Акумулятори: типи і принципи роботи

  1. авторизація

Головна статті Акумулятори: типи і принципи роботи

NiCd - нікель-кадмієві акумулятори. NiMh - нікель-метал-гидридні акумулятори. Li-Ion - літій-іонні акумулятори. Li-Pol - літій-полімерні акумулятори

NiCd - нікель-кадмієві акумулятори
Технологія виготовлення лужних нікелевих акумуляторів була запропонована в 1899, коли Waldmar Jungner винайшов перший нікель-кадмієвий акумулятор (NiCD). Використовувані в них матеріали були в той час дороги, і їх застосування було обмежено спеціальною технікою. Батареї цього типу мають нікелевий анод і кадмієвий катод. У 1932 всередину пористого пластинчастого нікелевого електрода були введені активні матеріали, а з 1947 почалися дослідження граматичних NiCD акумуляторів, в яких внутрішні гази, що виділяються під час заряду, рекомбинировали всередині, а не випускалися назовні як в попередніх варіантах. Ці удосконалення привели до сучасного герметичному NiCD акумулятора, який і використовується сьогодні.
На даний момент NiCD акумулятори як і раніше залишаються найбільш популярними для електроживлення переносних радіостанцій, медичного обладнання, професійних відеокамер, реєструючих пристроїв і потужних інструментів. Так понад 50% всіх акумуляторів для переносного обладнання - NiCD. Поява новіших по електрохімічної системі акумуляторів хоча і призвело до зменшення використання NiCD акумуляторів, однак, виявлення недоліків нових видів акумуляторів привело до відновлення інтересу до NiCD акумуляторів.
NiCD акумулятор подібний сильному і мовчазної працівнику, який інтенсивно працює і при цьому не доставляє великого клопоту. Для нього кращий швидкий заряд в порівнянні з повільним і імпульсний заряд в порівнянні з зарядом постійним струмом. Поліпшення ефективності досягається розподілом імпульсів розряду між імпульсами заряду. Цей метод заряду, зазвичай званий реверсивним, підтримує високу площа активної поверхні електродів, тим самим, збільшуючи ефективність і термін експлуатації акумулятора. Реверсивний заряд також покращує швидкий заряд, тому що допомагає рекомбінації газів, що виділяються під час заряду. В результаті - акумулятор менше нагрівається і більш ефективно заряджається в порівнянні зі стандартним методом заряду постійним струмом.
Інша важлива проблема, яка вирішується при використанні реверсивного заряду, це зменшення кристалічних утворень в елементах акумулятора, що підвищує ефективність і продовжує термін його експлуатації. Дослідження, проведені в Німеччині показали, що реверсивний заряд додає близько 15% до терміну служби NiCD акумулятора.
Для NiCD акумуляторів шкідливо знаходження в зарядному пристрої протягом декількох днів. Фактично, NiCD акумулятори - це єдиний тип акумуляторів, який виконує свої функції найкраще, якщо періодично піддається повному розряду. Всі інші різновиди акумуляторів по електрохімічної системі воліють неглибокий розряд. Отже, для NiCD акумулятори важливий періодичний повний розряд, і якщо він не виробляється, NiCD акумулятори поступово втрачають ефективність через формування великих кристалів на пластинах елемента, явища, званого ефектом пам'яті.
Серед недоліків NiCD акумулятора - необхідність періодичної повної розрядки для збереження експлуатаційних властивостей (усунення ефекту пам'яті), високий саморозряд (до 10% протягом перших 24 годин) і великі габарити в порівнянні з акумуляторами інших типів. Крім того, акумулятор містить кадмій і вимагає спеціальної утилізації. У ряді скандинавських країн з цієї причини вже заборонений до використання. Через великі габарити і проблем з утилізацією NiCD акумулятор поступово покидає ринок стільникових телефонів.

