Разные виды аккумуляторов

 свинцово-кислотная батарея

Сейчас самыми распространёнными аккумуляторами стали аккумуляторы литий-ионные. Часто для простоты замены в аппаратуре, работающей на 1,5 вольтовых батареях, аккумуляторы делали похожими по размерам на батареи, а в сам аккумулятор встраивалась микросхема, контролирующая заряд и разряд аккумулятора, и так же понижающая его напряжение до 1.5 вольта, чтобы не спалить аппаратуру при замене. Аккумулятор без схем контроля достигал при полном заряде ЭДС - 4,35 В. Ёмкость современных аккумуляторов от 2000 до 3000 мАч. Минимальное напряжение, меньше которого заряд должен быть прекращён – 2,5 вольта.

Классическое устройство этих аккумуляторов – две металлические пластины, медная и алюминиевая. Алюминиевая пластина соприкасается с солью кобальта, пропитанного литием, и имеет положительный заряд. Медная пластина окружена графитом и имеет отрицательный заряд. Соль кобальта с литием отделены от графита пластиковой перфорированной пластиной, не дающей литию пропитать графит, но свободно пропускающей ионы лития.

При разряде графит восстанавливается до чистого шестивалентного графита, а положительно заряженный литий, принимая назад свои ионы, становится нейтральным, и наоборот. Эти устройства разряжать полностью нельзя и перезаряжать тоже, их кристаллические решётки из окиси кадмия и графита плавятся, как говорится – «выгорают», и аккумулятор выходит из строя.

Ещё один вид аккумуляторов, в наше время ограниченно распространённых – это аккумуляторы щелочные, имеющие никель-железные пластины и пластины никель-кадмиевые. В далёком советском прошлом их можно было встретить не только в железнодорожных фонарях, речной и железнодорожной технике, но и в магазинах. Устройство этих аккумуляторов было довольно простым. Аккумулятор никель-кадмиевый состоял из положительной пластины, на которую был нанесён гидрат окиси никеля. Эта окись была перемешена с графитом для увеличения электропроводности и с окисью бария, для увеличения срока службы.

Отрицательная пластина никиль-кадмиевого аккумулятора так же состояла из чистого никеля с пустыми сотами, в которые впрессовывывались порошки чистых железа и кадмия. В никель-железных аккумуляторах отрицательная пластина имела состав чистого порошкового железа и окиси железа, в эту же пластину добавляли сернокислый никель и сернокислое железо. Электролитом в таких аккумуляторах являлась 20 процентная смесь воды с натрием, литием или калием. ЭДС полностью заряженной банки имело 1,35 вольта, а сам аккумулятор имел довольно значительное сопротивление между пластинами, поэтому банки аккумуляторов собирали в батареи, имеющие напряжение иногда сотни вольт, для повышения КПД и снижения внутреннего тока, который мог сильно нагреть аккумулятор и вывести его из строя.

Заряженные пластины отделялись друг от друга сепараторами из пластиковых сеток, не боящихся едкой щёлочи. Корпуса для этих аккумуляторов делались из никелированного железа с выводом изолированных от корпуса клемм обоих зарядов и с пробкой для стравливания газов, которые выделяются на обеих пластинах при заряде и разряде аккумулятора.

Ещё один вид аккумуляторов – свинцовые, с электролитом из раствора дистиллированной воды и соляной, или серной кислоты. Чисто техническое строение свинцово-кислотной батареи не отличалось от строения батареи щелочной. Однако кислотный аккумулятор имел другие химические свойства электролита и пластин. Пластины кислотнй батареи состояли из каркаса, сделанного из чистого свинца, имеющего емкости в виде пустых сот или квадратов. В пластину, которая должна стать положительным электродом, впрессовывались в пустые соты порошок диоксида свинца. В отрицательно заряженные пластины впрессовывали порошок чистого металлического свинца. От замыкания пластины уберегали перегородки, состоящие из пластмассовой сетки, выдерживающей разъедающие свойства кислоты. Напряжение полного заряда банки аккумулятора имело 2 вольта, так же одна аккумуляторная банка имела пробку с клапаном, для выхода газов, образующихся на пластинах работающего аккумулятора.


Применение аккумуляторов в современной жизни 2017 года


Самое широкое применение сейчас получили аккумуляторы, основанные на ионах лития. Очень часто они имеют размеры обычных батареек и батареек других размеров, чтобы безболезненно в разной аппаратуре произвести замену батареек на аккумуляторы. Применяются эти аккумуляторы в пультах от телевизоров, в цифровых видеокамерах со вспышкой, в фонарях, требующих долгого срока работы, в рациях и разного рода детских электронных игрушках. Они имеют большую ёмкость, малые размеры и достаточно долгую жизнь, около 3 лет, если заряжать и разряжать каждый день.

Щелочные аккумуляторы сейчас почти не выпускают. Их применяли в железнодорожных фонарях для обходчиков путей. В тепловозах и электровозах они, как правило, были соединены в батареи из сотен банок. Напряжение на этой технике во внутренней сети, можгло достигать сотен вольт, что снижало электрический ток аккумулятора и продлевало его жизнь.

Применялись они на речных и морских судах, в освещении бакенов, показывающих фарватер или мель. Они, в отличие от аккумуляторов литий-ионных, которые саморазряжаются при любой минусовой температуре, не разряжались от холода, имели очень большую ёмкость – сотни ампер-часов на килограмм активного вещества. Они не теряли своей ёмкости при сильном разряде, при выкипании электролита и выдерживали сильные удары.

Так же они выдерживали множество циклов заряд-разряд, не теряя своей ёмкости. Единственным их недостатком было высокое внутреннее сопротивление, большее, чем на кислотных аккумуляторах, поэтому на мотоцикл со стартером или на автомобиль его поставить было нельзя, 12 вольт маловато, чтобы создать нужный ток в стартере, а он берет, правда кратковременно, добрую сотню ампер при включении, такой ток могут создать лишь свинцовые аккумуляторы. У них очень низкое внутреннее сопротивление и кратковременный повышенный ток их не разрушает. Поэтому они широко используются в автомобилях, мотоциклах, мопедах и в другой техники, имеющей запуск от стартера.


Обслуживание аккумуляторных батарей разного вида


Аккумуляторы, имеющие литей-ионную конструкцию, почти не требуют обслуживания, единственное условие не разряжать их до 0 и не перезаряжать. От этого они выходят из строя. Так же хранить такие аккумуляторы нужно наполовину разряженными в холодном месте, полный заряд при хранении так же портит их. Большего обслуживания они не требуют, их корпус герметичен, и что-то долить или вылить из них нельзя. Хранить их нужно в сухом помещении, чтобы на корпусе не образовывался конденсат, через него пойдёт ток и аккумулятор может разрядиться полностью. Заряжать эти аккумуляторы нужно током 0,1 А от максимальной ёмкости аккумулятора и останавливать заряд, когда на пластинах аккумулятора ЭДС достигнет 4,35 В, если нет ограничителя.

Щелочные аккумуляторы требуют уже большего внимания. Приготовление электролита для щелочного аккумулятора – это целая наука. Щелочной электролит готовится только в железной или никелированной посуде. Хранить разведённую щёлочь следует только в железной или в никелированной посуде с плотно закрывающимися пробками. Никакой эмалированной или стеклянной посуды. Едкая щёлочь имеет свойство разъедать кремний, содержащийся в этой посуде. А кремний при работе аккумулятора в чистом виде откладывается на пластинах и увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора до выхода его из строя. Также не следует оставлять банки аккумулятора открытыми надолго, едкая щёлочь очень хорошо впитывает углекислый газ, что так же приводит аккумулятор к выходу из строя. При приготовлении электролита в дистиллированную воду опускают кусочки металлической щёлочи и ждут, пока она растворится, при этом возрастает температура электролита. Обычно применяют калий-литиевую смесь щёлочи. Разводят щёлочь до плотности 1,4 грамм на кубик, остужают её и только тогда заливают её в аккумулятор.

Эти аккумуляторы не боятся полного разряда, долгого нахождения без электролита, коротких замыканий. Ток заряда щелочного аккумулятора 0,2 А помноженных на ёмкость аккумулятора. Таким же током рекомендуется разряжать его. ЭДС одной банки – 1,4 вольта, а напряжение под нагрузкой - 1,2 В. При разряде, когда напряжение достигнет 1 вольта, разряд следует прекратить.

Пластины щелочного аккумулятора не выдерживают температуру выше 45 градусов тепла и разрушаются, поэтому не следует подвергать их слишком большим токам разряда и заряда. Электролит в них почти не тратится, поэтому доливать банки аккумулятора надо довольно редко, в отличие от кислотного.

Обслуживание кислотного 12 вольтового аккумулятора в наше время довольно простое, в сухо заряженный аккумулятор заливают электролит, который уже в готовой плотности можно купить в техническом магазине и дать аккумулятору постоять несколько часов, чтобы пластины пропитались им. Потом разрядить до допустимого напряжения в 8 вольт и снова полностью зарядить. При этом увеличивается аккумуляторная ёмкость.

Ток заряда имеет силу 0,1 А от аккумуляторной ёмкости. Аккумулятор нужно каждый месяц подзаряжать, за это время он теряет 20% заряда. К тому же при каждодневном использовании, электролит может за сезон выкипеть наполовину. Поэтому каждый месяц требуется доливка дистиллированной водой и промывка крышки от грязи, так как грязь увеличивает саморазряд. В основном это стандартные аккумуляторы: на мотоцикл – 12 вольт и 4 ампер-часа, на автомобиль также 12 вольт и 60 ампер-часов. И ничего сложного, если соблюдать все правила эксплуатации.