Аккумуляторная батарея что это: Аккумуляторная батарея — это… Что такое Аккумуляторная батарея?

Содержание

Аккумуляторная батарея — это… Что такое Аккумуляторная батарея?

Аккумуляторная батарея
        электрическая, группа однотипных Аккумуляторов, соединённых электрически и конструктивно для получения напряжения, силы тока, электрического заряда (распространён термин «ёмкость») или мощности, которых один элемент дать не может. При параллельном соединении аккумуляторов напряжение А. б. равно напряжению каждого из элементов, а общий электрический заряд — сумме электрических зарядов отдельных аккумуляторов. При последовательном соединении суммируется эдс. Смешанное соединение осуществляют для повышения напряжения и электрического заряда А. б. по сравнению с напряжением и электрическим зарядом отдельного аккумулятора. Служит источником постоянного тока.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.

1969—1978.

  • Аккумулятор давления
  • Аккумуляция

Смотреть что такое «Аккумуляторная батарея» в других словарях:

  • Аккумуляторная батарея — Аккумуляторная батарея  батарея аккумуляторов, соединенных между собой в одном изделии. Аккумуляторная батарея служит источником постоянного тока. В обиходе часто встречается сокращение «АКБ» или просто «Аккумулятор». Аккумуляторная батарея …   Википедия

  • аккумуляторная батарея — батарея Электрически соединенные между собой аккумуляторы, оснащенные выводами и заключенные, как правило, в одном корпусе. [ГОСТ 15596 82] аккумуляторная батарея батарея Два или более аккумуляторов, соединенных между собой и используемых в… …   Справочник технического переводчика

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединенных электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения …   Большой Энциклопедический словарь

  • АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ — (Storage battery) ряд аккумуляторов, соединенных между собой последовательно или параллельно. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • аккумуляторная батарея — – ряд соединенных вместе аккумуляторов в едином корпусе. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • Аккумуляторная батарея — (secondary battery) два или более аккумуляторов (элементов), соединенных между собой и используемых в качестве источника электрической энергии… Источник: ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВО КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В… …   Официальная терминология

  • аккумуляторная батарея — 1.3.8. аккумуляторная батарея : Сборка из аккумуляторов, предназначенная для использования в качестве источника электрической энергии, характеризующаяся свойственными ей напряжением, размерами, расположением выводов, емкостью и другими данными.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis chemija apibrėžtis Nuosekliai arba lygiagrečiai sujungtų akumuliatorių grupė. atitikmenys: angl. accumulator battery; secondary battery; storage battery rus. аккумуляторная батарея; вторичная батарея …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • аккумуляторная батарея — группа однотипных электрических аккумуляторов, соединённых электрически и конструктивно для получения необходимых значений тока и напряжения. * * * АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, группа однотипных электрических аккумуляторов,… …   Энциклопедический словарь

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. accumulator battery; storage battery vok. Akkumulatorbatterie, f; Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d accumulateurs, f …   Automatikos terminų žodynas

  • аккумуляторная батарея — akumuliatorių baterija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. accumulator battery vok. Akkumulatorenbatterie, f rus. аккумуляторная батарея, f pranc. batterie d’accumulateurs, f …   Fizikos terminų žodynas

Книги

  • Chevrolet Lanos/ZAZ Chance:Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту, Андреев А., Горфин И. С., Захаров Н. В., Шпалярчук А. С., Чащин Д. В.. Вашему вниманию предлагается руководство по ремонту и эксплуатации автомобиля ZAZ Chance с кузовами седан и хэтчбек, с двигателями 1, 3 и 1, 5 л. В первом разделе руководства приведены общие… Подробнее  Купить за 1491 руб
  • Mazda CX-7. Выпуск с 2006 г., рестайлинг в 2009 г. Пошаговый ремонт в фотографиях, Сидоров К.В.. Руководство по ремонту и эксплуатации автомобиля Mazda CX-7 выпуск с 2006, рестайлинг в 2009 г. с бензиновыми двигателями объемом 2. 3 л. (238 л. с.) и 2. 5 л. (163 л. с.) В первом разделе… Подробнее  Купить за 1239 руб
  • Renault Logan. Выпуск с 2005 г., рестайлинг в 2009 г. Пошаговый ремонт в фотографиях, Погребной С.Н.. Руководство по ремонту и эксплуатации автомобиля Renault Logan выпуска с 2005 г. и рестайлинговых автомобилей выпуска с 2009 г. с бензиновыми двигателями объемом 1. 4 л. (R4/8V), 1. 6 л.… Подробнее  Купить за 1149 руб
Другие книги по запросу «Аккумуляторная батарея» >>

Аккумуляторная батарея. Какие аккумуляторы бывают. Что такое емкость аккумулятора.

АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ. КАКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ БЫВАЮТ. ЧТО ТАКОЕ ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА И ДРУГИЕ ЕГО ПАРАМЕТРЫ.

 

Что такое аккумуляторные батареи? Аккумуляторная батарея это несколько аккумуляторов, объединённых в одну электрическую цепь.

История создания аккумулятора и принципа его работы уходит в далекий1803 год, тогда немецкий физик, химик и философ Иоганн Вильгельм Риттер создал прообраз современного аккумулятора, построенный на принципе обратимости химической реакции.

 Электрический аккумулятор — это источник тока  (источник электро-движущей силы, ЭДС)  многоразового действия. Основное действие в работе аккумулятора это обратимость внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (цикл заряд-разряд). Во время заряда происходит  химическая реакция  для накопления энергии, а при разряде обеспечивается отдача накопленного заряда для автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования, а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве, транспорте и в других сферах.

Основными характеристиками, которые используются для оценки аккумуляторов (аккумуляторных батарей) и их качества, являются: напряжение ячейки, напряжение аккумуляторной батареи, электрическая емкость, внутреннее сопротивление, ток саморазряда, для стартерных аккумуляторов – пусковой ток, химический состав и конечно же, заявленный производителем срок службы.  

Физический смысл емкости аккумулятора

Емкостью аккумулятора принято считать количество электричества равное 1 Кл (Кулон), при силе тока в 1 А в течение 1 с. Другими словами, если принять время рассчитываемое в часах, то один ампер-час равен 3600 Кл. Однако это так принимают, а не измеряют. В быту существует распространенное явление-заблуждение, что ёмкость аккумулятора измеряется в А*ч, это не совсем так, т. к. в 1 А*с=1 Кл или 1 А*ч=3600 Кл измеряется количество электричества или электрический заряд; Согласно формуле электрический заряд вычисляется как Q= I*t, где Q -количество электричества или электрический заряд, I — сила тока, t — время протекания электрического тока. 

Например, обозначение «12 В на 55 А*ч» означает, что аккумулятор выдаёт количество электричества 198 кКл (кило Кулон) по какому-либо контуру, при токе разряда 55 А за 1 ч (3600 с) до порогового напряжения 10,8 В. Расчёт показывает, что при токе разряда в 255 А аккумулятор разрядится за 12,9 минут. Как видно 55 А*ч — это не ёмкость (а электрическая ёмкость измеряется в Фарадах, 1 Ф= 1 Кл/В). Поэтому на аккумуляторе написано количество электричества Q, которое он выдаёт при определённом токе разряда и определённом времени его прохождения

К сожалению, все аккумуляторы имеют ограниченный ресурс работы из-за изменения химических свойств аккумулятора. На емкость и другие параметры аккумулятора влияют также условия эксплуатации, температура окружающей среды, параметры зарядного устройства и др.

 

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Является еще одним очень важным параметром аккумулятора. Измеряется внутреннее сопротивление в миллиомах (мОм) и зависит от емкости элемента, числа элементов, электрохимической системы, а также возраста и условий эксплуатации аккумулятора. Измерить его можно специальным прибором-анализаторах аккумуляторов, например, производимых фирмой Cadex. В процессе эксплуатации аккумулятора значение его внутреннего сопротивления увеличивается. Например, сопротивление, равное 500 мОм, говорит либо о почтенном возрасте аккумулятора, либо о его неправильной эксплуатации. Повышение внутреннего сопротивления приводит к сокращению времени работы приборов. Если аккумулятор обладает большим внутренним сопротивлением, то при резком увеличении потребляемого прибором тока напряжение на нем существенно падает (по закону Ома). При этом, если напряжение падает ниже определенного значения, прибор считает, что аккумулятор полностью разряжен, и отключается. Таким образом, аккумулятор с высоким внутренним сопротивлением не выдает в нагрузку всю запасенную им энергию, вследствие чего и сокращается время автономной работы приборов. 

Саморазряд аккумулятора 

Саморазряд — это потеря аккумулятором накопленного заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Саморазряд проявляется по-разному у разных типов аккумуляторов, но всегда максимален в первые часы после заряда, а с течением времени  — замедляется, но не останавливается. Поэтому как правило, оценивается саморазряд за одни сутки и за один месяц после заряда.

Например для аккумуляторов построенных по технологии  Ni-Cd  считается допустимым не более 10 % саморазряда за первые 24 часа после проведения зарядки, а для аккумуляторов Ni-MH саморазряд будет немного меньше. У аккумуляторов  Li-ion он пренебрежимо мал и значительно сильно заметен только в течение нескольких месяцев.

В свинцово-кислотных герметичных аккумуляторах саморазряд составляет около 40 % за 1 год хранения при температуре 20°С, 15 % — при температуре 5°С. В условиях повышенных температур хранения саморазряд может значительно вырасти: вот например батареи при температуре 40°С теряют ёмкость в 40 % всего за 4-5 месяцев.

 

Срок службы аккумулятора

Срок службы аккумулятора характеризуется количеством циклов заряда/разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Также срок службы определяется временем, прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-Ion аккумуляторов. Считается, что аккумулятор исчерпал свой ресурс после уменьшения его емкости до 60% — 80% от номинального значения. Срок службы аккумулятора зависит от различных факторов: от его электрохимической системы, от методов заряда и глубины разряда, от условий эксплуатации и процедуры обслуживания.  

Что такое эффект памяти в аккумуляторах? В каких аккумуляторах проявляется эффект памяти?

Многие слышали о таком параметре аккумулятора как Эффект памяти. Не стоит этот параметр относить ко всем типам аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Суть Эффекта памяти — это обратимая потеря емкости аккумулятора, связанная с неблагоприятными условиями эксплуатации. Он развивается вследствие заряда не полностью разряженных аккумуляторов и свойственен только аккумуляторам,построенным с использованием никеля. Сильнее всего эффект памяти проявляется именно в никель-кадмиевых аккумуляторах. Дело в том, что в аккумуляторах на основе никеля рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, обеспечивая максимальную площадь соприкосновения с электролитом. С каждым циклом заряда/разряда рабочее вещество постепенно изменяет свою структуру, уменьшая при этом площадь активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается емкость. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров, в 150 раз превосходящих первоначальные. В некоторых случаях острые грани кристаллов прокалывают сепаратор, вызывая высокий саморазряд или короткое замыкание. 
Как бороться с эффектом памяти в никель-кадмиевых аккумуляторах.
Для предотвращения эффекта памяти необходимо проводить «тренировку» аккумулятора. Тренировка — это периодические (3-4 раза) циклы заряда и последующего разряда аккумулятора до напряжения 1V на элемент. Проще всего тренировать аккумулятор в настольных зарядных устройствах, имеющих функцию разряда. Проводить тренировку Ni-Cd аккумуляторов необходимо один раз в месяц. Чаще тренировать аккумулятор не рекомендуется: полезный эффект незначителен, зато износ аккумулятора существенно возрастает. Однако тренировочные циклы помогают не всегда. Если аккумулятор запущен, то помочь ему может только метод восстановления, основанный на глубоком разряде (до 0.4V на элемент) по специальному алгоритму.  

Тип аккумулятора, какие типы аккумуляторов бывают.

Тип аккумулятора определяется используемыми материалами при его изготовлении. На данное время известны такие типы аккумуляторов:

Cn-Po — Графен-полимерный аккумулятор.

