Свинцовые аккумуляторы (Pb). Реагентами в свинцовых
аккумуляторах служат диоксид свинца (PbO2) и свинец (Pb),
электролитом - раствор серной кислоты. Они также называются свинцово-кислотными
аккумуляторами. Их разделяют на четыре основные группы; стартерные,
стационарные, тяговые и портативные (герметизированные). Наиболее
распространенные из свинцовых аккумуляторов - стартерные аккумуляторы,
предназначены для запуска двигателей внутреннего сгорания и энергообеспечения
устройств машин. В последние годы в основном используются аккумуляторы, не
требующие ухода. К недостаткам относят невысокие удельную энергию и наработку,
плохую сохранность заряда, выделение водорода.
Стационарные аккумуляторы используются в энергетике, на телефонных станциях,
в телекоммуникационных системах, в качестве аварийного источника тока и т.д.
Обычно они работают в режиме непрерывного подзаряда. Относятся к недорогим
аккумуляторам.
Тяговые аккумуляторы предназначены для электроснабжения электрокаров,
подъемников, шахтных электровозов, электромобилей и других машин. Действуют в
режимах глубокого разряда, имеют большой ресурс и низкую стоимость.
Портативные (герметизированные) свинцовые аккумуляторы используются для
питания приборов, инструмента, аварийного освещения. К их достоинствам
относятся более низкая стоимость по сравнению со стоимостью других портативных
аккумулторов, широкий интервал рабочих температур. Недостатками кислотных
аккумуляторов являются невозможность хранения в разряженном состоянии,
трудность изготовления аккумуляторов малых размеров. Свинцово-Кислотные
Аккумуляторы
Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd). Реагентами в никель-кадмиевых
аккумуляторах служат гидроксид никеля и кадмий, электролитом - раствор КОН,
поэтому они именуются щелочными аккумуляторами. Существуют три основных вида
никель-кадмиевых аккумуляторов: негерметичные с ламельными (ламельные
аккумуляторы) и спеченными электродами (безламельные аккумуляторы) и
герметичные. Наиболее дешевые ламельные никель-кадмиевые аккумуляторы
характеризуются плоской разрядной кривой, высокими ресурсом и прочностью, но не
низкой удельной энергией. Удельная энергия, скорость разряда Ni-Cd
аккумуляторов со спеченными электродами выше, они работоспособны при низких
температурах, но дороже, характеризуются эффектом памяти и способностью к
тепловому разгону.
Применяются никель-кадмиевые аккумуляторы для питания шахтных электровозов,
подъемников, стационарного оборудования, средств связи и электронных приборов,
для запуска дизелей и авиационных двигателей и т.п.
Герметичные Ni-Cd аккумуляторы характеризуются горизонтальной разрядной
кривой, высокими скоростями разряда и способностью действовать при низких
температурах, но они дороже герметизированных свинцовых аккумуляторов и
характеризуются эффектом памяти. Применялись для питания портативной аппаратуры
(сотовых телефонов, магнитофонов, компьютеров и т.д.), бытовых приборов,
игрушек и т.д. Недостатком никель-кадмиевых аккумуляторов является применение токсичного
кадмия. Ni-Cd
Аккумуляторы
Никель-железные аккумуляторы. Вместо кадмия в этих аккумуляторах
используется железо. Из-за выделения водорода с самого начала заряда
аккумуляторы производят только в негерметичном варианте. Они дешевле
никель-кадмиевых аккумуляторов, не содержат токсичный кадмий, имеют длинный
срок службы и высокую механическую прочность. Однако они характеризуются
высоким саморазрядом, низкой отдачей по энергии, практически неработоспособны
при температуре ниже -10 °С. Выпускаются в призматическом виде и используются в
основном как тяговые источники тока в шахтных электровозах, электрокарах и
промышленных подъемниках.
Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH). Активным материалом
отрицательного электрода является интерметаллид, обратимо сорбирующий водород,
т.е. фактически отрицательный электрод является водородным электродом, у
которого восстановленная форма водорода находится в абсорбированном состоянии.
Разрядная кривая Ni-MH аккумулятора аналогична кривой Ni-Cd аккумулятора.
Удельная емкость и энергия никель-металлогидридных аккумуляторов в 1,5-2 раза
выше удельной энергии никель-кадмиевых аккумуляторов, кроме того, они не
содержат токсичный кадмий. Изготавливаются в герметичном исполнении
цилиндрической, призматической и дисковой форм. Применяются для питания
портативных приборов и аппаратуры. Ni-MH Аккумуляторы
Никель-цинковые аккумуляторы. Это щелочные аккумуляторы, у которых
отрицательный электрод - цинковый. Удельная энергия никель-цинковых
аккумуляторов примерно в 2 раза выше удельной энергии Ni-Cd аккумуляторов. Они
характеризуются горизонтальной разрядной кривой, высокой удельной мощностью и
относительно невысокой начальной ценой, однако ресурс их мал, поэтому массового
применения не имеют. Применяются для питания портативной аппаратуры
Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые аккумуляторы. Активными
материалами служат оксид серебра на положительном и цинк или кадмий - на
отрицательном электродах соответственно, электролитом является раствор щелочи.
Характеризуются высокими удельными энергиями и мощностью, низким саморазрядом,
но весьма дороги. Серебряно-цинковые аккумуляторы имеют незначительный ресурс.
Выпускаются в призматической и дисковой формах, применяются для питания
портативных приборов и аппаратов, в военной технике.
Никель-водородные аккумуляторы. Отрицательным электродом служит
пористый газодиффузионный электрод с платиновым катализатором, на котором
обратимо реагирует газообразный водород. Характеризуются высокой удельной
энергией и очень высоким ресурсом, но значительным саморазрядом и очень дороги.
Применялись в космической технике.
Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion). В качестве отрицательного
электрода применяется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы
лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид
кобальта, в который также обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является
раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют
высокую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких
температурах. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние
годы резко увеличилось. Выпускаются в цилиндрической и призматической формах.
Они применяются в сотовых телефонах, ноутбуках и других портативных
устройствах. Li-ion
Аккумуляторы
Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol). Анодом служит углеродистый
материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активными материалами
положительных электродов являются оксиды ванадия, кобальта или марганца.
Электролитом является или раствор соли лития в неводных апротонных
растворителях, заключенный в микропористую полимерную матрицу, или полимер
(полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, поливинилхлорид либо другие),
пластифицированный раствором соли лития в апротонном растворителе
(гель-полимерный электролит). По сравнению с литий-ионными аккумуляторами
литий-полимерные аккумуляторы имеют более высокие удельную энергию и ресурс и
лучшую безопасность. Применяются для питания портативных электронных устройств.
Li-pol Аккумуляторы
Перезаряжаемые марганцево-цинковые источники тока. Первичные
цилиндрические марганцево-цинковые источники тока с щелочным электролитом
определенного состава, изготовленные по специальной технологии, могут
электрически перезаряжаться. Они характеризуются высокой удельной энергией, малым
саморазрядом и невысокой стоимостью, выпускаются в герметичном исполнении,
однако имеют очень малый ресурс (до 25-50 циклов), небольшую скорость разряда и
наклонную разрядную кривую. Возможность перезаряда такого марганцево-цинкового
источники тока отдельно оговаривается производителем.
Характеристики аккумуляторов
Среднее разрядное напряжение аккумуляторов находится в
широком диапазоне от 1,25В у никель-кадмиевых аккумуляторов до 3,5В у литиевых
аккумуляторов. С повышением скорости разряда емкость аккумуляторов уменьшается
(см. рисунок), причем в минимальной степени у Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов.
Емкость также снижается при понижении температуры. Наибольшое снижение емкости
при низких температурах наблюдается у никель-железных аккумуляторов и минимальное
снижение - у никель-кадмиевых со спеченными электродами и у свинцовых
аккумуляторов. Высокую удельную мощность можно получить от никель-кадмиевых
аккумуляторов, свинцовых (стартерных и герметизированных), никель-цинковых и
серебряно-цинковых аккумуляторов. Невысокую удельную мощность имеют
никель-железные аккумуляторы. Удельная массовая энергия минимальна у свинцовых
аккумуляторов и максимальна у литиевых аккумуляторов. Наибольшую наработку
имеют никель-водородные аккумуляторы, низким ресурсом характеризуются
серебряно-цинковые и никель-цинковые аккумуляторы. Следует отметить, что по
мере циклирования уменьшаются емкость, напряжение и соответственно удельная
энергия аккумуляторов, причем скорости понижения удельной энергии у разных
аккумуляторов существенно различаются. В наименьшей степени снижаются емкость и
энергия при циклировании Ni-Cd аккумуляторов. Наработка зависит от многих
причин и прежде всего от глубины разряда. Наиболее высокая скорость саморазряда
отмечается у никель-водородных и никель-железных аккумуляторов, наименьшая - у
серебряно-кадмиевых и серебряно-цинковых аккумуляторов. К наиболее дешевым
принадлежат свинцовые аккумуляторы, к наиболее дорогим - никель-водородные,
серебряно-кадмиевые и серебряно-цинковые аккумуляторы.
Влияние тока разряда на емкость отдаваемую аккумулятором:
1-никель-кадмиевые аккумуляторы со спеченным электродом и
никель-металлгидридные аккумуляторы, 2-серебрянно-цинковые аккумуляторы, 3-
никель-кадмиевые аккумуляторы с ламельным электродом, 4-никель-цинковые
аккумуляторы, 5-литий-инные аккумуляторы, 6-свинцовые аккумуляторы,
7-никель-железные аккумуляторы.
|