NiMh - нікель-метал-гидридні акумулятори
Ще в кінці 60-их років 20 століття вчені відкрили ряд сплавів, здатних пов'язувати атомарний водень в обсязі, в 1000 разів перевищує їх власний. Вони отримали назву гідриди, а хімічно вони зазвичай представляють з'єднання таких металів, як цинк, літій і нікель. При грамотному використанні, за допомогою гідридів можна зберігати досить водню, щоб використовувати його в оборотних реакціях всередині акумуляторів. Вони мають гідридний катод і нікелевий анод Дослідження в області технології виготовлення NiMH акумуляторів почалися в сімдесяті роки і були зроблені як спроба подолання недоліків нікель-кадмієвих акумуляторів. Однак застосовувані в той час метал-гидридні з'єднання були нестабільні і необхідні характеристики не були досягнуті. В результаті розробка NiMH акумуляторів сповільнилася. Нові метал-гидридні сполуки, досить стійкі для застосування в акумуляторах, були розроблені в 1980. Починаючи з кінця вісімдесятих років, NiMH акумулятори постійно поліпшувалися, головним чином по щільності енергії, що запасається. Їх розробники відзначали, що для NiMH технології є потенційна можливість досягнення ще більш високої щільності енергії.
Число циклів заряду / розряду для NiMH акумуляторів приблизно дорівнює 500. Кращий швидше поверхневий, ніж глибокий розряд. Довговічність акумуляторів безпосередньо пов'язана з глибиною розряду.
NiMH акумулятор в порівнянні з NiCd виділяє значно більшу кількість тепла під час заряду і вимагає більш складного алгоритму для виявлення моменту повного заряду, якщо не використовується контроль за температурою. Більшість NiMH акумуляторів обладнано внутрішнім температурним датчиком для отримання додаткового критерію виявлення повного заряду. Крім того, NiMH акумулятор не може заряджатися так швидко - час заряду зазвичай удвічі більше, ніж у NiCD. Плаваючий заряд повинен бути більш контрольованим, ніж для NiCd акумуляторів.
Рекомендований струм розряду для NiMH акумуляторів значно менше, ніж для NiCD. Так виробники рекомендують струм навантаження від 0.2C до 0.5C (від однієї п'ятої до половини номінальної ємності). Цей недолік не критичний, якщо необхідний струм навантаження низький. Для застосувань, що вимагають високого струму навантаження або мають імпульсну навантаження, типу переносних радіостанцій і потужних інструментів, рекомендуються NiCD акумулятори.
І для NiMH і для NiCD акумуляторів характерний прийнятно високий саморозряд. NiCD акумулятор втрачає близько 10% своєї ємності протягом перших 24 годин, після чого саморазряд укладається приблизно в 10% в місяць. Саморозряд NiMH акумуляторів - в 1.5-2 рази вище, ніж у NiCD. Застосування гідридних матеріалів, що поліпшують зв'язування водню для зменшення саморозряду, зазвичай призводить до зменшення ємності акумулятора.
Ємність NiMH акумуляторів приблизно на 30% більше ємності стандартного NiCD акумулятора того ж розміру. NiCD елементи дуже високої ємності забезпечують рівень ємності, близький до ємності NiMH.
Ціна NiMH акумуляторів приблизно на 30% вище, ніж NiCD. Однак ціна не головна проблема, якщо користувачеві потрібна велика ємність і невеликі габарити. Для порівняння, NiCD елементи дуже високої ємності тільки трохи вище за ціною стандартних NiCD елементів. Стосовно ємність / вартість NiCD акумулятори дуже високої ємності - більш економічні ніж NiMH.


Li-Ion - літій-іонні акумулятори
Літій - найбільш хімічно активний метал. На його основі працюють сучасні джерела живлення для ноутбуків. Практично всі високощільні джерела живлення використовують літій в силу його хімічних властивостей. Кілограм літію здатний зберігати 3860 ампер-годин. Для порівняння, показник цинку - 820, а у свинцю - і зовсім 260. Залежно від типу анода, літієві елементи можуть створювати напругу від півтора до 3,6 вольт, що вище, ніж у будь-яких інших елементів.
Проблема полягала в тому, що літій занадто активний. Літій є найлегшим металом, в той же час він володіє і сильно негативним електрохімічним потенціалом. Завдяки цьому літій характеризується найбільшою теоретичної питомої електричною енергією. Вторинні джерела струму на основі літію володіють високим розрядним напругою і значною ємністю.
Перші роботи по літієвим акумуляторам були здійснені Г.М. Льюїсом (GN Lewis) в 1912 році. Однак, тільки в 1970 році з'явилися перші комерційні екземпляри первинних літієвих джерел струму. Спроби розробити акумуляторні літієві джерела струму робилися ще в 80-ті роки, але були невдалими через неможливість забезпечення прийнятного рівня безпеки при поводженні з ними.
В результаті досліджень, проведених в 80-х роках, було встановлено, що в ході циклирования джерела струму з металевим літієвим електродом, на поверхні літію формуються дендрити. Проростання дендрита до позитивного електрода і виникнення короткого замикання всередині літієвого джерела струму є причиною виходу елемента з ладу. При цьому температура всередині акумулятора може досягати температури плавлення літію (180оС). В результаті бурхливого хімічної взаємодії літію з електролітом відбувається вибух. Так, велика кількість літієвих акумуляторів поставлених в Японію в 1991 р., Було повернуто виробникам після того, як в результаті вибухів елементів живлення стільникових телефонів від опіків постраждали кілька людей.