La-Ft — лантан-фторидный аккумулятор

Li-Ion — литий-ионный аккумулятор (3,2-4,2 V), общее обозначение для всех литиевых аккумуляторов

Li-Co — литий-кобальтовый аккумулятор, (3,6 V), на базе LiCoO2, технология в процессе освоения

Li-Po — литий-полимерный аккумулятор (3,7 V), полимер в качестве электролита

Li-Ft — литий-фторный аккумулятор

Li-Mn — литий-марганцевый аккумулятор (3,6 V) на базе LiMn2O4

LiFeS — литий-железно-сульфидный аккумулятор (1,35 V)

LiFeP или LFP — Литий-железно-фосфатный аккумулятор (3,3 V) на базе LiFePO4

LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатный (Добавка иттрия для улучшения свойств)

Li-Ti — литий-титанатный аккумулятор (3,2 V) на базе Li4Ti5О12

Li-Cl — литий-хлорный аккумулятор (3,99 V)

Li-S — литий-серный аккумулятор (2,2 V)

LMPo — литий-металл-полимерный аккумулятор

Fe-air — железо-воздушный аккумулятор

Na/NiCl — никель-солевой аккумулятор (2,58 V)

Na-S — натрий-серный аккумулятор, (2 V), высокотемпературный аккумулятор

Ni-Cd — никель-кадмиевый аккумулятор (1,2 V)

Ni-Fe — железо-никелевый аккумулятор (1,2-1,9 V)

Ni-h3 — никель-водородный аккумулятор (1,5 V)

Ni-MH — никель-металл-гидридный аккумулятор (1,2 V)

Ni-Zn — никель-цинковый аккумулятор (1,65 V)

Pb — свинцово-кислотный аккумулятор , аккумулятор 

Pb-H — свинцово-водородный аккумулятор

Ag-Zn — серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 V)

Ag-Cd — серебряно-кадмиевый аккумулятор (1,6 V)

Zn-Br — цинк-бромный аккумулятор (1,8 V)

Zn-air — цинк-воздушный аккумулятор

Zn-Cl — цинк-хлорный аккумулятор

RAM (Rechargeable Alkaline Manganese) — перезаряжаемая разновидность марганцево-цинкового щелочного гальванического элемента (1,5 V)

Ванадиевый аккумулятор (1,41 V)

Алюминиево-графитный аккумулятор (2 V)

Алюминиево-ионный аккумулятор (2 V)

 

Самые распространенные типы аккумуляторов и сферы их применения

Свинцово-кислотные – применяются в троллейбусах, трамваях, воздушных судах, автомобилях, мотоциклах, электропогрузчиках, штабелерах, электротягачах, в системах аварийного электроснабжения, источниках бесперебойного питания (аккумулятор для ИБП)

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) – применяются в строительных электроинструментах, троллейбусах, воздушных судах

Никель-металл-гидридные (Ni-MH) – в электромобилях

Литий-ионные (Li ion) — применяются в мобильных устройствах, строительных электроинструментах, в электромобилях

Литий-полимерные (Li pol) — в мобильных устройствах, электромобилях

 

С потребительской точки зрения, для долговременной работы аккумулятора и аккумуляторной батареи необходимыми условиями являются: правильность выбора аккумулятора под специфику его применения, правильно подобранное зарядное устройство (под тип аккумулятора, ток зарядного устройства, как правило, выбирают 1/10 часть емкости аккумулятора), а также внешние условия его эксплуатации (в основном это температура окружающей среды).

Типы аккумуляторных батарей для систем автономного электроснабжения

В этой заметке содержатся общие советы по выбору аккумуляторов для систем с возобновляемыми источниками энергии. В заметке затронуты 3 основные технологии: литий-ионные, никель-металл-гидридные и свинцово-кислотные (AGM, или Gel).

Мы постараемся избегать формул и научных обоснований, просто приведем причины, по которым нужно выбирать тот или иной тип аккумуляторов в зависимости от конкретного применения системы электроснабжения.

Основные типы аккумуляторов

Существует 3 лидирующих технологии аккумуляторных батарей: свинцово-кислотные, щелочные и литий-ионные. Каждая из этих технологий имеет свои уникальные достоинства и недостатки, которые определяют их применение в различных случаях. Смотрите по ссылкам для более подробной информации о каждом из типов аккумуляторов:

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные

, как с жидким электролитом, так и герметизированные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены).

Специальные батареи с намазными пластинами для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются, но реже. Такие батареи выпускаются в основном в Европе и в США. Они сравнительно дорогие. В последнее время на российском рынке появились такие аккумуляторы китайского производства. При практически таких же характеристиках, китайские аккумуляторы значительно (в полтора-два раза) дешевле.

Тяговые аккумуляторы, как с жидким электролитом, так и герметизированные, предназначены для цикличных режимов работы. Аналогичными параметрами обладают и модификации deep cycle (глубокого разряда). Они более подходят для автономных систем энергоснабжения. Они дороже обычных герметизированных

АБ, но и срок службы у них больше.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы имеют аналогичный принцип действия, как и обычные автомобильные стартерные аккумуляторы. Это наиболее зрелая технология, и по некоторым уникальным параметрам ей до сих пор не найдена замена. Эти аккумуляторы нельзя выбрасывать просто на свалку, так как они содержат высокотоксичные свинец и серную кислоту. Однако они очень легко утилизируются и свинец может быть использован повторно. Эти аккумуляторы заряжаются гораздо медленнее, чем другие аккумуляторы (примерна в 5 раз медленнее), но зато в состоянии обеспечивать гораздо больше мощности для питания мощных потребителей.

Самым большим недостатком свинцово-кислотных аккумуляторов является их вес. Из-за этого они имеют наихудшие показатели по удельной плотности энергии. Однако, широкое распространение элементов, используемых в этих аккумуляторах и простота их производства обуславливают не только их широкое применение, но и намного меньшую цену.

Подробно различные типы свинцово-кислотных АБ рассмотрены в статье “Типы свинцово-кислотных аккумуляторов“.

Щелочные аккумуляторы

Кислотный аккумулятор не переносит глубокой разрядки, но не прочь подзаряжаться порциями при каждом удобном случае. Щелочной наоборот, не любит отдавать больших токов, зато токи в количестве примерно 1/10 емкости готов отдавать долго и до изнеможения. То есть полный разряд он не только допускает, но и всячески приветствует (поскольку, если зарядить не разряженный полностью щелочной аккумулятор, он не наберет полной емкости – действует так называемый “эффект памяти”, наиболее выраженный у никель-кадмиевых аккумуляторов). Короче, заряжать/разряжать щелочной аккумулятор порциями нельзя – только "от и до". Зато при правильной эксплуатации (помимо зарядки/разрядки она подразумевает промывку банок и замену электролита раз в сезон ) щелочники служат до 20 лет (точнее, 1000-1500 полных циклов). Также, щелочные аккумуляторы плохо заряжаются малыми токами. То есть, ток через них течет, а заряда нет.

Этим объясняется тот факт, что щелочные аккумуляторы не нашли широкого применения в системах автономного электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии. Никель-кадмиевые и никель-металгидридные герметичные батареи могут использоваться в некоторых случаях. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда. Применяются обычно в переносных или мобильных источниках питания, т.к. позволяют запасать большее количество энергии на кг веса.

NiMh аккумуляторы появились на массовом рынке в 1980-х годах как более экологически чистая альтернатива никель-кадмиевым аккумуляторам. NiCd батареи используют высокотоксичный элемент кадмий в своем составе, и так как массовый бытовой потребитель не особо задумывается об утилизации отработанных аккумуляторов, это представляло большую проблему для окружающей среды. К недостаткам NiMh батарей относится сравнительно высокий саморазряд, который приводит к потере примерно 30% энергии в течение 1 месяца. Они также заряжаются в 2 раза дольше, чем литиевые или никель-кадмиевые аккумуляторы.

Хотя электрические параметры NiMh батарей не такие хорошие, как у NiCd, никель-металлгидридные батареи более стабильны и не так страдают от “эффекта памяти” никель-кадмиевых батарей. Их не нужно полностью разряжать перед зарядом, так как это требуют NiCd аккумуляторы, для предотвращения роста внутренних кристаллов, которые приводят к трещинам корпуса NiCd батареи. NiMh аккумуляторы формата “АА” соответствуют обычным алкалиновым батарейкам, и поэтому наиболее популярны при использовании в цифровых фотоаппаратах и камерах, портативных плеерах, радиоприемниках и фонариках.

Никель-кадмиевые и никель-железные аккумуляторы с жидким электролитом дешевле герметичных, но содержат жидкий электролит, выделяют газы при заряде и требуют периодического обслуживания и специального вентилируемого помещения. По стоимости запасенной энергии в цикле заряд-разряд сопоставимы или даже дешевле герметичных свинцово-кислотных батарей.

Мы рекомендуем использовать никель-железные аккумуляторы (обычно их используют в качестве тяговых на электротранспорте, а также на железной дороге) только в одном случае – в составе автономной дизель-аккумуляторной системы, в которой топливный генератор является единственным источником энергии. Из нашего опыта знаем, что свинцово-кислотные АБ не долго держатся в таких системах – глубокие циклы и хронический недозаряд делают свое черное дело. В этих условиях работы можно смириться с такими недостатками щелочных АБ, как невозможность заряда малыми токами (можно от генератора выставить любой, и даже лучше если ток будет большой – быстрее зарядится), эффект памяти (циклы будут как раз глубокие) и низкий КПД заряда. Для генераторной системы эффект памяти не важен – АБ разряжаются как можно сильнее, чтобы запускать генератор как можно реже.

По поводу КПД – если щелочные АБ можно заряжать большим током, то его низкий КПД с лихвой окупится более эффективным режимом работы генератора. Ведь для дозаряда свинцовых АБ требуется долго заряжать их малыми токами, т.е. практически на холостом ходу генератора. А у щелочных ограничения при заряде – это температура аккумуляторов, а также газовыделение.

Еще раз подчеркнем, что не для всякой резервной или автономной системы подходят щелочные аккумуляторы. Если есть солнечные батареи или ветроустановки, т.е. источники, которые выдают разные токи, в т.ч. и малые, щелочные аккумуляторы ставить смысла нет – энергия малых токов будет просто теряться без пользы.

Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы

Это одна из наиболее новых технологий, которая развивается быстрее других. Существуют несколько вариаций химических процессов литий-ионных технологий, но их обсуждение здесь не затрагивается. Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в малых электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, гаджеты и аудиоплееры, электронные часы, карманные компьютеры и ноутбуки. Эти аккумуляторы очень хорошо снабжают малой мощностью в течение длительного времени. Они имеют очень высокую удельную плотность заряда, что значит они могут хранить значительное количество электрической энергии в малом объеме. Однако, такая концентрация энергии приводит в определенной уязвимости литий-ионных батарей.

Химия процесса литий-ионных аккумуляторов требует строгого соблюдения технологии изготовления, и загрязнения при производстве этих аккумуляторов часто приводят к ухудшению качества аккумуляторов. Многие возможно помнят отзыв тысяч ноутбуков Dell и Apple летом 2006 года, когда оказалось, что их аккумуляторы, произведенные Sony, содержат загрязнители, приводящие к их перегреву. Литиевые батареи не переносят перегрев, поэтому часто имеют встроенные электронные схемы, которые обеспечивают их безопасность за счет предотвращения перезаряда – заряд прекращается, если напряжение достигло предельного значения.

Литий-полимерные батареи, которые разработаны в последнее время, являются ‘сухой’ версией литий-ионных батарей. Они лучше себя ведут при высоких температурах (более 25C), а также позволяют изготавливать исключительно плоские батареи, вплоть до толщины кредитной карты. Вследствие особенностей технологии производства, эти батареи очень дороги, и редко их использование оправдано по сравнению с более обычными литий-ионными батареями.

Для систем электроснабжения лучше всего подходят литий-железо-фосфатные аккумуляторы. См. по ссылке подробную информацию по этому типу аккумуляторов. Купить такие аккумуляторы можно в нашем магазине.

В последнее время на российском рынке появились относительно недорогие литий-железо-фосфатные аккумуляторы производства завода Лиотех. Выпускаемые емкости – от 250 А*ч, поэтому их применение ограничено относительно мощными системами автономного или резервного электроснабжения.  Также, есть неоднозначные отзывы об этих батареях.

Одни из новейших разработок – литий-титанатные аккумуляторы. Они имеют срок службы до 25000 тысяч циклов.

Как выбрать правильную батарею?

Итак, главный вопрос – какая батарея наиболее подходит для моего случая? Ответ довольно прост, а предопределяется природой каждой из вышеперечисленных технологий аккумуляторов.

Для маленьких, маломощных электронных устройств

Литиевые аккумуляторы применяются в карманных компьютерах, мобильных телефонах, и т. п. Они обеспечивают быстрый заряд, малый вес и компактные размеры, и не требуют обслуживания. Обычно вы скорее замените свое электронное устройство, чем литиевая батарея выработает своей ресурс.

Автомобильные адаптеры существуют для большинства этих электронных устройств, и эти же адаптеры можно использовать с 12V солнечной батареей (обычно мощностью до 10 Вт).

Для цифровых фотоаппаратов и камер, радиоприемников и фонариков

Здесь применяются NiMh аккумуляторы как замена стандартных алкалиновых элементов типа ‘AA’ или ‘AAA’. Они питают достаточно хорошо вспышки фотоаппаратов, доступны повсеместно и есть очень много зарядных устройств хорошего качества в любом специализированном магазине.

основным недостатком NiMh аккумуляторов является их неспособность сохранять заряд в течение длительного времени. В 2008 году появились новые технологии NiMh батарей, которые преодолевают эти недостатки (например PowerEx Imedion).

Когда дело доходит до заряда АА батарей, появляются много возможностей. Но лучше купить хорошее зарядное устройство. Многие зарядные устройства, которые позволяют быстро заряжать аккумуляторы, приводят к их перегреву. Помните, что оптимальный ток заряда составляет 200-300 мА. Появившиеся в последнее время мощные зарядные устройства с током до 1 А не позволяют полностью заряжать ваши батареи и сокращают их срок службы.

Для солнечных электростанций

Когда нужно сохранить энергию, выработанную солнечными батареями, королями по прежнему являются свинцово-кислотные аккумуляторы. Домашние фотоэлектрические системы используют специальные аккумуляторы глубокого разряда (похожие на аккумуляторы для гольф-каров). Они имеют низкую цену, широко доступны и способны сохранять энергию месяцами при очень малом саморазряде. когда вы инвестируете в солнечные батареи, очень важно не терять так дорого достающуюся электроэнергию. Работа свинцово-кислотных батарей показала в течение многих лет эксплуатации их стабильность и предсказуемость.

Маленькие переносные устройства с солнечными батареями используют маломощные литиевые аккумуляторы для того, чтобы обеспечить их малый вес и не повлиять отрицательно на их дизайн.

Почему не применяются щелочные и метал-гидридные аккумуляторы в солнечных электросистемах, предлагаемых компанией “Ваш Солнечный Дом”?

Химические процессы в литиевых и метал-гидридных аккумуляторах становятся нестабильными при больших размерах батарей. Сложность регулирования и схемы управления сильно возрастает при увеличении емкости литиевых аккумуляторов. Было бы конечно заманчиво иметь батарею намного более легкую, чем свинцово-кислотная, но, к сожалению, сейчас литиевые и металгидридные аккумуляторы наиболее подходят только для маломощных потребителей постоянного тока. Исключение составляют современные литий-железо-фосфатные аккумуляторы. При правильном подборе системы управления зарядом они могут быть заменой свинцово-кислотным аккумуляторам в системах автономного и резервного электроснабжения.

NiMh батареи трудно сделать большими, и максимальная емкость одного аккумулятора из тех, которые есть на рынке, составляет 4 А*ч. При неправильном заряде, NiMh аккумуляторы могут выделять водород . Это не проблема для пальчиковых батарей, но если аккумуляторная батарея довольно большая, то это нужно учитывать при эксплуатации. Также, если NiMh батарея выходит из строя, это происходит практически сразу. т.е. один день она работает хорошо, но на следующий день она может выдать не более 50% емкости – это не очень хорошо, если вы находитесь далеко от электрической розетки.

Литиевые батареи содержать специальные электронные схемы для обеспечения безопасной работы, и которые не позволяют их заряжать слишком быстро или перезаряжать, а также ограничивают разрядные токи. Большинство литиевых батарей не смогут выдать больше, чем их двойная номинальная емкость. Это означает, что самые большие батареи для ноутбука не могут обеспечить более 100Вт мощности. Попробуйте подключить инвертор к 12В литиевой батареи, и он даже не сможет распознать, что к нему подключена батарея. Почти все аккумуляторные батареи на литиевых аккумуляторах не поддерживают даже самые маленькие инверторы, если к ним подключена нагрузка. Также, как и NiMh аккумуляторы, литиевые выходят из строя неожиданно, когда приближается окончание их срока службы. Многие замечали, что их сотовые телефоны неожиданно начинают работать намного меньше, чем совсем недавно. Это также не добавляет уверенности в работе аккумуляторов, если вы уезжаете далеко от электрической розетки, от которой можно в любое время подзарядить аккумулятор.

Поэтому, для использования в автономных системах электроснабжения остаются только “медленные” свинцово-кислотные аккумуляторы. Они имеют большой срок службы, просты в эксплуатации и предсказуемы в работе. Эти батареи работают как резервуары, которые хранят вашу солнечную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Они также работают как буфер для тех моментов, когда ваша солнечная батарея не может полностью обеспечить нагрузку. Они могут быть подключены к оборудованию и заряжаться одновременно – в отличие от литиевых аккумуляторов. Даже 7 А*ч аккумулятор, такой как используется в комплекте для ноутбука, может питать ноутбуки, зарядные устройства для батарей, может заряжаться от солнечных батарей и весит не так уж много.

Почитайте разделы по солнечным батареям и по контроллерам заряда, чтобы иметь более ясное представление о том, как работает солнечная энергосистема, какие режимы заряда и разряда необходимы для обеспечения надежного обеспечения энергией вдали от сетей централизованного электроснабжения.

Выбор батарей: итоговые замечания

Литиевые батареи
  • могут обеспечивать до 5000 зарядных циклов
  • Наиболее длительный срок службы при разряде на 80%
  • Могут заряжаться за 1-2 часа
  • Могут работать при минусовых температурах, но заряжать нужно при плюсовых температурах
  • Не могут заряжаться малыми токами
  • Требуют обслуживания,  выравнивания и специальной системы управления зарядом и разрядом
  • Саморазряд на уровне примерно 10% в месяц
  • Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
  • Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы
Никель-металгидридные батареи
  • Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
  • Заряд происходит за 2-4 часа
  • Могут работать при минусовых температурах
  • Не могут заряжаться малыми токами, низкая устойчивость к перезаряду
  • Могут обеспечивать большие токи при мощности до 200Вт (для самых больших NiMh батарей)
  • Требуют периодического обслуживания и выравнивания (каждые 3 месяца)
  • Саморазряд на уровне примерно 30% в месяц
  • Можно хранить в холодном месте при заряженности не менее 40% от полной
  • Низкая токсичность, но желательно утилизировать после окончания срока службы
Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы
  • Могут обеспечить до 3000 зарядных циклов
  • Заряжаются за 8-16 часов
  • Могут работать при минусовых температурах
  • Могут заряжаться малыми токами
  • Не требуют обслуживания, но желательно следить за уровнем заряженности и периодически проводить тренировочные циклы
  • Могут обеспечить высокие разрядные токи при больших мощностях
  • Желательно не разряжать более, чем на 50%
  • Саморазряд – около 3% в месяц
  • Хранить при комнатной температуре и полностью заряженными
  • Содержат токсичные материалы и должны быть утилизированы после окончания срока службы

Подробно о видах и применении свинцово-кислотных аккумуляторов в статье Типы свинцово-кислотных аккумуляторов

Эта статья прочитана 27876 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 69

    Эксплуатационный ресурс герметичных свинцовых аккумуляторных батарей в составе электронного оборудования Мерунко Александр Анатольевич Технический директор ООО «Диск», г. Томск В настоящее время на потребительском рынке вторичных источников тока лидирующее положения (вследствие относительно низкой стоимости) занимают герметичные свинцовые аккумуляторные батареи. Их применяют…
  • 68

    Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Специалисты компании «Ваш Солнечный Дом» помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ для вашей энергосистемы. Для предварительного расчета…
  • 68

    Классификация аккумуляторов для мобильных устройств Источник Идеального аккумулятора энергии до сих пор не существует — в разных областях для каждого типа мобильных устройств и конкретных решений сложилась определенная специфика применения источников питания, а также технологические предпочтения. Однако если вы хорошо…
  • 65

    Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая — связано это бывает или с недостаточными знаниями…
  • 61

    Применение и эксплуатация кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторов Автор: Журавлев О. В. В статье рассмотрены вопросы применения и эксплуатации кислотно-свинцовых герметичных аккумуляторных батарей, наиболее широко используемых для резервирования аппаратуры охранно-пожарной сигнализации (ОПС) Появившиеся на российском рынке в начале 90-х годов кислотно-свинцовые герметичные…
  • 60

    Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

Что происходит на рынке сохранения энергии

Аккумуляторы принципиально важны для будущего электромобилей и энергетики в целом. РБК Тренды разбирались, как работает отрасль и в чем ее главная проблема

В традиционной энергетике (ТЭС, АЭС, ГЭС) самой важной составляющей систем была турбина, которая преобразовывала энергию источника в механическую для ее дальнейшего применения. Однако при развитии возобновляемых ветряной и солнечной энергетики на первый план выходят накопители энергии, которые позволят эффективно сохранять полученную энергию. Автомобили будущего тоже не смогут обходиться без эффективных батарей.

Типы энергетических систем

Для захвата энергии, ее сохранения и дальнейшего использования доступны разнообразные технологии. Самыми распространенными считаются системы аккумулирования электрической и тепловой энергии. Такие системы бывают нескольких типов:

  • Электрооборудование

Наибольший темп роста хранения энергии за последнее десятилетие пришелся на электрические системы, такие как батареи и конденсаторы. Конденсаторы — это устройства, которые хранят электрическую энергию в виде заряда, накопленного на металлических пластинах. Когда конденсатор подключен к источнику питания, он накапливает энергию, а при отключении от источника высвобождает ее. Батарея же для хранения энергии использует электрохимические процессы. Конденсаторы могут высвобождать накопленную энергию с гораздо большей скоростью, чем батареи, поскольку для химических процессов требуется больше времени.

В системах хранения механической энергии используются базовые идеи физики, которые преобразуют электрическую энергию в кинетическую для хранения и затем преобразуют ее обратно в электрическую для потребления. Такие системы представляют собой большие гидроаккумулирующие плотины, механические маховики и накопители сжатого воздуха.

Плотина Братской ГЭС (Фото: wikipedia. org)

Накопители сжатого воздуха (Фото: electricalschool.info)

Накопление тепловой энергии позволяет хранить ее и использовать позже, чтобы сбалансировать потребность в энергии между дневным и ночным временем или при смене сезонов. Чаще всего это резервуары с горячей или холодной водой, либо расплавленными солями, ледяные хранилища и криогенная техника.

Проект накопителя тепловой энергии с водным хранилищем (Фото: Affiliated Engineers)

Используются обычно при хранении водорода. В них электрическая энергия применяется для выделения водорода из воды посредством электролиза. Затем газ сжимается и хранится для будущего использования в генераторах, работающих на водороде, или в топливных элементах. Этот метод является достаточно энергозатратным. Для конечного использования сохраняется всего 25% энергии.

В разных сферах промышленности и технологий используются различные типы аккумуляторов с отличающимся химических составом. Литий-кобальтовые батареи, более легкие и с высоким напряжением для быстрой зарядки, применяются в смартфонах и прочей бытовой технике. Более выносливые и габаритные литий-титанатные батареи устанавливают в общественном транспорте, в частности, в электробусах. На электростанциях используют малоемкие, но пожаробезопасные литий-фосфатные ячейки.

30-летняя технология

Самыми популярными аккумуляторами энергии по-прежнему остаются литий-ионные. В 2021 году исполнилось 30 лет с момента выхода в продажу первых таких аккумуляторов Sony.

Первые литий-ионные батарейки Sony (Фото: Sony)

Первые прототипы литий-ионных батарей появились еще в 1980-е годы. Тогда физик Джон Гуденаф предложил использовать в батарейках кобальтат лития. В 2019 году он получил за свою идею нобелевскую премию.

Читайте также: Батарея Нобеля: как Джон Гуденаф создал новые отрасли в химии и экономике

В 2000-х годах с ростом производства электромобилей спрос на батареи резко вырос. Тогда в аккумуляторах начали применять железофосфат, который обеспечивает меньшую емкость, но может работать на более высоких токах и не выделяет кислород при высокой температуре. Все это делает аккумуляторы более безопасными, но не решает всех их проблем.

В чем минусы литий-ионных аккумуляторов

  • Высокая пожароопасность

При перегреве батарея может взорваться. Для этого достаточно повреждения ее оболочки. Так произошло со смартфонами серии Samsung Galaxy Note 7, в которых из-за тесноты корпуса оболочка аккумулятора со временем перетиралась, внутрь попадал кислород, и устройство загоралось. Именно это побудило авиакомпании требовать перевозить литий-ионные батареи только в ручной клади.

Возгорание смартфона Samsung Galaxy Note 7

  • Чувствительность к температурам

Охлаждение и перегрев сильно влияют на параметры аккумулятора. Идеальной считается температура среды +20 °C. При любых отклонениях батарея отдает устройству меньший заряд.

В литий-ионных батареях невозможно хранить энергию годами. Литий-ионные ячейки в неактивном состоянии теряют по 3-5% заряда в месяц, то есть, треть заряда в год.

Литий-ионные батареи в неактивном состоянии подвержены старению. Их рекомендуют хранить заряженными до половины емкости.

Эксперименты в отрасли

Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами. Литий идеально подходит для этой роли: он обеспечивает оптимальное сочетание напряжения, нагрузки тока и энергетической плотности.

Самыми востребованными являются литий-кобальтовые батареи для потребительской мобильной техники. Они имеют напряжение 3,6 В при сохранении высокой энергоемкости, чего достаточно для зарядки смартфонов. Другие виды литиевых батарей имеют меньшее напряжение, и запитать от них современный смартфон невозможно. Если же пытаться объединить батареи в ячейки, чтобы сделать их более мощными, то вырастут габариты.

Производители уже неоднократно пытались представить разработки-альтернативы литий-ионным батареям в смартфонах.

Так, в 2007 году американский стартап Leyden Energy решил использовать новый электролит и кремниевый катод для литий-ионных батареек. Это позволило увеличить устойчивость аккумуляторов к высоким температурам до 300 °C. Но компании так и не удалось создать аккумулятор со стабильными характеристиками — показатели энергоемкости и устойчивости менялись от экземпляра к экземпляру.

Стартап SolidEnergy, в который инвестировала GM, разрабатывает перезаряжаемые литий-металлические батареи. Они обладают удвоенной энергоемкостью по сравнению с литий-кобальтовыми. Но главной проблемой литий-металлических аккумуляторов остается безопасность. Поскольку в их состав входит чистый металлический литий, он действует активнее, чем ионы лития, а это повышает риск возгорания. Компания разработала специальный электролит, снижающий эту опасность. Но в смартфонах и бытовой электронике таких батарей мы пока не увидим.

Батареи Solid Energy (Фото: nikkei. com)

Toyota работала над серно-магниевыми батареями. Но оказалось, что их невозможно использовать более 50 циклов, так как емкость этих аккумуляторов после этого падает вдвое. Тогда в состав батареи внедрили литий-ионную добавку и довели срок ее службы до 110 циклов. Работы над аккумулятором продолжаются, и пока неясно, получится ли внедрить его в производство.

Компании, которые стремятся предложить аналог литий-ионных батарей, сталкиваются с трудностями.

Главная проблема при создании новых технологий хранения энергии заключается в том, что при улучшении какого-то одного параметра ухудшаются остальные.

Кроме того, крупные компании больше заинтересованы в производстве литий-ионных аккумуляторов, которые отвечают потребностям их продукции. Lux Research сообщала, что вложила в исследование хранения энергии около $4 млрд, а стартапам, создающим «технологии нового поколения», в среднем, досталось по $40 млн. Tesla вложила около $5 млрд в Gigafactory, занимающуюся литий-ионным производством. А США намерены дополнительно субсидировать такое производство, чтобы стать более независимой от внешних рынков страной.

Проблемы рынка

В 2021 году цена кобальта выросла на 40% из-за роста спроса со стороны производителей электромобилей. Основные месторождения кобальта находятся в Демократической Республике Конго. Однако в стране постоянно возникают перебои в цепочках поставок, а также зафиксированы случаи использования детского труда, что оттолкнуло многие компании.

По данным Fastmarkets, цены на самый дорогой в мире металл для производства аккумуляторов в марте 2021 года выросли до $42 за 1 кг. Аналитики предрекают, что к концу 2021 года они достигнут $57, а в 2024 году составят уже $80.

Международное энергетическое агентство отмечает, что в 2020 году продажи электромобилей подскочили на 40%, а в первом квартале 2021 года они выросли вдвое по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.

Эндрю Миллер, директор по продуктам Benchmark Mineral Intelligence, говорит, что рынок пока наблюдает рост цен на кобальт, но к концу 2021 года может столкнуться с реальным дефицитом предложения.

Существует еще одна проблема, связанная с пандемией коронавируса и ее последствиями. В связи с сохраняющимся дефицитом чипов на глобальном рынке их также недополучают производители электромобилей.

Крупнейшие мировые автопроизводители признали дефицит микрочипов в начале 2021 года. Nissan, Honda и Ford были вынуждены сократить объемы выпускаемых автомобилей и закрыть некоторые свои заводы. Hyundai Motor был вынужден приостановить сборку автомобилей в Южной Корее. Позднее, в апреле, Ford и General Motors начали выпускать электромобили в некомплектном состоянии. Производители пообещали, что добавят нужную электронику в свои авто, когда появится такая возможность.

Гендиректор Tesla Илон Маск связал рост цен в цепочках поставок с удорожанием стоимости электромобилей Model 3 и Model Y. Однако, по его мнению, дефицит микрочипов продлится недолго.

Пути решения

Автоконцерн General Motors в сотрудничестве с SolidEnergy Systems организовал прроизводство аккумуляторов Ultium для своих электромобилей. Они будут включать жидкий электролит, аноды на базе графита и катоды с комбинацией никеля, кобальта, марганца и алюминия. Это снизит потребность в дефицитных металлах, а также позволит удвоить плотность хранения заряда в аккумуляторах без ущерба для безопасности. Цена аккумуляторов при этом опустится на 50‒60%, их масса сократится. GM рассчитывает снизить стоимость хранения 1 кВт‧ч электроэнергии с $150 до $100 к 2025 году.

В Китае появляется все больше электромобилей на альтернативных литий-железо-фосфатных аккумуляторах. Они дешевле и менее токсичные, однако имеют меньшую емкость. Их используют Tesla Model 3, китайский автопроизводитель BYD, а скоро начнет внедрять Volkswagen. Но пока на ЛЖФ-аккумуляторы приходится всего 14% рынка, а к 2030 году этот показатель составит от 15% до 20%.

Tesla и Volkswagen также обещают в ближайшие годы сократить использование кобальта. В 2020 году Илон Маск провел специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, в ходе которой он заявил, что в течение трех лет Tesla наладит серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, а обойдутся вдвое дешевле (примерно в $25 000).

Новая аккумуляторная батарея Tesla 4680 имеет в шесть раз большую мощность, чем предшественники, и в пять раз большую энергоемкость. При этом ее размер составляет всего 46х80 мм. Tesla решила проблему терморегулирования, создав конструкцию цилиндрической формы, и внедрила новые технологии, чтобы сократить путь прохождения энергии внутри конструкции.

Новая батарея Tesla (Фото: Tesla)

Успешный гибрид

Пока ведутся разработки альтернатив литий-ионным аккумуляторам, компании ищут пути более эффективного сохранения энергии. Успешным вариантом использования усовершенствованных литий-ионных батарей стало их встраивание в гибридные энергетические системы.

В промышленной энергетике такие системы получили развитие в 2020-е годы. Они позволяют объединить преимущества нескольких способов аккумулирования и сохранения энергии. Одним из ярких примеров являются аккумуляторные станции Tesla.

Первую такую станцию построила Tesla в Южной Австралии в 2017 году. Строительство заняло всего три месяца. Компания обещала, что при превышении этого срока страна получит батарею бесплатно.

Станция Tesla в Южной Австралии (Фото: electrek.co)

Hornsdale Power Reserve построена на промышленных литий-ионных аккумуляторах Tesla Powerpack и инверторах, произведенных на Gigafactory. Она имеет мощность 100 МВт и может обеспечивать электричеством более 30 тыс. домохозяйств. Станция обеспечила снижение расходов на эксплуатацию сети региона примерно на 90%. За первые дни ее работы расходы на обслуживание сети снизились на $1 млн.

Южная Австралия получает энергию преимущественно из солнечных батарей и ветрогенераторов. Но иногда необходимо задействовать газогенераторы, подключенные к паровым турбинам, и вырабатывать недостающую часть энергии.

Аккумуляторная батарея Tesla накапливает энергию, когда она подается в сеть региона в избытке, а потом отдает ее обратно, когда возникает дефицит. Таким образом, потребность в газогенераторах отпадает.

Кроме того, батарея реагирует на перепады в электросети. Когда произошло внезапное отключение угольной электростанции Loy Yang A 3, станция Tesla среагировала на 4 секунды быстрее, чем резервный генератор частотного контроля и вспомогательных услуг (FCAS) в Квинсленде.

По расчетам чиновников, емкость батареи составляет около 2% от условной емкости всей сети, однако это дает 55% экономии на эксплуатационных расходах.

У системы есть и минусы. Станция включается всего на несколько минут, поэтому неизвестно, сколько циклов заряда выдержат ее батареи, прежде чем их придется заменить.

Тем не менее, в Австралии уже запланировано строительство подобных аккумуляторных систем в Южной Австралии, на Северной территории, в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе.

Теперь Tesla собирается подключить гигантскую батарею к электросети Техаса. Компания строит станцию хранения энергии мощностью более 100 МВт в техасском Англтоне.

Батареи Tesla в Техасе (Фото: Tesla)

Батарея сможет обеспечивать энергией около 20 тыс. домов. Детали конструкции пока не разглашаются, а сам проект держится в секрете.

В Нидерландах в 2020 году была введена в эксплуатацию гибридная система накопления энергии из литий-ионных аккумуляторов производства швейцарской компании Leclanché и механических накопителей от голландского разработчика S4 Energy. Литий-ионные батареи имеют мощность 8,8 МВт и емкость 7,12 МВт·ч, они работают вместе с шестью маховиковыми системами KINEXT общей мощностью 3 МВт. Таким образом, объект аккумулирует 1 ГВт энергии, которую использует местный системный оператор TenneT для стабилизации энергосистемы. Маховики позволят продлить срок службы батарей как минимум до 15 лет.

В других странах подобные проекты находятся на стадии разработки и внедрения. Подробнее о них РБК Тренды расскажут в следующем материале.

Перспективы рынка аккумуляторов

Исследователи Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства в 2020 году проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии. Они сделали вывод, что за последние десять лет число патентов в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее других сфер. Выяснилось также, что оно еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники меньшей емкости.

Согласно подсчетам авторов работы, пристальное внимание к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а для стационарных установок в электроэнергетике — на две трети.

Девять из десяти крупнейших обладателей патентов — это азиатские компании. Семь из них во главе с Panasonic и Toyota базируются в Японии, а еще две — Samsung и LG — Electronics в Южной Корее. Единственный представитель другого региона — немецкий концерн Bosch — занял пятое место.

То, что в этом направлении активно идет развитие, подтверждает и исследование BloombergNEF, аналитики которого выяснили, что средняя цена литий-ионных аккумуляторов упала с $688 до $137 за киловатт-час за 2013−2020 годы. Они прогнозируют, что к 2023 году цены будут близки к $100 за кВт·ч.

Средняя цена литий-ионных аккумуляторов

Средняя цена на аккумуляторы для электромобилей составила $126/кВт·ч. Таким образом, стоимость батарейного блока в общей цене автомобиля снизилась до 21%.

К 2030 году стоимость аккумуляторов может снизиться до $58 за кВт·ч за счет новых технологических достижений.

Аккумуляторные батареи (АКБ) для электрических подстанций

Для работы электроподстанций необходимы аккумуляторные батареи, которые являются частью питания собственных нужд ПС, наряду с трансформаторами, щитами переменного тока, дизельными генераторами и другими аварийными источниками электроэнергии. Компания Sacred Sun рекомендует АКБ для подстанций OPzV серии. Это Tubular GEL батареи высокого качества, которые снабжены трубчатыми положительной и отрицательной пластиной, а также специальными электролитами. Производство основано на передовых технологиях и комплектующих, поставляемых из Европы.

Диапазон серии OPzV из гелиевых батарей мы предлагаем в 2В от 150 до 3000 Ач. Клеммы — GFM-28, 29, 30. Являясь необходимыми источниками питания, АКБ для подстанций должны при работе в аварийных режимах давать возможность работать оборудованию минимум в течение 60 минут с необходимым показателем напряжения.

Потребление энергии, которое получает подстанция от АКБ можно условно разбить на три вида:

  • Нагрузки, действующие постоянно.
  • Нагрузки временные, которые появляются при исчезновении переменного тока.
  • Кратковременные нагрузки, которые возникают при отключении/ включении устройств.
  • Нагрузки, действующие постоянно.
  • Нагрузки временные, которые появляются при исчезновении переменного тока.
  • Кратковременные нагрузки, которые возникают при отключении/ включении устройств.

Мы советуем придерживаться установленных норм напряжения в разных режимах (аварийном и нормальном). Это станет основой обеспечения эксплуатации аккумуляторных батарей длительно и надежно. Тогда замена АКБ подстанций будет проводиться только по истечении гарантированного срока эксплуатации.

На сегодняшний день для ПС в основном используют свинцово-кислотные аккумуляторы. Эти батареи в данном случае в основном эксплуатируются в режиме постоянной подзарядки.

Основные правила эксплуатации АКБ для подстанций

Показатели тока должны быть одинаковыми и не более допустимых норм согласно маркировке. Фактическую емкость можно определить контрольными разрядами.

Эксплуатация АКБ для подстанций проводится в режиме постоянной зарядки.

При температуре 20 °С для серии OPzV норматив напряжения составляет — 2,18 плюс/минус 0,04 В.

У АКБ для подстанций проверочный разряд делают как минимум один раз в 5 лет. При снижении фактической емкости можно делать проверку каждые полгода.

Необходимо определить и далее поддерживать средние нормативы напряжения, а также постоянно наблюдать за АКБ.

Стабилизация напряжения не должна отклоняться от норм, установленных изготовителем.

Разброс температуры электролита должен быть не больше 30C по сравнению со средним показателем его температуры.

Поддерживая все правила эксплуатации, вы обеспечите работу электроустановки без сбоев и в нормальном режиме. Мы предлагаем АКБ для подстанций высокого качества. Исходя из ассортимента с разными техническими показателями, можно выбрать оптимальный вариант для эффективной работы.

Полезная информация по автомобильным аккумуляторам

  • Главная
  • Аккумуляторы
  • Полезная информация
  • Основные причины быстрого разряда АКБ

    Современные автомобили постоянно используют электрическую энергию, даже когда машина стоит в гараже или на стоянке. Дело в том, что в энергии нуждается электроника, которой «напичканы» все выпускаемые ныне транспортные средства. Соответственно, чем больше на вашем авто имеется подобных устройств, тем быстрее будет садиться аккумулятор. Далее

    Советы по уходу за автомобильной аккумуляторной батареей

    Как увеличить срок эксплуатации аккумуляторной батареи? Автомобильная АКБ, согласно заявленным характеристикам, должна работать в течение пяти, шести лет. Однако на практике до столь солидного возраста «доживают» лишь очень редкие экземпляры. Зачастую в этом виноваты сами автолюбители. Ведь если должным образом обращаться с АКБ и обеспечить ей достойный уход, то срок ее эксплуатации может увеличиться в несколько раз. Далее

    Правила выбора автомобильного аккумулятора

    Одним из основных элементов любого автомобиля (к какому бы типу он не принадлежал и в какой стране он бы не выпускался) является аккумуляторная батарея. Функциональная задача АКБ – холодный запуск мотора машины. Соответственно, батарея должна иметь достаточную для этого мощность. Далее

    Устройство аккумулятора

    То, что аккумуляторы являются одной из основных деталей для многих устройств – это уже ни для кого не секрет, но вот какие лучше и как их использовать правильно, это до сих пор является предметом для дискуссий. Но для начала все-таки надо представить, а что это за зверь такой – аккумулятор. Далее

    Типы кислотных батарей

    С первого взгляда казалось бы всё просто – свинец, да и свинец, чего тут особенного, но это не так. Сам по себе свинец в чистом виде применить нельзя, т.к. при такой толщине пластин он достаточно хрупок и будет крошиться. Поэтому применяют легирующие добавки. И до недавнего времени применяли натуральный яд – сурьму. Конечно, технология совершенствовалась, и количество сурьмы уменьшалось, но это полностью не избавило АБ от недостатков этого метода. далее

    Что делать со старым аккумулятором?

    Считается, что три года – это нормальный срок службы обычного кислотного аккумулятора. Некоторые АКБ «выхаживают» по четыре-пять лет. Но это уже, скорее, исключение из правил. После этого он приходит в полную негодность и, зачастую, оказывается на свалке или возле мусорного бака. Далее

    Подготовка аккумулятора к зиме

    Работа аккумулятора (АКБ) вашего автомобиля во многом зависит от температуры окружающей среды. А точнее от температуры самого аккумулятора и электролита в нем. В зимнее время двигатели автомобилей запускаются с «проблемами». Холодное масло в картере двигателя «загустевает», становиться более вязким. Далее

    Что означает маркировка аккумулятора?

    Чтобы правильно подобрать аккумуляторную батарею (АКБ) для своего автомобиля или мотоцикла, нужно знать, что обозначают цифры и буквы в ее маркировке. На всех АКБ производства России и большинства стран СНГ маркировка, в соответствии с ГОСТ 959-91, состоит из четырех групп символов. Далее

    Новыя технология Power Frame

    Революционная конструкция решетки аккумулятора BOSCH — это гарантия надежности, безопасности и высокой мощности аккумуляторов при любых условиях эксплуатации. Далее

    Задать вопрос специалисту


    Переработка аккумуляторных батарей | Malvern Panalytical

    После предварительной подготовки и обработки аккумуляторных батарей могут применяться два основных метода извлечения ценных металлов. К ним относятся пирометаллургия, при которой используются высокие температуры, и гидрометаллургия, при которой используются химические вещества. Более эффективные методы переработки часто включают гибридные подходы, сочетающие в себе как пирометаллургию, так и гидрометаллургию. 

    Однако достижение этого этапа в переработке литий-ионных аккумуляторных батарей (LIB) может быть непростой задачей, отчасти из-за различий в свойствах данных батарей. В частности, катоды в литий-ионных аккумуляторных батареях обычно состоят из лития и других металлов, таких как кобальт, никель, марганец, алюминий и железо. Кобальт и никель являются наиболее распространенными материалами, используемыми в современных аккумуляторных батареях, но часто используются и другие составы.
     
    Различия в химическом составе приводят к тому, что зачастую бывает затруднительно проконтролировать, какие типы литий-ионных аккумуляторных батарей поступают на переработку. Следовательно, любой процесс предварительной подготовки для переработки аккумуляторных батарей должен включать оценку химического состава батарей. Это также важно для точной оценки поступающих аккумуляторных батарей и их сортировки по группам. Наши технологии с использованием рентгеновских лучей помогут вам в этом — как с определением химического состава, так и с анализом кристаллической фазы.

    Химический состав. Рентгеновская флуоресценция (XRF) является альтернативой масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP). Таким способом возможно анализировать изменения в химическом составе и примеси в анодных и катодных материалах — от ppm до 100%.

    В действительности, для основных элементов с низким процентным соотношением XRF обеспечивает более простой и точный способ измерения элементного состава, чем ICP, поскольку не требует разбавления образца или кислотного разложения. Многие ведущие производители аккумуляторных батарей используют наши настольные спектрометры E4 XRF или Zetium WD XRF для анализа материалов катода и прекурсоров. 


    Рис. 1.Пример анализа образца аккумуляторной батареи на приборе Epsilon 4 XRF, содержание марганца в образцах LFMP от 0 до 100%. Безэталонный анализ Omnian не требует стандартов для калибровки и дает точные результаты при быстром скрининге.   

    Кристаллическая фаза. Процесс предварительной подготовки при переработке аккумуляторной батареи может также зависеть от кристаллической фазы материалов аккумуляторной батареи. Предпочтительным методом анализа кристаллической фазы является рентгеновская дифракция. В частности, компактный рентгеновский дифрактометр Aeris — простой в использовании прибор с превосходным качеством данных — может использоваться для точного анализа состояния кристаллической фазы в материалах аккумуляторной батареи.

    Батарея

    — Energy Education

    Рис. 1. Батарея на 9 вольт. [1]

    Батарея — это устройство, которое накапливает энергию, а затем разряжает ее, преобразовывая химическую энергию в электричество. Обычные батареи чаще всего производят электричество химическим путем с помощью одного или нескольких электрохимических элементов. [2] В аккумуляторах могут использоваться и использовались многие различные материалы, но наиболее распространенными типами аккумуляторов являются щелочные, литий-ионные, литий-полимерные и никель-металлогидридные.Батареи могут быть соединены друг с другом в последовательную или параллельную цепь.

    Существует широкий выбор аккумуляторов, доступных для покупки, и эти разные типы аккумуляторов используются в разных устройствах. Большие батареи используются для запуска автомобилей, а батареи меньшего размера могут питать слуховые аппараты. В целом, батарейки чрезвычайно важны в повседневной жизни.

    Ячейки

    Ячейка — это единое целое, которое вырабатывает электричество каким-либо способом. Вообще говоря, клетки генерируют энергию с помощью термического, химического или оптического процесса.

    Типичная ячейка имеет два вывода (называемых электродами , ), погруженными в химикат (называемый электролитом , ). Два электрода разделены пористой стенкой или перемычкой , которая позволяет электрическому заряду проходить с одной стороны на другую через электролит. Анод — отрицательный вывод — получает электроны, а катод — положительный вывод — теряет электроны. Этот обмен электронами позволяет развивать разность потенциалов или разность напряжений между двумя выводами, позволяя течь электричеству. [2]

    В батарее может быть огромное количество ячеек, от одной ячейки в батарее AA до более 7 100 ячеек в батарее Tesla Model S. [3]

    Рисунок 2. Схема в разрезе, показывающая анатомию щелочной батареи. [4]

    Первичные элементы («сухие»)

    В этих элементах химическое взаимодействие между электродами и электролитом вызывает необратимые изменения, что означает, что они не перезаряжаемые . [2] Эти батареи одноразового использования, что приводит к большему количеству отходов от использования этих батарей, поскольку они утилизируются через относительно короткий период времени.

    Вторичные элементы («мокрые»)

    Этот тип элемента (именуемый мокрый из-за использования жидкого электролита) генерирует ток через вторичный элемент в направлении, противоположном направлению первого / нормального элемента. Это вызывает обратное химическое действие, которое эффективно восстанавливается, что означает, что они перезаряжаемые . [2] Эти батареи могут быть более дорогими в приобретении, но производят меньше отходов, поскольку их можно использовать несколько раз.

    Емкость аккумулятора

    Батареи часто оценивают по выходному напряжению и емкости.Емкость — это то, сколько времени хватит конкретной батареи в Ач (ампер-часах) [2] :

    Батареи емкостью 1 Ач хватит на один час работы при 1 А.

    Батареи можно также оценить по их энергоемкости. Это делается либо в ватт-часах, либо в киловатт-часах.

    Батареи емкостью 1 кВтч хватит на один час при выработке 1 кВт электроэнергии.

    Phet Simulation

    Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета.Это моделирование исследует, как батареи работают в электрической цепи:

    Для дальнейшего чтения

    Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

    Список литературы

    1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg#/media/File:Duracell_9_Volt_0849.jpg
    2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.4, с. 89-94.
    3. ↑ Technology Metals Research. (Проверено 28 июля 2015 г.). Going Natural: The Solution of Tesla Graphite Problem [Online], доступно: http://www.techmetalsresearch.com/2014/03/going-natural-the-solution-to-teslas-graphite-problem/
    4. ↑ Гиперфизика. (Проверено 28 июля 2015 г.). Угольно-цинковые батареи [Онлайн], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/battery.html

    Что такое аккумулятор? | National Grid Group

    Аккумуляторные аккумуляторы или аккумуляторные системы аккумулирования энергии (BESS) — это устройства, которые позволяют аккумулировать энергию из возобновляемых источников, например солнечную и ветровую , а затем высвобождать ее, когда потребителям больше всего нужна энергия.

    Литий-ионные батареи, которые используются в мобильных телефонах и электромобилях , в настоящее время являются доминирующей технологией хранения на крупных предприятиях, помогая электросетям обеспечивать надежное снабжение возобновляемой энергией.

    Почему важно хранить аккумулятор и каковы его преимущества?

    Аккумуляторная технология хранения играет ключевую роль в обеспечении питания домов и предприятий от зеленой энергии , даже когда солнце не светит или ветер перестал.

    Например, Великобритания имеет самую большую в мире установленную мощность оффшорных ветроэнергетических установок , но способность улавливать эту энергию и целенаправленно использовать ее может повысить ценность этой чистой энергии; за счет увеличения производства и потенциального снижения затрат.

    Каждый день инженеры National Grid и электрических сетей по всему миру должны согласовывать предложение и спрос. Управление этими пиками и минимумами становится более сложной задачей, когда цель состоит в достижении чистого нулевого производства углерода путем отказа от электростанций, работающих на ископаемом топливе, которые традиционно использовались в качестве резервной копии для обеспечения надежного и стабильного энергоснабжения.

    По оценке правительства Великобритании, такие технологии, как аккумуляторные системы хранения, поддерживающие интеграцию более низкоуглеродных технологий в области энергетики, тепла и транспорта, могут сэкономить энергетической системе Великобритании до 40 миллиардов фунтов стерлингов к 2050 году , в конечном итоге сократив счета людей за электроэнергию.

    В США Кен-Ичи Хино, директор по энергетике National Grid Renewables , американского подразделения National Grid Ventures, занимающегося возобновляемыми источниками энергии, говорит: «Хранение обеспечивает дальнейшее производство возобновляемых источников энергии как с точки зрения эксплуатации, так и с точки зрения надежности.Это также ключевая составляющая постоянного развития наших потребителей коммунальных услуг и перехода на возобновляемые источники энергии. Мы видим значительные возможности для объединения накопителей энергии с нашими проектами в области солнечной энергетики ».

    Как именно работает аккумуляторная система хранения?

    Аккумуляторные системы накопления энергии значительно более совершенные, чем аккумуляторы, которые вы храните в кухонном ящике или вставляете в детские игрушки. Аккумуляторную систему хранения можно заряжать электричеством, вырабатываемым из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца.

    Программное обеспечение для интеллектуальных аккумуляторов использует алгоритмы для координации производства энергии, а компьютеризированные системы управления используются для принятия решения о том, когда сохранять энергию для обеспечения резервов или передавать ее в сеть. Энергия высвобождается из аккумуляторной системы хранения во время пикового спроса, что снижает затраты и обеспечивает бесперебойную передачу электроэнергии.

    Эта статья касается крупномасштабных аккумуляторных систем хранения, но бытовые системы хранения энергии работают на тех же принципах.

    Какие системы хранения возобновляемой энергии разрабатываются?

    Для хранения возобновляемой энергии требуются недорогие технологии, которые имеют долгий срок службы — зарядка и разрядка тысячи раз — безопасны и могут эффективно хранить достаточно энергии, чтобы удовлетворить спрос.

    Литий-ионные батареи были разработаны британским ученым в 1970-х годах и впервые были коммерчески использованы Sony в 1991 году для портативного видеомагнитофона компании. Хотя в настоящее время они являются наиболее экономически жизнеспособным решением для хранения энергии, в настоящее время разрабатывается ряд других технологий для аккумуляторов. К ним относятся:

    • Накопитель энергии сжатым воздухом : В этих системах, обычно расположенных в больших камерах, избыточная мощность используется для сжатия воздуха, а затем его хранения.Когда требуется энергия, сжатый воздух выпускается и проходит через воздушную турбину для выработки электроэнергии.
    • Механический накопитель энергии силы тяжести : Одним из примеров этого типа системы является использование энергии для подъема бетонных блоков на башню. Когда требуется энергия, бетонные блоки опускаются обратно вниз, генерируя электричество за счет силы тяжести.
    • Проточные батареи : В этих батареях, которые по сути являются перезаряжаемыми топливными элементами, химическая энергия обеспечивается двумя химическими компонентами, растворенными в жидкостях, содержащихся в системе и разделенных мембраной.

    Прескотт Хартшорн, директор по распределенной энергии и возобновляемым источникам энергии в National Grid Ventures , говорит: «Следующее десятилетие будет большим для хранения энергии в целом и для батарей в частности. Это будет важным испытанием для аккумуляторов и других технологий ».

    Объяснение энергии

    Что такое аккумуляторная батарея? — Определение с сайта WhatIs.com

    К

    Аккумуляторная батарея — это устройство накопления энергии, которое можно снова заряжать после разрядки, подавая на его клеммы постоянный ток.

    Перезаряжаемые батареи позволяют многократно использовать один элемент, сокращая отходы и, как правило, обеспечивая более выгодные долгосрочные инвестиции в долларах, затрачиваемых на время использования устройства. Это верно даже с учетом более высокой закупочной цены аккумуляторов и необходимости в зарядном устройстве.
    Аккумуляторная батарея, как правило, является более разумной и устойчивой заменой одноразовым батареям, которые генерируют ток в результате химической реакции, в которой потребляется реактивный анод.Анод в перезаряжаемой батарее также разряжается, но медленнее, что позволяет производить много зарядов и разрядов.

    В использовании аккумуляторные батареи такие же, как и обычные. Однако после разрядки аккумуляторы помещаются в зарядное устройство или, в случае встроенных аккумуляторов, подключается адаптер переменного / постоянного тока.

    Хотя аккумуляторные батареи предлагают более низкую долгосрочную стоимость и сокращают отходы, у них есть несколько минусов. Многие типы перезаряжаемых элементов, созданные для потребительских устройств, в том числе батареи AA и AAA, C и D, производят более низкое напряжение, равное 1.2В в отличие от 1,5В щелочных батарей. Хотя это более низкое напряжение не мешает правильной работе правильно спроектированной электроники, это может означать, что одного заряда хватит на меньшее время или не будет такой же мощности за сеанс. Однако это не относится к литий-полимерным и литий-ионным батареям.

    Некоторые типы батарей, такие как никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, могут проявлять эффект памяти батареи только при частичном разряде, что снижает производительность последующих зарядок и, следовательно, срок службы батареи в данном устройстве.

    Перезаряжаемые батареи используются во многих приложениях, таких как автомобили, всевозможная бытовая электроника и даже автономные и дополнительные накопители энергии.

    См. Также: Tesla Powerpack и Powerwall.

    Последнее обновление: май 2015 г.

    Продолжить чтение о аккумуляторной батарее

    Внутри аккумуляторной батареи | Тех

    Механизм разгрузки

    Разряд снимает электричество с аккумулятора.Электрохимические реакции происходят в первичных или аккумуляторных батареях, и в результате этих реакций выделяются электроны. Мы объясним, как электричество генерируется в результате электрохимической реакции в батарее.

    В аккумуляторной батарее есть положительный и отрицательный электроды. Отрицательный электрод излучает электроны в результате реакции окисления, вызванной связыванием с кислородом. С другой стороны, реакция восстановления происходит за счет поглощения электронов на положительном электроде. Другими словами, избыточные электроны, генерируемые на отрицательном электроде, перемещаются, чтобы компенсировать недостающие электроны за счет реакции восстановления, которая происходит на положительном электроде.

    Окислительно-восстановительная реакция, происходящая на каждом электроде, различается в зависимости от материала электрода и раствора электролита. Эти химические реакции продолжаются до тех пор, пока не перестанет существовать необходимое для реакции вещество. Другими словами, аккумулятор может вырабатывать электричество до полной разрядки.

    Механизм заряда

    С другой стороны, зарядка отправляет электричество в аккумуляторные батареи для повторного использования. В полностью разряженной батарее вещества в батарее поддерживают химическое равновесие без каких-либо электрохимических реакций.Однако можно вернуться в состояние до разряда, вызвав химическую реакцию, которая извлекает электричество из положительного электрода и передает электроны отрицательному электроду.

    На положительном электроде происходит реакция окисления, а на отрицательном электроде за счет разряда — реакция восстановления. Электроны, посланные от внешнего источника питания, вызывают обратную электрохимическую реакцию в аккумуляторной батарее. С другой стороны, первичные батареи нельзя заряжать.Поскольку химическая реакция является необратимой или стоимость зарядки высока, даже если это обратимая реакция, она является одноразовой.

    Химическая реакция и электрические характеристики во время заряда и разряда

    Теперь мы представляем примеры химических реакций во время заряда / разряда и электрические характеристики различных аккумуляторов с точки зрения «электрохимии».

    Сначала мы объясним химическую реакцию внутри аккумуляторной батареи на примере NiMH (никель-металлогидридная батарея).Соединение никелевой кислоты используется для положительного электрода, а сплав для хранения водорода используется для отрицательного электрода в NiMH. Во время зарядки молекулы воды образуются из гидроксид-ионов на положительном электроде. Молекулы воды разлагаются на атомы водорода и ионы гидроксида на отрицательном электроде, а атомы водорода хранятся в сплаве для хранения водорода. Формула химической реакции выглядит следующим образом (M означает сплав для хранения водорода).

    Во время разряда ионы гидроксида генерируются молекулами воды на положительном электроде, и они перемещаются от положительного электрода к отрицательному электроду в электролите.Ионы гидроксида, перенесенные на отрицательный электрод, принимают ионы водорода из сплава для хранения водорода и возвращаются к молекулам воды. Формула химической реакции следующая.

    Если эту реакцию записать в формуле электрохимического равновесия, она принимает следующий вид.

    Эта вторая строка описывает стандартный электродный потенциал E 0 электрохимической реакцией. Электрические характеристики батареи можно описать стандартным электродным потенциалом, который теоретически может выдавать потенциал.

    Электричество вырабатывается в результате химической реакции в батарее. А количество поставляемой электроэнергии зависит от типа аккумулятора. Так же, как атомы и молекулы обладают индивидуальностью, энергия генерируемых электронов также зависит от электрохимической реакции.

    Теоретическая электродвижущая сила определяется разностью электрических потенциалов, генерируемых комбинацией материалов положительного и отрицательного электродов. Это стандартный электродный потенциал.Тогда энергия электронов, генерируемых на каждом полюсе, определяется потенциалом, измеренным с помощью SHE (стандартного водородного электрода). «vs. ОНА» означает «СТАНДАРТ ОНА».

    Например, в случае литий-ионной аккумуляторной батареи, если вы используете литий-кобальтит (LiCoO 2 ) для положительного электрода и углерод для отрицательного электрода для извлечения электронов из Li, разница электрического потенциала с SHE составляет +0,87 V для положительного электрода и -2,83 для отрицательного электрода.Стандартный потенциал электрода составляет 0,87 — (-2,83) = 3,7 В относительно SHE.

    Аналогично, 1,32 В относительно SHE для NiCd (никель-кадмиевых) батарей и 1,55 В относительно SHE для NiMH аккумуляторов. Однако ЭДС никель-кадмиевого аккумулятора и никель-металлгидридного аккумулятора составляет около 1,2 В, что немного ниже теоретических значений.

    В случае свинцовых аккумуляторных батарей, которые часто используются в автомобильных батареях, диоксид свинца (PbO 2 ) используется для положительного электрода и свинца (Pb) для отрицательного электрода.Тогда стандартный электродный потенциал положительного электрода стандарта SHE равен 1,70, а отрицательного электрода -0,35, это будет около 2,0 В относительно SHE. Это значение практически совпадает с номинальным значением электродвижущей силы свинцовой аккумуляторной батареи.

    Стандартные электродные потенциалы каждой батареи приведены в таблице 1.

    Ну а что нам улучшить электродвижущую силу? Для литий-ионных аккумуляторов потенциал, при котором Li испускает электроны, составляет примерно -3.0 В против SHE, так что почти достиг теоретического предела. Следовательно, нет другого выбора, кроме как поднять потенциал с положительной стороны. В качестве другого варианта мы рассматриваем одну батарею как единицу, называемую «ячейкой». Напряжение можно увеличить, подключив несколько ячеек последовательно. Например, в случае свинцовой аккумуляторной батареи одна ячейка имеет напряжение 2 В, поэтому в случае автомобильной батареи на 12 В. шесть элементов подключаются последовательно. То же самое и с портативным компьютером. Например, ЭДС реализуется подключением трех литий-ионных аккумуляторов последовательно в случае 10.Привод 8 В.

    Наконец, я объясню эффект памяти. Эффект памяти вызывает падение напряжения аккумулятора в случае никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, если аккумулятор заряжается до полной разрядки. Это называется эффектом памяти, потому что он основан на эффектах предыдущей разрядной ситуации. При зарядке до полной разрядки напряжение, необходимое для работы, не может быть получено в случае оборудования, требующего высокого напряжения, такого как цифровая камера. Известно, что он восстанавливается после полной разрядки, но мы не уверены, почему существуют эффекты памяти.

    С другой стороны, литий-ионные батареи не обладают эффектом памяти и подходят для многократного использования. Однако как для положительных, так и для отрицательных электродов происходит реакция интеркаляции, в которой Li + входит и выходит из зазора в материале структуры электрода. Это заставляет материал электрода слегка расширяться и сжиматься из-за заряда и разряда. Но он стабильнее других аккумуляторов.

    Структура батареи редко нарушается реакцией интеркаляции.Однако используемый материал разрушается и расширяется из-за осаждения металлического лития, потому что перезарядка или переразрядка повторяются. В результате аккумуляторная батарея смартфона, в котором используется литий-ионный аккумулятор, расширяется, а иногда воспламеняется или взрывается.

    Соответствующие технические знания

    Assault vs battery, в чем разница?

    Следующие вопросы были заданы Джону Роска, адвокату / писателю, чья еженедельная колонка «Вопросы и ответы: Закон» публиковалась в газете Champaign News-Gazette.

    Вопрос

    В чем разница между assault и батареей? Какие штрафы? Могу ли я когда-нибудь удалить запись, если меня признают виновным?

    Ответ

    Это разные вещи. Вы можете совершить нападение или нанести удар, но это разные преступления. Не существует такого понятия, как «нападение и нанесение побоев».

    Закон делит преступления на две основные категории: «преступления, направленные против собственности» и «преступления, направленные против личности».”

    К преступлениям против собственности относятся:

    К основным преступлениям против людей относятся:

    Нападение и нанесение побоев — два основных преступления, связанных с нанесением телесных повреждений.

    Нападение — это , совершенное , когда кто-то «совершает действия, вызывающие у другого человека разумные опасения получить батарею». Это угроза — реальная или подразумеваемая — батареи или находящейся в стадии разработки.

    Батарейка возникает, когда кто-то «причиняет телесные повреждения» человеку или когда кто-то «вступает в физический контакт оскорбительного или провокационного характера с человеком.«Чтобы быть преступником, человек должен действовать« намеренно или сознательно без юридических оснований ».

    Цель — ключ к аккумулятору. Нельзя случайно ударить человека. Или, как выразился судья Холмс, «даже собака делает различие между споткнувшейся ногой и ногой».

    Хотя это и рассматривается как правонарушение, связанное с нанесением телесных повреждений, простого контакта может быть достаточно. В одном случае говорится, что палец в груди ткнул в батарею.

    Простое нападение является проступком класса C (макс.Штраф 500 долларов и 30 суток тюрьмы). Плюс общественные работы не менее 30 и не более 120 часов, если есть общественные работы. Нападение при отягчающих обстоятельствах , включающее длинный список возможных факторов, является более серьезным проступком. Иногда это уголовное преступление . Некоторые из этих факторов включают совершенное нападение:

    • С огнестрельным оружием,
    • В капюшоне или маске,
    • Против определенных людей,
    • Или в определенных местах.

    Некоторые жертвы, которые могут совершить нападение при отягчающих обстоятельствах, — это лица в возрасте 60 лет и старше, учителя и тренеры.Некоторые из мест, вызывающих отягчающие обстоятельства, являются «общественной собственностью» и событиями NCAA.

    Простая батарея — это проступок класса А (макс. Штраф в размере 1000 долларов; тюремное заключение от 6 месяцев до 1 года). Если есть «тяжкие телесные повреждения», это побои с отягчающими обстоятельствами. Это также усугубляет аккумулятор, если есть отягчающий фактор. Большинство факторов, усугубляющих нападение, также усугубляют аккумулятор. Все батареи с отягчающими обстоятельствами являются тяжкими преступлениями. Некоторые говорят, что фактор общественной собственности превращает слишком много простых батарей в уголовные преступления.

    Когда судимость снята, она уничтожается.Его больше нет, поэтому его больше никто не видит. Такой крупный иск возможен только при отсутствии судимости. Судебный надзор не считается обвинительным приговором . Таким образом, надзор за нападением или нанесением побоев является единственным документом, в котором вы были оштрафованы или иным образом «приговорены» к тому, что вы можете удалить . Вы не можете получить надзор за тяжкое преступление. Что-либо большее, чем надзор, — это убеждение, которое предотвращает исключение .

    Иногда, если запись не может быть удалена, ее можно запечатать. Sealing закрывает запись для общественности. Но это остается открытым для правоохранительных органов. Поскольку это менее жестко, чем удаление, часто возможно заключение обвинительных приговоров за мелкие правонарушения.

    Но вы не можете закрепить приговор за «преступления с применением насилия», такие как нападение и нанесение побоев, даже если они были проступками.

    Если обычно проще запечатать, чем удалить, как вы можете удалить запись, которую нельзя запечатать? Потому что ваша запись чище — обвинительных приговоров нет.

    Что такое технология литиевых батарей?

    Литиевые батареи

    отличаются от батарей другого химического состава из-за их высокой плотности энергии и низкой стоимости цикла.Однако «литиевая батарея» — термин неоднозначный. Существует около шести общих химических составов литиевых батарей, каждая из которых имеет свои уникальные преимущества и недостатки. Для возобновляемых источников энергии преобладающим химическим составом является фосфат лития-железа (LiFePO4). Этот химический состав обладает превосходной безопасностью, высокой термической стабильностью, высокими номинальными токами, длительным сроком службы и устойчивостью к неправильному обращению.

    Литий-железо-фосфат (LiFePO4) — это чрезвычайно стабильный химический состав лития по сравнению почти со всеми другими химическими соединениями лития.Аккумуляторная батарея собрана из безопасного катодного материала (фосфата железа). По сравнению с другими химическими составами лития фосфат железа способствует прочной молекулярной связи, которая выдерживает экстремальные условия зарядки, продлевает срок службы и поддерживает химическую целостность в течение многих циклов. Это то, что придает этим батареям отличную термическую стабильность, длительный срок службы и устойчивость к неправильному обращению. Батареи LiFePO4 не склонны к перегреву и не склонны к «тепловому разгону» и, следовательно, не перегреваются и не воспламеняются при неправильном обращении или суровых условиях окружающей среды.

    В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторов другого химического состава, литиевые аккумуляторы не выделяют опасных газов, таких как водород и кислород. Также нет опасности воздействия едких электролитов, таких как серная кислота или гидроксид калия. В большинстве случаев эти батареи можно хранить в закрытых помещениях без риска взрыва, и правильно спроектированная система не требует активного охлаждения или вентиляции.

    Литиевые батареи

    представляют собой сборку, состоящую из множества ячеек, таких как свинцово-кислотные батареи и многие другие типы батарей.Свинцово-кислотные батареи имеют номинальное напряжение 2 В на элемент, а элементы литиевых батарей имеют номинальное напряжение 3,2 В. Следовательно, чтобы получить аккумулятор на 12 В, вы обычно будете иметь четыре последовательно соединенных элемента. Это сделает номинальное напряжение LiFePO4 12,8 В. Восемь элементов, соединенных последовательно, образуют батарею 24 В с номинальным напряжением 25,6 В, а шестнадцать последовательно соединенных ячеек образуют батарею 48 В с номинальным напряжением 51,2 В. Эти напряжения очень хорошо работают с вашими типичными инверторами на 12, 24 и 48 В.

    Литиевые батареи

    часто используются для прямой замены свинцово-кислотных аккумуляторов, потому что у них очень близкие зарядные напряжения. Четырехэлементная батарея LiFePO4 (12,8 В) обычно имеет максимальное напряжение заряда в пределах 14,4–14,6 В (в зависимости от рекомендаций производителя). Уникальность литиевых батарей в том, что они не нуждаются в абсорбционном заряде или в поддержании постоянного напряжения в течение значительных периодов времени. Обычно, когда аккумулятор достигает максимального зарядного напряжения, его больше не нужно заряжать.Разрядные характеристики аккумуляторов LiFePO4 также уникальны. Во время разряда литиевые батареи будут поддерживать гораздо более высокое напряжение, чем свинцово-кислотные батареи обычно под нагрузкой. Нередко литиевая батарея падает всего на несколько десятых вольта от полной зарядки до 75% разряда. Это может затруднить определение того, какая емкость была использована без оборудования для мониторинга батареи.

    Существенным преимуществом литиевых аккумуляторов перед свинцово-кислотными аккумуляторами является то, что они не подвержены циклическому дефициту.По сути, это когда батареи не могут быть полностью заряжены до того, как снова разрядятся на следующий день. Это очень большая проблема для свинцово-кислотных аккумуляторов, которая может вызвать значительную деградацию пластин при повторном циклировании таким образом. Аккумуляторы LiFePO4 не требуют регулярной полной зарядки. Фактически, можно немного увеличить общую продолжительность жизни с помощью небольшой частичной зарядки вместо полной.

    Эффективность — очень важный фактор при проектировании солнечных электрических систем.КПД в оба конца (от полного до разряженного и обратно в полный) средней свинцово-кислотной батареи составляет около 80%. Другая химия может быть еще хуже. Энергоэффективность литий-железо-фосфатной батареи в оба конца составляет более 95-98%. Одно это уже является значительным улучшением для систем, в которых зимой не хватает солнечной энергии, экономия топлива за счет зарядки генератора может быть огромной. Стадия абсорбционного заряда свинцово-кислотных аккумуляторов особенно неэффективна, в результате чего КПД составляет 50% или даже меньше.Учитывая, что литиевые батареи не поглощают заряд, время зарядки от полностью разряженного до полностью полного заряда может составлять всего два часа. Также важно отметить, что литиевая батарея может практически полностью разрядиться без значительных побочных эффектов. Однако важно следить за тем, чтобы отдельные элементы не разряжались слишком сильно. Это задача интегрированной системы управления батареями (BMS).

    Безопасность и надежность литиевых батарей — большая проблема, поэтому все сборки должны иметь интегрированную систему управления батареями (BMS).BMS — это система, которая контролирует, оценивает, уравновешивает и защищает ячейки от работы за пределами «безопасной рабочей зоны». BMS является важным компонентом безопасности системы литиевых батарей, контролируя и защищая элементы внутри батареи от перегрузки по току, пониженного / повышенного напряжения, пониженной / повышенной температуры и т. Д. Ячейка LiFePO4 будет безвозвратно повреждена, если напряжение элемента упадет до менее 2,5 В, она также будет безвозвратно повреждена, если напряжение ячейки увеличится до более чем 4.2В. BMS контролирует каждую ячейку и предотвращает повреждение ячеек в случае пониженного / повышенного напряжения.

    Другой важной задачей BMS является балансировка аккумулятора во время зарядки, гарантирующая, что все элементы получат полный заряд без перезарядки. Ячейки батареи LiFePO4 не будут автоматически сбалансированы в конце цикла зарядки. Есть небольшие вариации в импедансе ячеек, поэтому ни одна ячейка не идентична на 100%. Следовательно, при циклическом включении некоторые элементы будут полностью заряжены или разряжены раньше, чем другие.Разница между ячейками со временем значительно увеличится, если ячейки не сбалансированы.

    В свинцово-кислотных аккумуляторах ток будет продолжать течь, даже когда одна или несколько ячеек полностью заряжены. Это результат электролиза внутри батареи, когда вода расщепляется на водород и кислород. Этот ток помогает полностью зарядить другие ячейки, естественным образом уравновешивая заряд всех ячеек. Однако полностью заряженный литиевый элемент будет иметь очень высокое сопротивление и будет течь очень небольшой ток.Поэтому отстающие элементы не будут полностью заряжены. Во время балансировки BMS будет прикладывать небольшую нагрузку к полностью заряженным ячейкам, предотвращая перезарядку и позволяя другим ячейкам наверстать упущенное.

    Литиевые батареи

    обладают множеством преимуществ по сравнению с батареями другого химического состава. Они представляют собой безопасное и надежное решение для аккумуляторов, не опасаясь теплового разгона и / или катастрофического расплавления, что является значительной вероятностью для других типов литиевых аккумуляторов. Эти батареи предлагают чрезвычайно долгий срок службы, причем некоторые производители даже гарантируют, что батареи выдерживают до 10 000 циклов.Благодаря высокой скорости разряда и перезарядки, превышающей C / 2 в непрерывном режиме, и КПД в оба конца до 98%, неудивительно, что эти батареи набирают обороты в отрасли. Литий-фосфат железа (LiFePO4) — идеальное решение для хранения энергии.

    Литий-ионные батареи | PhysicsCentral

    Доставка заряда

    Литий-ионные аккумуляторы

    уже питают ваш мобильный телефон и ноутбук, и вскоре они могут питать ваш автомобиль. Но что это за батарейки и что делает их намного лучше обычных щелочных батарей?

    Чтобы ответить на этот вопрос, важно понимать, как работают батареи.Батарея — это устройство, которое накапливает электрическую энергию и затем может доставлять эту энергию посредством легко контролируемой электрохимической реакции.

    Схема литий-ионного элемента. Перепечатано с любезного разрешения HowStuffWorks.com

    Батарея обычно состоит из ряда ячеек, вырабатывающих электричество. Каждая ячейка состоит из трех основных компонентов: анода, катода и электролита. Когда анод и катод соединены электрическим проводником, таким как провод, электроны текут от анода через провод к катоду, создавая электрический ток, в то время как электролит проводит положительный ток в виде положительных ионов или катионов.Материалы, используемые для каждого из этих компонентов, определяют характеристики батареи, включая ее емкость — или общее количество энергии, которое она может доставить — и ее напряжение — или количество энергии на электрон. Представьте, что батарея похожа на резервуар с водой, которую сливают из шланга. Объем бака — это емкость аккумулятора, а давление в шланге — это его напряжение.

    Литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона.

    Материалы анода и катода выбираются таким образом, чтобы анод отдавал электроны, а катод принимал их.Тенденция материала отдавать или принимать электроны обычно выражается как стандартный электродный потенциал объекта. Разница между электродными потенциалами катода и анода определяет напряжение всей ячейки. Анод и катод разделены электролитом, который представляет собой жидкость или гель, проводящий электричество. Когда анод и катод затем соединяются друг с другом с помощью провода, анод вступает в химическую реакцию с электролитом, в которой он теряет электроны, создавая катионы или положительные ионы — процесс, называемый окислением.Электроны и катионы встречаются на катоде, где они подвергаются химической реакции, называемой восстановлением. Вместе весь процесс известен как окислительно-восстановительная или окислительно-восстановительная реакция. Электроны перемещаются по проволоке от анода к катоду, потому что они имеют более высокую энергию на аноде, чем на катоде. Когда электроны проходят через такое устройство, как электрическая лампочка, энергия батареи используется для работы. Химические реакции в батарее могут длиться некоторое время, но не вечно. В конце концов они истощают или разъедают анод и катод, оставляя недостаточно материала для поддержания реакции.

    Литий-кобальтовый оксид состоит из слоев лития (показаны здесь как пурпурные сферы), которые лежат между пластинами, образованными атомами кобальта и кислорода (показаны здесь как соединенные красные и синие сферы).

    В литий-ионной батарее ион лития — это катион, который перемещается от анода к катоду. Литий (Li) легко ионизируется с образованием Li + плюс один электрон. Электролит обычно представляет собой комбинацию солей лития, таких как LiPF 6 , LiBF 4 или LiClO 4 , в органическом растворителе, таком как эфир.Графит (углерод) чаще всего используется в качестве анода, а оксид лития-кобальта (LiCoO 2 ) является наиболее распространенным катодным материалом. Эта комбинация дает общее напряжение 3,6 В (В), что более чем в два раза больше, чем у стандартной щелочной батареи AA. Это дает литий-ионным батареям намного лучшее соотношение энергии к объему или удельной энергии, чем у обычных щелочных батарей или других обычных перезаряжаемых батарей, таких как никель-металлгидридные. Отчасти это связано с тем, что литий является третьим по величине элементом после водорода и гелия, и, таким образом, ион лития может нести положительный заряд в очень небольшом пространстве.Однако важно иметь в виду, что даже литий-ионные батареи во много раз менее энергоемкие, чем такие вещества, как моторное топливо или продукты питания, которые хранят энергию в химических связях. Увеличение количества энергии, которое может быть упаковано в батарею заданного объема, является одной из основных задач, стоящих сегодня перед производителями батарей.

    Литий-ионные батареи

    , в отличие от стандартных щелочных батарей AA и AAA, можно заряжать, выполняя анодную и катодную реакции в обратном порядке. Обычно это делается с помощью зарядного устройства, которое подключается к мощному источнику электроэнергии, например к сетевой розетке или автомобильному прикуривателю.Возможность многократной перезарядки без большой потери емкости — еще одно важное преимущество литий-ионного аккумулятора. Представьте, если бы вам приходилось покупать новую батарею для мобильного телефона каждые несколько дней!

    Зарядка и разрядка. Перепечатано с разрешения рисунка 2 из: «Батареи и электрохимические конденсаторы», Абруна, Кия и Хендерсон, Physics Today , декабрь 2008 г. Авторское право 2008 г., Американский институт физики.

    Несмотря на все эти преимущества, литий-ионные аккумуляторы не идеальны.Возможно, вы заметили, что количество заряда, которое может выдержать аккумулятор вашего мобильного телефона и ноутбука, уменьшается через несколько лет. Литий-ионные батареи со временем развивают повышенное внутреннее сопротивление, что снижает их способность передавать ток. Кроме того, литий-ионные батареи уязвимы для ряда потенциальных проблем, в том числе перегрева на аноде (возможно, из-за тепла от устройства, которое питает батарея) и производства кислорода из-за перезарядки на катоде. Сложите эти две проблемы вместе, и вы получите хорошие условия для пожара — именно то, что случилось с несколькими незадачливыми владельцами ноутбуков.

    Изображение внутренней части литий-ионной аккумуляторной батареи с защитными устройствами. Любезно предоставлено ZDNet UK.

    Сегодня литий-ионные батареи производятся с защитой для ограничения зарядного напряжения и отключения батареи, если температура становится слишком высокой. Другие меры предосторожности позволяют удалить воздух в случае повышения давления и предотвратить слишком глубокую разрядку, после которой аккумулятор не может быть перезаряжен. Эта защитная схема делает батарею безопасной, но она также уменьшает долю батареи, которая используется для хранения энергии, а также медленно разряжает батарею, даже когда устройство выключено.Ряд исследовательских групп занимаются улучшением этих и других аспектов литий-ионной батареи, и в будущем эта трудолюбивая батарея будет появляться во все большем количестве устройств, включая электромобили, о которых мы так много слышим. в эти дни.

    Исследования

    Большая часть недавних усилий по усовершенствованию литий-ионных аккумуляторов была сосредоточена на разработке анодных или катодных материалов, которые могут удерживать больший заряд в заданном объеме, что приводит к более высокой плотности энергии. Многочисленные исследовательские группы сосредотачиваются на замене графитового анода кремнием, который потенциально может хранить до десяти раз больше текущей емкости.Обратной стороной является то, что кремниевые пленки имеют тенденцию расширяться при поглощении ионов лития во время зарядки и снова сжиматься при высвобождении ионов лития во время разряда, что приводит к измельчению и разрушению анода и короткому сроку службы батареи. Недавно группа под руководством И Цуй из Стэнфордского университета использовала кремниевые нанопроволоки для создания анода, который не имеет этого недостатка. На рисунке 3 представлены изображения этих нанопроволок с ионами лития и без них, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM).

    Рис. 3. Морфология и электронные изменения Si ННК в результате реакции с Li. Из «Высокопроизводительные аноды литиевых батарей с использованием кремниевых нанопроволок». Чан и др. Nature Nanotechnolog, 3, 31 — 35 (2008).

    Другая идея, привлекшая значительное внимание, — использование фосфата лития-железа (LiFePO 4 ) в качестве катода. Хотя он имеет немного меньшую емкость и значительно более низкую проводимость по сравнению с оксидом лития-кобальта, фосфат железа дешевле и менее химически реактивен.Тем не менее-Мин Чан и его коллеги из Массачусетского технологического института (MIT) работают над тем, чтобы это изменить. В 2002 году они показали, что путем «легирования» (добавления примесей) фосфата железа они могут достичь гораздо более высокой проводимости, чем считалось возможным ранее. А в 2004 году команде Чанга удалось использовать очень маленькие (менее 100 нанометров) частицы фосфата железа для улучшения емкости и проводимости катода.

    Шарообразная модель фосфата лития-железа, в которой атомы лития — синие, атомы железа — серые, атомы фосфора — желтые, а атомы кислорода — красные.Из «Электропроводящие фосфооливины в качестве электродов-аккумуляторов лития». S Cung, J. Bloking и Y. Chiang. Nature Material , том 1, октябрь 2002 г.

    Chiang также принимал участие в исследованиях передовых технологий сборки. Группа исследователей недавно использовала вирусы для сборки катодов литий-ионных аккумуляторов из очень тонких проводов из золота и оксида кобальта. Вирусы и другие биологические системы способны распознавать молекулы и собираться в организованные структуры, что делает их идеальными для инженерии микроскопических батарей.Как и в случае кремниевых анодов, описанных выше, эти новые катоды используют большую площадь поверхности нанопроволок, что обеспечивает большую емкость для заряженных частиц.

    Изображение с помощью туннельного электронного микроскопа (ПЭМ) нанопроволок Co3O4, созданных на основе вирусов. «Синтез и сборка нанопроволок для электродов литий-ионных батарей с использованием вирусов». Нам и др., Science, , 12 мая 2006 г., том 312, стр. 886.

    Другие исследовательские группы занимаются новыми электролитическими материалами. Как упоминалось ранее, современные литий-ионные батареи со временем теряют емкость, в основном из-за химических реакций между электролитами и электродами.Мохит Сингх из начинающей компании SEEO разрабатывает новый электролит на основе полимеров, которые представляют собой молекулы, состоящие из длинных цепочек повторяющихся структурных единиц. Сингх объединил структурно стабильный полимер с полимером, который хорошо проводит ионы, чтобы создать слой электролита, который является более тонким и менее химически активным, чем те, которые используются сегодня. Хироюки Нисиде из Университета Васэда в Токио разрабатывает полностью органическую гибкую батарею с электродами, состоящими из цепочек органических молекул, а не металлов.Это могло бы избежать проблем, связанных с некоторыми металлами, включая ограниченную доступность и удаление отходов. По сравнению с сегодняшними литий-ионными батареями, Nishide предлагает возможность более быстрой зарядки и разрядки и более длительного срока службы в обмен на, по крайней мере, на данный момент, более низкую плотность заряда.

    Фотография гибкого полимерного аккумулятора Nishide. От Такео Суги, Хироки Охширо, Шухей Сугиты, Кеничи Ояйдзу и Хироюки Нисиде, адв. Матер. в печати (adma200803073).

    Схема, показывающая реакции зарядки и разрядки.От Такео Суги, Хироки Охширо, Шухей Сугиты, Кеничи Ояйдзу и Хироюки Нисиде, адв. Матер. в печати (adma200803073).

    Какими бы материалами ни были выбраны электроды и электролиты, ясно одно: для обеспечения энергоэффективного будущего, о котором мы все мечтаем, батареи будущего, как и многие многообещающие технологии, будут зависеть от инженерных технологий нанометрового уровня. все еще изобретается.

    Ссылки

    HowStuffWorks
    Как работают литий-ионные батареи

    Battery University
    Отличный веб-сайт, посвященный батареям.

    Science @ Berkeley Lab
    Батареи будущего II

    YouTube
    Как это сделано: литий-ионные батареи

    Литий-ионные аккумуляторные батареи Tech-On
    стали безопаснее

    Science Daily
    Новый аккумулятор на основе нанопроволоки удерживает в 10 раз больше заряда существующих аккумуляторов

    Обзор технологий
    Литий-ионные батареи повышенной емкости

    Лес медных стержней диаметром около 100 нанометров создает гораздо большую площадь поверхности для электродов батарей большой емкости.Первоначально опубликовано в «Высокоскоростные электроды на основе Cu с наноархитектурой на основе Fe3O4 для литий-ионных аккумуляторов»
    P.L. Таберна, С. Митра, П. Пойзот, П. Саймон * и Дж. М. Тараскон, Nature Materials , 5 (2006) 567-573

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *