Меню

Емкостный аккумулятор что это



Автомобильные аккумуляторы: какими они бывают и какой лучше купить

Мало кто задумывается о состоянии аккуму­ляторной батареи (АКБ), да и вообще помнит о её наличии в машине ровно до тех пор, пока с ней не возникнут проблемы. Рассказы­ваем, как устроены автомо­бильные аккуму­ляторы, для чего они нужны и какой покупать, если возникнет такая необхо­димость.

Как устроен и как работает аккумулятор

Для начала о терминах и названиях. В преды­дущих абзацах мы уже использо­вали (и будем исполь­зовать дальше) несколько названий этого устройства — все они в ходу и считаются синонимами. Но с технической точки зрения наиболее верным будет самый полный вариант — аккуму­ляторная батарея. Потому что любая автомо­бильная АКБ — это несколько аккуму­ляторов (секций), заключённых в общий корпус и соединённых друг с другом последова­тельно. Эти секции в народе называют «банками», и в 12-воль­товой батарее легкового авто­мобиля их шесть.

Жаргонизм в данном случае верен по сути. Каждая аккумуляторная секция — это ёмкость, запол­ненная электро­литом — жидкостью, молекулы которой могут распа­даться на положи­тельно и отрица­тельно заряжен­ные ионы. В жидкость автомо­бильного аккуму­лятора погружены пластины – анод и катод. Если через них пустить электриче­ский ток, то в «банке» стартует цепь химических реакций, образующих новые соединения. Так происходит заряд аккумулятора.

Когда к тем же катоду и аноду подключается потребитель электро­энергии, то процесс повора­чивает вспять: возникает обратная химическая реакция с выделе­нием электронов, совер­шающих полезную работу. Это если совсем «на пальцах» — в реаль­ности процессы внутри батареи сложнее, но общий принцип не меняется.

Какими бывают аккумуляторы

Аккумуляторы принято разделять по типу электролита. Наиболее распространённые – кислотные, у них катод и анод помещены в водный раствор кислоты, чаще всего серной. Они лучше остальных подходят для автомобиля, потому что способны очень интенсивно (и быстро) разряжаться, выдавая большой электрический ток, который нужен стартеру для запуска ДВС.

Реже используются щелочные — на основе растворов с едкими натрием или калием. У них низкий саморазряд (потеря запасённой энергии без подключённых потребите­лей), но и слабый отдава­емый ток. Поэтому они применя­ются там, где нужна подпитка небольшими токами в течение длитель­ного времени. Например, в качестве вспомога­тельной батареи для бортовой электро­ники или на мотоциклах, не оснащённых электро­стартером.

К щелочному типу относятся и многие разно­видности аккуму­ляторов с порошковым или пасто­образным напол­нением вместо жидкого электро­лита — это позволяет делать их герметич­ными, компактными и относительно безопасными.

Последние веяния в автомобиль­ной промышлен­ности (и не только в ней) – это литиевые аккуму­ляторы. У них состав электролита может быть разным и довольно сложным. Более того, чаще всего это и не жидкость вовсе. Такие аккуму­ляторы пока очень дороги, однако по соотноше­нию количе­ства запасаемой энергии к размеру и весу батареи им равных нет. Именно поэтому они применя­ются в современных электро­мобилях в качестве тяговых батарей. А также в автоспорте — при небольших размерах они могут обеспечить авто­мобиль достаточным запасом электри­чества.

Про электромобили мы поговорим отдельно, а в этой статье будем рассматри­вать только стартерные свинцово-кислотные батареи, которые есть в 99,9% авто­мобилей с ДВС. Такой аккуму­лятор относи­тельно дёшев и прост по конструкции — как и основные химиче­ские реакции, в нём протекающие между свинцом, водой и серной кислотой. Однако химический баланс в нём не всегда стабилен. Например, в процессе зарядки в виде проме­жуточных продуктов выделяются кислород и водород, которые способны банально улетучи­ваться из батареи. А при слишком интенсивном заряде и взорваться! С другой стороны, чрезмерно глубокий разряд, слишком большая пиковая нагрузка или долгий простой могут вызвать разрушение анода или катода.

Инженеры многие годы стараются нивелировать все недостатки кислотных аккуму­ляторов. Оптими­зации подвергают практически всё – от распо­ложения и материала электродов до конструкции корпуса батареи, улавли­вающего испарения газов. В зависи­мости от того, каким образом был улучшен «классический рецепт» аккуму­лятора, сегодня все автомо­бильные АКБ можно разделить на несколько типов.

Обслуживаемые. Возможно, в детстве вы видели на старом авто­мобиле вашего папы или дедушки аккуму­ляторную батарею чёрного цвета с выстроив­шимися в ряд круглыми пробками. Она была устроена именно так, как мы описы­вали выше – пакеты пластин анода и катода, корпус, залитый сверху чёрным же герметиком, свинцовые пластины, соединя­ющие выводы соседних банок. Такой аккуму­лятор требовал регулярной проверки уровня электролита, долива дистиллиро­ванной воды, исчезающей из-за разло­жения на водород и кислород, и… мойки, поскольку вместе с газами наружу прорыва­лись и пары серной кислоты. Оседая на корпусе батареи, они прово­цировали повышенный само­разряд. А с пластин постепенно, под действием вибраций, осыпался осадок (шлам), который мог закоротить анод с катодом. И хотя со временем обычные аккуму­ляторы были модерни­зированы (например, пластины стали помещать в специ­альные конверты, а соединения банок спрятали внутрь), срок их службы в среднем ограничи­вается 3–5 годами.

Читайте также:  Зарядка блок питания адаптер для Lenovo IdeaPad 3 15ARE05

Малообслуживаемые. По мере эволюции автомо­биля ему требуется всё больше электро­энергии для много­численных систем и агрегатов — от электриче­ского бензо­насоса до подогрева лобового стекла. А значит, и заряжать аккумулятор надо интенсивнее. Но при этом и вода сильнее разлагается на газы.

Процессу образования Н2 и О2 способ­ствует сурьма — вещество, которое добавляют в мягкий свинец, чтобы пластины из него обладали требуемой прочностью. Инженеры смогли улучшить конструкцию пластин так, что их стало возможно делать с меньшим содер­жанием сурьмы. На их основе начали выпускать мало­обслужи­ваемые стартерные батареи, получившие обозна­чение Sb/Sb.

Они почти не теряют воду — пробок у них, как правило, нет, но предохрани­тельные клапаны на месте. Регулярной профилактики требуют даже лучшие «малосурьями­нистые» батареи, но она, скорее всего, сведётся к мойке и проверке уровня. Воду не придётся подливать большую часть жизни аккуму­лятора, а прослужить он может лет семь, а то и больше.

Сегодня большинство АКБ на рынке относится именно к этому типу. Они вполне удовлетворяют требова­ниям для автомо­билей, выпущенных в прошлые годы, подходят и для сегодняшних бюджетных моделей, не обременённых мощными потребите­лями электроэнергии.

Необслуживаемые. К батареям, вообще не требующим обслужи­вания, можно отнести АКБ с обозна­чением Ca/Ca — у них свинцовые решётки изготовлены с добав­лением кальция. Эта технология почти исключила «выгорание» воды, понизила в разы степень саморазряда, сделала некритичным перезаряд. Но «кальциевые» батареи больше других страдают от глубокого разряда и после нескольких циклов истощения могут утратить ёмкость безвозвратно. Из-за этого они подходят только для установки на современные автомо­били с защитой от глубокого разряда, не имеющих на борту устройств с постоянным повышенным энерго­потреб­лением (например, спутниковых противо­угонных комплексов).

Гибридные. Конструкция этих батарей — комбинация предыдущих двух. У гибридных АКБ пластины с кальцием стоят на отрицатель­ном полюсе, а с добав­лением сурьмы — на положительном. У этих батарей имеется своё обозна­чение — Ca/Sb или Calcium plus. Но часто они продаются без меток, поскольку пригодны для установки взамен стан­дартных АКБ. Они совмещают в себе достоин­ства других батарей: высокий стартерный ток, увели­ченный ресурс, неприхот­ливость.

AGM-батареи. Когда на автомобилях стали массово внедрять старт/стоп, стартер-генераторы и системы рекуперации энергии тормо­жения, сильно изменились и требо­вания к АКБ. Чтобы батарея выдер­живала частые запуски двигателя и мощные импульсы зарядки, инженеры придумали технологию Absorbent Glass Mat. В батареях с AGM свинцовые пластины (как правило, легиро­ванные кальцием и серебром) обёрнуты стеклянным микро­волокном, которое пропиты­вается электролитом. Это способ­ствует лучшему распреде­лению химических состав­ляющих и препят­ствует так называемому рас­слоению электролита. В итоге достигается отличное прохож­дение электронов и высокая устойчи­вость к переменным нагрузкам. В общем, AGM-батарея хороша всем, кроме высокой цены, и вполне подходит даже обычным автомобилям.

Гелиевые батареи. А вот этот тип аккумуляторов, тоже совсем не дешёвых, имеет специфическую область применения. Они отличаются от остальных густым электролитом-гелем. Батареи с обозначением GEL способны работать в условиях высоких вибраций и перегрузок, обслуживать мощных потребителей (читай: для примене­ния на спорткарах и на тюнинго­ванных автомобилях с много­кило­ваттными аудио­системами). Но они очень притяза­тельны к режиму зарядки и при этом не слишком долговечны — быстро «устают», теряя ёмкость.

EFB-батареи. Пожалуй, самая рациональная среди инноваци­онных стартерных батарей. Технология Enhanced Flooded похожа на AGM: в аккуму­ляторах EFB между пластинами тоже помещается сепаратор из стекло­волокна, а ещё – сетка из полиэстера, выпол­няющая те же функции, что и абсорбер в AGM (помогает удерживать химически активные вещества электро­лита в постоянном контакте с пластиной). Но в произ­водстве такая батарея примерно на треть дешевле, что приближает её по цене к улучшенным кальциевым или гибридным АКБ.

Читайте также:  Что означает емкость аккумулятора автомобиля

Источник

В Корее создали натрий-ионный аккумулятор с емкостью в 1,5 раза выше литий-ионного

Корейский институт науки и технологий (KIST) объявил, что команда доктора Санг-Ок Кима из Центра исследований в области накопления энергии разработала новый высокоэффективный и экономичный анодный материал для натрий-ионных батарей. По словам разработчиков, этот материал может хранить в 1,5 раза больше электроэнергии, чем графитовый анод, используемый в литий-ионных аккумуляторах.

Схема работы аккумулятора / KIST

Схема работы аккумулятора / KIST

При этом характеристики сохраняются после 200 циклов высокой скорости зарядки/разрядки 10 А/г.

Натрий-ионные батареи давно привлекли внимание исследователей благодаря тому, что их производство может обходиться на 40 % дешевле, чем выпуск литий-ионных батарей. Это объясняется тем, что натрий гораздо более распространен, чем литий. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия крупнее и, следовательно, не могут стабильно храниться в графите и кремнии, которые широко используются в качестве анодов в батареях. Для их эффективного применения требовался новый анодный материал большой емкости.

Исследовательская группа KIST использовала дисульфид молибдена (MoS2). MoS2 может накапливать большое количество электроэнергии, но не может использоваться из-за высокого электрического сопротивления и структурной нестабильности, которые возникают во время работы от батареи.

Схема процесса синтеза анодного материала на основе MoS2

Схема процесса синтеза анодного материала на основе MoS2

Однако команда доктора Санг-Ок Кима решила эту проблему, создав слой керамического нанопокрытия с использованием силиконового масла, которое является недорогим и экологически чистым. Этот слой позволяет создать стабильную гетероструктуру с низким сопротивлением. Кроме того, оценка электрохимических свойств анода показала, что этот материал может стабильно хранить как минимум вдвое больше электричества (

600 мАч/г) и может поддерживать такую емкость.

Санг-Ок Ким заявил, что метод его команды адаптирован для крупномасштабного производства анодных материалов, поможет снизить производственные затраты и, следовательно, ускорить коммерциализацию натрий-ионных батарей для производства аккумуляторов, в том числе и для электромобилей.

Ранее группа из технологического университета Чалмерса в Швеции во главе с профессором Лифом Аспом продемонстрировала батареи из углеродного волокна. Конструкция батареи представляет из себя анод из углеродного волокна и катод из алюминиевой фольги, покрытый фосфатом лития и железа, которые разделены стекловолоконным сепаратором в матричном материале структурного электролита батареи. Разработчики надеются, что в будущем такие аккумуляторы можно будет встраивать в транспорт, чтобы делать его дешевле, легче и экологичнее.

Согласно отраслевому исследованию BloombergNEF 2020 года, средняя цена литий-ионных аккумуляторов за одно десятилетие упала с $ 1191 до $ 137 за кВт*ч. Ожидается, что к 2023 году цены будут близки к $ 100. Однако автомобильная отрасль начала сталкиваться с проблемой дефицита этого металла.

Источник

Емкостный аккумулятор что это

Корейский институт науки и технологий (KIST) объявил, что команда доктора Санг-Ок Кима из Центра исследований в области накопления энергии разработала новый высокоэффективный и экономичный анодный материал для натрий-ионных батарей. По словам разработчиков, этот материал может хранить в 1,5 раза больше электроэнергии, чем графитовый анод, используемый в литий-ионных аккумуляторах.

Схема работы аккумулятора / KIST

Схема работы аккумулятора / KIST

При этом характеристики сохраняются после 200 циклов высокой скорости зарядки/разрядки 10 А/г.

Натрий-ионные батареи давно привлекли внимание исследователей благодаря тому, что их производство может обходиться на 40 % дешевле, чем выпуск литий-ионных батарей. Это объясняется тем, что натрий гораздо более распространен, чем литий. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия крупнее и, следовательно, не могут стабильно храниться в графите и кремнии, которые широко используются в качестве анодов в батареях. Для их эффективного применения требовался новый анодный материал большой емкости.

Исследовательская группа KIST использовала дисульфид молибдена (MoS2). MoS2 может накапливать большое количество электроэнергии, но не может использоваться из-за высокого электрического сопротивления и структурной нестабильности, которые возникают во время работы от батареи.

Схема процесса синтеза анодного материала на основе MoS2

Схема процесса синтеза анодного материала на основе MoS2

Однако команда доктора Санг-Ок Кима решила эту проблему, создав слой керамического нанопокрытия с использованием силиконового масла, которое является недорогим и экологически чистым. Этот слой позволяет создать стабильную гетероструктуру с низким сопротивлением. Кроме того, оценка электрохимических свойств анода показала, что этот материал может стабильно хранить как минимум вдвое больше электричества (

600 мАч/г) и может поддерживать такую емкость.

Читайте также:  Аккумулятор CameronSino для Kenwood KNB 14 KNB 15A KNB 15H KNB 20N 1800mah Li ion

Санг-Ок Ким заявил, что метод его команды адаптирован для крупномасштабного производства анодных материалов, поможет снизить производственные затраты и, следовательно, ускорить коммерциализацию натрий-ионных батарей для производства аккумуляторов, в том числе и для электромобилей.

Ранее группа из технологического университета Чалмерса в Швеции во главе с профессором Лифом Аспом продемонстрировала батареи из углеродного волокна. Конструкция батареи представляет из себя анод из углеродного волокна и катод из алюминиевой фольги, покрытый фосфатом лития и железа, которые разделены стекловолоконным сепаратором в матричном материале структурного электролита батареи. Разработчики надеются, что в будущем такие аккумуляторы можно будет встраивать в транспорт, чтобы делать его дешевле, легче и экологичнее.

Согласно отраслевому исследованию BloombergNEF 2020 года, средняя цена литий-ионных аккумуляторов за одно десятилетие упала с $ 1191 до $ 137 за кВт*ч. Ожидается, что к 2023 году цены будут близки к $ 100. Однако автомобильная отрасль начала сталкиваться с проблемой дефицита этого металла.

Источник

Что такое энергоемкость аккумулятора

Емкость – основная характеристика аккумулятора. От нее зависит объем энергии, которую способен накопить и отдать источник питания, и время автономной работы питающегося от него оборудования. В случае с электровелосипедами и другими видами персонального электротранспорта от емкости аккумуляторной батареи напрямую зависит расстояние пробега на 1 заряде.

В чем измеряется емкость АКБ?

В вопросе, что такое энергоемкость аккумулятора, рассматривается несколько характеристик – от удельных до абсолютных величин. В технических характеристиках емкость АКБ указывается в ампер-часах (А·ч) и/или ватт-часах (Вт·ч). Более точно возможности источника питания отражает значение в ватт-часах. Это абсолютная емкость. Ее значение показывает, какую мощность может выдавать данная АКБ на протяжении 1 часа, независимо от разрядных токов и напряжения.

Например, батарея энергоемкостью 450 Вт·ч может выдавать мощность 450 Вт на протяжении 1 часа. Удельная энергоемкость измеряется в Вт·ч/кг и показывает, какую мощность может предоставлять данная АКБ массой 1 кг на протяжении 1 часа. Чем больше удельная энергоемкость (другими словами – энергетическая плотность) элементов питания, тем меньше их масса при равной величине накапливаемой энергии.

Емкость в ампер-часах – это уже относительная величина, зависящая от номинального напряжения батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В на элемент, а литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – 3,2 В. Для набора необходимого напряжения – 36 В, 48 В и т.д. – элементы питания соединяются в батарею последовательно. Для суммирования емкости ячеек они соединяются параллельно.

Перевод емкости из А·ч в Вт·ч

Чтобы рассчитать абсолютную постоянную энергоемкость в Вт·ч, зная значение в А·ч, нужно умножить его на номинальное напряжение АКБ:

Вт·ч (Wh) = В (V) х А·ч (Ah).

Например, для батареи емкостью 13 А·ч и вольтажом 36 В абсолютная энергоемкость составит 13 А·ч х36 В = 468 Вт·ч.

Аналогично, зная абсолютную постоянную энергоемкость батареи в Вт·ч, можно рассчитать ее реальную емкость при определенном рабочем напряжении оборудования. Для этого достаточно разделить абсолютную емкость в ватт-часах на рабочее напряжение нагрузки в вольтах:

А·ч (Ah) = Вт·ч (Wh) : В (V).

Например: 468 Вт·ч :36 В =13 А·ч, а 468 Вт·ч :24 В =19,5 А·ч.

О напряжении

Чаще всего АКБ электровелосипедов имеют рабочее напряжение 24, 36 или 48 В. С его возрастанием обычно увеличивается и максимально развиваемая скорость е-байка. Конечно, на мощность и скорость электровелосипеда влияют и другие факторы, такие как мощность мотора и эффективность трансмиссии. Но все же мощные и скоростные е-байки обычно оснащаются АКБ с напряжением 48 В и выше.

Выводы: на что влияет энергоемкость АКБ электровелосипеда

От этой характеристики зависит дальность поездок на 1 заряде батареи. Ориентировочно при езде в наиболее экономичном режиме – по ровному асфальту, без резких разгонов и торможений, встречного ветра и других препятствий – на каждый километр пути тратится 8–10 Вт·ч энергии литиевой аккумуляторной батареи (без кручения педалей). При вращении педалей велосипедист уменьшает потребляемый мотором ток, поэтому и запас энергии батареи расходуется экономнее.

Наиболее точно и наглядно емкость характеризует ее абсолютная постоянная величина, измеряемая в ватт-часах. Зная ее, легко определить и ориентировочную дальность хода на 1 заряде, и относительную емкость в ампер-часах, которая зависит от номинального напряжения питаемого оборудования.

Источник

Adblock
detector