Принцип роботи Li-ion акумулятора
Виробники батарей постаралися використовувати літій у вигляді іонів. У спробі створити безпечне джерело струму на основі літію, дослідження привели до заміни нестійкого при циклировании металевого літію в акумуляторі на з'єднання впровадження літію в вугіллі і оксиди перехідних металів. Таким чином, їм вдалося отримати всі корисні електрохімічні якості, не пов'язуючи з примхливої ​​металевою формою.
В літій-іонних елементах іони літію пов'язані молекулами інших матеріалов.Наіболее популярними матеріалами для створення літій-іонних акумуляторів в даний час є графіт і літійкобальтоксід (LiCoO2). В такому джерелі струму в ході заряду-розряду іони літію переходять з одного електрода впровадження в інший і навпаки. Хоча ці електродні матеріали володіє в кілька разів меншою в порівнянні з літієм питомої електричною енергією, при цьому акумулятори на їх основі є досить безпечними за умови дотримання певних запобіжних заходів, в ході заряду-розряду. У 1991, фірма Sony почала комерційне виробництво літій-іонних акумуляторів і в даний час є їх найбільшим постачальником.
Питомі характеристики літій-іонних акумуляторів принаймні вдвічі перевищують аналогічні показники нікель-кадмієвих акумуляторів і добре характеризують себе при роботі на великих токах, що необхідно, наприклад, при використанні даних акумуляторів в стільникових телефонах і портативних комп'ютерах. Літій-іонні акумулятори мають досить низький саморозряд (2-5% в місяць).
Для забезпечення безпеки і довговічності, кожен пакет акумуляторів повинен бути обладнаний електричною схемою управління, щоб обмежити пікове напруга кожного елемента під час заряду і запобігти зниження напруги елемента при розряді нижче допустимого рівня. Крім того, повинен бути обмежений максимальний струм заряду і розряду і повинна контролюватися температура елементу. При дотриманні цих пересторог, можливість освіти металевого літію на поверхні електродів в ході експлуатації (що найбільш часто призводить до небажаних наслідків), практично усунена.
За матеріалом негативного електрода літій-іонні акумулятори можна розділити на два основних типи:
- з негативним електродом на основі коксу (фірма Sony)
- і на основі графіту (більшість інших виробників).
Джерела струму з негативним електродом на основі графіту мають більш плавну розрядну криву з різким падінням напруги в кінці розряду, в порівнянні з більш пологою розрядної кривої акумулятора з коксівним електродом. Тому, з метою отримання максимально можливої ​​ємності, кінцева напруга розряду акумуляторів з коксівним негативним електродом зазвичай встановлюють нижче (до 2.5V), в порівнянні з акумуляторами з графітовим електродом (до 3V). Крім того, акумулятори з графітовим негативним електродом здатні забезпечити більш високий струм навантаження і менше нагрівання під час заряду і розряду, ніж акумулятори з коксівним негативним електродом.
Виробники безперервно вдосконалюють технологію літій-іонних акумуляторів. Йде постійний пошук і вдосконалення матеріалів електродів і складу електроліту. Паралельно робляться зусилля для підвищення безпеки літій іонних акумуляторів як на рівні окремих джерел струму, так і на рівні керівників електричних схем.
Літій-іонні акумулятори є найбільш дорогими з доступних сьогодні на ринку. Удосконалення технології виробництва і заміна оксиду кобальту на менш дорогий матеріал може призведе до зменшення їх вартості на 50% протягом найближчих кількох років.
Триває розвиток інших літій-іонних технологій, про що говорять опубліковані результати досліджень. Так, згідно з даними FujiFilm, розроблений цією фірмою аморфний композиційний окисні матеріал на основі олова для негативного електрода здатний забезпечити в 1,5 рази вищу електричну ємність у порівнянні з акумуляторами зі стандартним вуглецевим електродом. Можливі переваги акумуляторів з цим матеріалом полягають у більшій безпеці, більш швидкому заряді, хороших розрядних характеристиках і високій ефективності при низькій температурі. Недоліки на ранніх етапах досліджень зазвичай не згадуються.
Літій-іонні акумулятори володіють дуже високою питомою енергією. Будьте обережні, працюючи і тестуванні. Не допускайте короткого замикання акумулятора, перезарядження, руйнування, розбирання, протиканія металевими предметами, підключення у зворотній полярності, не піддавайте їх впливу високих температур. Це може завдати Вам фізичний збиток.

Li-Pol - літій-полімерні акумулятори
Це остання новинка в літієвої технології. Анод відділений від катода полімерної перегородкою, композитним матеріалом, таким як поліакрилонітрил, який містить літієвий сіль. В результаті стає можливою спрощення конструкції елементу, оскільки будь-який витік гелеобразного електроліту неможливий. Таким чином, при однаковій питомій щільності, літій-полімерні батареї оптимальної форми можуть зберігати на 22% більше енергії, ніж аналогічні літій-іонні. Це досягається за рахунок заповнення "мертвих" обсягів в кутах відсіку, які залишилися б невикористаними в разі застосування циліндричної батареї.
Крім цих очевидних переваг, літій-полімерні елементи є екологічно безпечними і легшими, за рахунок відсутності зовнішнього металевого корпусу.

Джерело: http://www.microbit.ru

авторизація

Розсилка



Лента Новостей

Скачать лучший антивирус для Android бесплатно на русском языке
С появлением большого количества приложений и сайтов под мобильную платформу Андроид возросла и опасность занести вирус на свое устройство. В лучшем случае вредоносный файл внесет незначительные изменения

Какой бесплатный антивирус для Андроид лучше
Каждый день пользователи смартфонов под управлением операционной системы «Андроид» подвергаются атакам вирусов, которых становится все больше и больше.          В современном мире количество пользователей

Нужен ли антивирус для Android? ТОП-5 антивирусов для андроид
Здравствуйте. Коснемся такой вот интересной многим темы и хотя сомневаюсь что на данный момент подобные статьи могут попасть на верхние строки поисковых систем. Но этот сайт как личная энциклопедия для

Как узнать какая программа вызывает сбои. Что делать если компьютер тормозит, зависает, глючит.
После продолжительного использования стационарного компьютера или ноутбука на базе Windows пользователи могут столкнуться с ситуацией, когда ПК стал сильно тормозить и работает медленно. Причин торможения

Антивирус для Андроид. Какой лучше?
На сегодняшний день очень важна защита телефона не только в повседневной работе, а и в сети. Для этого создано множество антивирусов и из-за подобного разнообразия довольно сложно определится какой

Рейтинг лучших антивирусов для Андроид
Лучший антивирус для Андроид — 360 Security 360 Security — это пакет защиты для мобильной системы Android, созданный китайской компанией QIHU. Он имеет антивирусный сканер обнаружения вредоносного и опасного

Топ-5: Лучшие бесплатные антивирусы для Android (Рейтинг 2016 года)
Смартфоны и планшеты требуют защиты от вредоносного кода, в том числе вирусов, троянов и так далее. Для этого существуют платные и бесплатные антивирусы. И сегодня мы составим рейтинг пяти лучших антивирусов,

FAQ: Какой антивирус лучший для Андроид, лучшие антивирусы на Android
Огромная распространенность устройств под управлением Android поставила под угрозу безопасность пользовательских данных и денежных счетов по двум причинам. Во-первых, широкий круг пользователей привлекателен

10 лучших бесплатных антивирусов для Android
Что вы делаете, когда покупаете новый смартфон на Android? Вы можете загружать свои любимые приложения, которые часто используете. В вашем списке может быть много приложений для социальных сетей, таких

Лучший антивирус для Андроид 2017
Интернет несет в себе массу возможностей и вместе с ними большое количество опасностей. На платформе Андроид главную угрозу для смартфона представляют Трояны — вирусные программы, которые похищают личную

*/ ?>
Яндекс цитирования
Adobe Photoshop | 2D графика, 2D анимация Adobe Illustrator | графика, вектор, анимация Adobe Flash | графика, вектор, анимация Adobe Acrobat | графика, текст Adobe After Effects | графика, анимация, спецэффекты Adobe Premiere Pro | графика, анимация, спецэффекты, монтаж Sound Forge | редактирование звука и музыки ZBrush | программа для трёхмерного моделирования Autodesk Mudbox — графическая программа, для создания 3D объектов, 2D скетчей, карт неровностей, карт нормалей, карт замещения. UVLayout - приложение для создания и редактирования UV координат треxмерных объектов Autodesk 3DMax | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Autodesk Maya | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Cinema 4D | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Blender | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация