та регулярного обслуговування.
AGM
AGM (Absorbent Glass Mat) - герметизовані АКБ, що повністю не обслуговуються. У конструкції таких моделей передбачено абсорбований електроліт, виготовлений зі скловолокнистого матеріалу. Він необхідний забезпечення рекомбінації газів. У стандартних акумуляторах під час заряджання молекули води розпадаються на водень та кисень, які виходять назовні через вентиляційні отвори. В AGM-моделях пориста пластина зі скловолокна утримує гази. Кисень, отриманий внаслідок розпаду водної молекули, переміщається з позитивною на негативну пластину. Він залишається на катоді, доки з'єднується з воднем, знову утворюючи воду. Надлишок газу, який може утворитися через хімічні реакції, виводиться через клапан на корпусі.
Абсорбований електроліт сприяє кращому збереженню свинцевих електродів, запобігаючи їх руйнуванню. Він також дозволяє суттєво скоротити тривалість заряду акумулятора, оскільки зарядний струм може становити 20-25% від початкової ємності.
AGM-батареї пропонуються у різних модифікаціях з характеристиками для буферного та циклічного режимів роботи. Найбільш популярні:
- Standart — варіанти загального призначення, які можна використовувати у складі недорогих джерел безперебійного живлення.
- High Rate — рішення з найкращою розрядністю, оптимальні для потужних ДБЖ промислового призначення.
- Modular — акумулятори, з яких можна створювати акумуляторні кабінети з високою потужністю.
- Deep — моделі, що витримують часті глибокі розряди. Оснащуються технологіями, які продовжують термін служби пристрою у циклічному режимі роботи. Підходять для резервних систем енергопостачання.
Гелеві
GEL-моделі нерозбірні та не потребують обслуговування. У них використовує гелеподібний електроліт, який при заливці твердне і не змінює свого стану, тому пристрої не потрібно дозаправляти. Конструкція захищена від обсипання свинцевих пластин та коротких замикань. Гелеві рішення легше переносять сильні морози: зниження ємності при експлуатації за мінусової температури менше, ніж в інших різновидів АКБ. Також вони стабільно функціонують у вологому середовищі. Майже всі моделі можуть розміщуватися на боці.
Батареї, розроблені за технологією GEL, здатні витримувати багаторазові цикли розрядки. При простої витрачають протягом року до 20% накопиченої потужності. Моделі характеризуються високою швидкістю віддачі струму. Корпус виконується із ударостійкого пластику. АКб безпечні та стійкі до сильних вібрацій. У разі пошкодження електроліт не витікає. Завдяки герметичності пристрою не виділяють шкідливих газів та їдких запахів. Водень витікає в мінімальних кількостях, які не є небезпечними для людей і техніки.
GEL-батареї різняться за призначенням. Наприклад:
- Solar — для сонячних панелей;
- Golf — для гольф-карів та підлогомийного обладнання;
- Micro — для мобільних систем;
- Marine — для річкових та морських транспортних засобів.
Також прилади широко застосовуються у телекомунікаціях, системах вуличного освітлення та автономного електропостачання, у промисловості, що займається виробництвом обладнання.
OPzS
Стаціонарні заливні акумулятори OPzS відрізняються особливою конструкцією, що включає позитивні трубчасті і намазні плоскі пластини. Аноди виготовляються із додаванням сурми. Пластини поділяються мікропористими сепараторами, які унеможливлюють коротке замикання. Корпус виробляється з прозорого пластику, стійкого до вогневого та хімічного впливу, ударів та пошкоджень. Пожежобезпечні клапани гарантують захист від попадання іскор та полум'я.
Через прозорі стіни зручно стежити за рівнем електроліту. На них передбачено маркування для максимального та мінімального показника. Затори ємностей оснащені керамічними фільтрами. Вони перешкоджають випаровуванню сірчаної кислоти, але пропускають пари кисню та водню. Особлива структура клапанів дозволяє вимірювати щільність електроліту і доливати дистильовану воду, не знімаючи їх. Частота доливу рідини залежить від навантаження – 1-2 рази на рік.
Батареї OPzS мають найвищі параметри серед усіх типів свинцево-кислотних рішень. Основні переваги: велика ємність, тривалий термін експлуатації, мінімальні витрати на обслуговування, низький рівень саморозряду. Такі моделі купують для харчування:
- сигналізації;
- комп'ютерного обладнання;
- аварійного висвітлення;
- телекомунікаційних програм;
- систем моніторингу та контролю на розподільчих та електростанціях, в аеропортах тощо.
OPzV
Герметичні АКБ типу OPzV оснащуються клапанами для регулювання виділення газів. У них поєднується GEL-технологія та трубчасті пластини, які знижують масу та зменшують габарити конструкції. Гелевий електроліт забезпечує стійкість до глибокого розряду: навіть якщо батарея довго зберігалася повністю розряджена, її можна зарядити на 100%. Анод та катод додатково покриваються кальцієм, який відповідає за відмінну стійкість електродів до корозії. Головні плюси OPzV: довгий термін служби, висока ефективність використання в циклічному режимі, можливість зберігати на боці, не побоюючись витоку кислоти з вентиляційного отвору.
Пристрої потрібні:
- системах навігації та резервного освітлення;
- сонячної електрогенерації;
- телекомунікаційних установок;
- джерела безперебійного живлення;
- обладнання для накопичення енергії побутового та промислового призначення.
Характеристики
Усереднені показники за характеристиками різних видів акумуляторів свинцево-кислотного типу представлені у таблиці.
| Lead-Acid | AGM | GEL | OPzS | AGM | |
| Місткість, А-ч | 10–300 | 1–3000 | 1–3000 | 50–3500 | 50–3500 |
| Напруга, В | 6 и 12 | 2, 4, 6, 12 | 2, 6, 12 | 2 | 2 |
| Циклічний ресурс | — | до 1000 | до 1400 | до 3200 | до 3300 |
| Прийнятна глибина розряду, % | — | до 80 | до 90 | до 100 | до 90 |
| Діапазон робочих температур, °С | -50…+70 | -40…+70 | -40…+70 | -40…+70 | -40…+70 |
| Термін служби, років | до 7 | 5–15 | 8–15 | 17–25 | 15–20 |
| Максимальний струм заряду, % від ємності | 10–20 | 20–30 | 15–20 | 10–15 | 15–20 |
| Швидкість заряду, год | 8–12 | 6–10 | 8–12 | 10–15 | 10–14 |
Літій-іонні (літієві)
Літій-іонні (Li-ion) АКБ, завдяки значній щільності енергії та компактним розмірам, мають у 2–4 рази більшу ємність, ніж Свинцево-кислотні агрегати. Ключова перевага – швидка перезарядка від 0 до 100% (1-2 години). Моделі використовуються для живлення технологічної електроніки: телефонів, планшетів, ноутбуків та ПК, радіостанцій тощо. Також їх застосовують для клінінгового та складського обладнання, електротранспорту (гіроскутерів, самокатів, велосипедів тощо), UPS, спецінструментів, сонячних електростанцій та багатьох інших установок.
Принцип роботи
Основа конструкції Li-ion пристроїв - анод, виготовлений з вуглецю пористого на мідній фользі, і катод, виконаний з оксиду літію на алюмінієвій фользі. Розділювачем виступає пористий поліпропіленовий сепаратор, який просочений електролітом, що виконує роль провідника. Всі елементи укладені в герметичний корпус, електроди підключаються до струмознімачів. У деяких моделях передбачений клапан, який відповідає за скидання тиску всередині конструкції.
Мідні та алюмінієві пластини, змащені електролітом та розділені пористим шаром, згорнуті у рулон. Корпус набуває циліндричної форми. Якщо пластини укладені по-іншому, прилад має форму призм та пакетиків. Моделі різняться складом катода. Незалежно від матеріалу, що в ньому використовується Принцип дії літієвих акумуляторів однаковий для агрегатів усіх видів. Під час подачі напруги на електроди позитивно заряджені іони літію від'єднуються від молекул оксиду та переміщуються на вуглецеву пластину. Це призводить до окисної реакції та заряду батареї. Коли Li-ion працює під навантаженням, спостерігається зворотна дія. Іони Li+ переходять на пластину з оксиду літію у звичайне положення.
Літієві джерела живлення чутливі до перезаряду. Надмірний заряд призводить до нагромадження металевого літію на поверхні анода. Цей осад може розпочинати реакцію з електролітом. При цьому на катоді починає активно виділятися кисень, про що свідчить інтенсивне нагрівання, підвищення тиску та розгерметизація АКБ.
Заряджання приладів проходить у два етапи. Перший - здійснюється при стабільному струмі 0,2С-1С до напруги 4,2, займає приблизно 40 хвилин. Другий - виконується при незмінному напрузі. Заряджання завершується, коли зарядний струм знижується до значення, що становить 3% від номінального. Щоб літієва батарея прослужила довго, необхідно заряджати струмом, що становить 50% від ємності (0,5С).
Згодом АКБ Li-ion «старіють», усередині накопичуються продукти окислення, втрачається частина ємності. Життєвий цикл акумулятора завершується, коли він втрачає 30% вихідної ємності. Ресурс моделей у середньому становить 1000 зарядів та розрядів. Щоб продовжити термін експлуатації, рекомендується не перевищувати оптимальний струм заряду (50% номінальної ємності пристрою). Наприклад, ідеальний струм заряду для батареї на 20 мАг - 10С. Також важливо уникати глибокого розряду та перезаряду АКБ, виключити переохолодження та перегрів, не зберігати розрядженим протягом тривалого часу.
Типи та різновиди
У літієвих пристроїв багато видів із різними елементами у складі катода. У деяких модифікаціях в аноді може повністю або частково замінюватись графіт.
Літій-кобальтові (LiCo)
Такі прилади призначаються для живлення високотехнологічних гаджетів завдяки високій питомій енергоємності. Їх встановлюють у смартфони, лептопи, цифрові фотоапарати тощо. Негативно заряджений електрод виконаний з оксиду кобальту, а позитивний - з графіту. У першого шарувата структура, при розряді іони літію прямують від анода до нього, заряджаючи — навпаки.
Акумулятори LiCo не заряджаються і не розряджаються струмом, який вищий за його номінальну ємність — до від 150 до 200 Втч/кг. Так, модель на 2600 мАг не може працювати із силою струму, яка перевищує це значення. Примусове заряджання або навантаження, що вимагає більше 2600 мАч, спричинять перегрів елемента живлення. Літій-кобальтові осередки оснащуються спеціальним захистом, необхідним для обмеження заряду та швидкості розряду до безпечного рівня. Недоліки LiCoO2: порівняно невеликий термін служби, низька термічна стабільність та лімітована кількість циклів.
Литий-марганцевые (LiMn)
У таких акумуляторах матеріалом для катода є літій-оксид-марганець. За рахунок цього утворюються тривимірні структури шпинелі, що сприяють легкому переходу іонів до електрода. В результаті внутрішній опір знижується, а струми заряду підвищуються. Додатковий плюс такої архітектури — термічна стабільність та високий рівень безпеки.
Низький опір гарантує можливість швидкої зарядки та дозволяє витримувати протягом кількох секунд імпульси до 50А. Гнучка конструкція дає можливість адаптувати властивості АКБ під різні завдання, покращуючи її характеристики. Літій-марганцеві моделі використовуються для електроінструментів з високою потужністю, медичної техніки, а також електричного та гібридного транспорту.
Літій-полімерні (Li-Pol, Li-polymer, Li-Po)
Літій-полімерні батареї відрізняються від літій-іонних конструкцій та вищими розрядними струмами. Замість рідкого електроліту в них застосовується пастоподібний або твердий полімер із вмістом літію. Пристрої можуть виготовлятися майже у будь-якій формі та конфігурації. У тестах на продуктивність та безпеку вони демонструють відмінні показники. У приладів низький рівень саморозряду, слабкий ефект пам'яті та висока ємність. Недолік моделей – електричні параметри помітно погіршуються за умов низької температури. Це з кристалізацією полімеру.
Акумулятори Li-polymer випускаються у двох варіантах – стандартні та швидкорозрядні. Вони відрізняються максимальним струмом розряду. Для стандартних моделей показник становить трохи більше 3С, у швидкорозрядних може досягати 10С.
АКБ Li-Pol показують свою ефективність при інтенсивній експлуатації у частих циклах розряду-заряду. Їх встановлюють у мобільну техніку (смартфони, електронні книги, планшети), радіокеровані апарати, портативні електроінструменти, деякі електромобілі.
Літій-залізо-фосфатні (LiFePO4)
Батареї LiFePO4 оснащені катодом з літій-ферофосфату та анодом з вуглецю. Вони стійкі до критичних температур (від -30 до +50 ° С), тому їх можна використовувати поза приміщеннями. Ці елементи живлення безпечні в експлуатації: не спалахують і не вибухають від перенапруги. Літій-залізо-фосфатні рішення стійкі до перезарядки та перепадів в електромережі. Вони витримують піковий розрядний струм до 25С і тривалий вплив високої напруги. За місяць саморозряджаються лише на 1,5%. Прилади довговічні: робочий цикл – 2000, термін зберігання – до 15 років.
За рахунок стабільності ферофосфатні моделі підтримують прискорену зарядку великими струмами. Їх випускаються спеціальні зарядні адаптери, які несумісні з іншими типами акумуляторів. Але LiFePO4 можна заряджати універсальними ЗУ, і призначеними для Li-ion. Зберігати прилади необхідно за заряду 40–60%. Заповнити запас енергії до 80% можна приблизно за півтори години.
Літій-залізо-фосфатні батареї можна знайти у формі паралелепіпеда, циліндра та плоского корпусу. АКБ на основі LiFePO4 осередків використовують для вітрогенераторів, сонячних панелей, водного та електричного транспорту, складської техніки, ігрового обладнання та багато іншого. Вони не бояться довгих періодів простою. До кінця експлуатаційного терміну втрачають до 20% ємності.
Літій-титанатні (LTO)
У LTO-батареї анод виконується з титанат літію та отримує нанокристалічну структуру. Це забезпечує високу площу позитивно зарядженого електрода та його стабільну роботу. Літій-титанові рішення мають мінімальний внутрішній опір, швидко переносять заряд і заповнюють його за 5-10 хвилин. Відсоток саморозряду на місяць - від 2 до 5. Допустимі температури експлуатації -10 до +55 °С. Акумулятор LTO нормально працює при морозі. За рахунок відсутності вуглецю у складі виключається перегрів. Знижена напруга комірки робить АКБ безпечною у використанні. У моделях немає ефекту пам'яті. Недоліком LTO є невелика щільність енергії (від 30 до 110 Втч/кг), пов'язана з низькою напругою (2,4 В).
Літій-титанатні акумулятори використовуються як основне джерело живлення в електротранспорті, а також у бензинових машинах як заміна АКБ для стартера, автозвуку та освітлення. Також вони встановлюються у побутовій техніці, медичному та телекомунікаційному обладнанні. За допомогою LTO організовують внутрішнє та зовнішнє освітлення на базі сонячних панелей.
Літій-нікель-марганець-кобальт-оксидні (Li-NMC, NMC)
У Li-NMC негативно заряджені пластини виготовляються з комбінації нікелю, марганцю та кобальту. Ефективність пристроїв забезпечується вдалим поєднанням марганцю та нікелю. Перший елемент відрізняється шпинельною структурою, але має високий внутрішній опір, що знижує енергоємність. Другий – нестабільний, але енергоємний. Водночас, ці матеріали компенсують недоліки один одного, посилюючи переваги.
Основні плюси:
- хімічна стабільність;
- високий рівень струмовіддачі;
- мінімальні показники саморозряду;
- легка переносимість глибокої розрядки;
- стійкість до температурних перепадів.
Електроємність NMC становить 220 Втч/кг, тому ними можна постачати переносне обладнання, в якому важлива вага є важливим критерієм. Пристрої не схильні до спалахів, що робить їх відмінним варіантом для використання як UPS. Проте основна сфера експлуатації – електротранспорт.
Характеристики
У таблицю не внесено максимальну ємність АКБ, тому що технологія Li-ion не дає можливості виготовляти потужні окремі елементи. Щоб створити ємний блок живлення, джерела енергії можна з'єднувати послідовно або паралельно.
| LiCo | LiMn | Li-Pol | LiFePO4 | LTO | Li-NMC | |
| Напруга елемента, В | 3,6 | 3,7 | 3,7 | 3,2 | 2,4 | 3,6–3,7 |
| Циклічний ресурс | 700–1000 | 1000–2000 | 800–900 | 1000–2000 | 5000–8000 | 1000–2000 |
| Допустима глибина розряду, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Діапазон робочих температур, °С | -10..+60 | -10…+45 | -20...+40 | -10…+60 | -10…+45 | 10…+55 |
| Термін служби, років | 5–7 | 10 | до 8 | 20–25 | 18–25 | 10 |
| Граничний струм заряду | 0,7-1С | 0,7-1С | 1С | 25–30С | 10С/30С | 0,7–1С |
| Швидкість заряду, год | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 | 2-3 |
| Саморозряд на місяць, % | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 | 1-2 |
Нікель-кадмієві (Ni-Cd)
Нікель-кадмієві рішення відрізняються надійністю та довговічністю. Вони демонструють стабільну роботу при температурі -50°С і вище, витримують високий пусковий струм, можуть підтримувати швидку зарядку. Ni-Cd мають ефект пам'яті, тому перед зарядкою їх рекомендують повністю розряджати. Моделі можна відновлювати із ймовірністю 60%. Корпус із удароміцного пластику стійкий до ударів та падінь, не боїться вібрацій.
Нікель-кадмієві батареї є джерелами живлення для приладів, що характеризуються підвищеними струмами розряду. У такому устаткуванні вони підтримують стабільну потужність, не піддаються перегріву при максимальній напрузі. Також АКБ використовуються у переносних радіостанціях та авіації, на об'єктах енергетичної інфраструктури та нафтогазової промисловості, а також для різних транспортних засобів: тролейбусів, електрокарів тощо.
Принцип дії
Конструкція акумулятора Ni-Cd включає два електроди: позитивний з нікелевим гідроксид-оксидом у складі та негативний з кадмієм. Між їх розділяє сепаратор. Всі елементи розташовані в електроліті, яким виступає високоактивний луг. Вона не вибухонебезпечна, стійка до дії вогню, не має запаху. Корпус герметичний, тому електроліт не витрачається у процесі роботи. На верхній частині корпусу розміщені струмознімальні контакти, необхідні для з'єднання елементів усередині конструкції. У кришці передбачений отвір для виходу надлишкових газів.
При розряді анод входить у реакцію з іонами електроліту, результатом якого стає утворення гідрату закису нікелю. Кадмієвий катод формує гідрат окису кадмію, що призводить до різниці потенціалів. Таким чином, усередині АКБ і в зовнішньому замкнутому ланцюзі створюється напруга. У процесі заряду аноди окислюються, сприяючи перетворенню гідрату закису нікелю в гідрат окису нікелю, а на катоді утворюється кадмій.
Лужні батареї Ni-Cd вражають такими перевагами:
- несприйнятливість до агресивних середовищ;
- проста і швидка зарядка, у тому числі після довгого простою;
- можливість заряджатися за низької температури;
- тривале зберігання незалежно стану заряду;
- великий вибір моделей з різними розмірами та характеристиками.
До недоліків можна віднести відносно низьку щільність енергії та високий саморозряд, а також вміст токсичних металів.
Типи та види
Нікель-кадмієві пристрої бувають обслуговуються та необслуговуються. Залежно від особливостей виконання вони поділяються на два типи:
- Циліндричні. Електроди мають вигляд стрічки, яка згортається у рулони. Між анодом та катодом розміщується сепаратор.
- Призматичні. Електроди виготовлені у вигляді пластин. Вони розташовані один на одному через сепаратор.
Виробники розробляють різні види акумуляторів Ni-Cd, що відрізняються часом розряду та іншими характеристиками. Дізнатися про технічні параметри конкретної моделі допомагає маркування. Перші цифри у ній позначають, скільки окремих елементів з'єднані в АКБ. Літери "НК" або "К" вказують на те, що це нікель-кадмієвий пристрій. Наступні літери говорять про режим розряду: L – тривалий, H – короткочасний. Цифра за ними – ємність акумулятора. Літера «Р» у маркуванні свідчить про те, що корпус виготовлений із пластику.
Характеристики
Основні параметри батарей Ni-Cd:
- Місткість - від 1 до 1500 Ач.
- Мінімальна розрядна напруга - 0,9 В.
- Можлива глибина розряду – 100%.
- Робочі температури - не більше від -50 до +40°С.
- Самостійний розряд на місяць – 4%.
- Питома енергоємність – до 65 Втч/кг.
- Кількість робочих циклів - 2300.
- Термін експлуатації - 20-25 років.
Акумулятори Ni-Cd коштують порівняно дешево і вимагають дотримання правил експлуатації: повна розрядка та зарядка, вимоги щодо уникнення виробника. Це допоможе уникнути негативних наслідків, таких як втрата кисню та води, витік струму, зміна складу електроліту, скорочення корисної поверхні електродів. Зберігати такі джерела живлення потрібно за повного розряду. Вони здатні "переживати" простий протягом 5 років. Після тривалого зберігання АКБ легко відновлюються виконанням кількох циклів заряджання.
Нікелево-залізні (Ni-Fe)
Нікель-залізні батареї одні з найміцніших, тому що мають стійкість до перезарядок, надмірних розрядок, теплових ударів і коротких замикань. Вони можуть прослужити понад 20 років навіть за грубого поводження. Ni-Fe використовуються як тягові АКБ на різному електротранспорті, а також для електрифікації вагонів, підживлення ланцюгів керування тощо. Для резервного електроживлення встановлюються там, де можуть безперервно заряджатися.
Принцип дії
Стандартна Ni-Fe батарея виконана у вигляді блоку плоских електродів, які поміщені у сталевий корпус. У верхній частині приладу розташовані струмознімач та пробка, яка відкручується для заливки електроліту. Характеристики акумуляторів залежать від конструкції та технології виробництва електродів, що відрізняються типами струмопровідних каркасів. У ламельній конструкції активна маса розміщується в перфорованій сталевій оболонці. У безламельних рішеннях вона напресовується на сітку із сталі.
Електроенергія акумулюється за допомогою анода з вмістом нікель оксид-гідроксиду, катода із заліза у вигляді губки та їдкого калію як електроліт. У процесі розряду гідрат окису нікелю перетворюється на гідрат закису, губчасте залізо — гідрат закису заліза. На освіту цих елементів не витрачається електроліт, тому щільність при розряді постійна. Однак в АКБ необхідно періодично доливати воду, оскільки вона частково поділяється на кисень і водень, що призводить до випаровування.
Переваги і недоліки
Нікель-залізні акумулятори показують відмінну витривалість у складних умовах експлуатації. Вони здатні витримувати часті цикли перезаряджання. Це пояснюється поганою розчинністю реагентів в електроліті. Моделі повільно розряджаються. Завдяки стійкості до вібрацій, підвищених температур та інших негативних впливів, рішення типу Ni-Fe можна встановлювати у вітрогенераторах та сонячних станціях. Батарея не містить шкідливих для довкілля речовин (кобальту, свинцю, кадмію та інших). Багаторазові глибокі розряди майже впливають на експлуатаційний термін АКБ.
Недоліки залізо-нікелевих рішень:
- погане збереження заряду;
- низька питома ємність;
- саморозряд до 40% на місяць;
- висока вартість виробництва;
- погіршення працездатності за мінусових температур.
Характеристики
Середні показники за ключовими параметрами:
- Місткість - від 10 до 1000 Ач.
- Номінальна напруга - 1,2 Ст.
- Діапазон температур - від -40 до +46 °С.
- Саморозряд на місяць - 15-40.
- Циклічний ресурс - 1800-2300.
- Термін експлуатації – 20 років і більше.
- Допустима глибина розряду — 100%.
- Мінімальний час заряду - 12-16 годин.
Виробники оптимізують кожен тип батареї під експлуатаційні потреби, роблячи їх ефективнішими та надійнішими. Для вибору відповідного варіанта будь-яких завдань бажано консультуватися з фахівцями.
