Аккумуляторы виды и устройство: Аккумулятор. Виды и применение. Как выбрать. Плюсы и минусы

Аккумулятор. Виды и применение. Как выбрать. Плюсы и минусы

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно. Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Этот аккумулятор выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчив к низким температурам и у него большой допустимый ток разряда. Одними из основных его достоинств является низкая цена и большой срок службы. Недостатки указанного вида в том, что он быстро саморазряжается и имеет низкую плотность энергии.

Основным недостатком такого оборудования является «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи. Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство. Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку. Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными. Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)

Такой аккумулятор чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах он уже используюется редко, так как вытесняется более прогрессивным типом батарей. Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства, основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими. Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры. Так как такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя. Если нарушается герметичность также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Устройство

Раньше аккумуляторные батареи для бытовой техники и телефонов по своему строению были точной копией тех, что используются в автомобилях. Современные технологии позволили разработать литий-ионные батареи, у которых катод покрыт алюминиевой, а анод медной фольгой. В литий-полимерных моделях в качестве банок используются мягкие пакеты, которые заполняются гелеобразным раствором лития в полимере.

Чтобы контролировать заряд, такая аккумуляторная батарея обязательно имеет устройство, которое выполнено в виде электронной платы. Вместо привычных двух контактов, такие батареи с платой телефона соединяются при помощи конвектора — многополюсного соединения.

Принцип работы

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность. Во время заряда ток пропускают в противоположном направлении, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой является емкость, то есть величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения. Для ее измерения обычно используются Ач.

Области применения

Аккумулятор используется в различных отраслях и имеет широкое применение. Аккумуляторные батареи применяют для освещения вагонов, питания различной апертуры на автомобилях, в мобильных телефонах, в бытовой технике и электронике.

Для того чтобы обезопасить компьютер и имеющуюся информацию при внезапном исчезновении питания, используются ИБП. Основным его элементом является АКБ. Первоначальный запуск любого автомобиля не возможет без заряженной аккумуляторной батареи.

Как выбрать аккумулятор

Рассмотрим особенности выбора АКБ для мобильного телефона. Сначала надо разобраться, какая батарея установлена в вашем телефоне, так как она может быть съемной или несъемной.

Если ее можно снять, то открывают заднюю крышку телефона и внимательно изучают характеристики батареи:

• Емкость.
• Модель.
• Напряжение.

При наличии и несъемной АКБ, ее данные можно узнать из паспорта телефона или на сайте производителя. Современный рынок предлагает оригинальные аккумуляторы, аналогичные и «ноунейм». На последний вариант лучше вообще не обращать внимания, так как такая батарея может не только вывести из строя телефон, а даже взорваться.

Между собой оригинальные и аналоговые изделия практически ничем не отличаются по своим характеристикам, но оригинальные батареи будут намного дороже. Учтите, что некоторые производители не делают оригинальные запчасти, поэтому в таком случае придется приобретать аналогичный источник питания.

Аккумулятор для автомобиля

В этом случае надо обращать внимание на такие характеристики как емкость, пусковой ток и габариты изделия. Важно, чтобы емкость и величина пускового тока не очень отличались от той аккумуляторной батареи, что была установлена на заводе-производителе, так как генератор и другое оборудование рассчитаны на определенные их значения.

Кроме описанных характеристик, обращают внимание на наличие дополнительных элементов: ручка для удобной транспортировки, защита клемм, наличие встроенного индикатора заряда.

Достоинства и недостатки

Рассмотрим, какие есть преимущества и недостатки у разных типов батарей.

Преимущества NiCd устройств:

• Быстрая зарядка, можно использовать ток, который равен и даже превышает емкость батареи, злоупотреблять часто большим зарядным током нельзя и если требуется быстрый заряд, то используют устройства, определяющие полный заряд батареи, после чего они должны отключаться.
• Могут давать в нагрузку ток большого значения.
• Если соблюдаются правила эксплуатации, то срок службы будет большим.
• Возможность восстановления при понижении емкости.
• Доступная стоимость.

Недостатки будут такие:

• Наличие «эффекта памяти».
• Высокий уровень саморазряда.
• Большой вес и размеры.
• Требуется специальная утилизация из-за наличия кадмия.

Особенности NiMh батарей:

• Больше плотность электроэнергии, поэтому они имеют меньший вес и размеры.
• Срок службы зависит от глубины разряда, чтобы батарея дольше служила, лучше ее эксплуатировать не с полным, а с поверхностным разрядом.
• Зарядка не может проводиться так быстро, как в предыдущем варианте.
• «Эффект памяти» выражен намного меньше.
• У них небольшое количество рабочих циклов.
• Высокий саморазряд, который достигает 30% в месяц.

LiIon батареи имеют следующие достоинства:

• Небольшой вес и размеры, достигается это за счет высокой плотности электроэнергии.
• Незначительный саморазряд.
• На протяжении всего срока службы не требуют никакого обслуживания.

Недостатки таких АКБ следующие:

• Высокая цена.
• Хранить такие батареи надо только заряженными.
• Даже если они не используются, происходит процесс старения, уже через два года, если ими не пользоваться, они обычно выходят из строя.

LiPol устройства являются самыми современными, но пока массово они не применяются, поэтому объективно оценить их преимущества и недостатки пока нельзя.

Если сравнивать их с другими типами, то в таких устройствах меньше рабочих циклов, и они рассчитаны на небольшой ток нагрузки. Технология их изготовления позволяет создавать тонкие и пластичные геометрические формы, что нехарактерно для других типов батарей. Как и у всего нового, стоимость таких батарей пока высокая.

Сейчас в электронных устройствах в основном используются NiMh и LiIon аккумуляторы. У первых будет больше срок службы при умеренных нагрузках и ниже стоимость, у вторых простое обслуживание и большой срок службы при интенсивных нагрузках. Никель-кадмиевые устройства уже практически не используются, а литий-полимерные только завоевывают рынок.

Похожие темы:

• Источник бесперебойного питания (ИБП). Виды. Работа. Как выбрать
• Батарейки. Виды. Устройство. Работа. Применение. Как выбрать

Аккумулятор — Что такое Аккумулятор?

AИ-95

0

AИ-98

0

3 января 2021 в 14:37

9036

Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.

Аккумулятор — это многоразовый источник тока, который предназначен для накопления и хранения энергии.
Его работа основана на обратимых окислительно-восстановительных реакциях, что дает возможность использовать батарею многократно.
Для создания аккумуляторной батареи, несколько аккумуляторов соединяют в одну цепь.
Батареи — это электрохимические устройства, которые преобразуют активные материалы более высокого уровня в альтернативное состояние во время разряда.

Скорость такой преобразования определяет нагрузочные характеристики аккумулятора.
Никелевые и литиевые батареи превосходят свинцовые батареи по скорости реакции. 

Для бытовых приборов и инструментов используется несколько типов аккумуляторных батарей, которые отличаются по используемым для их изготовления материалам.

Никель-кадмиевые (NiCd)

Никель-кадмиевые батареи:

• являются одними из самых долговечных аккумуляторов с точки зрения срока службы.
• способны выдерживать большое количество разрядов и зарядов, устойчивы к низким температурам, также у них большой допустимый ток разряда.
• имеют низкую цену и большой срок службы.

Недостатки :

• быстро саморазряжается,
• имеет низкую плотность энергии,
• имеет «эффект памяти», что приводит к снижению полезной емкости при неполном разряде батареи.

Для восстановления номинальной мощности, надо полностью разрядить, а потом снова зарядить это устройство.
Чтобы увеличить срок службы такого оборудования, необходимо полностью его разряжать и только потом ставить на зарядку.
Для заряда надо использовать только то устройство, которое шло в комплекте, либо таким, которое соответствует требованиям производителя батареи.

Никель-металлогидридные (NiMh)

Эта батарея предлагает до 50% больше энергии, чем никель-кадмиевые.
Имеет короткий срок службы.
Такие батареи появились позже, и они являются более перспективными.

Сейчас они массово используются для разной бытовой техники, но для телефонов и ноутбуков применяются еще более прогрессивные виды.

Литий-ионные (LiIon)


Среди аккумуляторов имеют самую высокую плотность энергии и самые легкие.
Стоят дороже и не могут обеспечить большие токи — это негатив.
Чаще всего используется для питания ноутбуков, фотоаппаратов и другой техники, но в современных телефонах они уже используются редко, т. к. вытесняются более прогрессивным типом батарей.
Их основной недостаток в высокой чувствительности к перезаряду, поэтому в устройствах, где используются такие батареи, обязательно устанавливают контроллер, который ограничивает заряд.

Литий-полимерные (LiPol)

Самые современные устройства.
Основным их отличием является то, что электролит гелеобразный, поэтому такие аккумуляторы могут быть очень тонкими.

Они чаще всего применяются в мобильных телефонах, плеерах и другой технике, имеющей небольшие размеры.
Т. к. такие батареи также чувствительны к перезаряду, использовать их в устройствах с неисправным контроллером заряда нельзя.
Если нарушается герметичность. также нельзя эксплуатировать такую батарею.

Независимо от типа, любой аккумулятор работает благодаря наличию разности напряжения между пластинами из металла, погруженными в электролит.

Химические процессы, происходящие в батарее, являются обратимыми, поэтому после ее разряжения, есть возможность при помощи заряда восстановить работоспособность.
Во время заряда ток пропускают в направлении, противоположном тому, которое будет при разряде аккумуляторной батареи.

Основной характеристикой аккумулятора является емкость, т. е. величина заряда, которую полностью заряженная батарея может отдать при разряде до наименьшего допустимого значения.

Для ее измерения обычно используют Ач.

Промышленные аккумуляторы:

• обычно крупнее аккумуляторов, используемых в потребительских товарах, 
• имеют более длительный срок службы,
• сконструированы таким образом, чтобы выдерживать ряд условий, которые не могут выдержать потребительские батареи;
• примеры: 
• батареи, используемые для контроля структурных нагрузок на мосты,
• вилочные погрузчики, где надлежащее обслуживание и системы зарядки имеют решающее значение;
• номенклатура промышленных аккумуляторов гораздо шире, нежели бытовых;
• стоимость выше, чем потребительских аккумуляторов;
• нуждаются в обслуживании, чтобы обеспечить их эффективную работу как можно дольше.

#аккумулятор #батарея

Последние новости

Новости СМИ2

Произвольные записи из технической библиотеки

Используя данный сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie, помогающих нам сделать его удобнее для вас. Подробнее.

Устройство и сравнение аккумуляторных батарей

Современную жизнь невозможно представить без электронных устройств. Для их работы требуются автономные источники питания. Аккумулятор – прибор способный под действием электрического тока накапливать энергию, а затем и отдавать ее в виде того же электрического тока. Рассмотрим различные виды аккумуляторов, их строение, особенности, сильные и слабые стороны.

Свинцово-кислотные – Pb.

Один из самых старых и широко распространенных видов аккумуляторных батарей. Был изобретен аж в 1859 году. Обычно представляют собой именно батарею из трех-шести секций соединенных последовательно. Каждая секция содержит положительный и отрицательный электроды в виде решеток из сплава свинца с добавлением сурьмы и различных примесей. Решетки погружены в электролит – серную кислоту разбавленную дистиллированной водой. В аккумуляторах для бытовых источников бесперебойного питания электролит сгущен раствором силикатов натрия до состояния пасты. На фото батарея для ИБП.

Одна секция в полностью заряженном состоянии выдает 2.11-2.17 вольт, что в сумме, при трех-шести секциях обеспечивает напряжение 6-12 В.

Применяются в автомобилях, источниках бесперебойного питания, аварийном электроснабжении. Можно встретить в ручных галогеновых прожекторах, в некоторых фонарях с раздельным расположением лампы и аккумуляторного блока.

Достоинства. Способны отдавать большой ток, широкий диапазон рабочих температур, относительно малая потеря емкости при отрицательных температурах, не имеют «эффекта памяти», долгий срок службы в благоприятных условиях и при правильном обслуживании.

Недостатки. Большой вес и размеры, подвержены саморазряду при хранении, при глубоком разряде теряют емкость или вообще выходят из строя, некоторые модели требуют обслуживания.

Никель-кадмиевые — NiCd.

Никель-кадмиевые аккумуляторы были изобретены всего на 40 лет позже свинцово-кислотных, но распространения не получили из-за высокой стоимости компонентов для их производства. Первые промышленные изделия появились лишь в середине 20 века.

Широко распространены в виде источников питания для портативной электроники, ручного инструмента. Имеют очень низкое внутреннее сопротивление, за счет чего могут быстро заряжаться и отдавать большие токи. Лучше всего подходят для устройств с непродолжительным высоким потреблением тока. Рабочее напряжение одного элемента – около 1.37 В. Ниже показаны некогда распространенные модели аккумуляторов для портативной электроники.

Это единственный вид аккумуляторов, который рекомендуется хранить в полностью разряженном состоянии. Несколько «тренировочных» циклов – глубокий разряд и полный заряд приводят батарею в работоспособное состояние после длительного хранения.

В области портативной электроники последнее время уступают свои позиции никель-металлгидридным аккумуляторам.

Достоинства. Способность отдавать большие токи и быстро заряжаться, работать при низких температурах, удобство при хранении, долгий срок службы (для промышленных моделей может исчисляться десятилетиями).

Недостатки. Присутствует «эффект памяти», относительно малая емкость, высокий саморазряд при хранении (около 10% в месяц).

Никель-металлгидридные — NiMH.

Были разработаны в 80х годах двадцатого века в качестве замены никель-кадмиевых аккумуляторов и успешно их заменяют во многих областях применения. При равных габаритах имеют примерно на треть большую емкость, но меньший срок службы и больший в 1.5-2 раза саморазряд. При разряде держат стабильное напряжение и резко снижают его при полном истощении элемента. Почти лишены «эффекта памяти», напряжение одного элемента около 1.2 В. Оптимальный режим работы – разряд током не более 0.5 С (где С – номинальная емкость элемента. То есть, при емкости аккумулятора 2000 мАч максимально допустимый ток нагрузки не должен превышать 1 А).Хранить никель-металлгидридные аккумуляторы следует полностью заряженными, при низкой, но не ниже 0 градусов, температуре.

Основное применение – замена батарейкам формата АА или ААА. По внешнему виду и размерам полностью соответствуют никель-кадмиевым.

Достоинства. Отсутствие эффекта памяти, высокая емкость сразу после заряда, стабильное выходное напряжение.

Недостатки. Высокий саморазряд при хранении, значительная (до 30%) потеря емкости при низких температурах, малый срок службы (300-500 циклов заряд-разряд).

LSD (LowSelfDischarge) или аккумуляторы с низким саморазрядом появились гораздо позже и имеют ряд преимуществ в сравнении с обычными NiMH. Если традиционный аккумулятор за первый месяц хранения может потерять до 20% заряда, то для LSD гарантируется остаток более 75% заряда после трех лет хранения. Способность отдавать гораздо большие токи, до 2С. Более устойчивы к низкой температуре. Увеличенный в 2-3 раза срок службы. И всего пару недостатков – меньшая емкость и более высокая цена. Рекомендуются как для устройств с высоким потреблением тока: фотовспышки, мощные фонари, так и для длительного использования в малопотребляющих устройствах: пульты дистанционного управления, часы.

Достоинства. Низкий саморазряд, отсутствие эффекта памяти, сохранение емкости при низких температурах, способность отдавать большой ток, долгий срок службы (1000-1500 циклов).

Недостатки. Сравнительно малая емкость и высокая цена.

Литий-ионные.

Литий-кобальтовые — LiNiCo.

Традиционные литий-ионные аккумуляторы. Широко применяются для питания цифровых фотокамер, видеокамер, в батареях для ноутбуков, радиоуправляемых моделей, фонарей, на транспорте. В качестве катода в настоящее время используется графит, анод – оксид лития с кобальтом. Диапазон рабочих напряжений – от 2.5 до 4.2 В. Как и все литиевые аккумуляторы, имеют очень малый вес. Способны отдавать ток до 2С, но рекомендуемый длительный ток разряда не должен превышать 1С. Хранить рекомендуется при температуре около 5 градусов Цельсия заряженными до 40%. Подвержены старению с потерей емкости даже когда не используются. Средний срок хранения и использования составляет 5 лет.

При низких отрицательных температурах (ниже -20) могут невосстановимо терять емкость. Представляют опасность возгорания или взрыва при перезаряде или перегреве, поэтому всегда снабжаются устройствами защиты. Глубокий разряд приводит к полной неработоспособности аккумулятора. На фото показана серия литий ионных аккумуляторов AW размерами от 15266 (RCR2) до 18650.

Набор цифр написанный на литий-ионных аккумуляторах не что иное как обозначение геометрических размеров модели в миллиметрах. Расшифровывается следующим образом:

Возьмем 18650.

Первые две цифры – диаметр. 18 миллиметров.

Оставшиеся три – длина элемента с точностью до одной десятой доли мм. 650 – 65,0 мм.

Это правило применимо и для других моделей литиевых элементов.

Достоинства. Малый вес, высокая емкость, большой срок службы (500-1000 циклов), отсутствие «эффекта памяти», низкий саморазряд.

Недостатки. Чувствительны к перезаряду/переразряду, подвержены старению, опасны при перегреве, теряют емкость при низких температурах.

Литий-марганцевые — IMR.

В аноде аккумуляторов IMR используется марганец, а ионы лития расположены более плотно друг к другу. За счет этих особенностей, IMR более безопасны, устойчивы к быстрому заряду большими токами и способны отдавать токи до 5С. Используются в устройствах потребляющих большой ток: мощные фонари, радиоуправляемые модели. Выходное напряжение соответствует литий-кобальтовым моделям – от 2.5 до 4.2 В.

За счет низкого внутреннего сопротивления меньше нагреваются при использовании, более безопасны. Обычно не оснащаются встроенной защитной электроникой и лучше защищенных собратьев подходят для сборки батарей. При перезаряде элемент «потечет» или он просто испортится, без дополнительных пиротехнических эффектов. Обязательно наличие защитной электроники в зарядном устройстве.

Емкость IMR несколько ниже обычных литий-кобальтовых аккумуляторов, но, в тех условиях для которых они предназначены, LiNiCo значительно быстрее потеряют емкость либо вообще не смогут работать, отключившись из-за перегрузки. Срок службы и прочие характеристики схожи с литий-кобальтовыми элементами. IMR аккумуляторы AW отличаются от других моделей даже внешне.

Достоинства. Способность переносить большие токи заряда/разряда, безопасность, большой срок службы (более 500 циклов), удобны для сборки батарей из нескольких элементов.

Недостатки. Относительно низкая емкость, еще большая чувствительность к низким температурам (охлаждать ниже -10 не рекомендуется).

Литий-железофосфатные–LiFePO4.

Еще более молодые аккумуляторы, начали массово производиться лишь после 2003 года. По своим свойствам очень похожи на IMR, имеют схожие области применения. Отличие в сниженной емкости, способности работать под еще большими нагрузками (до 10С), более низкой стоимости комплектующих. Так же улучшены безопасность и срок службы. Химия этих элементов устроена таким образом что даже при критических нагрузках не происходит образования кислорода, следовательно, не растет давление внутри элемента. Срок службы может превышать 3000 циклов.

Литий-железофосфатные аккумуляторы настолько безопасны, что могут переносить даже такое обращение как на фото ниже. Аккумулятор питает светодиод, будучи полностью погруженным в емкость с водой.

Рабочее напряжение – от 2.0 до 3.3 В. Переразряд ниже 2 В губителен, небольшой перезаряд не вредит аккумулятору. Почти не чувствительны к отрицательным температурам.

Достоинства. Устойчивость к низким температурам, безопасность, долгий срок службы, неприхотливость, способность переносить большие токи заряда/разряда.

Недостатки. Малая емкость.

Литий-полимерные – LiPo.

Литий-полимерные аккумуляторы уже почти полностью вытеснили литий-ионные из сотовых телефонов, нашли широкое применение в радиоуправляемых моделях. В качестве электролита используется полимерный материал. Обычно литий-ионные аккумуляторы имеют цилиндрическую форму, литий-полимерные же дают инженерам большую свободу выбора. Минимальная толщина достигает 1 мм. Можно изготавливать миниатюрные модели различной формы. Обычно бытовые аккумуляторы предназначены для устройств с низким энергопотреблением, но существуют промышленные модели и модели для моделистов способные отдавать ток до 45С. Остальные характеристики сходны с обычными литий-кобальтовыми моделями. Срок службы 300-500 циклов, чувствительность к низким температурам, стареют, взрывоопасны при перегрузках, часто имеют встроенную электронику защиты.

Ниже показан аккумулятор сотового телефона без корпуса.

Достоинства. Существуют различных форм и размеров, в том числе гибкие модели. Некоторые модификации способны отдавать очень большой ток. Малый вес, большая плотность запасенной энергии, отсутствие «эффекта памяти», низкий саморазряд.

Недостатки. Потеря емкости при низких температурах, взрывоопасность при перезаряде/превышении допустимой нагрузки, подвержены старению.

 

 

источник: http://www. lumentorg.ru/review/compare-batteries/

 

3 типа основных батарей: щелочные, NiMH и литий-ионные

{{@if(it.product.customBadgeText)}}

{{ it.product.customBadgeText | сейф }}

{{/если}} {{@if(it.product.soldBadgeText)}}

{{ it.product.soldBadgeText | сейф }}

{{/если}} {{@if(it.product.preorderBadgeText)}}

{{ it.product.preorderBadgeText | сейф }}

{{/если}} {{@if(it.product.saleBadgeText)}}

{{ it.product.saleBadgeText | сейф }}

{{/если}} {{@if(it. product.savingBadgeText)}}

{{ it.product.savingBadgeText | сейф }}

{{/если}}

Том Бишоп 09 апреля 2020 г.

Остановитесь и подумайте, сколько у вас устройств, работающих от аккумуляторов. Электроника с батарейным питанием, от компьютеров до сотовых телефонов и личных средств по уходу за собой, является синонимом современного общества. Мы бы пропали без батарей.

Для потребительского использования доступны три основных типа аккумуляторов. Это щелочные, никель-металлгидридные (NIMH) и литий-ионные. У каждого типа есть свои плюсы и минусы. Каждый из них также занимает особое место в истории технологий. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Щелочные батареи

Щелочные батареи с первыми коммерчески доступными батареями. Они были изобретены одновременно, но независимо, Вальдемаром Юнгнером и Томасом Эдисоном. Однако их первые батареи были омрачены первыми щелочными батареями с сухими элементами, изобретенными канадцем Льюисом Урри в 1950-х годах.

Щелочная батарея использует цинк в качестве отрицательного электрода и диоксид марганца в качестве положительного электрода. Оба вещества расходуются по мере разрядки аккумулятора. Таким образом, щелочные батареи являются одноразовыми батареями одноразового использования. После разрядки их нельзя безопасно перезарядить.

Щелочные батареи являются самыми дешевыми в пересчете на единицу. Они обеспечивают стабильную производительность от начала до конца. Другими словами, вы не заметите падения мощности до тех пор, пока не закончится срок службы щелочной батареи. К сожалению, щелочные батареи очень трудно перерабатывать.

Никель-металлогидридные батареи

Никель-металлгидридные батареи были изобретены в конце 1960-х годов. Развитие было более или менее результатом инвестиций в автомобильный сектор таких компаний, как Volkswagen и Daimler-Benz. Автомобильные компании хотели более качественные аккумуляторы, которые были бы менее дорогими и более надежными.

 Отрицательный электрод в батареях этого типа представляет собой интерметаллическое соединение, в состав которого входит никель. Положительный электрод — гидроксид никеля. Поскольку компоненты не расходуются во время разряда, аккумуляторы NiMH перезаряжаемы.

 NiMH аккумуляторы дороже щелочных. Типичная батарея получает около 500 зарядов до окончания срока службы. К сожалению, производительность ухудшается с разрядкой, и вы заметите определенное падение мощности с течением времени. Батареи NiMH также требуют довольно много времени для зарядки.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи, также известные как литий-ионные батареи, являются новейшим из трех основных типов. Это перезаряжаемые батареи, обычно используемые в портативной электронике. Аккумулятор в вашем мобильном телефоне, например, литий-ионный.

 Серьезные исследования литий-ионных аккумуляторов начались в 1970-х годах. Однако только в начале 1990-х годов появилась первая коммерчески доступная литий-ионная батарея. Благодаря бурному развитию персональной электроники за последние два десятилетия литий-ионные технологии значительно продвинулись вперед.

 Хотя литий-ионные аккумуляторы являются самыми дорогими из трех, они, как правило, очень быстро окупаются, что является их основным преимуществом. Хороший литий-ионный аккумулятор можно заряжать в два раза чаще, чем аккумулятор NiMH. Действительно, литий-ионные аккумуляторы Pale Blue Earth можно заряжать более 1000 раз.

 Другим преимуществом литий-ионных аккумуляторов является постоянная выходная мощность. При разрядке аккумулятора производительность не снижается. Литий-ионные аккумуляторы также очень быстро заряжаются; обычно через 1-3 часа. Вишенкой на торте является то, что литий-ионные батареи на 30 % легче, чем щелочные и никель-металлгидридные батареи, что делает их идеальными для портативности.

История поколений

Когда вы смотрите на историю науки о батареях, вы замечаете, что разворачивается история поколений. Как и многие другие технологии, батареи начинались как очень примитивные устройства, которые со временем улучшались. С каждым последующим поколением батарея становилась лучше.

Литий-ионный аккумулятор представляет собой современную технологию. Он питает почти все наши портативные электронные устройства. И теперь такие компании, как Pale Blue Earth, работают над тем, чтобы вытеснить эти старые химические вещества, чтобы позволить людям и всему миру работать на меньшем количестве физических батарей, экономя затраты, отходы и ресурсы.

• Теги: Удобство Экономичный Производительность устойчивость

Ссылка скопирована

← Предыдущее сообщение Новая запись →

Размеры

, срок их хранения и утилизация

Использование правильного типа аккумуляторов полностью меняет общую производительность и срок службы вашего оборудования. В этом руководстве будут рассмотрены различные типы распространенных размеров и типов аккумуляторов, чтобы вы могли максимально эффективно использовать свое устройство.

Батареи разных размеров

Батареи разных размеров влияют на общую эффективность вашего оборудования, но важно понимать почему. Как правило, чем больше батарея, тем больше у нее емкости для хранения энергии. Таким образом, несмотря на то, что большая и маленькая батареи рассчитаны на 1,5 В, большая батарея сохраняет больше энергии и обеспечивает более длительный срок службы батареи. Батареи чрезвычайно полезны для нас как потребителей, потому что они преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию, устраняя необходимость в прямом источнике питания.

Стандартные размеры батарей

От термометров и таймеров до автоматических диспенсеров бумажных полотенец и неоновых вывесок — батареи той или иной емкости используются практически в любой среде. Хотя все батареи служат одной и той же цели — обеспечить нас мгновенным переносным питанием, большой выбор батарей разного размера позволяет нам найти ту, которая лучше всего подходит для конкретных обстоятельств.

Батарейки типа АА

Батареи типа АА, также известные как «двойные А», на сегодняшний день являются наиболее популярным размером батарей. Используемые во множестве приложений, эти батареи можно купить практически везде.

Батарейки Double A обычно представляют собой то, что каждый представляет себе, когда думает о стандартных сменных батареях. Эти батареи широко используются во всем, от термометров и штатных пейджеров до беспроводных телефонов. Батарейки типа АА рассчитаны на напряжение 1,5 В и хорошо подходят для устройств, которые требуют довольно высокого потребления тока, но не используются постоянно. Их также можно использовать для таких устройств, как часы, которые всегда включены, но потребляют минимальное количество энергии.

Батарейки AAA

Батареи AAA, также известные как «тройные А», являются вторым по популярности типом батарей. Они используются для маленьких игрушек, термометров и калькуляторов.

Батарейки Triple A часто используются для небольших электронных устройств, таких как пульты дистанционного управления телевизором, кухонные таймеры, графические калькуляторы и напольные весы. Батареи AAA, как и батареи AA, также имеют напряжение 1,5 В, но из-за меньшего размера производят меньше энергии. Эти батареи используются в основном в небольших устройствах, не требующих большого количества энергии, таких как кухонные таймеры. Батарейки прослужат долго, выполняя свою задачу. Эти компактные батареи также питают весы для контроля порций и термометры.

Батарейки типа AAAA

Несмотря на то, что батарейки «четырехместные А» или AAAA не так распространены, как их аналоги AA и AAA, эти тонкие батарейки обладают мощным ударом.

Эти небольшие, но мощные батареи часто используются в светодиодных фонариках и лазерных указках. Они также часто используются в небольших устройствах, таких как глюкометры, пульты дистанционного управления слуховыми аппаратами и компьютерные стилусы с питанием.

C Аккумуляторы

Эти мощные аккумуляторы в основном используются для игрушек, фонариков и портативных радиоприемников.

Многие автоматические дозаторы дезинфицирующего средства для рук требуют использования этих батарей на 1,5 В. Идеально подходит для тяжелых условий эксплуатации, когда аккумуляторы требуют частого использования, вы можете быть уверены, что ваше устройство работает с безопасным и надежным питанием. Эти батареи также часто используются в туалетах, в которых используются датчики смыва с батарейным питанием.

D Аккумуляторы

Используемые для устройств, требующих длительного времени работы, эти аккумуляторы лучше всего подходят для больших фонариков, стереосистем и автоматических диспенсеров для мыла или бумажных полотенец.

Для питания большинства автоматических диспенсеров бумажных полотенец необходимы батарейки типа D. Эти большие, громоздкие батареи обеспечивают часы работы и питают различные коммерческие устройства с интенсивным использованием, такие как сенсорные смесители без помощи рук, системы освежения воздуха и дозаторы мыла.

Аккумуляторы 9 В

Обычно известные своей прямоугольной формой, 9-вольтовые аккумуляторы используются в устройствах, требующих высокого напряжения и большой мощности.

Аккумуляторы 9 В очень хорошо подходят для таких устройств, как инфракрасные термометры, датчики температуры с батарейным питанием и электронные порционные весы. Все эти продукты могут подвергаться экстремальным температурам из-за продуктов питания, холодильников или другого кухонного оборудования. 9Аккумуляторы V исключительно долговечны и обеспечивают выдающуюся производительность, работая в условиях окружающей среды от 0 до 130 градусов по Фаренгейту.

Батарейки CR123A

Эта мощная батарея часто используется в тактическом снаряжении, беспроводной системе безопасности и домашней автоматизации.

Несмотря на то, что батарея CR123A значительно короче по длине, чем батарея AA, она вырабатывает 3 вольта, что в два раза превышает напряжение батареи AA. Эти батареи обеспечивают огромное количество энергии, сохраняя при этом относительно небольшой размер. Идеально подходят для устройств, требующих большой мощности, таких как светодиодные фонарики, они обеспечивают максимальную производительность. Эта батарея прослужит дольше, чем большинство, благодаря большому соотношению мощности к размеру.

Аккумуляторы 23A

Этот небольшой аккумулятор обычно используется в небольших устройствах, таких как открыватели гаражных ворот, специализированные медицинские устройства, часы или пульты дистанционного управления.

Обеспечивая питание 12 вольт, он используется в приложениях, требующих нечастых, но мощных всплесков энергии. Ранее использовавшиеся в пленочных фотоаппаратах с фотовспышками, эти аккумуляторы теперь используются в основном для устройств открывания гаражных ворот, беспроводных дверных звонков и устройств входа без ключа.

CR2032

  Батарейки

Эта маленькая круглая батарея обладает большой мощностью при компактных размерах, что делает ее уникальной по сравнению с большинством других батарей.

Батарейка CR2032 на 3 В обычно используется в часах, калькуляторах, игрушках и различных медицинских устройствах. Эти аккумуляторы обеспечивают длительное и надежное питание и имеют очень высокое соотношение веса и мощности. Эта батарея, используемая в наручных часах и тонких компактных термометрах, практически невесома и обеспечивает многочасовую работу.

Типы батарей

При выборе батарей необходимо учитывать множество факторов. Различные химические конструкции предлагают уникальные преимущества в зависимости от того, где используется батарея. Ниже приведены распространенные типы аккумуляторов, а также плюсы и минусы каждого из них.

Литиевые батареи

Литиевые батареи являются одним из наиболее часто используемых типов батарей. Они обеспечивают самую высокую плотность энергии по сравнению с любым другим аккумуляторным элементом, что означает, что они хранят больше энергии, чем другие батареи, такие как щелочные. Литиевые батареи продаются только в размерах AA, AAA и 9.V размеры; однако их емкость в мАч превышает любую другую неперезаряжаемую батарею. Емкость одной литиевой батареи AA составляет от 2700 до 3400 мАч, и ее хватит на долгое время даже при интенсивном использовании.

Pros

• Работает в 4 раза дольше по сравнению с другими типами батарей
• Облегченный для портативных устройств
• Идеально подходит для интенсивного использования
• Хорошо работают даже при экстремальных температурах, хорошо работают в уличных устройствах, таких как фонарики
• Срок годности 10-12 лет; отлично подходит для использования в аварийных устройствах, так как батареи не протекут и не взорвутся

Минусы

• Гораздо дороже, чем другие типы батарей
• Легковоспламеняющийся; требуют специальной утилизации в определенных местах и ​​не могут быть выброшены
• Не используйте аккумуляторы большего размера, такие как C или D

Щелочные батареи

Щелочные батареи экономичны, их легко утилизировать, и они чрезвычайно популярны. Обычно они имеют номинальную емкость более 2500 мАч, что отлично подходит для устройств с умеренным и интенсивным использованием. В отличие от литиевых батарей, почти каждая батарея стандартного размера имеет щелочную конструкцию, что делает ее идеальной для большинства устройств.

Плюсы

• Отличное соотношение цены и качества
• Срок службы дольше благодаря конструкции из гидроксида калия
• Срок годности 5-10 лет
• Хорошо работают даже при экстремальных температурах, хорошо работают в уличных устройствах, таких как фонарики
• Без свинца, ртути и кадмия хорошо для окружающей среды, и батареи не нужно утилизировать особым образом

Минусы

• Тяжелый и громоздкий, без дополнительного напряжения
• Может не работать в устройствах с высоким потреблением энергии
• Иногда происходит утечка, из-за чего устройство становится непригодным для использования

Углеродные цинковые батареи

Углеродные цинковые батареи чрезвычайно недороги, но имеют очень низкую плотность энергии. Часто эти батареи не могут обеспечить достаточную мощность для устройства с высоким энергопотреблением, кроме как просто включить его.

Плюсы

• Недорого и легко найти
• Доступны различные формы и размеры

Минусы

• Низкая плотность энергии
• Невозможно хорошо работать при экстремальных температурах
• Не сможет эффективно питать устройства с высоким энергопотреблением
• Срок годности 2-3 года

Батарейки из оксида серебра

Батарейки из оксида серебра обычно используются в наручных часах и других небольших устройствах. Поскольку батарея изготовлена ​​из настоящего серебра, она часто продается только в кнопочных элементах, где количество серебра незначительно для общей стоимости продукта.

Pros

• Высокое соотношение энергии к весу
• Исключительно долгий срок службы
• Плоская конструкция хорошо подходит для компактных устройств
• Обеспечивает в два раза большую энергоемкость по сравнению с аналогичными щелочными батарейками таблеточного типа

Минусы

• Дорогой материал препятствует использованию в приложениях высокой мощности

Воздушно-цинковые батареи

Воздушно-цинковые батареи уникальны по своей конструкции, поскольку они вырабатывают электроэнергию за счет воздействия кислорода. Это делает их непригодными для наручных часов, но идеально подходит для слуховых аппаратов. Чтобы активировать аккумулятор, пользователь должен удалить защитный язычок с аккумулятора, чтобы обеспечить доступ воздуха.

Pros

• Высокая плотность энергии для таких устройств, как слуховые аппараты
• Недорогой
• В качестве замены высокотоксичным и в основном устаревшим ртутным батареям

Минусы

• Чувствительность к экстремальным температурам и влажности
• Высыхание после воздействия наружного воздуха, что сокращает срок службы батареи

Типы перезаряжаемых батарей

Перезаряжаемые батареи — это экономичное решение, которое поможет вам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе. Лучше всего сочетать с устройствами, которые часто используют высокую мощность, перезаряжаемые батареи бывают разных форм и размеров. Хотя обычно используются потребительские размеры, такие как батареи AA и AAA, литий-ионные батареи являются наиболее распространенными. Эти аккумуляторы питают ноутбуки, сотовые телефоны и портативные электронные устройства, а также медицинское оборудование и электроинструменты.

Литий-ионные

Литий-ионные батареи, также часто называемые литий-ионными, являются наиболее популярными и часто используемыми батареями в современном мире. Хотя вы можете не знать, какой аккумулятор питает ваш мобильный телефон или ноутбук, скорее всего, это литий-ионный аккумулятор. Эти батареи представляют собой тип перезаряжаемой батареи и могут перезаряжаться снова и снова. Они не требуют регулярного обслуживания и обеспечивают чрезвычайно высокую плотность энергии. Литий-ионные аккумуляторы не доступны в потребительских размерах, потому что они могут взорваться, если их поместить в обычное устройство, используемое для перезарядки аккумуляторов. Вместо этого им требуется зарядное устройство особого типа с определенным алгоритмом зарядки литий-ионных аккумуляторов.

Pros

• Маленький и тонкий, с превосходной плотностью энергии; в большинстве смартфонов используются литий-ионные аккумуляторы
• Быстрая перезарядка и довольно низкий саморазряд. Литий-ионный аккумулятор теряет менее 5% полного заряда в месяц по сравнению с NiMH до 20% в месяц.
• Новые аккумуляторы не требуют длительной зарядки по сравнению с другими аккумуляторами. Одна зарядка — это все, что вам нужно.
• Максимальная производительность и эффективность компенсируют высокие первоначальные затраты, что делает его удобным для потребителя
• Экологически чистый и безопасный

Минусы

• Недоступно для обычных домашних хозяйств
• Требуется схема защиты для предотвращения перегрева и ограничения напряжения
• Общая емкость со временем будет медленно снижаться, что приведет к более быстрой разрядке устройства
• Используйте зарядное устройство определенного типа, требующее, чтобы пользователь купил его или имел под рукой

NiCd

NiCd или никель-кадмиевые батареи — популярный выбор для игрушек, цифровых камер и других устройств с высоким энергопотреблением, таких как фонарики. Они бывают стандартных размеров, таких как AA, AAA, C и 9.V. Никель-кадмиевые батареи уникальны по сравнению с другими батареями, такими как щелочные, тем, что они будут поддерживать постоянное напряжение до тех пор, пока батарея не разрядится. С 1,2 В на ячейку он не имеет высокого напряжения, но мощная подача компенсирует это. Например, вы можете сказать, когда фонарик умирает, так как лампочка будет медленно тускнеть. При использовании никель-кадмиевых аккумуляторов яркость будет оставаться постоянной до тех пор, пока не разрядится аккумулятор.

Плюсы

• Недорого и легко найти
• Низкое внутреннее сопротивление обеспечивает быструю зарядку и разрядку аккумулятора
• Обеспечивает полную мощность

Минусы

• Плохо хранится в течение длительного времени
• Перед зарядкой требуется полная разрядка, иначе аккумулятор потеряет свою емкость
• Перезарядка приведет к снижению емкости аккумулятора
• Содержит токсичные металлы и не является экологически чистым
• Использует зарядное устройство определенного типа, требуя, чтобы пользователь купил его или имел под рукой

NiMH

Хотя NiMH аккумуляторы имеют маркировку высокой плотности, это может быть достигнуто за счет сокращения срока службы. У них высокая плотность энергии, но их можно перезарядить только около 500 раз. Хотя со временем они, безусловно, окупятся, они могут быть не лучшим выбором для таких приложений, как пожарная сигнализация, пульты от телевизора или часы. Все эти устройства потребляют очень мало энергии, а NiMH аккумулятор лучше всего использовать в течение 30 дней. Как и никель-кадмиевые батареи, никель-металлогидридные батареи работают с полной емкостью до тех пор, пока почти вся энергия не будет разряжена.

Pros

• Высокое отношение энергии к объему по сравнению с NiCd
• Экологически чистый
• Обеспечивает полную мощность

Минусы

• Поставляется в разряженном состоянии и требует полной зарядки перед использованием
• Перезарядка приведет к снижению емкости аккумулятора
• Разряжается с очень высокой скоростью и требует перезарядки перед использованием
• Плохо работает в высокоскоростных разрядных устройствах

Специальные аккумуляторы

Эти большие тяжелые аккумуляторы используются для тяжелого оборудования, требующего огромного количества энергии. Они обычно используются в газонокосилках, электроинструментах и ​​генераторах и обеспечивают длительную мощность между зарядками.

12 В; Батарея на 12 В

Большая, блочная и тяжелая, эта батарея обеспечивает ток в сотни ампер и обычно используется в автомобилях и другом промышленном оборудовании. По сравнению с некоторыми батареями большего напряжения, может не иметь смысла, что автомобиль может работать только с 12 вольтами, в то время как другое тяжелое оборудование требует гораздо больше, чем 12 вольт. Это связано с тем, что тяжелое оборудование и беспроводные электроинструменты требуют подзарядки после того, как их энергия исчерпана. В автомобилях используется генератор переменного тока, который действует как генератор для питания автомобильного аккумулятора, что устраняет необходимость во внешнем зарядном устройстве.

22 В; Аккумулятор на 22 В

Этот аккумулятор на 22 В используется для питания тяжелого оборудования и мощных аккумуляторных инструментов, таких как дрели и электропилы. Поскольку беспроводные электроинструменты компактны, но требуют много энергии, аккумуляторы на 22 В идеально подходят для этой работы. Они обеспечивают высокую мощность в течение длительного периода времени, например, при установке электроприборов.

44В; Аккумулятор на 44 В

Обладая огромным номинальным напряжением 44 В, этот аккумулятор питает оборудование, потребляющее энергию, такое как беспроводные стиральные машины, воздуходувки и самоходные газонокосилки. Все они потребляют огромное количество энергии, потому что они не только постоянно используются, но и обладают высокой мощностью.

Как работают батареи

Прежде чем приступить к изучению различных химических структур различных типов батарей, важно получить некоторые общие сведения о том, как работают батареи, поскольку они измеряются немного иначе, чем другие электроприборы.

Емкость: Емкость означает количество заряда, которое держит батарея. Измеряется в миллиампер-часах (мАч) или ампер-часах (а-ч). Емкость аккумулятора в мА·ч обычно указана на боковой стороне аккумулятора, и вы можете вычислить, как долго вы можете рассчитывать на срок службы аккумулятора, используя это простое уравнение:

Ампер-часы (а-ч) / Ампер-часы (А) = часы (ч)

Например, щелочная батарея AA емкостью 2500 мАч может питать устройство, потребляющее 250 мА тока в течение 10 часов. Однако, если нагрузка потребляет 25 мА тока, батарея будет работать 100 часов. Общий срок службы вашей батареи зависит от того, для чего вы ее используете, но общее практическое правило заключается в том, что чем больше мАч у батареи, тем дольше она будет сохранять свою энергию.

Список предметов первой необходимости для предприятий

Часть общей безопасности ресторана заключается в том, чтобы убедиться, что у вас есть план действий на случай чрезвычайной ситуации, который поможет защитить ваших сотрудников и клиентов в случае чрезвычайной ситуации. Будь то пожар, длительное отключение электроэнергии или стихийное бедствие, наличие надлежащих аварийных запасов иногда может повлиять на выживание. Надлежащая подготовка может даже повлиять на общий успех вашего бизнеса после того, как чрезвычайная ситуация миновала. Мы создали контрольный список предметов первой необходимости, чтобы помочь вашему бизнесу подготовиться к непредсказуемым обстоятельствам. Приобрести все предметы первой необходимости Щелкните ниже, чтобы загрузить контрольный список запасов для обеспечения готовности к чрезвычайным ситуациям: Загрузите наш Контрольный список предметов первой необходимости в формате PDF Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FE 9)0003

Типы огнетушителей

Наличие огнетушителя имеет решающее значение для безопасности вашего ресторана, сотрудников и клиентов. Важно, чтобы вы понимали различные типы огнетушителей, а также связанные с ними компоненты и терминологию, чтобы вы могли выбрать огнетушитель, подходящий для вашей работы. Обязательно ознакомьтесь с нашими обзорами огнетушителей!

Как рассчитать амперы, вольты и ватты

Определение ампер, вольт и ватт для любой части оборудования имеет решающее значение для подтверждения совместимости с инженерными сетями вашего здания. Если у вас есть информация для двух из этих электрических характеристик, вы можете обеспечить безопасную и эффективную работу устройства, рассчитав недостающие данные. Чтобы преобразовать ватты в амперы, амперы в ватты или выполнить любое другое преобразование, ответ будет у вас под рукой с помощью простого уравнения.

• Темы 1146
• Индустриальный 36
• Ресторанный менеджмент 115
• Бар Менеджмент 50
• Советы по организации питания 31
• Пекарня Управление 39
• Food Trucks & Concessions 51
• Реклама и маркетинг 36
• Экологичные советы 9
• Планировка и дизайн объекта 31
• Советы по кафе 25
• Установка и обслуживание 48
• Уборка и борьба с вредителями 30
• Безопасность и санитария 76
• Советы по запуску 100
• Дизайн меню 9
• Советы по кухне и кулинарии 58
• Гостиничный менеджмент 20
• Советы по магазинам пиццы и сэндвичей 34
• Мелкие изделия 31
• Приготовление пищи 72
• Настольные элементы 15
• Расходные материалы 20
• Калькуляторы и инструменты 6
• Расходные материалы 37
• Мойка посуды и прачечная 18
• Кухонное оборудование 78
• Хранение и охлаждение пищевых продуктов 39
• Оборудование для производства напитков 26
• Товары для офиса 6
• Подробнее

• Тип ресурса 633
• Подробные статьи 221
• Руководство по покупке 254
• Инструкции 94
• Обзоры товаров 64

Какие существуют типы батарей? Первичный, перезаряжаемый, литий-ионный

В этом уроке мы узнаем об одном из важных компонентов электрических и электронных систем: аккумуляторе. Мы увидим некоторую основную информацию о батарее, рассмотрим различные типы батарей, а также руководство о том, какой тип батареи подходит для вашего приложения.

Краткое описание

Введение

Независимо от того, являетесь ли вы инженером-электриком или нет, вы, возможно, сталкивались в своей жизни как минимум с парой различных типов батарей. Некоторые из распространенных мест, где вы используете батареи, — это настенные часы, сигнализация или детекторы дыма, в которых используются небольшие одноразовые батареи, или автомобили, грузовики или мотоциклы, в которых используются относительно большие перезаряжаемые батареи.

Батареи стали очень важным источником энергии в последнее десятилетие или около того. Еще до этого они были неотъемлемой частью нашей жизни и питали несколько портативных устройств, таких как транзисторные радиоприемники, плееры Walkman, портативные игры, камеры и т. д.

Но с развитием передовых смартфонов, планшетов, ноутбуков, солнечной энергии и электромобилей исследования мощных аккумуляторов, которые могут работать дольше и могут обеспечивать необходимую энергию, достигли своего пика.

На самом деле, Нобелевская премия по химии 2019 года была присуждена трем ученым Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акире Йошино за разработку литий-ионных аккумуляторов.

Что такое батарея?

Батарея представляет собой химическое устройство, которое накапливает электрическую энергию в виде химических веществ и посредством электрохимической реакции преобразует накопленную химическую энергию в электрическую энергию постоянного тока (DC). Алессандро Вольта, итальянский физик, изобрел первую батарею в 1800 г.

Электрохимическая реакция в батарее включает перенос электронов из одного материала в другой (называемый электродами) посредством электрического тока.

Ячейка и батарея

Несмотря на частое использование термина «батарея», основная электрохимическая единица, отвечающая за реальное хранение энергии, называется ячейкой. Ячейка, как только что упоминалось, является фундаментальной электрохимической единицей, которая является источником электрической энергии, производимой путем преобразования химической энергии.

В своей базовой форме элемент обычно содержит три основных компонента: два электрода и электролит, а также состоит из клемм, сепаратора и контейнера. Говоря об электродах, существует два типа электродов, называемых анодом и катодом.

Анод — это отрицательный электрод (также называемый топливным электродом или восстановительным электродом). Он отдает электроны во внешнюю цепь и в электрохимической реакции окисляется.

Катод, с другой стороны, представляет собой положительный электрод (также называемый окислительным электродом). Он принимает электроны из вечной цепи и в электрохимической реакции восстанавливается. Следовательно, преобразование энергии в батарее происходит за счет электрохимической окислительно-восстановительной реакции.

Третьим важным компонентом элемента является электролит. Электролит действует как среда для переноса заряда в виде ионов между двумя электродами. Следовательно, электролит иногда называют ионным проводником. Здесь важно отметить, что электролит не является электропроводным, а имеет только ионную проводимость.

Аккумулятор часто состоит из одной или нескольких «ячеек», которые электрически соединены последовательно или параллельно для обеспечения необходимых уровней напряжения и тока.

Различные типы батарей

В основном все электрохимические элементы и батареи подразделяются на два типа:

• Первичные (неперезаряжаемые)
• Вторичный (перезаряжаемый)

Несмотря на то, что существует несколько других классификаций этих двух типов батарей, эти два типа являются основными. Проще говоря, первичные батареи — это неперезаряжаемые батареи, т. е. они не могут быть перезаряжены электрически, в то время как вторичные батареи являются перезаряжаемыми батареями, т. е. их можно перезаряжать электрически.

Первичные батареи

Первичные батареи являются одним из простых и удобных источников питания для нескольких портативных электронных и электрических устройств, таких как фонари, фотоаппараты, часы, игрушки, радиоприемники и т. д. Поскольку их нельзя заряжать от электричества, они «пригодны для использования». его, а когда разрядится, выбросьте».

Обычно первичные батареи недороги, легки, малы и очень удобны в использовании, практически не требуют обслуживания. Большинство первичных батарей, которые используются в бытовых целях, относятся к одноэлементному типу и обычно имеют цилиндрическую форму (хотя их очень легко производить в различных формах и размерах).

Общие типы первичных батарей

Вплоть до 1970-х годов преобладающими типами первичных батарей были батареи на основе цинкового анода. В 1940-х годах, во время Второй мировой войны и после войны батареи на основе цинка и углерода имели среднюю емкость 50 Втч/кг.

Наиболее значительное развитие аккумуляторной технологии произошло в период с 1970 по 1990 годы. Именно в это время были разработаны знаменитые цинково-щелочные батареи с диоксидом марганца, которые постепенно заменили старые цинко-углеродные батареи в качестве основных первичных батарей.

Цинк-оксид ртути и кадмий-оксид ртути также использовались в течение этого периода, но из-за экологических проблем, связанных с использованием ртути, эти типы батарей постепенно выходили из употребления.

Именно в этот период была начата разработка батарей с литием в качестве активного материала анода, что считается крупным достижением благодаря высокой удельной энергии и более длительному сроку хранения литиевых батарей по сравнению с традиционными цинковыми батареями.

Литиевые батарейки изготавливаются в виде кнопочных и плоскощелевых элементов для определенного диапазона применений (например, для часов, резервного копирования памяти и т. д.), а также доступны более крупные батареи цилиндрического типа.

В следующей таблице показаны различные типы первичных батарей, а также их характеристики и области применения.

Тип батареи	Характеристики	Приложения
Цинк – углерод	Обычный, недорогой, различных размеров	Радиоприемники, игрушки, инструменты
Магний (Mg/MnO2)	Высокая производительность, длительный срок хранения	Военные и авиационные радиостанции
Ртуть (Zn/HgO)	Очень высокая производительность, длительный срок хранения	Медицина (слуховые аппараты, кардиостимуляторы), фотография
Щелочная (Zn/щелочная/MnO2)	Очень популярный, умеренная стоимость, высокая производительность	Самые популярные первичные батареи
Серебро/цинк (Zn/Ag2O)	Высокая производительность, высокая стоимость, плоский выпуск	Слуховые аппараты, фотографии, пейджеры
Литий/растворимый катод	Высокая плотность энергии, хорошая производительность, широкий диапазон температур	Широкий спектр приложений с емкостью от 1 до 10 000 Ач
Литий/твердый катод	Высокая плотность энергии, низкотемпературные характеристики, длительный срок хранения	Замена кнопочных и цилиндрических ячеек
Литий/твердый электролит	Низкая мощность, очень долгий срок хранения	Схемы памяти, медицинская электроника

Вторичные батареи

Вторичная батарея также называется перезаряжаемой батареей, поскольку после разрядки ее можно электрически перезаряжать. Химическое состояние гальванических элементов можно «перезарядить» до их исходного состояния, пропуская через элементы ток в направлении, противоположном их разряду.

В основном вторичные батареи можно использовать двумя способами:

• В первой категории применения вторичные батареи в основном используются в качестве накопителей энергии, где они электрически подключены к основному источнику энергии, а также заряжаются от него, а также подача энергии при необходимости. Примерами таких приложений являются гибридные электромобили (HEV), источники бесперебойного питания (ИБП) и т. д.
• Вторая категория применения вторичных батарей — это те применения, в которых батарея используется и разряжается как первичная батарея. После полной разрядки (или почти полной разрядки) аккумулятор не выбрасывается, а заряжается с помощью соответствующего зарядного механизма. Примерами таких приложений являются все современные портативные электронные устройства, такие как мобильные телефоны, ноутбуки, электромобили и т. д.

Плотность энергии вторичных батарей относительно ниже, чем у первичных батарей, но они обладают другими хорошими характеристиками, такими как высокая плотность мощности, плоские кривые разряда, высокая скорость разряда, низкотемпературные характеристики.

Общие типы вторичных батарей

Две самые старые батареи на самом деле являются вторичными батареями, называемыми свинцово-кислотными батареями, которые были разработаны в конце 1850-х годов, и никель-кадмиевыми батареями, которые были разработаны в начале 1900-х годов. До недавнего времени существовало только два типа вторичных батарей.

Первые и наиболее часто используемые перезаряжаемые батареи называются свинцово-кислотными батареями. Они основаны на электрохимической паре свинец — диоксид свинца (Pb — PbO2). Электролит, используемый в этих типах батарей, представляет собой очень распространенную серную кислоту.

Второй тип аккумуляторов называется никель-кадмиевыми. Они основаны на оксигидроксиде никеля (оксиде никеля) в качестве положительного электрода и отрицательном электроде на основе металлического кадмия. В качестве электролита используется щелочной раствор гидроксида калия.

В последние десятилетия появилось два новых типа перезаряжаемых батарей. Это никель-металлгидридная батарея и литий-ионная батарея. Из этих двух литий-ионный аккумулятор изменил правила игры и стал коммерчески превосходным благодаря своим высоким показателям удельной энергии и плотности энергии (150 Втч / кг и 400 Втч / л).

Существуют и другие типы вторичных батарей, но есть четыре основных типа:

• Свинцово-кислотные батареи
• Никель-кадмиевые батареи
• Никель-металлогидридные батареи
• Литий-ионные батареи

Давайте теперь кратко рассмотрим эти типы батарей по отдельности.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи на сегодняшний день являются самыми популярными и наиболее часто используемыми перезаряжаемыми батареями. Они были успешным продуктом на протяжении более века. Свинцово-кислотные аккумуляторы доступны в нескольких различных конфигурациях, от небольших герметичных элементов емкостью 1 Ач до больших элементов емкостью 12 000 Ач.

Одним из основных применений свинцово-кислотных аккумуляторов является автомобильная промышленность, поскольку они в основном используются в качестве аккумуляторов SLI (запуск, освещение и зажигание).

Другие области применения свинцово-кислотных аккумуляторов включают хранение энергии, аварийное питание, электромобили (даже гибридные транспортные средства), системы связи, системы аварийного освещения и т. д.

Широкий спектр применения свинцово-кислотных аккумуляторов является результатом их широкий диапазон напряжений, различные формы и размеры, низкая стоимость и относительно простое обслуживание. По сравнению с другими технологиями вторичных батарей свинцово-кислотные батареи являются наименее дорогим вариантом для любого применения и обеспечивают очень хорошую производительность.

Электрический КПД свинцово-кислотных аккумуляторов составляет от 75 до 80%. Это значение эффективности подходит для накопителей энергии (источники бесперебойного питания – ИБП) и электромобилей.

Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевые батареи или просто никель-кадмиевые батареи являются одним из старейших типов батарей, доступных сегодня наряду со свинцово-кислотными батареями. Они имеют очень долгий срок службы, очень надежны и прочны.

Одним из основных преимуществ никель-кадмиевых аккумуляторов является то, что они могут подвергаться высокой скорости разряда и работать в широком диапазоне температур. Кроме того, срок годности Ni-Cd аккумуляторов очень велик. Стоимость этих аккумуляторов выше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов на базовый ватт-час, но меньше, чем у других типов щелочных аккумуляторов.

Как упоминалось ранее, в Ni-Cd батареях используется оксигидроксид никеля (NiOOH) в качестве катода и металлический кадмий (Cd) в качестве анода. Типичные аккумуляторы потребительского класса имеют напряжение 1,2 В. В промышленных применениях никель-кадмиевые батареи уступают только свинцово-кислотным батареям из-за их низкотемпературных характеристик, постоянного напряжения разряда, длительного срока службы, низких эксплуатационных расходов и превосходной надежности.

К сожалению, у Ni-Cd аккумуляторов есть одна важная характеристика, называемая «эффектом памяти», которая является их единственным недостатком. Когда Ni-Cd элементы частично разряжаются, а затем перезаряжаются, они постепенно теряют свою емкость, то есть цикл за циклом. «Кондиционирование» — это процесс восстановления утраченной емкости батарей.

В этом процессе элементы полностью разряжаются до нуля вольт, а затем полностью перезаряжаются.

Никель-металлогидридные батареи

Это относительно новый тип батарей, представляющий собой расширенную версию никель-водородных электродных батарей, которые использовались исключительно в аэрокосмической технике (спутники). Положительный электрод представляет собой оксигидроксид никеля (NiOOH), а отрицательный электрод ячейки представляет собой металлический сплав, в котором водород накапливается обратимо.

Во время зарядки металлический сплав поглощает водород с образованием гидрида металла, а при разрядке гидрид металла теряет водород.

Одним из основных преимуществ никель-металлгидридных аккумуляторов по сравнению с Ni-Cd является более высокая удельная энергия и плотность энергии. Герметичные никель-металлгидридные батареи доступны в продаже в виде небольших цилиндрических элементов и используются в портативной электронике.

Литий-ионные батареи

Появление литий-ионных батарей за последние пару десятилетий было весьма феноменальным. Более 50% потребительского рынка приняло использование литий-ионных аккумуляторов. В частности, ноутбуки, мобильные телефоны, фотоаппараты и т. д. являются наиболее распространенными областями применения литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы имеют значительно большую плотность энергии, высокую удельную энергию и более длительный срок службы. Другими основными преимуществами литий-ионных аккумуляторов являются низкая скорость саморазряда и широкий диапазон рабочих температур.

Применение аккумуляторов

За последние несколько десятилетий использование небольших герметичных аккумуляторов в бытовых устройствах росло в геометрической прогрессии. Первичные или перезаряжаемые батареи малого форм-фактора используются в огромном количестве бытовой техники. Некоторые из них упомянуты ниже.

• Портативные электронные устройства: часы, фотоаппараты, мобильные телефоны, ноутбуки, видеокамеры, калькуляторы, испытательное оборудование (мультиметры).
• Развлечения: Радиоприемники, MP3-плееры, CD-плееры, все инфракрасные пульты дистанционного управления, игрушки, игры, клавиатуры.
• Домашнее хозяйство: часы, будильники, детекторы дыма, фонарики, источники бесперебойного питания, аварийное освещение, зубные щетки, триммеры и бритвы, тонометры, слуховые аппараты, кардиостимуляторы, переносные электроинструменты (дрели, отвертки).

Как выбрать аккумулятор?

При выборе батареи для вашего приложения можно указать всего две характеристики: производительность и стоимость. Но если копнуть немного глубже, то следующие факторы являются определяющими при выборе правильной батареи для вашего приложения.